Стабилизированный источник питания

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания. Сущность изобретения: стабилизированный источник питания содержит последовательно соединенные входные выводы, силовую цепь импульсного стабилизатора 13 напряжения, силовую цепь преобразователя 3 постоянного напряжения. Выход задающего генератора 1 соединен с входом триггер 2, выходы которого подключены к управляющим входам преобразователя постоянного напряжения. С целью повышения надежности при работе в условиях ионизирующего излучения введены триггер 12 и логический инвертор 11. Выход задающего генератора 1 соединен с входом логического инвертора 11, выход которого соединен со счетным входом триггера 12. Выход триггера 12 подключен к входу управления импульсного стабилизатора 13 напряжения. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания. Устройство предназначено для работы в составе бортовой аппаратуры, входящей в состав радиоэлектронных аэрокосмических комплексов, работающих в современных боевых условиях, в частности в процессе и после воздействия ионизирующих излучений ядерного взрыва.

Известен стабилизированный источник питания (Найвельт Н.С. и Фильцер И. Г. Интегральные схемы управления импульсными высокочастотными источниками питания в сб. Полупроводниковая электроника в технике связи, вып. 22. М.: Радио и связь, 1982, с. 181-185), который состоит из импульсного стабилизатора напряжения и преобразователя напряжения.

Его недостатком является недостаточная надежность при работе в условиях ионизирующих воздействий.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является источник питания (Найвельт Г.С. и Фильцер И.Г. Маломощные многоканальные стабилизирующие преобразователи на гибридных микросхемах в сб. Полупроводниковая электроника в технике связи, вып. 25, М.: Радио и связь, 1985, с. 193-197), содержащий задающий генератор, выход которого соединен со счетным входом триггера, причем выходы последнего подключены к управляющим входам преобразователя постоянного напряжения, импульсный стабилизатор напряжения, выход которого соединен с силовым входом преобразователя напряжения. Таким образом, в целом этот источник питания состоит из импульсного стабилизатора напряжения и стабилизатора напряжения.

Недостатком известного стабилизированного источника питания является недостаточная надежность при работе в условиях ионизирующих излучений. Это обусловлено наличием на силовых входах и выходах импульсного стабилизатора напряжения и преобразователя напряжения электролитических конденсаторов. Электролитические конденсаторы обеспечивают, с одной стороны, устойчивость замкнутого контура автоматического регулирования в импульсном стабилизаторе, а с другой стороны, отработку импульсных и синусоидальных помех, действующих на шинах первичной бортсети. Однако известно, что использование электролитических конденсаторов в аппаратуре, работающей в условиях ионизирующих воздействий при уровнях ЗУ, неприемлемо.

Целью изобретения является повышение надежности при работе в условиях ионизирующих излучений.

Цель достигается тем, что в стабилизированный источник питания, содержащий последовательно соединенные входные выводы, силовую цепь импульсного стабилизатора напряжения, силовую цепь преобразователя постоянного напряжения, выходные выводы, кроме того, задающий генератор, выход которого соединен со счетным входом первого триггера, причем выходы последнего подключены к управляющим входам преобразователя постоянного напряжения, введены второй счетный триггер и логический инвертор, при этом выход задающего генератора соединен с входом логического инвертора, выход последнего соединен со счетным входом второго триггера, а выход последнего подключен к входу импульсного стабилизатора напряжения.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема стабилизированного источника питания; на фиг. 2 приведены зависимости выходных пульсаций (U_вых≈) на выходе известного устройства (прототипа) и предлагаемого (выполненных без электролитических конденсаторов) от частоты помех (F_вх), действующих на шинах первичной бортсети; на фиг. 3 - эпюры напряжений на выходах различных элементов источника питания.

Выход задающего генератора 1 соединен со счетным входом триггера 2. Выходы триггера 2 соединены с управляющими входами преобразователя 3 постоянного напряжения, в состав которого входят предоконечные каскады 4, 5, мощные транзисторы 6, 7, импульсный трансформатор 8 и выходные выпрямители 9, 10. Первый выход триггера 2 соединен с входом предоконечного каскада 4, второй выход - с входом предоконечного каскада 5. Выход предоконечного каскада 5 соединен с базой мощного транзистора 7. Первичная обмотка импульсного трансформатора 8 подключена между коллекторами мощных транзисторов 6 и 7. Вторичные обмотки импульсного трансформатора 8 соединены с выходными выпрямителями 9 и 10. Выход задающего генератора 1 соединен с входом логического инвертора 11, выход которого соединен со счетным входом триггера 12. Выход триггера 12 подключен к управляющему входу импульсного стабилизатора 13 напряжения, который содержит формирователь 14 пилообразного напряжения, компаратор 15 широтно-импульсной модуляции, предоконечный каскад 16, импульсный транзистор 17, LCD-фильтр 18 и усилитель 19 ошибки. Вход формирователя 14 пилообразного напряжения подключен к выходу триггера 12. Выход формирователя 14 пилообразного напряжения соединен с первым входом компаратора 15 широтно-импульсной модуляции, а выход последнего соединен с входом предоконечного каскада 16. Выход предоконечного каскада 16 соединен с базой импульсного транзистора 17, а коллектор последнего - с первой входной клеммой. Вторая входная клемма соединена с общей шиной. Эмиттер импульсного транзистора 17 соединен с входом LCD-фильтра 18, а выход последнего (который является выходом импульсного стабилизатора) подключен к средней точке первичной обмотки импульсного трансформатора 8 и к входу усилителя 19 ошибки. Выход последнего соединен с вторым входом компаратора 15 широтно-импульсной модуляции.

На фиг. 3 представлены следующие эпюры напряжений: на выходе задающего генератора 1 для известного и предложенного устройства (фиг. 3а), на первом выходе триггера 2 для известного и предложенного устройств (фиг. 3б), на втором выходе триггера 2 для известного и предложенного устройств (фиг. 3в), на выходе формирователя пилообразного напряжения в известном устройстве (фиг. 3г), на выходе компаратора широтно-импульсной модуляции в известном устройстве (фиг. 3д), на выходе логического инвертора 11 в предложенном устройстве (фиг. 3е), на выходе триггера 12 в предложенном устройстве (фиг. 3ж), на выходе формирователя 14 пилообразного напряжения в предложенном устройстве (фиг. 3з), на выходе компаратора широтно-импульсной модуляции в предложенном устройстве (фиг. 3и).

Стабилизированный источник питания работает следующим образом.

При поступлении питающих напряжений начинает работать задающий генератор 1. Прямоугольные импульсы с его выхода поступают на счетный вход триггера 2. Противофазные колебания типа меандра с выходов триггера 2 попадают на входы предоконечных каскадов 4 и 5. Импульсы на выходах предоконечных каскадов 4 и 5 сдвинуты между собой на полпериода прямоугольной волны напряжения. Эти импульсы поочередно открывают мощные транзисторы 6 и 7. Импульсный трансформатор 8 и выходные выпрямители 9 и 10 образуют выходную часть преобразователя 3 постоянного напряжения.

Прямоугольные колебания от задающего генератора 1 через логический инвертор 11 поступают на счетный вход триггера 12. На вход формирователя 14 пилообразного напряжения подаются колебания с частотой, вдвое меньшей, чем частота задающего генератора 1. Импульсы на выходе триггера 12 сдвинуты относительно импульсов на выходе триггера 2 на четверть периода, как это видно из осциллограмм фиг. 3. На первый вход компаратора 15 широтно-импульсной модуляции поступает напряжение от формирователя 14 пилообразного напряжения. На второй вход компаратора 15 широтно-импульсной модуляции поступает сигнал с усилителя 19 ошибки (U_о.с.). С выхода компаратора 15 сигналы широтно-импульсной модуляции через предоконечный каскад 16 воздействуют на базу модного импульсного транзистора 17. Постоянное напряжение с выхода LCD-фильтра 18 подается на среднюю точку силового трансформатора 8 и на вход усилителя 19 ошибки. Таким образом, замыкается контур регулирования импульсного стабилизатора 13 напряжения.

Следует отметить, что требования устойчивости контура автоматического регулирования и требование отрабатывания синусоидальных и импульсных помех, действующих на входе источника питания, являются противоречивыми и взаимно исключающими. Выполнение этих требований в известных устройствах обеспечивается за счет включения электролитических конденсаторов на входе и выходе в импульсном стабилизаторе, в преобразователе напряжения, а также выбором цепей коррекции в усилителе ошибки. Известные решения в этом плане всегда в той или иной мере являются компромиссными.

Если в известном устройстве импульсный стабилизатор напряжения и преобразователь напряжения выполнены без использования электролитических конденсаторов на входе и выходе, то обеспечение условий как устойчивости, так и отрабатывания входных помех оказывается труднодостижимым, и путем подбора цепей коррекции в усилителе ошибки можно получить достаточную устойчивость во всем диапазоне напряжений первичной сети. Однако в этом случае ухудшается степень подавления входных помех, как это видно из фиг. 2, поскольку выполнение требований устойчивости и быстродействия (реакции отработки) являются трудносовместимыми. Наиболее сильно тенденция к неустойчивости в известном устройстве проявляется при низком напряжении бортсети. Особенности этого явления можно пояснить при рассмотрении осциллограмм, показанных на фиг. 3. Из осциллограмм на фиг. 3б,в,г,д видно, что момент коммутации мощных транзисторов преобразователя t_o совпадает по времени (или находится поблизости) с моментом коммутации импульсного транзистора импульсного стабилизатора напряжения. При этом затухающие высокочастотные паразитные колебания, возникающие в моменты коммутации мощных транзисторов, попадают в виде наводок, а также по общим "земляным" проводам на входы операционного усилителя сигналов ошибки и на входы компаратора широтно-импульсной модуляции и вызывает ложные срабатывания упомянутых устройств, что, в свою очередь, приводит к потере устойчивости контура авторегулирования импульсного стабилизатора. Следует подчеркнуть, что при наличии паузы в работе силовых транзисторов преобразователя описанные явления еще более усугубляются, поскольку расширяется по длительности время существования возбуждаемых паразитных затухающих колебаний.

В предложенном источнике питания описанное явление не возникает, поскольку моменты коммутации мощных транзисторов 6 и 7 преобразователя t_o (фиг. 3б,в) при низком напряжении бортсети и моменты коммутации импульсного транзистора 17 импульсного стабилизатора (фиг. 3и) разнесены во времени. Это достигается благодаря сдвигу по времени на четверть периода колебаний между работой триггера 2 (фиг. 3б,в) и триггера 12 (фиг. 3ж). Благодаря этому при низком напряжении первичной бортсети затухание колебания, возникающие в моменты коммутации мощных транзисторов преобразователя, заканчиваются до момента переключения импульсного транзистора импульсного стабилизатора.

Отличительной особенностью предложенного источника питания является наличие дополнительного триггера и дополнительного логического инвертора, что обеспечивает, с одной стороны, устойчивость во всем диапазоне первичной сети, а с другой стороны, быстродействие контура регулирования импульсного стабилизатора и тем самым необходимое ослабление входных помех, как это показано на фиг. 2.

Отличительной особенностью предложенного источника питания по сравнению с известным является и то, что в нем обеспечивается как устойчивость во всем диапазоне изменений входного напряжения и внешних нагрузок, так и высокая степень ослабления входных помех без использования электролитических конденсаторов.

Формула изобретения

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ, содержащий последовательно соединенные входные выводы, силовую цепь импульсного стабилизатора напряжения, силовую цепь преобразователя постоянного напряжения, выходные выводы, кроме того, задающий генератор, выход которого соединен со счетным входом первого триггера, выходы которого подключены к управляющим входам преобразователя постоянного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности при работе в условиях ионизирующих излучений, введены второй счетный триггер и логический инвертор, при этом выход задающего генератора соединен с входом логического инвертора, выход логического инвертора соединен со счетным входом второго триггера, а выход последнего подключен к входу управления импульсного стабилизатора напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3