УСТРОЙСТВО ПИТАНИЯ БЛОКА ПРИЕМООТВЕТЧИКА

Полезная модель относится к области радиотехники и предназначена для обеспечения питания функциональных устройств блока приемоответчика.
Из уровня техники известен многоканальный стабилизирующий преобразователь переменного напряжения в постоянное (патент на изобретение №2041556, опубликовано 09.08.1995 г., МПК: Н02М 7/155. Н02М 3/335), содержащий выпрямитель первого канала, основной сглаживающий LC-фильтр, соединенный одним своим входным выводом с отрицательным выводом выпрямителя первого канала, преобразователь постоянного напряжения в переменное с выходным трансформатором, содержащим n вторичных обмоток, питающий вход преобразователя соединен с выходом основного сглаживающего фильтра первого канала, n канальных выпрямителей, каждый из которых своим входом соединен с соответствующей вторичной обмоткой выходного трансформатора, а выходом с выходными клеммами для подключения нагрузки соответствующего канала, n фильтрующих конденсаторов, включенных между клеммами для подключения нагрузок каналов, узел обратной связи по напряжению первого канала. При этом выходной трансформатор преобразователя содержит введенные вспомогательную обмотку, выводы которой соединены с питающим входом узла обратной связи, и вольтодобавочную обмотку, имеющую вывод средней точки. Узел обратной связи содержит дополнительный управляющий вход. А также введены вольтодобавочный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, соединенный своим входом с выводами вольтодобавочной обмотки, вспомогательный диод, включенный между положительным выводом выпрямителя первого канала и входным выводом дросселя основного сглаживающего LC-фильтра. Положительный вывод вольтодобавочного выпрямителя соединен с общей точкой соединения катода вспомогательного диода и входного вывода дросселя основного LC-фильтра. Управляемый с выхода узла обратной связи ключевой элемент, включенный между выводом средней точки вольтодобавочной обмотки и общей точкой соединения положительного вывода выпрямителя первого канала и анода вспомогательного диода, и дополнительный сглаживающий LC-фильтр, вход которого соединен с выходом основного сглаживающего фильтра, а выход с выходными клеммами для подключения нагрузки первого канала. Причем входные выводы выпрямителя первого канала и дополнительного управляющего входа узла обратной связи соединены с входными клеммами устройства для подключения однофазного сетевого напряжения.
К недостаткам данного устройства можно отнести отсутствие гальванической развязки первого канала и входного напряжения.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является преобразователь напряжения постоянного тока со встроенным микроконтроллерным управлением (Патент RU №2284623, опубликовано 27.09.2006 г., МПК: H02J 9/06), который выбран в качестве прототипа. Преобразователь напряжения питающей сети постоянного тока в напряжение постоянного тока, необходимое для электропитания потребителей, состоит из блока питания от основной сети, блока питания от резервной сети, схемы развязки цепей питания системы управления инвертором основного канала, схемы развязки цепей питания системы управления инвертором резервного канала, основного и резервного канала преобразования напряжения, при этом основной канал содержит инвертор основного канала, питающийся от основной сети и подключенный к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к нагрузке через выпрямитель, а резервный канал содержит инвертор резервного канала, питающийся от резервной сети и подключенный к дополнительной первичной обмотке трансформатора, первый контрольный выход нагрузки подключен к первому входу системы управления инвертором основного канала, включающей память энергонезависимую, часы реального времени, микроконтроллер, адаптер интерфейса RS-232, аналого-цифровой преобразователь, блок драйверов силовых ключей, второй контрольный выход нагрузки подключен к первому входу системы управления инвертором резервного канала, также включающей память энергонезависимую, часы реального времени, микроконтроллер, адаптер интерфейса RS-232, аналого-цифровой преобразователь, блок драйверов силовых ключей.
К недостаткам данного устройства можно отнести управление силовыми ключами непосредственно с микроконтроллера через блок драйверов силовых ключей, что снижает помехоустойчивость схемы и требует применения дополнительных АЦП для обеспечения сервисных и защитных функций (контроль входного напряжения, контроль тока).
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении качества стабилизации выходных напряжений, а также в обеспечении возможности широкой настройки выходных параметров.
Технический результат достигается тем, что устройство питания блока приемоответчика содержит основной канал, питающийся от основной сети, включающий инвертор, трансформатор, выпрямитель, микроконтроллер и аналого-цифровой преобразователь. При этом оно отличается от прототипа тем, что дополнительно содержит пятнадцать идентичных каналов выходного напряжения, также питающихся от основной сети, каждый из которых дополнительно включает датчик тока, ШИМ-контроллер, датчик превышения выходного напряжения, датчик входного напряжения, датчик выходного напряжения, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП).
При этом первый выход инвертора соединен с входом высокочастотного трансформатора, выход которого соединен с входом выпрямителя, выход которого соединен с входами датчика превышения выходного напряжения, датчика выходного напряжения и аналого-цифрового преобразователя (АЦП), выход АЦП соединен с входом микроконтроллера, второй выход которого соединен с входом цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), выход которого соединен с входом датчика выходного напряжения, выход которого соединен с первым входом ШИМ-контроллера, второй вход ШИМ-контроллера соединен с выходом датчика превышения выходного напряжения, выход ШИМ-контроллера соединен с первым входом инвертора, третий вход ШИМ-контроллера соединен с выходом датчика тока, вход которого соединен со вторым выходом инвертора, четвертый вход ШИМ-контроллера соединен с выходом датчика входного напряжения, пятый вход ШИМ-контроллера соединен с первым выходом микроконтроллера.
Сущность полезной модели поясняется рисунками Фиг. 1 - Фиг. 2.
На фигуре 1 представлена структурная схема устройства питания блока приемоответчика.
На фигуре 2 представлена структурная схема канала устройства питания блока приемоответчика.
Блок приемоответчика, например, для летательных аппаратов содержит, как правило, приемник, передатчик и вычислительное устройство. Каждое из этих устройств требует питание постоянного напряжения определенного уровня, с высокой стабильностью параметров.
Предлагаемое устройство питания блока приемоответчика из входного напряжения бортовой сети +27 В позволяет сформировать шестнадцать стабилизированных каналов выходного напряжения (Фиг. 1). При этом каждый канал формирует определенное выходное напряжение: первый канал - постоянное напряжение +50 В, второй канал +39 В, третий канал - 38 В, четвертый канал +10 В, пятый канал +5 В, шестой канал -6 В, седьмой канал +6 В, восьмой канал +15 В, девятый канал -15 В, десятый канал +5 В, одиннадцатый канал -5 В, двенадцатый канал -10 В, тринадцатый канал +3,3 В, четырнадцатый канал +2,5 В, пятнадцатый канал +5 В и шестнадцатый канал +27 В.
Каналы выходных напряжений устройства питания разделены на три гальванических группы, предназначенных для питания каждого из устройств блока приемоответчика. При этом первый, второй, третий и четвертый каналы осуществляют питание передатчика. Пятый, шестой и восьмой каналы осуществляют питание приемника. Седьмой, девятый, десятый, одиннадцатый, двенадцатый, тринадцатый, четырнадцатый, пятнадцатый и шестнадцатый каналы предназначены для питания вычислительного устройства.
Разделение выходных напряжений на гальванические группы позволяет избежать взаимного влияния устройств блока приемоответчика, снизить уровень помех и повысить стабильность параметров.
Каждый канал устройства питания блока приемоответчика (Фиг. 2) выполнен в виде импульсного стабилизатора напряжения и включает следующие устройства:
1 - инвертор,
2 - высокочастотный трансформатор,
3 - выпрямитель,
4 - датчик тока,
5 - широтно-импульсно-модулированный (ШИМ) контроллер,
6 - датчик превышения выходного напряжения,
7 - датчик входного напряжения,
8 - датчик выходного напряжения,
9 - микроконтроллер,
10 - цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП),
11 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП),
Инвертор 1 осуществляет преобразование постоянного входного напряжения в высокочастотное широтно-импульсно-модулированное напряжение на основе сигнала, поступающего с широтно-импульсно-модулированного (ШИМ) контроллера 5.
Высокочастотный трансформатор 2 осуществляет преобразование высокочастотного напряжения, поступающего с инвертора 1, в высокочастотное напряжение требуемого уровня с заданным коэффициентом трансформации.
Выпрямитель 3 осуществляет выпрямление высокочастотного напряжения, поступающего с высокочастотного трансформатора 2, в постоянное выходное напряжение.
Датчик тока 4 осуществляет преобразование уровня тока, протекающего в инверторе 1, в сигнал, требуемый для работы ШИМ-контроллера 5.
ШИМ-контроллер 5 на основе сигнала, поступающего с датчика выходного напряжения 8 и цифро-аналогового преобразователя 10, с учетом сигналов, поступающих с датчика тока 4, датчика входного напряжения 7, датчика превышения выходного напряжения 6, формирует широтно-импульсно-модулированный сигнал, поступающий на инвертор 1.
Датчик превышения выходного напряжения 6 формирует гальванически развязанный от выходного напряжения сигнал при превышении выходным напряжением заданного уровня.
Датчик входного напряжения 7 формирует сигнал при понижении входного напряжения ниже заданного уровня.
Датчик выходного напряжения 8 осуществляет преобразование уровня выходного напряжения в гальванически развязанный от выходного напряжения сигнал, требуемый для работы ШИМ-контроллера 5.
Микроконтроллер 9 на основе сигнала, поступающего с аналого-цифрового преобразователя 11, формирует цифровой сигнал, который поступает на вход цифро-аналогового преобразователя 10, а также формирует сигнал включения, поступающий на ШИМ-контроллер 5.
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 10 осуществляет преобразование цифрового сигнала, поступающего с микроконтроллера 9, в аналоговый сигнал, поступающий на датчик выходного напряжения 8.
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 11 осуществляет преобразование уровня выходного напряжения в цифровой сигнал, поступающий на микроконтроллер 9.
Устройство питания блока приемоответчика (Фиг. 1) из входного напряжения бортовой сети +27 В формирует стабилизированные выходные напряжения и работает следующим образом.
Входное напряжение подается на входы всех импульсных стабилизаторов напряжения. Все импульсные стабилизаторы напряжения (Фиг. 2) построены по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ). В каждом импульсном стабилизаторе напряжения постоянное входное напряжение поступает на инвертор 1, где на основе сигналов управления, поступающих с ШИМ-контроллера 5, модулируется в переменный широтно-импульсно-модулированный сигнал прямоугольной формы. Модулированное напряжение через высокочастотный трансформатор 2 поступает на выпрямитель 3, на выходе которого формируется постоянное напряжение, пропорциональное коэффициенту заполнения ШИМ-сигнала. Коэффициент заполнения ШИМ-сигнала определяется ШИМ-контроллером 5 на основании обратной связи сигнала датчика выходного напряжения 8. При этом для существенного увеличения стабильности параметров в цепь обратной связи введен микроконтроллер 9, который на основе сигнала аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 11 формирует цифровой сигнал подстройки, поступающий через цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 10, в сигнал обратной связи датчика выходного напряжения 8. Введение в цепь обратной связи сигнала с цифро-аналогового преобразователя (ЦАЦ) 10 позволяет производить регулировку выходного напряжения в широких пределах, путем изменения этого сигнала за счет программы микроконтроллера. При этом не требуется механическая регулировка или изменение элементов схемы.
Кроме того, для обеспечения защиты, как самого импульсного стабилизатора напряжения, так и оконечных устройств, являющихся нагрузками импульсных стабилизаторов напряжения, дополнительно применены датчик входного напряжения 7, датчик превышения выходного напряжения 6, датчик тока 4.
Аномальные показания любого из этих датчиков приводят к отключению ШИМ-контроллера 5 и снятию выходного напряжения.
Дополнительно микроконтроллер 9 через АЦП 11 отслеживает уровень выходного напряжения и при его отклонении от установленных норм отключает ШИМ-контроллер 5.
Устройство питания блока приемоответчика обладает высоким качеством стабилизации выходных напряжений, за счет применения двойной цепи обратной связи, в том числе и в условиях внешних воздействующих факторов, а также возможностью широкой настройки выходных параметров.