Использование компьютеров в самых различных отраслях
человеческой деятельности ставит перед пользователями задачу обеспечения
надежного и качественного питания компьютерных систем и комплексов.
Особо остро эта проблема встает когда электропитание осуществляется
не от промышленной сети, а от автономного источника - дизель - генератора
передвижной ТП и т.п., от которого питаются другие более мощные
потребители. Многие электро- и радиоприборы весьма критичны к отклонениям
сетевого напряжения от нормы. Нередки случаи, когда даже кратковременное
превышение напряжения сети из-за аварийной ситуации приводит к выходу
из строя блоков питания, особенно импульсных. Отказы блоков питания
происходят от того, что подавляющее большинство техники проектируется
на напряжение 220 В ±10 %, а для питающих сетей стран СНГ это отклонение
достигает 30%. При питании от такой сети компьютеров и устройств
памяти, может привести к выходу из строя отдельных блоков или к
потере дорогостоящих файлов и операционных систем [1], [2].
Очевидно, что для питания компьютеров в данном случае необходим
специальный источник обеспечивающий требуемое качество и безаварийность
питания. Использование автономных источников питания получающих
энергию от аккумуляторных батарей не всегда оправдано и существенно
ограничено по мощности. В ряде случаев более перспективным является
применение стабилизаторов напряжения построенных на базе вольтодобавочного
трансформатора питающегося синусоидальным напряжением от широтно-импульсного
преобразователя ШИП (Рис .1). Данный вариант позволяет существенно
повысить мощность стабилизатора при сравнительно небольшой мощности
ШИП. Одновременно обеспечиваются синусоидальность формы выходного
напряжения и возможность поддержания его постоянным при сбросах
и набросок нагрузки и колебаниях сетевого напряжения.
ШИП выполнен по мостовой схеме и питается от сетевого напряжения
через двухполупериодный выпрямитель, чем обеспечивается менее напряженный
режим работы силовых ключей.
Рис.1 Функциональная схема стабилизатора
Система управления стабилизатором включает в себя регулятор напряжения,
на вход которого подано задающее синусоидальное напряжение с частотой
сети стабильной амплитуды и напряжение с выхода стабилизатора. В
результате их сравнения формируется сигнал управляющий модулятором
длительности импульсов - МДИ преобразователя. Задача синхронизации
задающего напряжения и задающего напряжения сети решается генератором
гармонического напряжения - ГГН.
Рис.2 Диаграма формирования синуса
За основу высокоточного генератора гармонического сигнала взята
огибающая кривая получаемая с цифроаналогового преобразователя,
на вход которого подаются сигналы из программируемого запоминающего
устройства ПЗУ (Рис.2). Цифровые коды ПЗУ соответствуют координатам
полупериода синусоиды с частотой 50 Гц. Частота дискретизации полуволны
равна 25,6 кГц. Счетные устройства, на входе ПЗУ, перебирают их
от 0 до 256 ячейки памяти. В ПЗУ записан полупериод синусоиды и
изменение опорного напряжения ЦАП с +10В на -10В позволяет получить
второй полупериод. Отслеживая переходы через ноль напряжения сети,
с помощью датчика напряжения и триггера Шмидта, и сохраняя его полярность,
получаем высокоточную синусоиду синхронизированную с сетью. Так
как напряжение сети может изменять свою частоту (в пределах ±2%),
то необходим ее контроль и подстройка ГГН под эту частоту. Изменение
частоты контролирует фазовый компаратор ФК, который сравнивает частоту
сети с частотой собственного генератора. На выходе компаратора присутствуют
импульсы, пропорциональные временному сдвигу периодов напряжения
сети и сигнала собственного генератора, которые фильтруясь, преобразуются
в постоянное напряжение (Рис.3). Полученный сигнал поступает на
вход генератора, и изменяет его частоту; чем меньше напряжение,
т.е. чем ближе фазы напряжений сети и генератора, тем меньше частота
генератора отличается от номинальной (25,6 кГц). При номинальной
частоте генератора, частота импульсов на старшем адресе ПЗУ соответствует
частоте 50 Гц , этот сигнал используется в качестве обратной связи
на фазовый компаратор. При наибольшей разности фаз подстройка под
частоту сети происходит за 2-3 полупериода.
Рис.3 Диаграма синхронизации синусов
Устройство обеспечивает высокую точность поддержания заданного
уровня выходного напряжения, обладает высоким КПД, позволяет плавно
регулировать выходное напряжения в диапазоне ±30% от номинального.
Использование в качестве задания "цифрового синуса" как эталонного
гармонического сигнала, позволяет обеспечить регулирование с высоким
быстродействием, что важно для ряда критичных к электропитанию потребителей.
Коробко Г.И., Попов С.В.
|