Стабилизатор напряжения для питания компьютерных систем

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.