Повышение надежности вторичного источника питания постоянного тока резервированием сигналов обратной связи

В статье рассматривается проблема повышения надежности импульсных источников вторичного электропитания постоянного тока. Актуальность работы связана со значимостью электропитания в современной электронной технике, поскольку от исправности источников напрямую зависит качество работы электроприборов-потребителей, в том числе критически важных. Объектом исследования являются цепи обратной связи, осуществляющие стабилизацию параметров электропитания потребителей. Выход из строя указанных цепей чаще всего происходит из-за деградации электронных компонентов схемы в жестких условиях эксплуатации и при сильных механических перегрузках и опасен бесконтрольным увеличением выходного напряжения и тока источника. Чтобы этого избежать, авторами предложен способ резервирования сигналов обратной связи по напряжению, реализованный на базе источника, выполненного по обратноходовой топологии. Сигналы обратной связи формируются с оптрона, расположенного на стороне нагрузки, и с дополнительной обмотки силового трансформатора, вместе образуя два независимых контура регулирования выходного напряжения. В каждый момент времени стабилизацию осуществляет только один контур. При выходе из строя первого контура второй способен заменить его работу. Представленный способ не требует цифровой обработки сигналов и микропроцессорного управления и может быть реализован на базе доступных аналоговых микросхем, осуществляющих широтно-импульсное регулирование выходного напряжения источника. В результате решается проблема аварийного отказа цепей обратной связи, повышается надежность работы электрооборудования. Правильность предлагаемого подхода подтверждена результатами имитационного компьютерного моделирования в программе MatLab-Simulink. Полученные результаты могут использоваться при проектировании отказоустойчивых вторичных источников электропитания для работы в жестких условиях эксплуатации.

1. Абрамович, Б. Н. Система бесперебойного электроснабжения предприятий горной промышленности / Б. Н. Абрамович // Записки Горного института. 2018. Т. 229. С. 31–40. https://doi.org/10.25515/PMI.2018.1.31

2. Повышение энергоэффективности электротехнических комплексов когенерационных установок для электроснабжения объектов нефтегазовых предприятий / И. А. Богданов [и др.] // Международный научно-исследовательский журнал. 2017. Т. 66, № 12, Часть 5, С. 59–63.

3. Источник питания для исследования импульсных электрохимических процессов / Ю. Г. Алексеев [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61, № 3. С. 246–257. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-61-3-246-257.

4. Бажин, В. Ю. Диагностика технологического процесса мощных алюминиевых электролизеров с помощью прикладных программ / В. Ю. Бажин, П. А. Петров // Записки Горного института. 2011. Т. 192. С. 140–144.

5. Жежеленко, И. В. Основные направления повышения эффективности производства, передачи и распределения электрической энергии / И. В. Жежеленко // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61, № 1. С. 28–35. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-1-28-35.

6. Hwu, K. I. Applying Module-Link Method to Multiple Power Supplies Paralleled / K. I. Hwu, J. Shieh // IEEE IECON 2017 – 43rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Beijing. 2017. P. 901–903. https://doi.org/10.1109/iecon.2017.8216155

7. Stability Analysis of Identical Paralleled DC-DC Converters with Average Current Sharing / P. Cheng, G. Ding, C. Song, H. Chai, G. Xu // 2019 IEEE Asia Power and Energy Engineering Conference (APEEC), Chengdu. 2019. P. 60–64. https://doi.org/10.1109/apeec.2019.8720726

8. Stability Constrained Efficiency Optimization for Droop Controlled DC-DC Conversion System / L. Meng, T. Dragicevic, J. Guerrero, J. Vasquez // IECON 2013 – 39th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Vienna. 2013. P. 7222–7227. https://doi.org/10.1109/iecon.2013.6700333

9. Sun B. How to Parallel Two DC/DC Converters with Digital Controllers / B. Sun, I. Bower // Analog Design Journal. 2018. Iss. 3Q. P. 1–5.

10. You, J. Loop-Sharing Method Based Current Sharing Controller Design for Parallel DC/DC Converters / J. You, M. Vilathgamuwa, N. Ghasemi // IET Power Electronics. 2018. Vol. 12, Iss. 11. P. 1937–1945. https://doi.org/10.1049/iet-pel.2017.0146

11. Datasheet. TPS2475x 12-A eFuse Circuit Protector with Current Monitor TPS24750, TPS24751 [Electronic Resource] / Texas Instruments Inc. 2018. Mode of access: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps24751.pdf

12. Ridley, R. Results of a Power Supply Failure Survey [Electronic Resource] / R. Ridley // Power Systems Design. 2014. Mode of access: https://www.powersystemsdesign.com/articles/results-of-a-power-supply-failure-survey/34/6539

13. Panov, Y. Small-Signal Analysis and Control Design of Isolated Power Supplies With Optocoupler Feedback / Y. Panov, M. Jovanovic // IEEE Transactions on Power Electronics. 2005. Vol. 20, Iss. 4. P. 823–832. https://doi.org/10.1109/tpel.2005.850926

14. El-Hageen, H. Modeling the Performance Characteristics of Optocoupler under Irradiated Fields / H. El-Hageen // Multiscale and Multidisciplinary Modeling, Experiments and Design. 2019. Vol. 8, Iss. 3. P. 33–39. https://doi.org/10.1007/s41939-019-00058-x

15. Oscillation Effect of Auxiliary Winding in Primary Side Regulated Flyback Converter / T. Zhang, M. Xu, Q. Qian, W. Sun, S. Lu // IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering. 2016. Vol. 11, Iss. 5. P. 640–647. https://doi.org/10.1002/tee.22282

16. Савин, М. Расчет и конструирование планарного трансформатора для обратноходового преобразователя / М. Савин, С. Абрамов // Электроника: наука, технология, бизнес. 2019. № 8. С. 40–44.