Импульсный стабилизатор постоянного напряжения

 

ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий регулирующий элемент, включенный последовательно мелду входными выводами и входом сглаживающего фильтра, выходом подключенного к выходным выводам , блок управления, подключенный выходом .к управляющему входу регулирующего элемента, первым входом - к выходу задающего генератора, а вторым входом - к выходу блока обратной связи, состоящего из источника опорного напряжения и элемента сравнения, причем вход блока обратной связи подключен к выходным выводам через коммутатор с управляющим входом, о тличающийся тем, что, с целью повьпиення КПД, у1фавляю1ций вход коммутатора подключен к указанному выходу задающего генератора, элемент, сравнения выполнен в виде усилителя с релейной характеристикой, а блок управления выполнен в виде триггера, первый вход которого через введенный блок задержки соединен с первым (/} входом блока управления, а второй вход подключен к второму входу блока управления.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3151) С 05 F,1/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3593176/24-07 (22) 19. 05. 83 (46) 15.09.84.Бюл. 11 - 34 (72) Г. И. Криволапов, А.А. Макаров, Е . Н . Садов с кий и Г. А. Чер нецкий (7 1) Новосибирский электротехнический институт связи им. Н.Д.Псурцева (53) 621 . 316. 722. 1 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N - 819806, кл. С 05 F 1/56, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 1001047, кл. G 05 F 1/56, 1983. (54)(57) ИМПУЛЬСНЪЙ СТАБИЛИЗАТОР

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий регулирующий элемент, включенный последовательно между входными выводами и входом сглаживающего фильтра, выходом подключенного к выходным выводам, блок управления, подключенный выходом .к управляющему входу регулирующего элемента, первым входом — к выходу задающего генератора, а вторым входом — к выходу блока обратной связи, состоящего из источника опорного напряжения и элемента сравнения, причем вход блока обратной связи подключен к выходным выводам через коммутатор с управляющим входом, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения КПД, управляющий вход коммутатора подключен к указанному выходу задающего генератора, элемент, сравнения выполнен в виде усилителя с релейной характеристикой, а блок управления выполнен в виде триггера, первый вход которого через введенный блок задержки соединен с первым входом блока управления, а второй вход подключен к второму входу блока управления. °

1113785

Изобретение относится к электротехнике и можеТ быть использовано для питания автономных устройств стабилизированным напряжением от источников питания с ограниченным ресурсом работы.

Известен импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий элемент, включенный последовательно между входными клем- 10 мами и входом сглаживающего фильтра, выход которого подключен к BbEKQpíûì клеммам, усилитель обратной связи, подключенный первым входом к выходной клемме, а вторым входом — к ис- 15 точнику опорного напряжения, D-триггер, выход которого соединен с управляющим входом регулирующего элемента, а информационный вход через ключевой элемент — с выходом усили- 20 теля обратной связи, генератор задающей частоты, выход которого соединен с входом синхронизации D-триггера 11).

В стабилизаторе цепи источника опорного напряжения, усилитель обратной связи и ключевой элемент постоянно потребляют энергию,что приводит к снижению КПД всего устройства. При мощности, потребляемой нагрузкой от источника питания, менее 0,5-1 Вт, работа стабилизатора становится неэффективной, его КПД снижается на 10-30Х.

Это, в свою очередь,.приводит к сокращению срока непрерывной работы автономного источника питания, например окиснортутных элементов, в 1,5-2 раза.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является импульсный стабилизатор постоянного на-40 пряжения, содержащий регулирующий элемент, включенный последовательно между входными выводами стабилизатора и входом сглаживающего фильтра, выходом подключенного к выходным вы- 45 водам стабщтизатора, блок управления, подключенный выходом к управляющему входу регулирующего элемента, первым входом " к выходу задающего генератора, а вторым входом — к выходу бло-50 ка обратной связи, состоящего из источника опорного напряжения и элемента сравнения, причем вход блока обратной сряэи подключен к выходным выводам стабилизатора через коммута- 5 тор с управляющим входом P) .

В известном стабилизаторе цепь обратной связи подключена к выходнцм выводам ч ере з коммутатор н потр ебляет энергию только в течение времени замкнутого состояния регулирующего элемента, что позволяет получить КПД выше, чем в других известных стабилизаторах. Однако при широком диапазоне изменения напряжения питания и сопротивления нагрузки возможен режим, при котором коэффициент заполнения импульсов на выходе регулирующего элемента близок к 1. В этом режиме

КПД известного импульсного стабилизатора .(2) не выше, чем в стабилизаторе (1) .

Таким образом, недостатком известного стабилизатора (2) является низкий КПД, что проявляется при коэффициенте заполнения импульсов, близком к 1.

Цель изобретения — повышение КПД импульсного стабилизатора постоянного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, \ что в импульсном стабилизаторе постоянного напряжения, содержащем регулирующий элемент, включенный последовательно между входными выводами и входом сглаживающего фильтра, выходом подключенного к выходным выводам, блок управления, подключенный выходом к управляющему входу регулирующего элемента, первым входом — к выходу задающего генератора, а вторым входом — к выходу блока обратной связи, состоящего из источника опорного напряжения и элемента сравнения, причем вход блока обратной связи подключен к выходным выводам через коммутатор с управляющим входом, управляющий вход коммутатора подключен к указанному выходу задающего генератора, элемент сравнения выполнен в виде усилителя с релейной характеристикой, а блок управления выполнен в виде триггера, первый вход которого через введенный блок задержки соединен с первым входом блока управления, а второй вход подключен к второму входу блока управления.

Такое конструктивное выполнение обеспечивает подключение цепей питания усилителя обратной связи, ключевого элемента и источника опорного напряжения к выходной клемме на время, определяемое длительностью импульсов генератора задающей частоты.

На. фиг. 1 изображена блок-схема импульсного стабилизатора постоянно3 11137

ro напряжения; на фиг. 2 — принципиальная схема стабилизатора.

Импульсный. стабилизатор содержит регулирующий элемент 1, сглаживающий фильтр 2, блок обратной связи 3, блок управления 4, задающий генератор 5 и коммутатор 6. Блок управления 4 состоит из триггера 7 и блока задержки 8, а блок обратной связи— из элемента сравнения 9 и источника 1п опорного напряжения 10.

На фиг. 1 показан наиболее общий случай выполнения элемента сравнения 9 на усилителе 11 и ключевом элементе 12. На фиг. 2 показано выполнение элемента сравнения 9 на одном усилителе 11, релейность характеристики которого обеспечивается подключением резистора 13. Первый вход усилителя 11 подключен к выхо- 2О ду источника опорного напряжения 10, выполненном на резисторе 14 и стабилитроне 15, а второй вход — к средней точке делителя выходного напряжения на резисторах 16 и 17. Питание 25 усилителя 11, делителя на резисторах

16 и 17 и источника 10 опорного напряжения осуществляется с выхода стабилизатора через коммутатор 6, управляющий вход которого подключен к выходу задающего генератора 5, подключенному также через блок задержки, выполненный на резисторе 18 и конденсаторе 19, к входу триггера 7.

Выход триггера 7, который является выходом блока 4 управления подключен к управляющему входу регулирующего элемента 1, выполнен на транзисторах

20 и 21, включенных по схеме Дарингтона, и резисторе 22 смещения. Фильтр

2 содержит диод 23 дроссель 24 и конденсатор 25. В качестве усилителя 11. и ключевого элемента 12 можно использовать компаратор напряжения, например К554САЗБ.

Источником опорного напряжения мо45 жет быть любой стабилитрон. Тип элемента выбирается, исходя из минимального тока стабилизации и максимальной частоты работы.

В качестве триггера элемента можно использовать D-триггер, К561ТМ2 или

564ТМ2.

Тип применяемого триггера выбирается из условий малого потребления 55 мощности от источника питания.

В качестве коммутатора напряжения

6 может быть использован транзистор85 4 ный ключ, логичес кие элементы с ерии

К561, а также мультиплексоры серии

К590.

При выборе элементарной базы коммутатора 6 исходят из необходимого быстродействия, нагрузочной способности коммутатора.

Задающий генератор 5 должен формировать импульсы определенной частоты и скважности. В качестве элемента задержки можно использовать RC-интегрирующую цепочку, либо формировать необходимую задержку в задающем генераторе 5.

Импульсный стабиЛизатор постоянного напряжения работает следующим образом.

Задающий генератор 5 вырабатывает импульсы прямоугольной формы, заданной частоты и скважности. Коммутатор

6 подключает на время длительности каждого импульса второй вход усилителя 11 обратной связи, цепи питания усилителя 11 обратной связи, ключевого элемента 12 и источника 10 опорного напряжения к выходному выводу ста-. билизатора. Если выходное напряжение стабилизатора меньше, опорного напряжения, то на выходе ключевого элемента 12 появится сигнал по которому импульс, приходящий с блока задержки 8, переключит триггер 7 в состояние, открывающее регулирующий элемент 1.

На вход сглаживающего фильтра 2 подается напряжение от источника питания. Выходное напряжение стабилизатора начинает увеличиваться. Как только выходное напряжение станет больше опорного напряжения на выходе ключевого элемента 12 появится сигнал, по которому следующий импульс с выхода блока задержки 8 переключит триггер

7 в состояние, закрывающее регулирующий элемент 1. С приходом следующего импульса от генератора 5 весь цикл работы стабилизатора повторится. Разработанныйимпульсный стабилизатор постоянного напряжения имеетболее высокий КПД, чем аналогичные стабилизаторы, за счет того, что цепи питания усилителя обратной связи, ключевого элемента и источника опорного, напряжения подключаются к выходной клемме лишь на время, определяемое длительностью импульсов задающей частоты. Например, при одинаковых условиях работы, одинаковой эле1113785 ментной базе прототипа и предлагаемого импульсноГо стабилизатора постоянного напряжения, с нагрузкой, потребляющей от источника питания мощность 0,1-0,5 Вт, при скважности импульсов .задающей частоты /=8 в режиме открытого состояния регулирующего элемента 1 был рассчитан и получен выигрыш в КПД у предлагаемого стабилизатора по сравнению с прототипом в 1,2-1,6 раз. Если в качестве источников питания используется автономный источник, например химический, то увеличение КПД стабилизатора и, соответственно, уменьшение потребляемой мощности увеличит продолжительность непрерывной работы элементов питания. Например, для окиснортутных элементов типа OP-4 уменьшение потребляемой мощности в 1,2-1,6 раз, увеличивает продолжительность непрерывной работы их в 2-3 раза.

Таким образом, предлагаемый импульсный стабилизатор, благодаря потреблению энергии цепями питания усилителя 11, источника опорного напряжения 10 и делителя на резисторах

16 и 17 только в течение импульса за.дающего генератора 5, обеспечивает существенное повышение КПД.

Наиболее выгодно использовать предлагаемый импульсный стабилизатор

15 постоянного напряжения в автономных маломощных устройствах с длительным периодом работы без замены источников питания.

Составитель В. Цишевский

Редактор Л.Авраменко Техред М.Гергель Корректор H.Ìóñêà

Заказ 6618/39 Тираж 841 Под пис но е

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал IIIIII "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4