Импульсный стабилизатор переменного напряжения

 

ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ., содержащий дроссель, первым выводом соединенныйчерез первый ключевой элемент с входным выводом и через второй ключевой элемент - с общей шиной, конденсатор, подключенный между выходным выводом и общей шиной, широтно-импульсный модулятор,, первый выход которого подключен к управляющему входу первого ключевого элемента, второй выход к управляющему входу второго ключевого элемента, а вход - к выходу блока сравнения,.входом подключенного к конденсатору% от:личающийс я тем, что, с целью уменьшения массы и расширения функциональных возможностей импульсного стабилизат«9ра , он снабжен третьим ключевым элементом , подключенным между общей шиной и вторым выводом дросселя, соединенным через введенный четвертый ключевой элемент с выходным выводом, управляющие входы третьего и четвертого ключевых элементов соединены соответственно с введеннымитретьим и четвертым выводами широтно-нмпульсного модулятора, который состоит из i двух ячеек И, генератора и одновибрагтора , причем первая ячейка И. соедине;на инверсным выходом с первым выходом широтно-импульсного модулятора, а прямым выходом - с его вторым выхо (Л дом, а входами - с прямыми, выходами генератора и одновибратора, инверсные выходы которых подключены к входу ; . второй ячейки И, прямым выходом соединенной с третьим, а инверсным - с четвертьхм выходами , широтно-импульсного модулятора, входомсоединенного с управляющим входом .одновибратора, 00 запускающим входом, через дифференцио рующую цепочку соединенного: с прямым 00 выходом генератора. со OD

СОЮЭ СОВЕТСКИХ . РЕСПУВЛИН 15ц G 05 F 1/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3596826./24.-07 (22) 30.05.83 (46) 23.-12.84. Бюл.Н« 47 (72) П.П.Месяцев, В.П.Самохин и С.И.Червяков (71-) Московский технологический институт Минбыта РСФСР (53) 621.316.722.1(088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

11« 620966, кл.С 05 F. 3/08, 1977.

2.Авторское свидетельство СССР, 11« 750451, кл.G 05 Г 1/20, 1980. (54)(57) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР

ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий дроссель, первым выводом соединенный через первый ключевой элемент с входным выводом и через второй ключевой элемент — с общей шиной, конденсатор, подключенный между выходным выводом и общей шиной, широтно-импульсный модулятор,. первый выход которого под" ключен к управляющему входу первого ключевого элемента, второй выход— к управляющему входу второго ключевого элемента, а вход — к выходу блока сравнения,.входом подключенного к конденсатору -, о т:л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью уменьшения

„.Я0„„1130839 А массы и расширения функциональных возможностей импульсного стабилизат««ра, он снабжен третьим ключевым элементом, подключенным между общей шиной и вторым выводом дросселя, соединенныи через введенный четвертый ключевой элемент с выходным выводом, управляющие входы третьего и четвертого ключевых элементов соединены соответственно с введенными третьим и четвертым выводами широтно-импульс" ного модулятора, который состоит из; двух ячеек И, генератора и одновибратора, причем первая ячейка И соедине на инверсным выходом с первым выходои широтно-импульсного модулятора, а прямым выходом — с его вторыи выходом, а входами — с прямыми. выходами генератора и одновибратора, инверсные выходы которых подключены к входу второй ячейки И, прямым выходом соединенной с третьим, а инверсным — с четвертыи выходами, широтно-импульсного модулятора, входом соединенного с управляющим входом .одновибратора, запускающим входом. через дифференцирующую цепочку соединенного. с прямым выходом генератора. входу первого ключевого элемента, второй выход — к управляющему входу второго ключевого элемента, а вход— к выходу блока сравнения, входом подключенного к конденсатору, снабжен третьим ключевым элементом, подключенным между общей шиной .. вторым выводом дросселя, соединенным через введенный четвертый ключевой элемент с выходным выводом, управляющие входы третьего и четвертого ключевых элементов соединены соответственно с введенными третьим и четвертым выводами широтно-импульсного модулятора, который состоит нз двух ячеек

И, генератора и одновибратора, причем первая ячейка И соединена инверсным выходом с первым выходом широтно-импульсного модулятора, а прямым выхоодновибратора, инверсные выходы которых подключены к входу второй ячейки И, прямым выходом соединенной с третьим, а инверсным — с четвертым выходами широтно-импульсного модулятора, входом соединенного с управляющим входом через дифференцирующую цепочку соединенного с прямьп выходом генератора..

На фиг.l представлена блок-схема импульсного стабилизатора переменного напряжения;на фиг.2 — схема широтно-импульсного модулятора с подключенной к ней схемой сравнения.

Стабилизатор содержит первый 1, второй 2, третий 3 и четвертый 4 ключевые элементы, дроссель 5, конденса» тор б,.блок 7 сравнения, широтноимпульсный модулятор 8. Нагрузка 9 подключена к выходным выводам.

Широтно-импульсный модулятор 8 (фиг.2) содержит последовательно соединенные генератор 10, дифференцируюмощью оптронов) прямыми и инверсными выходами, являющимися выходами широт но-импульсного модулятора (общие шины этих выводов обозначены соответственно 01, 02, 03, и 04 ). Входы этих логических схем соединены соответственно с прямыми и инверсными выходами генератора 10 и одновибратора 12. Управляющий вход одновибрато1 1130839 2

Изобретение относится к электротехнике, конкретнее к устройствам регулирования электрических величин, и может быть использовано, например, для питания радиоэлектронной аппаратуры.

Известен импульсный стабилизатор переменного напряжения, содержащий два дросселя, соединенных последовательно между входным и выходным выводами и ключевой элемент подклю „) ) ченный между точкой соединения дросселей и общей шиной jig .

Недостатками данного стабилизатора являются большие габариты и ограниченные функциональные возможности . из-за узкого диапазона стабилизации.

Наиболее близким к изобретению является импульсный стабилизатор переменного напряжения. содержащий дом — с его вторым выходом а входа2О

У дроссель, первым выводом соединенный ми — с прямыми выходами генератора и через первый ключевой элемент с входным выводом, и через второй ключевой элемент — с общей шиной, а вторым выводом связанный с выходным выводом, конденсатор, подключенный между выходным выводом и общей шиной, широтно-импульсный модулятор, первый выход щим входом одновибратора. запускаюкоторого подключен к управляющему входу первого ключевого элемента, 30 второй выход — к управляющему входу второго ключевого элемента а вход—

2 к выходу блока сравнения входом подключенного к конденсатору f2)

Недостатками известного стабилизатора являются большая масса и or раниченные функциональные возможности,обусловленные тем, что дроссель и конденсатор, составляющие фильтр, должны быть рассчитаны на низкую частоту питающей сети, а стабилизация выходного напряжения возможна только при условии, что входное напряжение превышает по величине выходное.

Целью изобретения является уменьшение массы и расширение функциональ- 45 щую цепочку 11, одновибратор 12 с ных возможностей стабилизатора. регулируемои длительностью импульса

Поставленная цель достигается тем, и первую и вторую логические схемы что импульсный стабилизатор перемен- И 13 и 14 соответственно. с гальваниного напряжения, содержащий дроссель, чески развязанными (например, с попервым выводом соединенный через первый ключевой элемент с входным выводом и через второй ключевой элемент — с общей шиной,. а вторым выводом связанный с выходным выводом, конденсатор, подключенный между 55 выходным выводом и общей шиной, широтно-импульсный модулятор, первый выход которого подключен к управляющему

130839 4

20 з 1 ра 12,является входом широтно-импульс ного модулятора 8.

Блок 7 сравнения содержит датчик

15 амплитуды выходного напряжения (выполненный например, в виде выпрямителя, к выходу которого подключен фильтр низких частот) и регулируемый источник 16 напряжения (например, дифференциальный усилитель> один из входов которого соединен с опорным напряжением. а второй — с выходом датчика 15}.

Один из выводов дросселя через ключевые элементы 1 и 2 подключен к входу стабилизатора, а второй вывод дросселя через ключевые элементы 4 и 3 к конденсатору 6 и выходу стабилизатора, к,которому также подключен вход блока 7 сравнения. Вход схемы сравнения подключен к входу широтноимпульсного .модулятора 8, выходы которого выполнены гальванически развязанными (например, с помощью оптрбнов ) и подключены к управляющим входам ключевых элементов 1 — 4.Ключевые элементы 1 — 4 выполнены двухполярными, например транзистор, включенный в диагональ диодного моста.

Частота переключения ключевых элементов во много раз превышает час тоту сети, причем при напряжении сети выше номинального значения, клю чевой элемент 3 всегда закрыт, а ключевой элемент 4 всегда открыт.

При этом блок 7 сравнения и широт. но-импульсный модулятор 8 обеспечивают попеременное открывание ключевых элементов 1 и 2, в результате чего на вход фильтра, образованного дросселем 3 и конденсатором 6,.поотупают прямоугольные импульсы напря. жения, огибающая которых представляет синусоиду, частота которой равна частоте питающей сети. В момент открытого состояния ключевого элемен. та 1 конденсатор 6 и дроссель 5 накапливают энергию. При закрывании ключевого элемента 1 открывается ключевой элемент 2 и дроссель 5 разряжа. ется на нагрузку 9. Следовательно, в момент паузы напряжение на нагрузке 9 поддерживается за счет энергии, запасенной в конденсаторе и"дроссе- ле. Таким образом, происходит преобразование высокочастотных импульсов напряжения, поступающих на вход фильтра, образованного дросселем 5 и конденсатором 6, в переменное на25

55 пряжение с частотой сети.При этом номиналы емкости конденсатора 6 и индуктивности дросселя 5 выбираются так, чтобы частота среза фильтра была больше частоты сети и меньше частоты переключения ключевых элементов.

Амплитуда выходного нагряжения определяется скважностью работы ключевого элемента 1. В режиме стабилизации длительность импульсов тока через ключевой элемент 1 регулируется автоматически блоком 7 сравнения и широтно-импульсным модулятором 8, поддерживая на нагрузке 9 напряжение с постоянной амплитудой.

При напряжении сети меньше номинального блок 7 сравнения, воздействуя на широтно-импульсный модулятор 8, обеспечивает попеременное открывание элементов 3 и 4, открытое состояние ключевого элемента 1 и закрытое состояние ключевого элемента

2. При открытом ключевом элементе 3 происходит накопление энергии в дросселе 5. При закрывании ключевого элемента 3 широтно-импульсный модулятор 8, обеспечивает открывание, ключевого элемента 4 и разряд дросселя 5 в нагрузку 9, и накопление энергии в конденсаторе.6.

При закрывании ключевого элемента

4 конденсатор 6 начинает разряжаться через нагрузку, а дроссель через открытый элемент 3 вновь начинает накапливать энергию. В результате этого на выходе стабилизатора появляется напряжение с частотой сети.

Величина этого напряжения определяется скважностью импульсов тока через ключевой элемент 4, частота работы которого намного превышает частоту сети. Постоянная амплитуда на выходе поддерживается автоматически блоком 7 сравнения и широтно-импульсным модулятором 8, которые регулируют длительность импульсов тока через ключевой элемент 4.

Блок 7 сравнения работает следуют щим образом.

Напряжение с выхода стабилизатора поступает на вход датчика 15 амплитуды выходного напряжения, а с его выхода сигнал, пропорциональный амплитуде выходного напряжения, посту. пает на управляющий вход регулируемого источника 16 напряжения, в котором происходит сравнение величины управляющего напряжения с эталонным, а

Э 11308 его выходное напряжение линейно зависит от разности этих напряжений.

Такой источник. может быть выполнен, например, на микросхеме 142 ЕН I В.

Это напряжение поступает на вход .широтно-импульсного модулятора и управляет его работой.

Широтно-импульсный модулятор рабо. тает следующим образом.

Напряжение с выхода блока сравне- 1п ния поступает на управляющий вход одновибратора 12 с регулируемой длительностью импульса, запуск которого осуществляется .по заднему фронту импульса генератора 10 дифференцирующей цепочкой Il. При этом, если длительность паузы генератора меньше, чем длительность импульса одновибра-, тора для сигналов, снимаемых с их прямых выходов, происходит перекры тие импульсов генератора и одновибратора и на выходе логической схемы

И 13 на входы которой подаются сиг1 калы с прямых выходов генератора и одновибратора, периодически появляет- ся напряжение логической единицы.

Длительность импульсов напряжения на выходе логической схемы )3 равна разности длительностей импульса одновибратора и паузы генератора. На прямом 3О выходе логической схемы 14, на входы котор и подаются сигналы с инверсных . выходов генератора и одновибратора, . .при таких условиях постоянно поддерживается напряжение. логического нуля.

Если же длительность паузы генератора -больше1 чем длительность импульса одиовибратора то напряжение логической единицы будет периодически появляться на выходе логическбй схемы 14, а на выходе логической схемы 13 будет постоянно поддерживать. ся напряжение логического нуля. Длительность импульсов на выходе логи39 d ческой схемы 14 будет равна, разности длительностей паузы генератора и импульса одновибратора.

Меняя длительность импульсов одновибратора 12, можно осуществить ста-" билизацию.выходного напряжения, сделав уровень логической единицы напряжением,.открывающим ключевые элементы. При этом, если напряжение сети больше номинального1 длительность импульса одновибратора больше длительности паузы генератора и, следователь но, ключевой элемент 4 будет постоянно открыт, ключевой элемент 3 постоян но закрыт, а ключевые элементы 1 и

2 будут периодически переключаться.

При напряжении сети меньше номицального, длительность импульса одновибратора становится меньше длительности паузы генератора и в результа-. те этого ключевой элемент 2 будет постоянно открыт, ключевой элемент 1 будет постоянно закрыт, а ключевые элементы 3 и 4 будут периодически переключаться.

Стабилизация осуществляется автоматически изменением соотношения между длительностью импульса одновиб.ратора и паузы генератора.

Таким образом, поскольку широтноимпульсная модуляция осуществляется на частоте генератора по меньшей: мере, на порядок превьппающей частоту питающей сети, дроссель 5 и. конденса. тор 6 сильно уменьшены по массе и габаритам в сравнении с известным .стабилизатором, а наличие ключевых элементов 3 и 4 с соответствующими связями позволяет осуществлять стабилизацию выходного напряжения как при повышении, так и при понижении вход- ного напряжения, что существенно расширяет функциональные воэможности стабилизатора. 1130839

Составитель В. Цишевский

Текред Т.Фанта Корректор В. Синицкая

Редактор В.Иванова

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

Заказ 9609/34 Тираж 841 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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