Импульсный стабилизатор напряжения

 

ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий ме.жду входным и выходным вьшодами последовательно включенные силовой ключ и LCD-фильтр, делитель напряжения, включенный параллельно выходным выводам, усшштель ошибки, инверткрукн1Ц1м входом подключенный к выходу делителя напряжения, источник опорного напряжения, включенный между неинвертирующим входом усилителя ошибки и общей шиной, компаратор, неинвертирующим входом подключенный к выходу усилителя ошибки, генератор пилообразного напряжения, о т л и ч ающийс я тем, что, с целью повышения коэффициента стабилизадчи , введены аналоговый перемножитель напряжения, ограничитель амплитуды и логический элемент И, а генератор пилообразного напряжения выполнен с импульсным выходом формирующим прямоугольный импульс отри- . дательной полярности во время обратного хода напряжения пилообразной формы, причем первый вход аналогового перемножителя напряжения соединен с входо импульсного стабилизатора . напряжения, гвторой вход аналогового перемножителя напряжения подключен к основному выходу генератора пилообразного напряжения, выход аналогового перемножителя напряжения через ограничитель амплитуды соединен с инвертирукицим входом компаратира , выход компаратора подключен к первому входу логического элемента И, второй вход логического элемента СО И соединен с импульсным выходом о генератора пилообразного напряжения, 00 4 4 а выход логического элемента И подключен к управляющему входу силового ключа.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУбЛИК

3У11 С 05 Р 1 56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3572858/24-07 (22) 06. 04. 83 (46) 23.12.84. Бюл. 9 47 .(72) М. В, Капитонов, Н. Н. Прокопенко.

Ж. М. Соколов и Е. И. Старченко (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В. И. Ульянова 1,Ленина) (53) 621.316.722.1(088.8) (56) 1. Сазонов В. В. Компенсационнопараметрические импульсные стабилизаторы постоянного напряжения. M., Энергоатомиздат, 1982, с. 25, рис. 15.

2. Букреев С. С. Силовые электронные приборы. M., "Радио и связь", 1982, с. 197, рис. 11.9. (54)(57) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР

НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий межцу входным и выходным выводами последова-. тельно включенные силовой ключ и

LCD-фильтр, делитель напряжения, включенный параллельно выходным выводам, усилитель ошибки, инвертирующим входом подключенный к выходу делителя. напряжения, источник опорного напряжения, включенный между неинвертирующим входом усилителя ошибки и общей шиной,. компаратор, неинвертирующим входом подключенный

„„SU„„1130844 A к выходу усилителя ошибки, генератор пилообразного напряжения, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения коэффициента стабилизации, введены аналоговый перемножитель напряжения, ограничитель амплитуды и логический элемент И, а генератор пилообразного напряжения выполнен с импульсным выходом, формирующим прямоугольный импульс отрицательной полярности во время обратного хода напряжения пилообразной формы, причем первый вход аналогового перемножителя напряжения соединен с входом импульсного стабилизатора напряжения, которой вход аналогового перемножителя напряжения подключен к основному выходу генератора пилообразного напряжения, выход аналогового перемножителя напряжения через ограничитель амплитуды соединен с инвертирующим входом компарати. ра, выход компаратора подключен к первому входу логического элемента

И, второй вход логического элемента

И соединен с импульсным выходом генератора пилообразного напряжения, а выход логического элемента И подключен к управляющему входу силового ключа.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в блоках питания различной радиоэлектронной аппаратуры.

Известен импульсный стабилизатор напряжения (ИСН), который содержит силовой ключ, усилитель ошибки, источник опорного напряжения, LCDфильтр, пороговый элемент, схему коммутации силовым ключом и двумя ключами формирователя пилообразного напряжения, интегратор на операционном усилителе tlj .

Наличие двух конденсаторов в формирователе пилообразного напряжения и в интеграторе, которые не могут быть выбраны независимо, .является существенным недостатком этой схемы, особенно в случае изготовления ее по интегральной технологии. Выбор величин емкости указанных конденсаторов определяется требуемой частотой коммутации силового ключа, поэтому изготовлять их на подложке методами интегральной технология

25 не представляется возможным.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ИСН, содержащий между своим входом и выходом последовательно включенные сило"

30 вой ключ и LCD-фильтр, делитель напряжения, включенный параллельно выходным клеммам, усилитель ошибки, инвертирующим входом подключенный к выходу делителя напряжения, источник опорного напряжения, включенный между неинвертирующим входом усилите" ля ошибки и общей шиной, компаратор, неинвертирующим входом подключенный к выходу усилителя ошибки, инвертирую щим входом — с генератору пилообразного напряжения, а выходом — к управляющему входу силового ключа .(2) .

Недостатком известного устройства является низкий коэффициент стабилизации при значительном изменении

45 входного напряжения.

Цель изобретения " повышение коэф. фициента с абилизации.

Поставленная цель достигается тем, что в импульсный стабилизатор напря- жения, содержащий между входным и выходным выводами последовательно включенные силовой ключ и LCD-фильтр, делитель напряжения, включенный параллельно выходным выводам, усилитель ошибки, инвертирующим входом подключенный к выходу делителя напряжения, источник опорного напряжения, 44

8 1 включенный между неинвертирующим вко" ! дом усилителя ошибки и общей шиной, компаратор, неинвертирующим входом соединенный с выходом усилителя ошибки, генератор пилообразного напряжения, введены аналоговый перемно житель напряжения, ограничитель амплитуды и логический элемент И, а генератор пилообразного напряжения выполнен с импульсным выходом, формирующим отрицательный прямоугольный импульс во время обратного хода

0 напряжения пилообразной формы, причем первый вход аналогового перемножителя напряжения соединен с входом импульсного стабилизатора напряжения

I второй вход аналогового перемножителя напряжения подключен к основному выходу генератора пилообразного напряжения, выход аналогового перемножителя через ограничитель амплитуды соединен с инвертирующим входом компаратора, выход компаратора подключен к первому входу логического элемента И, второй вход логического элемента И соединен с импульсным выходом генератора пилообразного напряжения, а выход логического элемента И подключен к управляющему входу силового ключа.

На фиг. i приведена функциональная схема предлагаемого ИСН; на фиг. 2— временные диаграммы, поясняющие принцип формирования широтно-модулиро ванных импульсов, поступающих на вход LCD-фильтра; на фиг. 3 — генератор пилообразного и импульсного напряжений. ИСН (фиг. 1) содержит между входом и выходом последовательно включенные силовой ключ 1 и LCD-фильтр 2, делитель 3 напряжения, включенный параллельно выходным выводам устройства, усилитель 4 ошибки, инвертирующим входом подключенный к выходу делителя 3 напряжения, неинвертирующим входом — к источнику 5 опорного напряжения, который вторым выводом подключен к общей шине. Выход усилителя

4 ошибки подсоединен к неинвертирую щему входу компаратора 6, инвертирующий вход которого через ограничитель

7 амплитуды связан с выходом аналогового перемножителя 8 йапряжения, выход компаратора 6 подключен к первому входу логического элемента И 9. Вход 10 аналогового перемножителя 8 напряжения соединен с входом импульсного стабилизатора напряжения, вход 11

ll30B

K) Э с выходом напряжения пилообразной формы генератора 12 пилообразного напряжения. Импульсный выход генератора

12 иияообраэного напряжения подключен к второму входу логического элемента

И 9, выход которого соединен с управ- пяющим входом.,силового ключа 1.

ИСН можно нормально функционировать только тогда, когда входное напряжение Us„ превышает некоторое

10 минимальное напряжение U „,„„„ . Выходное напряжение аналогового перемножителя напряжения U можно предЧ ставить выражением

У„=Б, „° Б„К„, 15 где U — напряжение на первом входе

Sx аналогового перемножителя напряжения;

Uд — напряжение пилообразной формы на втором входе ана- >0 логового перемножителя напряжения; коэффициент пропорциональ-. ности, величина которого определяется внутренним свойством аналогового перемножителя напряжения и может быть выбран необходимым.

Пусть при некотором входном напря женин выполняется условие

Sx. мин п в пх откуда

Kq =1/Uex. мин °

Это означает, что при минимальном 35 входном напряжении, напряжение пилообразной формы без изменения амплитуды поступает на вход ограничителя

7 амплитуды. Напряжение ограничения ограничителя 7 амплитуды выбирается 40 на уровне максимальной амплитуды Uz напряжения пилообразной формы.

В этом случае за счет действия обратной связи по цепи: делитель 3 напряжения, усилитель 4 ошибки, ком- 45 паратор 6, длительнос гь импульсов

U (фиг. 2) поддерживается такой, Ь чтобы выходное напряжение П,х ИСН было постоянным при изменении тока нагрузки и входного напряжения ИСН. 50

В данном ИСН эа счет введения аналогового перемножителя напряжения происходит изменение крутизны пилообразного напряжения по определенному закону так, что при посто- 55 янстве напряжения По происходит изменение длительности импульсов Uru, обратно пропорциональное изменению

44 4 входного напряжения ИСН, и выходное напряжение ИСН поддерживается постоянным (при постоянном сопротивлении нагрузки). Этот процесс иллюстрируется временными диаграммами фиг ° 2.

Регулировочная характеристика ИСН с широтно-импульсной модуляцией может быть представлена выражением где U — потери напряжения в силоост вом ключе;

1ц — — относительная длительность

T. импульсов, поступающих на вход LCD-фильтра;

Т вЂ” период следования импульсов длительностью t0 ток нагрузки;

r — сопротивление потерь в

LCD-фильтре.

Пульсациями выходного напряжения

ИСН пренебрегаем.

Для известного импульсного стабилизатора регулировочная характеристика (1) записывается в виде

Яо-п Пвых) Q (UахПост) вых U„-ц«К где U — напряжение источника опорного напряжения;

n — коэффициент передачи делителя напряжения;

К вЂ” коэффициент усиления усилио те я ошибки.

Регулировочная характеристика ИСН может быть представлена выражением ьь х 0„0 „К

Полагаем, что зйачения К, U., и, Ц„такие как и для известного стабилиэа" тора.

По определению коэффициент стабилизации

dUsx U вью (0)

К

Ф ст dU„„U „(Q) где Б„,,„(0), U>„(O) — напряжения, вблизи которых определяется коэффициент стабилизации. .Тогда коэффициент стабилизации для известного стабилизатора

nKUe Пост п К (4)

U Пм э

Для предлагаемого ИСН коэффициент стабилизации ..К,-u» n Ê. 0«, к„=, (g

"м 1 ц (1вх "ох

Выражения (4) и (5) получают в том случае, когда U и ток нагрузки не

1130844 зависят от входного напряжения, а сопротивление потерь r пренебрежимо мало.

Очевидно, что единицей в выражениях (4) и (5) можно пренебречь. (при достаточно большом K ). Поэтому выигрыш в коэффициенте стабилизации предлагаемого ИСН по сравнению с известным

К ф . 1

 —- (6) Kn.n Ucn Kg

Поскольку 1

U8õ мин то выражение (6) принимает вид

Uix мни . 11вап +U cä

 — —.—

1 оса 11 т

В частности, если выходное напряжение ИСН Us is 5 В, Uac =1,5 В, то выигрыш составит 4,3.

Так как обратный ход напряжения пилообразной формы нелинеен, логи- " ческий элемент И 9 осуществляет бло" кировку силового ключа во время обратного хода пилообразного напряжения, чтобы исключить зависимость длительности импульса U от модуляции заднего фронта пилообразного напряжения.

Ограничитель 7 амплитуды служит для того, чтобы в случае возникновения возмущения скачкообразного вида на выходе ИСН быстрее перевести его в релейный режим, что обеспечит Минимальную длительность переходного процесса, так как Uä, выбирается меньше 0

Таким образом, изобретение обеспечивает более высокий коэффициент стабилизации ИСН, а также возмож20 ность выполнения схемы управления но интегральной технологии.

1130844 ос

Фиа2

4ЬгЗ

Составитель С.. Макаров

Редактор В, Иванова Техред Т.Фанта Корректор И. Эрдейи

Заказ 9609/34 Тираж 84! Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4