Импульсный стабилизатор постоянного напряжения

 

1. ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий последовательный регулирующий элемент , выполненный в виде силового ключа на параллельно соединенных по силовым цепям двух транзисторах, выходной LCD-фильтр, разделительный трансформатор, первая первичная обмотка которого средним выводом связана с выводом для подключения вспомогательного источника питания, а вторичная включена в цепь управления силового ключа, и блок управления , вход которого относительно общей шины подключен к выходному выводу, а выход - к выводам указанной первичной обмотки разделительного трансформатора, при зтом блок управления содержит два транзисторных ключа, включенных между общей шиной и выходными выводами блока управления , компаратор с источником опорного напряжения, вход которого является входом данного блока, э/темент И, соединенньй одним из входов с выходом компаратора, и счетный триггер , отличающийся тем, что,, с целью повьшения надежности .в пусковом режиме путем ограничения тока при перегрузках и повьшения КПД, в него введены пороговый триггер - двухполюсник, резистор-, включенный в цепь среднего вывода первой первичной обмотки трансформатора , цепь из двух, встречно включенных диодов, подключенная к выходным выводам блока управления, разделительньш трансформатор снабжен второй первичной обмоткой со средним выводом , подключенным к дросселю LCD- фильтра и к среднему выводу вторичной обмотки, а другими выводами указанная обмотка соединена по отдельSS ности с эмиттерами транзисторов сило (Л вого ключа в блок управления введены мультивибратор, два одновибратора и цепь из встречно включенньрс диодов, прргчем выходы одновибраторов по отдельности подключены к управляющим входам транзисторных ключей и входам элемента И, выход которого со ,единен с входом мультивибратора, выход которого подключен к входу счетного триггера, выходы которого по отдельности подключены к входам одновибраторов, цепь из диодов средним выводом соединена с общей шиной, а другими вьшодами - с выходами блока управления, а пороговый - триггер вхрдрм относительно общей шины подключен к среднему выводу диодной цепи. .2. Стабилизатор по п.1, отличающийся тем, что, с целью I обеспечения автоматического отключения при длительных перегрузках, в него введен пороговый элемент с задержкой, содержащий датчик тока с

(19) (I!) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)4 G 05 F 1/569

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОтнРытий (21) 3729571/24 — 07 (22) 1 3. 04. 84 (46) 30. 09. 85. Бюл. N - 36 (72) О. kl. Мельников и С.Д. Сыпачев (71) Опытное производственно-техни— ческое предприятие "Уралчерметавтоматика" (53) 621. 316. 722. 1 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 991395,. кл. G 05 F 1/58, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Р 1001049, кл. G 05 F 1/56, 1981. (54) (57 ) 1 . ИМПУЛЬСНЪП! СТАБИЛИЗАТОР

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий последовательный регулирующий элемент, выполненный в виде силового ключа на параллельно соединенных по силовым цепям двух транзисторах, выходной LCD-фильтр, разделительный трансформатор, первая первичная обмотка которого средним выводом связана с выводом для подключения вспомогательного источника питания, а вторичная включена в цепь управления силового ключа, и блок управления, вход которого относительно общей шины подключен к выходному выводу, а выход — к выводам указанной первичной обмотки разделительного трансформатора, при этом блок управления содержит два транзисторных ключа, включенных между общей шиной и выходными выводами блока управления, компаратор с источником опорного напряжения, вход которого является входом данного блока, эпемент

И, соединенный одним из входов с выходом компаратора, и счетный триггер, отличающийся тем, что, с целью повьппения надежности в пусковом режиме путем ограничения тока при перегрузках и повышения

КПД, в него введены пороговый триггер — двухполюсник, резистор, BKлюченный в цепь среднего вывода первой первичной обмотки трансформатора, цепь из двух встречно включенных диодов, подключенная к выходным выводам блока управления, разделительный трансформатор снабжен второй первичной обмоткой со средним выводом, подключенным к дросселю LCDфильтра и к среднему выводу вторичной обмотки, а другими выводами указанная обмотка соединена по отдельности с эмиттерами транзисторов силового ключа, в блок управления введены мультивибратор, два одновибратора и цепь из встречно включенных диодоь, причем выходы одновибраторов по отдельности подключены к управляющим вхо,цам транзисторных ключей и входам элемента И, выход которого соединен с входом мультивибратора, вы-. ход которого подключен к входу счетного триггера, выходы которого по отдельности подключены к входам одновибраторов, цепь из диодов средним выводом соединена с общей шиной, а другими выводами — с выходами блока управления, а пороговый триггер входом относительно общей шины подключен к среднему выводу диодной цепи.

2 ° Стабилизатор по п. 1„о " л и— ч а ю шийся тем, что, с целью

I îáåñïå÷åHèÿ автоматического отключения при длительных перегрузках, в него введен пороговый элемент с задержкой, содержащий датчик тока с

11824 усилителем второй усилитель, связанный с его выходом резистор и подключенный к вспомогательному источнику питания резистивный делитель, один из выводов которого соединен с выходом первого усилителя, а к среднему выводу подключены накопи99 тельный конденсатор и вход второго усилителя, при этом другой вывод указанного резистора подключен к промежуточному входу триггера, а датчик относительно общей шины тока включен в цепь порогового триггерадвухполюсника.

Изобретение относится к электро,.книке и может быть использовано

-».=т:: очных источниках питания в и-:.".и" устройствах автоматики и числительной техники. 5 .".. ;обретения — повышение на4

:-х;ности в пусковом режиме путем .;:=н."-гения тока при перегрузках и лшение КПД, На фиг. 1 представлена принципи- 10 .:впал электрическая схема импульс::. го стабилизатора постоянного на-; ляжения, на фиг. 2 — диаграмма работы стабилизатора.

Импульсный стабилизатор постоян- 15

;:,о"о напряжения содержит силовой ключ, образованный транзисторами 1

2, трансформатор тока с двумя и:"..рвичными обмотками 3.1 и 3.2 и вторичной обмоткой 3.3, LCD-фильтр 20

4, На,схеме показан вариант включе :дп обмоток 3.2 и 3.3 трансформатора при управлении по базам транзисторов (может быть использовано и управление по эмиттерам), при этом 25 средняя точка обмотки 3.3 связана со средней точкой обмотки 3.2 и входом LCD-фильтра 4, а ее крайние выводы через балластные резисторы (на чертеже показаны пунктиром) соединены30 с эмиттерами транзисторов 1 и 2.

Первичная обмотка 3,1 имеет среднюю точку, которая через токозадающий резистор 5 подключена к одному полюсу вспомогательного источника

+Е . Между крайними выводами обмотки 3. 1 включена цепочка из встречно включенных диодов б и 7. К точкам сс:единения обмотки 3.1 и диодной цепочки 6-7 подключен блок 8 управле- 40 ния, содержащий коммутирующие транз ;сторные ключи 9 и 10 и включенную :..л выходе блока параллельно им в не. проводящем направлении цепочку из диодов 11 и 12, обратных диодам цепочки 6-7, последовательно соединенные компаратор 13, элемент И управляемый мультивибратор 1з,, счетный триггер 16 и связанные с его выходами одновибраторы 17 и 18, выходы которых соединены с двумя другими входами элемента И 14 и базами транзисторов 9 и 1О.

Между средними точками диодных цепочек 6-7 и 11-12, которые образуют при этом мостовой выпрямитель напряжения для обмотки 3.1 трансформатора тока, включен пороговый триггердвухполюсник 19, состоящий из двух„ комплементарных транзисторов 20 и

21., коллектор каждого из которых со-, 1 единен с базой другого транзистора, а между базой и эмиттером транзистора

21 включен резистор 22 реэистивного делителя 23-24 (резистор 23 которого включен между эмиттером и базой транзистора 20), задающего порог срабатывания триггера-двухполюсника . (вместо резистора 24 делителя может быть использован стабилитрон). Входящая в состав двухполюсника РСД-цепочка

25-26-27 обеспечивает защиту от ложного срабатывания триггера 19 по всплеску напряжения при включении силового ключа (выброс напряжения шун-: тируется конденсатором 25 через диод 26), а также небольшую задержку на отключение (с постоянной времени с = RC резистора 27 и конденсатора

25), необходимую для предотвращения отключения триггера 19 до полного выключения силового ключа.

Для подключения к триггеру-двухполюснику 19 порогового элемента 28 с задержкой в точке соединения коллектора его транзистора 20 и базы транзистора 21 организуется дополни3 1 тельный управляющий вход. Пороговый элемент 28 с задержкой содержит токовый шунт (датчик тока) 29, включаемый последовательно транзисторам

20 и 21 триггера-двухполюсника 19, транзисторный усилитель 30, на- . грузкой которого является резистив- ный делитель 31-32, подключенный к вспомогательному источнику питания

+E Средняя точка делителя соединена с накопительной емкостью 33 и базой транзисторного усилителя 34, .коллектор которого через резистор 35 подключен к дополнительному входу триггера-двухполюсника 19.

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом.

Если выходное напряжение стабилизатора U l„ больше напряжения задания U „, то компаратор 13 формирует сигнал логического нуля, которым через элемент И 14 блокирует работу управляемого мультивибратора 15, э счетный триггер 16 находится в произвольно установившемся состоянии, а одновибраторы 17 и 18 — в устойчивом состоянии и на их выходе присутствует сигнал логической единицы, под действием которого коммутирующие ключи 9 и 10 открыты и обмотка 3.1 трансформатора тока закорочена по цепям ключ 9 — диод 12 для одной полярности обмотки 3.1 и ключ 10— диод 11 — для другой полярности. Поскольку обмотка 3.1 закорочена, от- . сутствует ток подпитки базовых цепей транзисторов 1 и 2 силового ключа— силовой ключ закрыт.

Когда под действием тока нагрузки выходное напряжение стабилизатора станет меньше U „, на выходе компаратора 13 появится сигнал логической единицы, который вместе с единичными сигналами с выхода одновибраторов

17 и"18 обеспечит сигнал логической единицы на выходе схемы И 14, который разблокирует управляемый мультивибратор 15. По первому же импульсу мультивибратора переключится счетHblH триггер 16, что вызовет срабатывание одного из одновибраторов.

Допустим, перешел в квазиустойчивое состояние одновибратор 18.

При этом на его выходе на время присутствия импульса (r,„ „) установится уровень логического нуля. По этому сигналу закроется схема И 14, 182499 4 чем заблокируется (на время 7.

9 — общая шина, создаст начальный, ток подпитки базы транзистора 1

10 силового ключа, величина которого определяется выражением

Eri з т 6 ч.

5 где Е р — напряжение вспомогательного источника питания, R — сопротивление токозадающе5 го резистора 5„

w — витки обмотки 3. 1, 2 ъ BHTKH O6MOTKH 3 ° 3.

Транзистор 1 начнет открываться и от входного источника +UBlt через него.и соответствующую полуобмотку

3.2 трансформатора тока и дроссель

ЬСР-фильтра 4 потечет ток, который создат дополнительный, пропорциональный току нагрузки силового ключа ток в цепи базы транзистора 1. Под действием положительной обратной связи по току транзистор 1 форсированно откроется.

Если за время открытого состоя-. ния транзистора напряжение на выходе стабилизатора все еще меньше за35 данного (это может иметь место при пуске, либо при набросе нагрузки), л то по окончании ь„ „при переходе одновибратора 18 в устойчивое единичное состояние через схему И 14 раэ40 блокируется мультивибратор 15 и переключит счетный триггер 16, что вызовет срабатывание одновибратора

17, при этом на его выходе на время л ь„„р установится уровень логического

45 нуля. По этому сигналу через схему

И 14 заблокируется мультивибратор

15, а также заблокируется коммутирую- . щий ключ 9 и ток начальной подпитки, протекая от вспомогательного источника +Е» через резистор 5, нижнюю по схеме полуобмотку 3.1 и ключ 10, создает начальный ток подпитки базы транзистора 2 силового ключа.

Транзистор 2 под действием полоN жительной связи по току аналогично описанному вьппе открывается, и процесс повторяется до тех пор, пока

; напряжение Бпь чне превысит напряже1 l 82499 ние U . В этом режиме, поскольку ключи 9 и 10 переключаются практически без пауз, ток в ключах и в дросселе фильтра 4 линейно нарастает (фиг.2 интервал t --t ) ) иH, соответственно, возрастает напряжение ча обмотке 3.1, определяемое выраже".-. ием

2(П + П ) э, . э я

25."p::.. д — падение напряжения н а переоз ходе база-эмиттер транзистора 1(2);. 15

UR - падение напряжения на бал ластном резисторе соответствующего транзистора 1(2).

Величина U>, имеет составляющую

: -.), пропорциональную току нагрузки

:.: оного ключа. Это переменное найря.:;..:-..:.".e выпрямляется с помощью мостоньн1рямителя, образуемого диода:;: 6, 7, 11 и 12, и поступает на

,:." .:ггер-двухполюсник 19.

При увеличении напряжения на ныховыпрямителя выше порогового зна ения начинает открываться транзистор

20, что приводит к отпиранию транзистора 71. Триггер-двухполюсник 19 переходит в открытое состояние, шунтируя обмотку 3.1, что приводит к запи:.знию открытого в данный момент транзистора (l или 2) силового ключа

-..табилиэатора до момента окончания . импульса одновибратора (17 или 18). Тем самым блок 19 не позволяет току н дросселе LCD-фильтра 4 нарастать выше допустимой величины.

Таким образом, при перегрузке или 40 н процессе пуска импульсный стабилизатор начинает работать с автоматическими (н функции тока силового ключа) укорачиваемыми импульсами тока, переходя из режима стабилиза- 45 тора напряжения в.режим стабилизатора предельного тока (см.диаграмму).

Процесс пуска завершается, когда :-апряжения У„1, сравняется в превысит

Uù . Иа выходе компаратора 13 50 устанавливается уровень логического нуля, который через элемент И 14 блокирует работу мультивибратора 15 и обеспечивает закрытое состояние транзисторов 1 и 2 силового ключа до тех пор, пока напряжение U íå станет ниже напряжения U «, В дальнейшем при отсутствии перегрузки пороговый триггер 19 не срабатывает и длительность импульсов включения транзисторов 1 и 2 определяется длительностью импульсов однонибраторов 17 и 18. В случае возникновения перегрузки при каждом включении порогового триггера 19 включается транзистор 30, который н свою очередь при каждом включении подзаряжает конденсатор 33 в базе транзистора 34. При длительной, превышающей время пуска перегрузке стабилизатора конденсатор 33 успевает зарядиться до порога открывания транзистора 34, который, включаясь, подпитывает базу транзистора 21 и исключает возможность выключения триггера-двухполюсника 19 в конце такта работы стабилизатора, что приводит к отключению последнего (интервал после t на диаграмме).

Последующее включение стабилизатора может быть выполнено только отключением и последующим включением вспомогательного источника питания.

Благодаря токовой обратной связи на возбуждение транзистора силового ключа тратится как раэ столько энергии, сколько необходимо для введения его н насыщенный режим при дан,ном токе нагрузки, что обеспечивает существенное повышение надежности и КПД стабилизатора по сравнению с прототипом.

Обеспечение автоматического отключения стабипизатора при длительных перегрузках при повышенной надежности схемного решения его блока управления также создает положительный эффект, уменьшая потери времени и средств на ремонт стабилизатора.

1182499

1182499 усн

Редактор К. Волощук

Заказ 6106/47 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 . -мсеФФ4/. уф.

ЖРМа льни Отнлючение

Режим ерегрузна

Фиг. 2

Составитель 0.Овсянников

Техред А.Кикемезей Корректор M.,Ñàìáoðñêàÿ

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