Устройство для регулирования постоянного напряжения

 

Изобретение относится к вторичным источникам питания радиоаппаратуры . Целью изобретения является повышение качества стабилизированного напряжения путем уменьшения помех, возникающих при регулировании постоянного напряжения на нагрузке. Цель достигается за счет того, что устройство работает практически без сквозных токов выпрямительных диодов 9. Изменение напряжения на выходе дросселя 19 может произойти только после равенства нулю тока дросселя, а значит и тока выключающего диода. В результате включение соответствующего диода происходит только после устранения тока в выключающемся диоде. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (SD 4 С 05 F 1/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТНЕННЫИ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2i) 3888086/24-07 (22) 19.04 ° 85 (46) 30.07.87. Бюл. № 28 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) Л.А. Дубицкий и Б.И. Шведский (53) 621.. 316. 722. 1 088. 8) (56) Патент США ¹ 4017784, кл. Н 02 И 3/335, 1977.

Патент США № 4263642, кл. Н 02 Н 3/335, 1981. (.54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к вторичным источникам питания радиоаппара„„Я0„„13270 1 А1 туры. Целью изобретения является повышение качества стабилизированного напряжения путем уменьшения помех, возникающих при регулировании постоянного напряжения на нагрузке. Цель достигается за счет того, что устройство работает практически без сквозных токов выпрямительных диодов 9.

Изменение напряжения на выходе дросселя 19 может произойти только после равенства нулю тока дросселя, а значит и тока выключающего диода. В результате включение соответствующего диода происходит только после устранения тока в выключающемся диоде.

3 ил.

Блок 14 управления содержит компаратор 23, подключенный соответствующими входами к входам 13 и 22 устройства управления и входу 24 подачи опорного напряжения, преобразователь

25 напряжение — частота, делители 26 частоты, схемы 27 И и формирователи

26 импульсов управления.

Компаратор 23 (фиг. 2) содержит операционные усилители 29 и 30 разностных напряжений, соединенные соответствующими входами с входами 13 и

22 блока 14 управления, и суммирую50

1 13270

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования и стабилизации постоянного напряжения на нагрузке.

Цель изобретения — повышение ка— чества стабилизированного напряжения путем уменьшения помех, возникающих при регулировании постоянного напряжения на нагрузке. 10

На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — пример схемы выполнения компаратора блока управления; на фиг. 3 — временные диаграммы напряжений и токов в характерных точках схемы.

Устройство для регулирования постоянного напряжения, содержит последовательно включенные между входными выводами 1 и 2 первый 3 и второй 4 коммутирующие элементы, ббщая точка 5 которых через дроссель 6 подключена к двум цепочкам 7 и 8, содержащим каждая последовательно соединенные диод 25

9 и конденсатор 10 фильтра, общая точка 11 соединения,циода и первого вывода конденсатора каждой цепочки подключена к соответствующим первым выходным выводам 12 и соответствующим входам 13 блока 14 управления, выходами 15 соединенного с управляющими входами 16 коммутирующих элементов, первый 17 и второй 18 конденсаторы, первый из которых включен между общей точкой 5 коммутирующих элементов

35 и одним входным выводом 1, между которым и точкой соединения 19 дросселя

6 и последовательных цепочек включен второй конденсатор 18, входные выводы подключены к соответствующим вторым выходным выводам 20 и 21 и введенным входам 22 блока 14 управления, причем конденсаторы фильтров цепочек вторыми выводами подключены к соответствующим

45 вторым выходным выводам.

81 2 щий усилитель 31, подключенный одним из входов к выходам усилителей разностных напряжений, а другим — к входу 24 подачи опорного напряжения.

На фиг. 3 обозначены последовательность 32 импульсов возбуждения, поступающих на коммутирующий элемент

3, последовательность 33 импульсов возбуждения, поступающих на коммутирующий элемент 4, диаграмма 34 напряжений на выходе коммутирующих элементов 3 и 4 (точка 5), диаграмма

35 напряжений на выходе дросселя 6 (точка 19), диаграмма 36 токов в дросселе 6.

Устройство работает следующим образом.

Блок 14 управления образует последовательности импульсов возбуждения (32, 33 на фиг. 3), задержанные друг относительно друга на я . Эти последовательности управляют работой коммутирующих элементов 3 и 4, навязывая устройству рабочий цикл. Синхронизация работы осуществляется по заднему фронту импульсов последовательностей

32 и 33. Поступление заднего фронта импульсов, например, последовательности 32, вызывает запирание транзистора 3. Ток, соответствующий магнитному потоку, накопленному в дросселе

6 через транзистор 3, производит перезаряд конденсатора 17 и всех паразитных емкостей. Формируется отрица1 тельный фронт импульсной последова-. тельности на выходе 5 (последовательность 34 на фиг. 3) коммутирующих элементов. Фронт является частью колебательного процесса, возбуждаемого выключением транзистора 3 в контуре, состоящем из дросселя 6 и конденсатора 17. Процесс приводит к отпиранию транзистора 4, что происходит при снижении напряжения на коллекторе транзистора 4 по отношении к эмиттеру (на временной диаграмме не показано по масштабным соотношениям). Транзистор 4 отпирается инверсно (для транзисторов, не допускающих инверсного включения при больших токах, параллельно ему следует ставиФь диод), фиксируя напряжение на выходе 5 на уровне нуля.

Ток, накопленный в дросселе 6 (диаграмма 36 на фиг. 3), начинает падать, удерживая транзистор 4 в насыщении, а напряжение на коллекторе равным нулю. Тем же током удерживается от81

П Ту — Ъ !

2I.

I ср 2

55 з 13270 крытым диод 9 цепочки 8, фиксируя на ныходе дросселя 19 — точке соединения цепочек 7 и 8 — напряжение, равное выходному напряжению (напряжение на конденсаторе 10) цепочки 8. При

5 снижении тока до нуля транзистор 4 стал бы запираться, изменяя напряжение на коллекторе, но этого не происходит, так как импульс возбуждения, управляющий процессом, появляется к этому моменту (последовательность 33 на фиг. 3) и поддержинает транзистор 4 включенным. Диод 9 цепочки 8 запирается и напряжение на выходе 19 начинает изменяться.

Фронт изменения (диаграмма 35 на фиг. 3) является частью колебательного процесса, образованного контуром из дросселя 6 и конденсатора 18.

Процесс приводит к отпиранию диода 9 цепочки 7, и это происходит при уменьшении напряжения на выходе 19 меньше напряжения на выходе 11 цепочки 7. Напряжение на выходе 19 фиксируется на новом уровне, а ток в дросселе 6 начинает расти в противоположном направлении. После прихода запирающего фронта (фронта, запирающего транзистор 4) последовательности 33 ток, запасенный (в противоположном направлении) н дросселе через транзистор 4, вызывает инверсное включение транзистора 3 и развитие нового цикла, аналогичного описанно3 .1 му. Оценим процесс количественно ° Так как силоные импульсы напряжения на выходе 19 (диаграмма 35 на фиг. 3) близки к прямоугольным, а напряжение на выходе 5 (диаграмма 34 ла фиг. 3) 40 также является прямоугольным, работу дросселя 6 можно составить из участков, где дроссель 6 оказывается под постоянным (на время длительности участка) напряжением. Тогда процесс 45 в дросселе можно представить следующим образом:

1 л

II = — U; dt, так как U; = const, 1 1 Э

U;. то I1= — — T; где Т, — длительность участка;

U; — напряжение на дросселе в течение длительности I<, Ь вЂ” индуктивность дросселя;

Ток I- заряжает конденсаторы 10.

Разряжает конденсаторы постоянный ток э нагрузки I . Тогда

Т;Т; U; 1 ;

Т;?,„; = — --, откуда Т

2 U

Таким образом, средний ток за период рабочего цикла, нключающий п участков, можно представить следующим образом;

Примем U; равным минимальному напряжению на дросселе, тогда

1-1му ч

l1

11м1111 Т

I ) -- — Т. ср 4L;, 4I. где Т вЂ” период рабочего цикла.

Как следует из (1), уменьшение частоты следования рабочих циклон позволяет увеличить ток, потребляемый нагрузками от цепочек 7 и 8, или напряжения на нагрузках. Указанный эффект виден из нременных диаграмм

34-36 (фиг. 3).

Приняв нагрузку н.виде активного сопротивления, можно формулу (1) испольэовать непосредственно для оценки качества регулирования постоянного напряжения. Из (() видно, что регулирование носит пропорциональный характер, может производиться в широком диапазоне частот, мало зависит от нагрузки и в силу этих причин выгодно отличается от вариантов, использующих резонансные снойстна контуров.

Существенной особенностью предлагаемого устройства является принципиальная способность работать без сквозных токов выпрямительных диодов 9. Она получена за счет того, что изменение напряжения на выходе дросселя 19 может произойти только после равенства нулю тока дросселя (диаграмма 35 и 36 на фиг. 3), а значит и тока выключающегося диода. Отсюда следует, что включение диода происходит только после устранения тока и выключающемся диоде, т.е. при отсутствии сквозных токов диодов. Уменьшаются помехи в устройстве.

Включение транзисторов производится колебательным процессом (без участия импульсов возбуждения). Изменение токов и напряжений производится элементами индуктинностью дросселя, конденсаторами и паразитными емкостями и осуществляется только после выключения ранее включенного транзисто1327081

Формула изобретения и

J2

И

10иг. Я

Диа. J

Составитель А. Колоколкин

Техред A.Êðàâ÷óê Корректор А. Ильин

Редактор Е. Колча

Заказ 3389/44 Тираж 8б3 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ра, Отсюда — отсутствие сквозных токов через коммутируемые транзисторы и минимальный уровень излучаемых помех.

Устройство для регулирования постоянного напряжения, содержащее последовательно включенные между входными выводами первый и второй коммутирующие элементы, общая точка которых через дроссель подключена к двум цепочкам, включающая каждая последовательно соединенные диод и конденсатор фильтра, общая точка соединения диода и первого вывода конденсатора каждой цепочки подключена к соответствующим первым выходным выводам и соответствующим входам блока управления, выходами соединенного с управ- 20 ляющими входами коммутирующих элементов, первый и второй конденсаторы, отличающееся тем, что с целью повышения качества стабилизированного напряжения путем уменьшения помех, возникающих при регулировании постоянного напряжения на нагрузке, первый конденсатор включен между общей точкой коммутирующих элементов и одним входным выводом, между которым и точкой соединения дросселя и последовательных цепочек включен второй конденсатор, входные выводы подключены к соответствующим вторым выходным выводам и введенным входам блока управления, причем конденсаторы фильтров цепочек вторыми выводами подключены к соответствующим вторым выходным выводам.