Импульсный стабилизатор переменного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - увеличение КПД стабилизатора. При напряжении сети вьше номинального длительность импульса одновибратора 11 меньше длительности паузы генератора 9 и в результате этого на выходе ячейки И 12 поддерживается нулевой логический уровень (ключ 2 закрыт), логические уровни сигналов на выходе ячейки ЗАПРЕ1ЦА10ЩЕЕ ИЛИ 14 противоположны логическим уровням на выходе ячейки И 13 (ключевые элементы 3 и 4 периодически переключаются). При напряжении сети ниже номинального длительность импульса одновибратора 11 больше длительности паузы генератора 9, и, следовательно, ключевой элемент 4 постоянно закрыт, а ключевые элементы 2 и 3 периодически переключаются. Стабилизация напряжения осуществляется автоматически изменением соотношения между длительностью импульса одновибратора 11 и паузы генератора 9 широтно-импульсного модулятора 7. Схема позволяет повысить КП,Т стабилизатора за счет уменьшения потерь мощности на ключевых элементах и на управление ими, поскольку в любой момент времени открыт только один ключевой элемент. 2 ил. S 9 (Л с г а

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) И1) А1 (б1) 4 С 05 F 1/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV С8ИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4057385/24-07 (22) 21.04.86 (46) 30.08.&7. Бюл. N - 32 (71) Московский технологический институт Министерства бытового обслуживания населения РСФСР (72) С.И. Червяков (53) 621.316.722.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N -, 750451, кл. С 05 F 1/20, 1978, Авторское свидетельство СССР

¹ 1130839, кл, С 05 F 1/20, 1983. (54) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕ: МЕННОГО НАПРЯ>КЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения — увеличение КХЩ стабилизатора. При напряжении сети выше номинального длительность импульса одновибратора 11 меньше длительности паузы генератора 9 и в результате этого на выходе ячейки И 12 поддерживается нулевой логический уровень (ключ 2 закрыт), логические уровни сигналов на выходе ячейки

ЗАПРЕЩА10ЯЕЕ ИЛИ 14 противоположны логическим уровням на выходе ячейки

И 13 (ключевые элементы 3 и 4 периодически переключаются). При напряжении сети ниже номинального длительность импульса одновибратора 11 больше длительности паузы генератора 9, и, следовательно, ключевой элемент 4 постоянно закрыт, а ключевые элементы 2 и 3 периодически переключаются.

Стабилизация напряжения осуществляется автоматически изменением соотношения между длительностью импульса одновибратора 11 и паузы генератора

9 широтно-импульсного модулятора 7.

Схема позволяет повысить КПД стабилизатора за счет уменьшения потерь мощ- С ности на ключевых элементах и на управление ими, поскольку в любой момент времени открыт только один ключевой элемент. 2 ил.

13341

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам регулирования электрических величин и может быть использовано, например, 5 для питания радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения — увеличение КПД стабилизатора.

На фиг. 1 представлена схема импульсного стабилизатора переменного напряжения, на фиг. 2 — схема широтно-импульсного модулятора с подключенным к ней блоком сравнения.

Стабилизатор содержит дроссель 1 с двумя обмотками 1.1 и 1.2, ключевые элементы 2-4, конденсатор 5,блок

6 сравнения, широтно-импульсный моду- лятор 7. Нагрузка 8 подключена к выходным выводам. 20

Широтно-импульсный модулятор 7 (фиг,2) содержит последовательно соединенные генератор 9, дифференцирующую цепочку 10, одновибратор 11 с регулируемой длительностью импуль- 25 са, логические ячейки И- 12,13 и ИСКЛОЧМО11 ЕЕ ИЛИ 14 с гальванически развязанными (например, с помощью оптронов) выходами, являющиеся соответственно первым, вторым и третьим вы- ЗО ходами широтно-импульсного модулятора. Входы логических схем И 12 и 13 соединены соответственно с прямыми и инверсными выходами генератора 9 и одновибратора 11, а входы логичес35 кой схемы 14 подключены к прямому выходу генератора и инверсному выходу одновибратора 11, управляющий вход которого является входом широтно-импульсного модулятора 7. Блок сравнения 6 содержит датчик 15 амплитуды выходного напряжения и регулируемый источник 16 напряжения (например, дифференциальный усилитель, один из входов которого соединен с опорным напряжением, а второй — с выходом датчика 15).

Первые разноименные выводы обмоток 1.1 и 1.2 дросселя 1 подключены к общей шине соответственно через первый 2 и второй 4 ключевые элементы и соединены между собой через третий ключевой элемент 3, вторые выводы этих обмоток подключены соответственно к входному и выходному выводам стабилизатора. К выходу стабилизатора подключен конденсатор 5 и вход блока 6 сравнения, выход которого соединен с входом широтно-им16 2 пульсного модулятора, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к управляющим входам первого 2, второго 4 и третьего 3 ключевых элементов. Ключевые элементы 2-4 выполнены двухполярными, например транзистор, включенный в диагональ диодного выпрямительного моста.

Стабилизатор работает следующим образом, Частота переключения ключевых . элементов во много раз превышает частоту сети, причем при напряжении сети выше номинального ключевой элемент 2 всегда закрыт.

При этом блок 6 сравнения и широтно-импульсный модулятор 7 обеспечивает попеременное открывание ключе- вых элементов 3 и 4, В момент открытого состояния ключевого элемента 3 дроссель 1 и конденсатор 5 накапливают энергию. При закрывании ключевого элемента 3 открывается ключевой элемент 4 и дроссель

1 через обмотку 1.2 разряжается на нагрузку 8, Следовательно, в момент паузы напряжение на нагрузке поддерживается за счет энергии, запасенной в конденсаторе 5 и дросселе 1, B результате этого на выходе стабилизатора появляется напряжение с частотой сети.

Амплитуда выходного напряжения определяется скважностью работы ключевого элемента 4. В режиме стабилизации длительность импульсов тока через ключевой элемент 4 регулируется автоматически блоком 6. сравнения и широтно-импульсным модулятором 7, поддерживая на нагрузке 8 напряжение с постоянной амплитудой.

При напряжении сети меньше номинального блок 6 сравнения, воздействуя на широтно-импульсный модулятор 7, обеспечивает попеременное открывание ключевых элементов 2 и 3 и закрытое состояние ключевого элемента 4. При открытом ключевом элементе 2 происходит накопление энергии в обмотке 1.1 дросселя 1. При закрывании ключевого элемента 2 широтно-импульсный модулятор 7,обеспечивает открывание ключевого элемента 3 и разряд дросселя 1 в нагрузку 8 и накопление энергии в конденсаторе 5.

При закрывании ключевого элемента

3 конденсатор 5 начинает разряжаться

1334 через нагрузку, а дроссель через открытый ключевой элемент 2 и обмотку

1.1 вновь начинает накапливать энергию. В результате этого на выходе стабилизатора появляется напряжение

5 с частотой сети.

Величина этого напряжения определяется скважностью импульсов тока через ключевой элемент 2. Постоянная амплитуда на выходе поддерживается автоматически блоком 6 сравнения и широтно-импульсным модулятором 7, которые регулируют длительность импульсов тока через ключевой элемент 2 15

Блок 6 сравнения работает следующим образом.

Напряжение с выхода стабилизатора поступает на вход датчика 15 амплитуды выходного напряжения, а с его выхода, пропорциональный амплитуде выходного напряжения, поступает на управляющий вход регулируемого истоЧника 16 напряжения, в котором происходит сравнение величины управляюще- 25

ro напряжения с эталонным, а его. выходное напряжение линейно зависит от разности этих напряжений (такой источник может быть выполнен, например, на микросхеме 142 ЕН 1 Б). Это напря- З0 жение поступает на вход широтно-импульсного модулятора и управляет его работой.

Широтно-импульсный модулятор 7 ра- ботает следующим образом.

Напряжение с выхода блока 6 сравнения поступает на управляющий вход одновибратора 11 с регулируемой длительностью импульса, запуск которого осуществляется по заднему фронту им- 4р пульса генератора 9 дифференцирующей цепочки 10.При этом, если длительность паузы генератора 9 меньше, чем длительность импульса одновибратора 11 для сигналов, снимаемых с их прямых 45 выходов, происходит перекрытие импульсов генератора и одновибратора, и на выходе логической ячейки И 12, на входы которой подаются сигналы с прямых выходов генератора и одновибратора, периодически появляется напряжение "1". Длительность импульсов напряжения на выходе логической ячейки И 12 равна разности длительностей импульса одновибратора и паузы генератора, На выходе логической ячейки

И 13, при таких условиях постоянно поддерживается напряжение "0", а на выходе логической ячейки 14 напря116 жение "1" появляется по время паузы на выходе логической ячейки И 12, Если же длительность паузы генератора больше, чем длительность импульса одновибратора, то напряжение

"l" будет периодически появляться на выходе ячейки 13. Длительность импульсов на ее выходе будет равна разности длительностей паузы генератора и импульса одновибратора, При этом на выходе логической ячейки 12 будет постоянно поддерживаться нулевой логический уровень, а логические уровни сигналов на выходе ячейки 14 будут противоположны логическим уровням на выходе ячейки 13, Таким образом,.меняя длительность импульсов одновибратора 11, можно осуществлять стабилизацию выходного напряжения, сделав уровень "1" напряжением, открывающим ключевые элементы. При этом, если напряжение сети меньше номинального длительность импульса одновибратора больше длительности паузы генератора, и, следовательно, ключевой элемент 4 будет постоянно закрыт, а ключевые элементы 2 и 3 будут периодически переключаться.

При напряжении сети выше номиналь-. ного длительность импульса одновибратора становится меньше длительности паузы генератора, и в результате этого ключевой элемент 2 будет постоянно закрыт, а ключевые элементы 3 и 4 6удут периодически переключаться, Стабилизация осуществляется автоматически изменением соотношения между длительностью импульса одновибратора и паузы генератора.

Схема позволяет увеличить КПД стабилизатора за счет уменьшения потерь мощности на ключевых элементах и на управление ими. Это объясняется тем, что в любой момент времени в схеме открыт только один ключевой элемент, причем большую часть времени открыт ключевой элемент 3, ток через который не превышает при прочих равных условиях тока через открытые ключевые элементы в известной схеме, в которой одновременно открыты два ключевых элемента и, следовательно, потери на них больше.

Особенно наглядно преимущества стабилизатора видны для случая, когда входное напряжение равно номинальному.

При этом в предлагаемой схеме постоянно открыт ключевой элемент 3, че16

Фо р мула и з о б р е т е ни я

Составитель А. Волкова

Техред М.Дидык

Корректор В. Бутяга

Редактор М. Товтин

Заказ 3961/44 Тираж 863

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4

5 13341 рез который протекает ток нагрузки, в отличие от известной схемы„ где ток нагрузки протекает через два открытых элемента, и, следовательно, потери мощности на них и на управле5 ние ими вдвое больше.

Импульсный стабилизатор переменного напряжения, содержащий дроссель, конденсатор, подключенный к выходным выводам, блок сравнения, подключенный входом к конденсатору, а выходом — к входу широтно-импульсного модулятора) 1 состоящего из генератора, прямой вход которого через дифференцирующую цепочку соединен с запускающим входом одновибратора, управляющий вход которого подключен к входу широтно-им- 20 пульсного модулятора, двух ячеек И, входы первой из которых соединены с прямыми, входы второй — с инверсными выходами генератора и однавибратора, а выходы подключены соответственно к первому и второму выходам широтноимпульсного модулятора и три ключевых элемента, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД стабилизатора, дроссель выполнен с двумя обмотками, первые разноименные выводы первой и второй обмоток которого подключены к общей шине соответственно через первый и второй ключевые элементы и соединены между собой через третий ключевой элемент, а вторые выводы этих обмоток подключены соответственно к входному и выходному выводам стабилизатора, в широтно-импульсный модулятор введена ячейка

ИСКЛ!ОЧАИЦЕЕ ИЛИ, входы которой соединены с прямым выходом генератора и инверсным выходом одновибратора, а выход — с третьим выходом широтноимпульсного модулятора, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к управляющим входам первого, второго и третьего ключевых элементов.