Импульсный стабилизатор постоянного напряжения

 

Изобретение относится к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Целью изобретения является повьщение КПД при сохранении динамической стабильности в переходных режимах. Широтноимпульсный модулятор 11 по сигналу суммирующего усилителя 8 изменяет относительную длительность включенного состояния регулирующего трак- - зистора 1 так, чтобы выходное на

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧ ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) SU (1I) 1 4 (51) 4 С 05 F 1/56

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фие. f

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4186371 24-07 (22) 29.01.87 (46) 23.03.89. Бюл. № 11 (71) Севастопольский приборостроительный институт (72) Л.Б.Соболев, О.Н.Соломаха и Е.С.Ядовина (53) 621.316.722. 1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1117611, кл. G 05 F 1/56, 1983.

Авторское свидетельство СССР № 1408428, 23.01.87, (54) ИМПУЛЬСНЫИ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННО ГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к источникам вторичного электропитания радиоэлектроннои аппаратуры. Целью изобретения является повьппение КПД при сохранении динамической стабильности в переходных режимах. Широтноимпульсный модулятор 11 по сигналу суммирующего усилителя 8 изменяет относительную длительность включенного состояния регулирующего тран- . зистора 1 так, чтобы выходное на146 пряжение на выходе стабилизатора оставалось постоянным. При скачкообраз-. ном увеличении тока нагрузки выходной сигнал второго датчика 19 тока становится больше выходного сигнала первого датчика 20 тока и на выходе второго релейного элемента 24 формируется сигнал, отпирающий логический элемент И 30. Регулирующий элемент

1 и второй дополнительный транзистор

31 при этом управляются синхронно.

Входное напряжение через резистор

32 и второй дополнительный транзистор 31 подзаряжает конденсатор 5 вы- ходного фильтра стабилизатора. При

7542 скачкообразном уменьшении тока нагрузки сигнал с выхода суммирующего усилителя 8 напряжений через первый релейный элемент 10 и логические элементы ИЛИ 25 и.И 27 запирает регулирующий элемент. Одновременно выходнои сигнал первого релейного элемента 10 через логические элементы

ИЛИ-НЕ 28 и И 29 начинает передавать выходные импульсы широтно-импульсного модулятора 11 на управляющий вход первого дополнительного транзистора

6, что уменьшает ток заряда конденсатора 5 выходного фильтра стабилизатора. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения — повышение КПД при сохранении динамической стабильности во всех переходных режимах.

На фиг.1 представлена схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения; на фиг.2 — характеристики первого, второго и третьего релейных элементов; на фиг.3 — временные диаграммы, поясняющие принцип работы импульсного стабилизатора напряжения.

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения (фиг.1) содержит последовательно включенные регулирующий транзистор 1 и LCD-фильтр 2, состоящий из замыкающего диода 3, дросселя 4 и конденсатора 5, первый дополнительный транзистор 6, подключенный через диод 7 параллельно дросселю 4 LCD-фильтра 2,суммирующий усилитель 8 напряжения, инвертирующий вход которого соединен с выходным выводом для подключения нагруз ки, а к. неинвертирующему входу подключен источник 9 опорного напряжения, первый релейный элемент 10, 30 входом подключенный к выходу суммирующего усилителя 8 напряжения, широтно.-импульсный модулятор 11, состоящий из генератора 12 тактовых импульсов, выход которого соединен с 35 первым входом четвертого логическоro элемента И 13 и входом формирователя 14 пилообразного напряжения, выход которого подключен к инвертирующему входу компаратора 15, неинвертирующий вход которого соединен с выходом суммирующего усилителя 8 напряжения, а выход подключен к второму входу четвертого логического элемента И 13, триггера 16, вход R установки нуля которого через второй логический элемент НЕ 17 подключен к выходу компаратора 15, вход S установки единицы соединен с выходом четвертого логического элемента

И 13, а выход О является выходом широтно-импульсного модулятора 11, суммирующий. усилитель 18 тока, инвертирующий вход которого подключен к выходу датчика 19 тока,включенного в цепь нагрузки, неинвертирующий вход .соединен с выходом датчика 20 тока, включенного в цепь дросселя

4 LCD-фильтра 2, выход через диод

21 подключен к входу второго релейного элемента 22, а через диод 23— к входу третьего релейного элемента

24, логический элемент ИЛИ 25, первый вход которого через первый логический элемент НЕ 26 соединен с выходом второго реЛейного элемента

22, второй вход подключен к выходу первого релейного элемента 20, а выход — к второму входу первого логического элемента И 27, первый вход которого подключен к выходу триггера

16, а выход соединен с управляющим

1467542 входом регулирующего транзистора 1, логический элемент ИЛИ-НЕ 28, первый вход которого соединен с выходом триггера 16, второй вход подключен

5 к выходу первого релейного элемента 10, а выход соединен с вторым входом второго логического элемента

И 29, первый вход которого подключен к выходу второго релейного элемента

22, а выход — к управляющему входу первого дополнительного транзистора

6, третий логический элемент И 30, первый вход которого подключен к .выходу третьего релейного элемента

24, второй вход сединен с выходом триггера 16, выход подключен к управляющему входу второго дополнительного транзистора 31, включенного последовательно с резистором 32 20 между входным и выходным выводами стабилизатора.

Характеристики первого, второго и третьего релейных элементов представлены на фиг. 2, где i = i < — i z, 25

U = U „— U Зона нечувствительности Г; релейных элементов 22 и 24 выбирается в зависимости от амплитуды пульсаций тока емкости в установившемся режиме ; = (1,5 + 30

+ 2) i Ширина петли d ч релейного элемента 10 выбирается равной амплитуде линейной развертки.

Принцип действия стабилизатора поясняется временными диаграммами, представленными на фиг.3.

При включении питания в момент времени t = to выходное напряжение. стабилизатора, ток дросселя и ток нагрузки равны нулю. До момента времени t = t, в который напряжение . на выходе стабилизатора достигает уровня опорного напряжения,на выходе первого релейного элемента 10, характеристика которого показана на

45 фиг ° 2, высокий логический уровень, на выходе логического элемента ИЛИ

25 также высокий логический уровень, следовательно, импульсы, вырабатываемые широтно-импульсным модулятором

11, проходят через первый логический элемент И 27 на управляющий вход регулирующего транзистора t. До тех пор, пока отклонение выходного напряжения от опорного больше амплитуды пилообразного напряжения, на выходе широтно-импульсного модулятора

1i сохраняется высокий логический уровень, при котором регулирующий транзистор I открыт и находится в насыщении.

В интервале времени tq-t, на выходе логического элемента ИЛИ-HF. 26 низкий логический уровень, на выходе второго логического элемента И 29 также низкий логический уровень,следовательно, первый дополнительный транзистор 6 закрыт. Диод 7 исключает подачу обратного напряжения на транзистор 6 в интервалах времени, соответствующих открытому состоянию транзистора 1. В рассматриваемом интервале времени to — t, происходит заряд конденсатора 5 LCD-фильтра 2. При этом для токов выполняется соотношение где i, i, i„ — токи через дроссель 4, конденсатор 5 и нагрузку, соответственно. Имеет место условие при котором на выходе сум-. мирующего усилителя 18 тока положительный потенциал, следовательно, как видно из характеристик, приведенных на фиг.2, на выходе второго релейного элемента 22 высокий логический уровень, а на выходе третьего релейного элемента 24 низкий логический уровень, на выходе третьего логического элемента И 30 также низкий логический уровень, при котором второй дополнительный транзистор

31 закрыт.

В момент времени t = t когда отклонение выходного напряжения от опорного равно нулю, на выходе первого релейного элемента 10 устанавливается низкий логический уровень.

Условие i z ъ i „продолжает выполняться, следовательно, на выходе второго релейного элемента 22 высокий логический уровень, значит на обоих входах логического элемента ИЛИ 25 низкий логический уровень, на его выходе низкий логический уровень, регулирующий транзистор 1 закрыт. При низком логическом уровне на выходе первого релейного элемента 10 и высоком логическом уровне на выходе; второго релейного элемента 22 импульсы, вырабатываемые широтно-импульсным модулятором 11, инвертируются логической схемой ИЛИ-НЕ 28 и через вторую логическую схему И 29 проходят на управляющий вход первого дополнительного трлн мотора 6 °

7542

5 146

В интервале времени t +t., на кото/ ром ток дросселя 4 больше тока нагрузки, стабилизация напряжения осуществляется переключением первого дополнительного транзистора 6, На интервалах времени, когда транзистор

6 закрыт, ток дросселя 4 протекает через нагрузку и осуществляет подза-. ряд конденсатора 5, при этом ток дросселя уменьшается, выходное напряжение стабилизатора возрастает.

В интервалах времени, когда транзистор 6 открыт и насыщен,, ток с небольшими потерями циркулирует в контуре, образованном дросселем 4, транзистором 6 и диодом 7. К моменту времени t = t< ток дросселя 4 уменьшается до величины тока нагрузки, приблизительно выполняется равенство ь.„,следовательно, на выходах второго и третьего релейных элемен тов 22 и 24 низкий логический уровень, на выходах второго и третьего логических элементов И 29 и 30 также низкий логический уровень, первый и второй дополнительные транзисторы 6 и 31 закрыть. При низком логическом уровне на выходе второго релейного элемента 22 на выходе логического элемента ИЛИ 25 устанавливается высокий логический уровень, при котором импульсы, вырабатываемые широтно-импульсным модулятором 11 проходят через первый логический элемент И 27 на управляющий вход регулирующего транзистора 1. С момента времени t = tq стабилизатор входит в установившийся режим,в котором стабилизация напряжения осуществляется переключением регулирующего транзистора 1.

При скачкообразном уменьшении тока нагрузки процесс стабилизации напряжения на нагрузке происходиФ таким же образом, как и при включении питания. В этом случае до момента времени t = t стабилизатор находил7 ся в установившемся.режиме, ток нагрузки показан на временных диаграммах пунктирной линией.

В момент времени t = t происходит скачкообразное увеличение тока нагрузки, ток в дросселе 4 LCDфильтра 2 не может измениться скачком, поэтому конденсатор 5 LCD-фильтра 2 начинает разряжаться, выходное напряжение стабилизатора уменьшается. Однако с момента времени

45 — выполняется условие ь ( при котором, как видно из характе-. ристик, представленных на фиг.2, на выходе второго релейного элемента 22 устанавливается низкий логический уровень, а на -выходе третьего релейного элемента 24 — высокий логический уровень. Следовательно, на выходе логического элемента

ИЛИ 25 высокий логический уровень, при котором импульсы, вырабатываемые широтно-импульсным модулятором

11, проходят через первый логический элемент И 27 на управляющий вход регулирующего транзистора 1. На выходе второго логического элемента И 29 низкий логический уровень, при котором первый дополнительный транзистор

6 закрыт,. через третий логический элемент И 30 и на управляющий вход второго дополнительного транзистора

31 поступают импульсы, вырабатываемые широтно-импульсным модулятором 11.

В интервале t з +, когда ток дросселя 4 меньше тока нагрузки, стабилизация напряжения на нагрузке осуществляется путем синфазного переключения транзисторов 1 и 3 1. На интервалах времени, когда транзисторы

1 и 31 открыты и насыщены, происходит заряд конденсатора 5 через резистор 32 и накопление энергии в дросселе 4, напряжение на нагрузке возрастает, ток дросселя 4 увеличивается. На интервалах времени, когда транзисторы 1 и 31 закрыты, конденсатор 5 разряжается на нагрузку.,ток дросселя 4 уменьшается, выходное напряжение стабилизатора уменьшается. К моменту времени t = t < ток ,цросселя 4 достигает величины тока нагрузки, приблизительно выполняется условие х = i» что означает переход в установившийся режим. формула изобретения

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий транзистор, включенный между входным выводом и первым выводом последовательно соединенных первого датчика тока и дросселя фильтра, замыкающий диод, подсоединенный между общей точкой регулирующего транзистора с последовательно соединен1467542 ными первым датчиком тока и дросселем фильтра и общей шиной, конденсатор фильтра, включенный последовательно с вторым датчиком тока между выходным выводом и общеи шиной, уси5 литель рассогласования по напряжению, одним входом подключенный к выходному выводу, а другим входом подключенный к источнику опорного напряжения, широтно-импульсный модулятор, одним входом подключенный к выходу, усилителя рассогласования по напряжению, а другим входом подсоединенный к выходу генератора пилообразного напряжения, первый допол,нительный транзистор, включенный последовательно с резистором между входным выводом и общей точкой конденсатора фильтра с вторым датчиком тока и входом подсоединенный через первый логический элемент к выходу широтно-импульсного модулятора, второй дополнительный транзистор, включенный параллельно последовательно соединенным дросселю фильтра к первому датчику тока, усилитель рассогласования по току, подключенный входами к выходам первого и второго датчиков тока, первый и второй релейные элементы, подключенные к выходу усилителя рассогласования по току, второй и третий логические эле- . менты И, логический элемент HE и третий релейный элемент, причем вход второго логического элемента И подключен к управляющему входу второго дополнительного транзистора, выход третьего логического элемента И со1 едннен с управляющим входом регулирующего транзистора, первый вход третьего элемента И подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД при сохранении динамической стабильности во всех переходных режимах, в него введены логический элемент ИЛИ-НЕ, логический элемент ИЛИ, а третий релейный элемент выполнен с гистерезисной характеристикой, причем выход усилителя рассогласования по напряжению подключен к входу третьего релейного элемента, выход которого подключен к первому входу логического элемента ИЛИ-НЕ и первому входу логического элемента ИЛИ, выход первого релейного элемента подключен к пер-. ° вому входу первого логического элемента И, выход второго релейного элемента подключен к первому входу второго логического элемента И и через логический элемент HE подключен к второму входу логического элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу третьего логического элемента И, выход широтно-импульсного модулятора подключен к второму входу логического элемента ИЛИ-HE выход логического элемента ИЛИ-НЕ подключен к второму входу второго логического элемента И, общая точка последовательно соединенных конденсатора фильтра с вторым датчиком тока подключен к второму выводу последовательно соединенных дросселя фильтра и первого датчика тока.

1467542

Составитель Ю.Опадчий

Редактор В.Данко Техред А.Кравчук Корректор С.Черни

Заказ 1195/44 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета о изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101