Импульсный стабилизатор постоянного напряжения

 

Изобретение относится к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Целью изобретения является повышение надежности и качества выходного напряжения. Транзисторный ключ 1 включается по сигналу генератора 11, поступающему на вход RS - триггера 15. Выключение транзисторного ключа 1 происходит в момент равенства напряжений регулирующего усилителя 13 и датчика импульсного тока 5, входом включенного последовательно с транзисторным ключом. Импульсы напряжения, формируемые транзисторным ключем, сглаживаются дросселем 6 DL - фильтра 2 и через двухтактный усилитель мощности 3 передаются в нагрузку. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК g 4 G 05 F 1/56

ВСЕСОЮЗНАЯ

РЦЕЦ;1 .; „., "л1ЕСЩ, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4281 373/24-07 (22) 13.07.87 (46) 07.04.89. Бюл. Р 13 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения (72) В.N. Пименов и А.М. Яковлев (53) 621.316.722.1(088.8) (56) Электронная техника в автоматике: Сб. статей. М.: Радио и связь.

1981, вып. 12. с. 30, рис. 2.

Электронная техника в,автоматике:

Сб. статей.М.: Радио и связь, 1982, вып. 13, с. 67, рис. (54) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к источни„„SU„,, 1471181 А1 кам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Целью изобретения является повышение надежности и качества выходного напряжения. Транзисторный ключ 1 включается по сигналу генератора 11 поступающему на вход RS-триггера 15. Выключение транзисторного ключа 1 происходит в момент равенства напряжений регулирующего усилителя 13 и датчика импульсного тока 5, входом включенного последовательно с транзисторным ключом..

Импульсы напряжения, формируемые транзисторным ключом, сглаживаются дросселем 6 DL-.ôêïüòðà 2 и через двухтактный усилитель мощности 3 переда- а

Ж ются в нагрузку. 2 ил.

1471181

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в системах электропитания устройств промышленной автоматики, радиоэлектронной аппаратуры и бытовой техники.

Целью изобретения является повышение надежности и качества выходного 1О напряжения.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясня-115 ющие его работу.

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения (ИСН) содержит транзисторный ключ i, DL-фильтр 2 и двухтактный преобразователь 3 напряжения с 20 выходным трансформатором 4. Транзисторный ключ через входную обмоткудатчика 5 импульсного тока подключен коллектором к первой входной клемме, а эмиттером через дроссель 6 РЬ--фильт- 25 ра 2 — к средней точке первичной об- " мотки выходного трансформатора 4. Выходные концы первичной обмотки транI сформатора 4 соединены с коллекторами транзисторов 7 и 8 преобразователя 30 напряжения. Эмиттеры транзисторов

7 и 8 объединены между собой и подкхаочены к второй входной клемме. Диод

9 ПЬ-фильтра 2 включен между эмиттером транзисторного ключа 1 и второй входной клеммой. Вторичная обмотка выходного трансформатора подключена к выходным клеммам через выпрямитель

10.

В систему управления стабилизатора входят датчик 5 импульсного тока, генератор 11 прямоугольных импульсов, делитель 12 частоты на два, регулирующий усилитель 13, компаратор 14,триг-. гер 15 с инверсными RS-входами, логический элемент 2И 16 импульсные трансформаторы 17 и 18 и элементы, составляющие датчик импульсного тока: трансформатор 19 тока, шунтирующий диод 20 и операционный усилитель 21, охваченный отрицательной резистивной связью.

Регулирующий усилитель 13 по цепи входов подключен первым входом к ис".точнику опорного напряжения, а вторым — к выходной клемме. Выход усилителя соединен с одним из входов компаратора. Второй вход компаратора подключен к выходу датчика 5 импульсного тока. Выход коглпаратора 14 соединен с инверсным R-входом RS-триггера 15. Инверсный Б-axon RS-триггера объединен с выходом генератора 11, входом делителя 12 частоты и одним из входов логического элемента 2И 16.

Второй - вход логического элемента 16 соединен с выходом триггера 15, а выход логического элемента 16 подключен через импульсный трансформатор

18 к управляющей цепи транзисторного ключа 1. Выходы делителя 12 частоты подключены к управляющим. входам транзисторов 7 и 8 через импульсный трансформатор 17.

Питание системы управления осуществляется от маломощного источника

22 напряжения, выпол;.-нного на сетевом трансформаторе, диоцном мостовом выпрямителе и двух емкостных фильтрах, При наличии питающей сети переменного тока силовая часть стабилизатора подключается к ней через выпрямитель и емкостный фильтр (на фиг ° 1 указаны пунктирной линией). При необходимости источник 22 может быть заменен устустройством запуска, совмещенным с до дополнительным источником на выходе трансформатора 4.

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом.

Первоначально подается напряжение для питания системы управления путем подключения маломощного источника 22 к питающей сети. С появлением напряжения возбуждается генератор 11. Импульсами с выхода генератора пере-.. ключается делитель 12 частоты и напря* жение с его выходов поочередно прикладывается к входным полуообмоткам импульсного трансформатора 17. Напряжением с вторичных полуобмоток трансформатора 17 поочередно открываются транзисторы 7 и 8 преобразователя 3 напряжения. Опорным напряженчем регулирующий усилитель 13 переводится в состояние максимального выходного с сигнала положительной полярности.Под действием этого сигнала компаратор

14 устанавливается в единичное состояние по выходу. Одновременно с возбуждением генератора. 11 КЯ-триггер

15 переводится в единичное состояние по выходу нулевым сигналом генератора

11, воздействующим на инверсный -вход.

1471181

В моменты появления единичных импульсов на выходе генератора 11 на входах логического элемента 2И 16 со совпадают по времени единичные сигна5 лы и на выходе последнего выделяются сигналы положительной полярности,которые поступают на вход транзисторного ключа 1 через импульсный трансформатор 17. В результате транзисторный ключ открывается синфаэно с импульсами генератора.

Силовая часть ИСН подключается к питающей сети постоянного тока непосредственно, а к сети переменного тока — через вспомогательный выпрямитель и емкостный фильтр.

После подачи питающего напряжения на силовую часть стабилизатора в момент появления единичного сигнала .на выходе генератора 11 открывается транзисторный ключ 1. Через датчик 5 тока, . транзисторный ключ 1, дроссель 6

DL ôèëüòðà 2, одну из полуобмоток вы,ходного трансформатора 4 и один из транзисторов преобразователя 3 напряжения, например транзистор 7, начинает протекать ток. Ток из первичной полуобмотки трансформатора 4 трансформируется во вторичную обмотку и через выпрямитель 10 замыкается в цепь нагрузки. Темп нарастания тока (момент времени t< на фиг. 2) определяется величиной индуктивности дросдросселя 6 DL-фильтра 2 и разностью напряжений между входом и выходом стабилизатора.

По мере нарастания тока пропорционально ему увеличивается сигнал с датчика 5 тока. При нарастании тока до заданного уровня на входе компаратора 14 сравниваются по величине вход. ные сигналы, а именно сигнал с датчика 5 тока и сигнал с выхода регулирующего усилителя 13. При незначитель ном превьппении током заданного уров45 ня происходит переключение компаратора 14 в нулевое состояние по выходу

1 (момент времени t<). Нулевой сигнал поступает на инверсный R-вход тригге-. ра 15 и последний переключается в нулевое состояние по выходу. На выходе логического элемента 2И 16 появляется сигнал низкого уровня, который через импульсный трансформатор

18 надежно запирает транзисторный ключ 1. В результате прерывается входной ток датчика 5 тока и на его выходе появляется сигнал отрицательной полярности, соответствующий размагничиванию сердечника трансформатора f9 тока.

Сигналом с датчика 5 тока формированно переключается компаратор 14 в единичное состояние по выходу. Единичный сигнал с выхода компаратора

14 не изменяет состояние триггера 15.

Одновременно с эапиранием транзисторного ключа 1 ток, протекающий по обмоткам дросселя 6 и выходного трансформатора, замыкает цепь диода 9 и начинает уменьшаться по величине.

Темп спада тока определяется величи- ной индуктивности дросселя 6 и выходного напряжения ИСН. Через поапериода (момент времени t ) на выходе генератора 11 появляется нулевой сигнал, который устанавливает триггер 15 в единичное состояние по выходу. При этом состояние сигнала на выходе логического элемента 2И 16 не изменяется и силовая часть стабилизатора сохраняет предыдущее состояние. Ток в силовой цепи продолжает снижаться по величине. Через полпериода (момент времени t„.) на выходе генератора 1 f появляется единичный сигнал, который переключает делитель

12 частоты и поступает на второй вход логического элемента 2И 16 °

В результате вновь открывается транзисторный ключ 1 и одновременно переключаются транзисторы преобразователя напряжения, Диод 9 DL-фильтра закрывается, а ток, протекающий через транзисторный ключ 1 и дроссель 6, коммутируется иэ первой полуобмотки выходного трансформатора,во вторую и начинает вновь нарастать. Ток из второй полуобмотки выходного <трансформатора трансформируется во вторичную обмотку и через выпрямитель

10 замыкается в цепь нагрузки, Далее работа устройства происходит аналогично описанной. В результате ток ограничивается на данном уровне .независимо от величины нагрузки (ИСН) и может надежно работать даже при коротком замыкании в цепи нагрузки или в преобразователе напряжения, Нагрузка стабилизатора носит активно-емкостный характер. По мере saряда конденсаторов в цепи нагрузки выходное напряжение начинает сравниваться по величине с опорным. Следовательно на выходе регулирующего усилителя 13 уменьшается выходное напря5 1471181 жение, а пропорционально ему ток.ста- ф рму билизатора. Далее наступает состояние динамического равновесия, при ко- Импульснь тором выходное напряжение равно опор- ного напряже ному, а ток стабилизатора равен току neTenb„o ooe

5 нагрузки. При изменении величины наг- р1 ф

Рузки стабилизатор практически без- тель мощност инерционно приводит ток в состояние ченные к пер

РавновесиЯ, а именно, не более, чем 1О о о че за период частоты генератора. выдр,.митель

Ю изо ° ретения

Таким образом, транзисторный ключ

1 с DL-фильтром 2, управляемый по сигналам датчика 5 импульсного тока, 15 фактически выполняет функции регулируемого источника постоянного тока и поэтому обеспечиавет высокое качество выходного напряжения.

Датчик импульсного тока работает 20 следующим образом.

Импульс входного тока из первичной обмотки трансформируется во вторичную и замыкается в цепь резистивной обратной связи операционного усилителя 21. Выходное напряжение усилителя пропорционально входному тбку.

За счет подключения вторичной обмотки трансформатора 19 тока в входу усилителя 21 сердечник трансформатора перемагничивается предельно-минималь" ным напряжением, равным падению напряжения от тока на активном сопротивлении вторичной обмотки трансформатора 19. Входное напряжение операционного усилителя 21 практически равно нулю. Поэтому в процессе преобразования входного тока в выходное напряжение трансформатор 19 тока 40 имеет минимальное значение тока намагничивания и, соответственно, датчик тока обладает высокой точностью преобразования. В момент обрыва входного тОка при закрывании транзистор- 45 ного ключа ток намагничивания трансформатора 19 тока трансформируется во вторичную обмотку и замыкается через шунтирующий диод 20.

ы стабилизатор постоянния, содержащий последодиненные транзисторный ьтр и двухтактный усилии, первым входом подклювой входной клемме, а вывыходной трансформатор, и фильтр соединенные с выходными клеммами, генератор и делитель частоты, соединенные послеФ довательно, регулирующий усилитель,, первый вход которого под .,пючен к выходным клеммам, второй вход соединен с источником эталонного напряжения, а выход подключен к первому входу компаратора, выход делителя частоты подсоединен к управляющим входам двухтактного усилителя мощности через первый импульсный трансформатор, RS-триггер, выход которого подключен. к первому входу элемента 2И, выход которого через второй импульсный трансформатор связан с управляющим входом транзисторного ключа, о тл и ч а ю шийся тем, уто, с целью повышения надежности и качества выходного напряжения, в него введен датчик импульсного тока, а входы

RS-триггера выполнены инверсными, причем датчик тока входом включен между второй входной клеммой и вторым входом последовательно соединенных транзисторного ключа, DL-фильтра и двухтактного усилителя мощности, а выходом подключен к второму входу комнаратора и S-вход RS-триггера, соединен с выходом генератора и вторым входом элемента 2И, à R-вход соединен с выходом компаратора, датчик тока включает в себя трансформатор тока, первичная обмотка которого подсоединена к входам датчика тока, а вторичная обмотка, зашунтированная диодом,подсоединена к входам усилителя, выход которого подключен к вью"f ходу датчика тока.

1471! 81

Составитель Ю.Опадчий

Техред JI.Îëèéíûê . Корректор М.Васильева

Редактор А.Шандор

Заказ 1608/50 Тираж 788 Подписное

SHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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