Импульсный стабилизатор напряжения

 

Изобретение относится к вторичным источникам питания радиоаппаратуры. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет повышения быстродействия, надежности и обеспечения дистанционного управления включением. Цель достигается за счет применения определенного алгоритма включения дополнительных транзисторов при запуске. Этот алгоритм обеспечивается с помощью новой логической схемы, которая обеспечивает быстрое нарастание выходного напряжения при включении. Это происходит за счет разделения контуров заряда дросселя и конденсатора. В результате ток дросселя на всем интервале запуска остается меньше тока нагрузки. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (511 4 G 05 F 1/56

dl. " . .и Йд,Я 11

° / а.0

ГОСУДАРСТВЕННЬ1Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4352109/24-07 (22) 01,12,87 (46) 15.09.89.Бюл. № 34 (71) Московский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе (72) Л.Б.Соболев и А.Г.Замятин (53) 621 316„722.1 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1117611, кл. G 05 F 1/56, 1983.

Авторское свидетельство СССР № 1408428, кл. С 05 Р 1/56, 23,01.87. (54) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к вторичным источникам пиатния радиоаппарату—

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичных источников электро— питания радиоэлектронной аппаратуры.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет повышения быстродействия, надежности и обеспечения дистанционного управления включением.

На чертеже приведена структурная схема стабилизатора.

Стабилизатор соцержит регулирующий транзистор 1, LCD-фильтр, содержащий дроссель 2, конденсатор 3 и диод 4, суммирующий усилитель 5 рассогласования по напряжению, широтноимпульсный модулятор (ИИМ) 6, генератор 7 пилообразного напряжения, резистор 8, дополнительные транзисторы

„„su„„1568262 А1 ры. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет повьш|ения быстродейсгвия, надежности и обеспечения дистанционного управления включением. Цель достигается за счет применения определенного алгоритма включения дополнительных транзисторов при запуске.

Этот алгоритм обеспечивается с помощью новой логической схемы, которая обеспечивает быстрое нарастание выходного напряжения при включении.

Это происходит за счет разделения контуров заряда дросселя и конденсатора. Б результате ток дросселя на всем интервале запуска остается мень †; (O

me тока нагрузки, 1 ил.

9 — 1 1, дополнительный диод 1 2, первый датчик 13 тока дросселя, второй датчик 14 тока нагрузки, суммирующий @ усилитель 15 сигнала рассогласования токов дросселя и нагрузки, релейные элементы 16,17, логические элементы

HE 18 — 20, логические элементы Ii 21

23, логические элементы И1П1 24 — 26, © логический элемент ИЛИ-НГ 27 и форми- Ю рователь 28 импульсов.

Регулирующий транзистор 1 включен между входной клеммой и первым выводом ф у ) дросселю 2, который через диод 4 подключен к общей шине и ерез дополнительный диод 12 к первому выводу КоН денсатора 3 и .нагрузке, Второй вывод конценсатора подключен к об цей шине, Суммирующий уснлител 5 входами с уединен с выходной клеммой н lh точником

3 1508 опорного напряжения. Выход суммирующего усилителя 5 подключен к первому входу ШИМ 6, второй вход которого соединен с выходом генератора. 7 пилообразного напряжения. Последовательно включенные резистор 8 и первый дополнительный транзистор 9 включены между входной и выходной клеммами.

Второй дополнительный транзистор 10 включен между общей точкой дросселя

2 и дополнительного диода 12 и общей шиной."Третий дополнительный транзистор 11 включен параллельно дросселю 2. Первый датчик 13 тока включен в цепь дросселя и подсоеди-.. нен к одному входу усилителя 15 рассогласования по току, второй датчик

14 тока включен в цепь нагрузки и подсоединен к другому входу усилите- 20 ля l ;по току, выход которого подключен к входам первого 16 и второго 1 7 релейных элементов, выход релейного элемента 16 через логический элемент НЕ 18 подклю25 чен к первому входу логического элемента ИЛИ-НЕ 27, первому входу первого логического элемента И 21 и первому входу второго логического элемента И 22, выход релейного элемента 30

17 подключен к второму входу логического элемента ИЛИ-НЕ 27, второму входу второго логического элемента И 22 и через второй логический элемент

НЕ 1 9 — к второму входу первого логи-35 ческого элемента И,21, выход ШИМ 6 подключен к первому входу третьего логического элемента И 23, третьему входу логического элемента ИЛИ-НЕ 27 и третьему входу первого логического 40 элемента И,.21 дополнительный вход стабилизатора подключен к четвертому входу первого логического элемента

И 21, третьему входу второго логического элемента И 22, через третий логический элемент HE 20 — к первому входу первого логического элемента

ИЛИ 24 и через формирователь 28 импульсов — к первому входу второго логического элемента ИЛИ 25, выход первого логического эЛемента И 21 падключен к первому входу третьего логи-. ческого элемента ИЛИ 26, выход второго логического элемента И 22 подключен к вторым входам первого третьего логических элементов ИЛИ 24

26 выход второго логического элеЭ мента ИЛИ 25 подключен к второму входу третьего логического элемен262 4 та И 23, выход третьего логического элемента ИЛИ 26 подключен к управляю-. щему входу регулирующего транзистора

1, выход третьего логического элемента И 23 подключен к управляющему входу первого дополнительного транзистора 9, выход первого логического элемента ИЛИ 24 подключен к управляющему входу второго дополнительного транзистора 10, выход логического элемента ИЛИ-НЕ 27 подключен к управляющему входу третьего дополнительного транзистора 11.

Импульсный стабилизатор напряжения работает следующим образом.

В исходном состоянии должно быть подано напряжение питания стабилизатора и питание ШИ1 6, генератора 7 пилообразного напряжения, суммирующих усилителей 5, 15, релейных элементов 16, 17, логических элементов и опорное напряжение,. Все транзисторы находятся в закрытом состоянии, так как на их управляющих входах— нулевые напряжения, Токи дросселя и нагрузки равны нулю, поэтому на выходе релейных элементов 16 и 17 также нулевые напряжения, Релейные элементы 16 и 17 обладают небольшой зоной нечувствительности, и на их выходе появляется единичное напряжение, когда разность токов нагрузки и дросселя превышает по абсолютной величине пороговый уровень, исключающий их срабатывание от шумовых воздействий, 3а счет наличия опорного напряжения на одном из входов ШИМ 6 модулятор находится в режиме насыще-i ния и на его выходе единичное напряжение, При подаче единичного напряжения формирователь 28 формирует импульс, который через логический элемент

ИЛИ 25 и логический элемент И 23 поступает на управляющий вход дополнительного транзистора 9 и открывает его выходное напряжение, соответственно ток нагрузки начинают возрастать, Как только этот ток превысит зону нечувствительности релейного элемента 17, на выходе последнего устанавливается единичное напряжение, в то время как на выходе релейного элемента 16 сохраняется нулевое напряжение, соответственно на выходе логического элемента НЕ 18 — единичное напряжение, В результате на всех трех входах логического элемента И 22

1308262 устанавливаются единичные напряжения, на выходе также устанавливается единичное напряжение,, которое через логический элемент ИЛИ 26 открывает регулирующий транзистор 1 и через логический элемент ИЛИ 2ч дополнительный транзистор 10, В результате образуются два независимых контура— заряда конденсатора 3 через резистор 10

8 и дополнительный транзистор 9 и заряда дросселя 2 через регулирующий транзистор 1 и дополнительный транзистор 10. Постоянная времени заряда конденсатора выбирается мень- 15 ше постоянной времени заряца дросселя, чтобы на всем интервале запуска ток нагрузки превышал ток дросселя.

Одновременно единичное напряжение с выхода логического элемента И 22 че- 20 рез логический элемент ИЛИ 25 и логический элемент И 23 поступает на управляющий вход дополнительного транзистора 9, блокируя выход формирователя 28. Таким образом, длительность импульса формирователя 28 цолжна обеспечить нарастание, тока нагрузки сверх зоны чувствительности и срабатывание логического элемента

И. 22, Поскольку, постоянная времени 30 заряда конденсатора 3 выбирается меньшей постоянной времени заряда дросселя 2, то ток нагрузки (и соответственно выходное напряжение) раньше достигают номинального значения, чем ток дросселя, ШИМ 6 переходит в линейный режим работы и через дополнительный транзистор 9 осуществляют стабилизацию выходного напряжения, в то время как транзисторы 1 и 10 остаются в 40 открь|том состоянии и заряд дросселя продолжается.

По окончании заряда дросселя 2, которое опредeëÿåòñÿ равенством то ков дросселя .и нагрузки, открывает- 45 ся дополнительный диод 12 и на выходе релейного элемента 17 устанавливается нулевое напряжение. На выходе логического элемента И 22 также устанавливается нулевое напряжение, которое 50 приводит к закрыванию дополнительных транзисторов 9 и 10. На выходе логических элементов НЕ 18 и 19 — единичные напряжения, поэтому сигнал с выхода ШИ1 6 через логический элемент 55

И 21 и логический элемент ИЛИ 26 поступает на вход регулирующего транзистора 1,,который берет на себя функцию стабилизации выходного напряжения, При скачкообразном увеличении тока нагрузки переходный процесс протекает таким же образом, как и при запуске стабилизатора, Разность токов нагрузки и дросселя приводит к появлению единичного. сигнала на выходе релейного элемента 17, который устанавливает единичный сигнал на выходе логического элемента И 22. Это в свою очередь приводит к открытию регулирующего транзистора 1, дополнительных транзисторов 9 и 10, причем на транзистор 9 поступает сигнал с выхода ШИМ 6. Этот транзистор осуществляет стабилизацию выходного напряжения, пока ток дросселя 2 не сравняется с током нагрузки, как при запуске стабилизатора,.

При скачкообразном уменьшении то— ка нагрузки срабатывает релейный элемент 16 и на его выходе устанавливается единичное напряжение, На выходе релейного элемента 17 — нулевое напряжение„ В результате на первых двух входах логического элемента

ИЛИ вЂ  устанавливаются нулевые напряжения, на выходе — логически инвертированный сигнал ПБ1М, который поступает на управляющий вход дополнительного транзистора 11. Так как на выходе логических элементов 11 21 и 22 нулевые напряжения, то транзисторы 1, 9 и 10 закрыты. Дроссель 2 отдает избыточную энергию нагрузке, причем

ШИМ 6 осуществляет при этом стабилизацию выходного напряжения, При выравнивании токов дросселя и нагрузки на выходе обоих релейных .элементов устанавливаются нулевые напряжения, транзистор 11 закрывается и передает функцию стабилизации выходного напряжения регулирующему транзистору

1..

Для отключения стабилизатора достаточно установить нулевое напряжение на дополнительном входе U,, что приводит к установлению нулевых напряжений на выходе логических элементов

21 и 22 и закрыванию всех транзисторов, Дополнительный вход может быть использован также в качестве элемента схемы защиты.

Таким образом, в данном стабилизаторе уменьшено (по сравнению с прото типом) время запуска за- счет разделения цепей заряда конденсатора и дросселя. Кроме того, в предлагаемом

1508262 стабилизаторе при запуске ток дросселя не превышаеr тока нагрузки (в прототипе ток дросселя при запуске может в 1„5...2 раза превышать ток нагрузки), что пбвышает надежность устройства. Ввеценный дополнительный вход можно использовать для дистанционного управления или в качестве элемента защиты. В то же время стабилизатор сохраняет, как и прото— тип, высокую динамическую стабильность во всех пер ходных режимах. Это позволяет использовать стабилизатор в устройствах, требующих высокого быстродействия, надежности и динамичес кой стабильности, как, например, в устройствах вычислительной техники.

Формула из обретения 20

Импульсный стабилизатор напряжения, содержащий регулирующий транзистор, включенный между входным выводом и первым выводом дросселя фильтра, за- 2э мыкающий диод, подсоединенный между первым выводом дросселя фильтра и общей шиной, первый датчик тока, включенный в цепь дросселя, конденсатор фильтра, включенный между выход-30 ным выводом и общей шиной, дополнительный диод, включенный между вторым выводом дросселя и выходным выводом, второй датчик тока„ включенный в цепь нагрузки, усилитель рассогласо>зания по напряжению„ одним входом подключенный к выходному выводу, а другим входом подключенный к источнику опорного напряжения, широтно-импульсный модулятор, одним входом подклю- щ ченный к выходу усилителя рассогласо.вания по напряжению, а другим входом подсоединенный к выходу генератора пилообразного напряжения, первый дополнительный транзистор, >зключенный последовательно с резистором между вхоцным и выходным выводами и управляющим входом подсоединенный к выходу первого логического .элемента И, перBbIA вход I(QTopoI подключен к выхОду широтно-импульсного модулятора, вто— рой, дополнительный транзистор, включенный между общей точкой дросселя с дополнительным диодом и общей шиной, третий дополнительный транзистор,. усилитель рассогласования по току, подключенный одним входом к первому датчику тока, вторым входом — к второму датчику тока, первый и I.ropoA репейные элементы, подключенные к вы 1 ходу усилителя рассогласования по току, первый логический элемент НЕ, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет повьш ения быстродействия, надежности и обеспечения дистанционного управления включением, введены второй и третий логические элементы НЕ, четырехвходовый и трехвходовый логические элементы И, три логических элемента ИЛИ, трехвходовый логический элемент ИЛИ вЂ  формирователь импульсов и дополнительный вход, третий дополнительный транзистор подсоединены параллельно .>с.. дросселю фильтра, выход первого релейного элемента через второй логический элемент НЕ подключен к первому входу четырехвходового логического элемента И, первому входу логического элемента ИЛИ вЂ . и первому входу трехвходового логического элемента

И, выход второго релейного элемента подключен к второму входу логического элемента ИЛИ-НЕ, второму входу трехвходового логического элемента И и через третий логический элемент

НŠ— к второму входу четырехвходового логического элемента И, выход широтно-импульсного модулятора подключен также к третьему входу четырехвходового логического элемента И и третьему входу логического элемента ИЛИ-НЕ, дополнительный вход подключен к четвертому входу четырехвходового логического элемента И,третьему входу трехвходового логического элемента И, через первый логический

IF — к первому входу первого логического элемента ИЛИ и через формирователь импульсов — к первому входу второго логического элемента ИЛИ, выход четырехвходового логического элемента И подключен к первому входу третьего логического элемента ИЛИ, выход трехвходового ло" гического элемента И подключен к второму входу первого логического элемента ИЛИ, второму входу второго логического элемента ИЛИ и второму входу третьего логического элемента ИЛИ, выход второго логического элемента

ИЛИ подключен к второму входу первого элемента И, выход первого логического элемента ИЛИ подключен к управляющему входу первого логическо-, го элемента ИЛИ, к упра>зляющему вхо10

1508262

Составитель С. Чернышева

-Редактор О. Спесивых Техред M. Ходанич Корректор М.Шароши

Заказ 5545/53 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðîä, ул. Гагарина, 101 ду второго дополнительного транзистора выход логического элемента ИЛИНЕ подключен к управляющему входу третьего дополнительного транзистора, выход третьего логического элемента

ИЛИ подключен к управляющему входу регулирующего транзистора,