Импульсный стабилизатор постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника электропитания. Цель - повышение эксплуатационной надежности путем обеспечения защиты от короткого замыкания в нагрузке с последующим самозапуском, ограничения тока включения и одновременного повышения КПД. Устр-во построено по классической схеме компенсационного типа с последовательным регулирующим блоком В устр-во введены пиковый детектор, компаратор , усилитель мощности, интегрирующая цепочка, пороговый каскад, источник тока с двумя выходами и ключевой элемент. Эти узлы соединены последовательно с резистивным датчиком тока, последовательно с которым соединен также введенный защитный диод. Введен также токоограничивающий двухобмоточный дроссель и диодный фильтр, включенный последовательно с одной обмоткой этого дросселя выходом подключенный к входу усилителя мощности. Выход ключевого элемента соединен с отключающим входом источника питания управляющего блока. Благодаря этому в аварийных режимах с управляющего блока снимается питание, а после снятия аварии схема самовосстанавливается. 1 ил. со с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСГИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 05 F 1/569

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4729808/07 (22) 01.06.89 (46) 07,10.91. Бюл. М 37 (72) Б. Я, Ханин и B. И. Федоров (53) 621.316.722. 1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1287131, кл. G 05 F 1/573, 1987.

Авторское свидетельство СССР

М 1410003, кл. G 05 F 1/573, 1 988. (54) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника электропитания, Цель — повышение эксплуатационной надежности путем обеспечения защиты от короткого замыкания в нагрузке с последующим самозапуском, ограничения тока включения и одновременного повышения КПД. Устр-во построено по классичеИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника электропитания.

Цель изобретения — повышение эксплуатационной надежности путем обеспечения защиты от короткого замыкания в нагрузке с последующим самозапуском, ограничения тока включения и одновременного повышения КПД.

На чертеже представлена функциональная схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения.

Стабилизатор содержит включенные между входным и выходным выводами последовательно соединенные регулирующий блок 1 и LC0-фильтр 2, резистивный датчик (делитель) 3 напряжения, включенный меж„„Я2„„1682989 А1 ской схеме компенсационного типа с последовательным регулирующим блоком. В устр-во введены пиковый детектор, компаратор, усилитель мощности, интегрирующая цепочка, пороговый каскад, источник тока с двумя выходами и ключевой элемент, Эти узлы соединены последовательно с резистивным датчиком тока, последовательно с которым соединен также введенный защитный диод. 8веден также токоограничивающий двухобмоточный дроссель и диодный фильтр, включенный последовательно с одной обмоткой этого дросселя выходом подключенный к входу усилителя мощности, Выход ключевого элемента соединен с отключающим входом источника питания управляющего блока. Благодаря этому в аварийных режимах с управляющего блока снимается питание, а после снятия аварии схема самовосстанавливается. 1 ил. ду выходным выводом и общей шиной, управляющий блок 4, один вход которого сое, динен с выходом делителя 3, источник 5 питания управляющего блока с отключающим входом, выход которого соединен с вторым входом управляющего блока 4, выходом подключенного к управляющему входу регулирующего блока 1, соединенные последовательно резистивный датчик 6 тока, пиковый детектор 7, компаратор 8, усилитель 9 мощности, интегрирующую цепочку 10, пороговый каскад 11, источник

12 тока с двумя выходами и транзисторный ключ 13, выход которого соединен с отключающим входом источника 5, а также диод. ный фильтр 14, защитный диод 15 и токоограничивающий двухобмоточный I I)82989 дроссель 1 6, причем Г1 8p8ичная Обмотка дросселя 16 включена между диодом ь.СГ фильтра 2 и общей шиной и ээшунтирована последовательной цепочкой иэ защитного диода 15 и датчика б тока, а вторичная обмотка дросселя 16 включена между общей шинОЙ и вхОДОм ДиОДного фильтра 14, Импульсный стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом, Схема импуль:IICIo стабилизатора представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования. управляющий блок 4 осущестеляет непрерывное сравнение выходного напряжения стабилизатора с опорным, задаваемым источником

5 питания упрэвляющег) блока, и годержит дифференциальный усилитель, один вход

KoTopoI подключен к истО 4нику опорного напряжения, а второй вход — к выходу делителя 3 напряжения IIB Bыходе стабилизатора, и пороговый элемент HIB базе .григгера

Шмитта. Триггер Шмиттэ срабатывает в момент, когда сигнал сшибки достигает определенной величины, Точность поддержания выходного напряжения определяетсг напряжением срабатывания и отпускани. ; триггера Шмитта и коэффициентом усиления дифференциального усилителя, Импульсы с выхода блока 4 oTKpt483ioT и эае )ы ваю регулирующий блок 1. В течение времени открытого состояния регулирующего бг эка рабочий ток (ток нагрузки) протекает )т истсчника входного напряжения через дрос.:ель LCD-фильтра 2, В течение времени закрытого состояния регулирующего блока ТоК нагрузки про-гекает от дросселя СО-фил,ьтрэ через первичную

Обмотку тОкООграничлвающего Дросселя 1 6, защитный диод 15 v,диод (. О-фильтра 2, Выражение то<в через реэистивный

Дат.INK б тока в Операторной форме

IR(P)=t Р /й+Р(.

Соотжтственнс, знэ вни тока через реэистивныэ, датчик б тока, KBK функции

ВРеменИ

IR(P) = llI8 где Ip — рабочий ток стабилизатора; т=1 /B,где L — индуктивность токоогрэничивающего дросселя;

Р— сопротивлен 8 реэистивного датчика тока.

Таким образом,,ереэ резистивный датчик 6 тока протекае. импульс экспоненциального спэдающегс рабочего тока, Время протекания рабочегo - Ока через резистивный датчик тока приблизительно на порядок м8ньше, чем время эякоыто "o состояния регулируощего блока 1. Мощность. выделяемая в резистивном датчике б тока

Р1=1/2I2Ð Rtt/Т, где t> — время протекания импульса рабоче5 го тока;

T-=(то+1э) — период работы ключа регулирующего блока;

to — время открытого состояния регулирующего блока;

10 1э — время закрытого состояния регулирующего блока, Мощность, выделяемая в резистивном датчике тока, включенном в силовую шину стабилизатора

15 Р2=12„вто1/Т.

Отношение мощностей Р2 и Р

Р2/Р =2то/t<, т.е. мощность, выделяемая в датчике тока описываемого устройства, приблизитель20 но нэ два порядка меньше, чем в известных устройствах. При каждом отпирании регулирующего блока в течение времени рассасывания неосновных носителей в базе диода

LCD-фильтра, когда напряжение нэ диоде

25 еще мало, на первичной обмотке токоограничивающего дросселя 8 формируются прямоугольные импульсы положительной полярности, амплитуда которых равна входному напряжению стабилизатора, а дли30 тельность пропорциональна выходному току стабилизатора.

На вторичной обмотке токоограничивающего дросселя 16 возникают отрицательные относительно общеЙ шины импульсы

35 напряжения, поступающие на вход диодного фильтра 14. Напряжение с выхода диодного фильтра 14 обеспечивает питание компаратора 8 и усилителя 9 мощности.

40 Импульсы напряжения отрицательной полярности, амплитуда которых пропорциональна току чагрузки стабилизатора, с резистивного датчика 6 тока поступают на вход пикового детектора 7. Г1ри перегрузке по

45 току или короткОМ замыкании нэ выхоД8 стабилизатора HB Bxop компарэтора 8 Iloc pjllBет напряжение, достаточное для срабатывания последнего.

На выходе компаратора формируются

50 импульсы, вызывающие срабатывание усилителя 9 мощности, Б течение времени открытого состояния усилителя 9 происходит заряд конденсатора интегрирующей цепочки 10 от источника

55 входного напряжения и от напряжения с выхода диодного фильтра 14. Интегрирующая цепочка имеет малое значение постоянной времени заряда и большое значение постоянной времени разряда.

1682оЯо

При напряжении, равном напряжению о .:;<;., уменьшень выбросы входнс := на;!р срабатывания порогового каскада 11, по- >." следний включает источник !2 тока, с пер- .: —.êèì образом, данная схема стабилиэавого выхода которого от источника входного т;:.;:: позволяет повыс:,ть эксплуатационную напряжения напряжение поступает на пер- 5 надежность импульсных стабилизаторов с вый вход управляющего блока, а со второго, . " хпозиционным регулированием, выхода — на управляющий вход транзистор- . о р м у л а и - o б р е т е н и я ного ключа 13. Транзисторный ключ 13 шун- !;.",.;пульсный стабилизатор постоянного тирует источник 5 питания управляющего на-,.ряжения, содержащий последовательно блока, благодаря чему закрывается выход- 10 в.::: о<енные между входным и выходным ной ключ триггера Шмитта управляющего !.ыводами регулирующий блок и L Облока 4 и, как следствие, закрывается регу- ф:-. -.ьтр, реэистивный делитель напряжения, лирующий блок 1. =!<<: ;е! ный между выходным выводом и

Одновременно источник 12 тока закры- о!=.!.:.!е! . шиной и выходом соединенный с вает входной транзистор дифференциаль- 15:.е в:;". входом управляющего блока, выхоного усилителя управля!овце G блока 4, д<<"< соединенного с управляющим входом благодаря чему выходчое напряжение ста- рег;. .:- ..ующего блока, а вторым входом — с билизатора снижается до нуля экспоненци- выходе:.: источника питания управляющего ально, При отсутствии связи между бго"." = отключающим входом, о- также резиисточником тока и входом управляющего 20 ст .в:-: -:: дз .ик то:В предлагаемом устройстве в режиме 30 рез,";=т: !-:: .; -; ч ... :rì ;c;<ç гиковый детекограничения рабочего тока и!!! в режиме то, .::.:::"-.";.:=:,;. !л .тель мощности, инкороткого замыкания в те-! е-;ие времени, тега -;, :,-.iì:: —: ц==. ка, пооговый каскад и определяемом постоянными вре;«з;-<и;аря- с 1, " . .: : - :,!. 1. ".: зь! чз 1ам!1, при этом да конденсаторов пикового, е-акта, а 7 и р;:::;,:,. . —.,.::. . э c;,«;!!0"!;.!! к общей шине интегрирующей цепочки 1!О, происходит 35 че:,,»сэ ге,!.-.:.:-.:; с о мот!i -..с::<оо.раничивавозрастание выходного напряжения стаби-::-::.:,е-.—; „:.,воссел,шунт<1рован,ую последолизатораотнулядозначечия,определяемо- в.òâ ;: -о -:. <,- u енными разистивным го величиной порога срабатывания д: -::,::,:;: о.;а ащитным диодом, вторичкомпаратора 8. ная об

После срабатывания компаратора 8 40 ля вхлючена между общей шиной и входом происходит снижение выходного напряже- диодного фильтра. выходом соединенного с ния до нуля. Регулирующий блок закрыт в входно! : —.итающей шиной усилителя мощтечение времени, определяемого постоян- ности, пиковый детектор, диодный фильтр, ной времени разряда интегрирующей це- компаратор, пороговый каскад, источник почки 10. При устранении перегрузки по 45 тока с,двумя выходами и транзисторный току или короткого замыкания на выходе ключ обшими точками соединены с общей стабилизатора последний автоматически шинсй. а интегрирующая цепочка, порогопереходит в режим стабилизации, так как вый каскад и источник тока с двумя выхоисчезает напряжение на выходе пикового дами входными питающими шинами детектора, и компаратор, усилитель мощно- 50 соед"!не! ы с входным выводом, кроме тости, пороговый каскад, источник тока и ro, .--рвый выходисточникатока соединен транзисторный ключ скачкообразно закры- с первы.-:.. входом управляющего блока, втоваются, а регулирующий блок открывается. рой -..:êoä — с управляющим входом транзиВ схеме описанного стабилизатора су- сто, ного кл оча, выход которого подключен щественным образом снижена величина 55 к от!.n о-:-:;ощему входу источника питания броска сквозного тока через регулирующий упра-..:.:;,,:oùåão блока, 1582989

+.

Составитель С.Ситко

Редактор С,Патрушева Техред M.Ûoðãeíòàë Корректор Т,Колб

Заказ 3412 Гираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1130:35, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбина "Г!атент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101