Импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока
Изобретение относится к электротехнике , в частности к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры . Цель - повышение надежности работы . В импульсный, стабилизатор напряжения , снабженный защитами по току и от перенапряжений на выходе, введены компаратор и сумматор, з узел управления выполнен с пускоостановочным входом. Это позволяет при минимальном конструктивном дополнении реализовать еще защиту от чрезмерных провалов входного напряжения . При этом релейным воздействием на регулирующий орган полностью снимается напряжение с выхода стабилизатора. Кроме того, в данном случае предотвращаются нежелательные переходные процессы Б нагрузке при начальном включении устройства в работу. В узле управления предусмотрен блок плавного запуска, обеспечивающий уменьшение индуктивности дросселя стабилизатора и усглног. -.енной мощности ключевого регулирующего органа . 1 з.п. ф-лы, 4 ил. (/ С
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (юцз G 05 F 1/569
ГОСУДАРСТВ Е I+Ibl И КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ i
О
;с ! (р )
1(21) 4775579/07 (22) 29.12.89 (46) 23.01.92. Бюл. 1Ф 3 (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт силовых полупроводниковых устройств (72) А.В,Волков, А.С.Гринченко, Е.В.Носов и В,П,Танаевский (53) 621.316,722. 1(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР
М 851375, кл. G 05 F 1/56. 1979.
Авторское свидетельство СССР
М 1265749, кл. G 05 F 1/569, 1985, (54) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель — повышение надежности рабоИзобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при реализации вторичного электропитания электро- и радиоаппаратуры.
Цель изобретения — повышение надежности в работе и уменьшение массы и габаритов.
На фиг,1 представлена функциональная схема импульсного стабилизатора напряжения постоянного тока с нагрузкой в виде синхронного тактируемого преобразователя напряжения; на фиг,2 — преобразователь напряжения, вариант; на фиг.3 — блок плав-. кого запуска: на фиг.4 — временные диаг„„SU ÄÄ 1707609 А1 ты. В импульсный. стабилизатор напряжения, снабженный защитами по току и от перенапряжений на выходе, введены компаратор и сумматор, а узел управления выполнен с пускоостановочным входом, Это позволяет при минимальном конструктивно л дополнении реализовать еще защиту от черезмерных провалов входного напряжения. При этом релейным воздействием на регулирующий орган полностью снимается напряжение с выхода стабилизатора. Кроме того, в данном случае предотвращаются нежелательные переходные процессы в нагрузке при начальном включени устройства в работу. В узле уп -.авления предусмотрен блок плавного запуска, обеспечивающий уменьшен е инрук вносги дросселя стабилизатора и усг но-.., ной мощности ключевого регулиг,"зщег органа, 1 з,п. ф-лы, 4 ил. рамлалы сигналов, иллюстрирующ ;е работу стабилизатора и преобразователя.
Описываемый импульсный стабилизатор содержит силовой узел 1 (фиг.1) с регулирующим органом 2 и СН С-фильтром 3, датчик 4 тока, датчик 5 напряжения, элемент
И 6, триггер Шмитта 7, сумматор 8, компаратор 9, формирователь 10 импульсов, узел
11 управления с блоком 12 плавного запуска, генератором 13 пилообразного напряжения, усилитель 14 сигнала рассогласования и широтно-импульсный модулятор 15. Преобразователь 16 постоянного напряжения в прямоуголыное переменное является нагрузкой стабилизатора.
1707609
55 управляется компаратором 17 и имеет защиту в виде компаратора 18, На выходе псесбразсвэтеля 16 включен силовой транс, ср лэтср 19, вторичные обмотки которо,с через последовательно включенные блок 20 еьн-,рямителей и блок 21 фильтров подключены к канальным потребностям электроэнергии. Силовое питание витокомплексэ осуществ",ÿåòñÿ от первичного исто. ника 22 питания. Регулирующий орган 2 и DLC-фильтр 3 силового узла 1 включены
ПССЛЕдоватЕ".ЬНО МЕЖДУ ЕЫВсдамИ ДЛя ПОдключсния первичного источника 22 питания и питающим входом преобразователя 16.
Входы датчиков 4 и 5 тока и напряжения соединены с выходом DLC-фильтра 3. Выход элемента 1 6 через фсрглирсеэтель 10 лсУЛЬCOa rIOДVËIO×ÅÍ К ВХОДУ УПРаЕЛЕНИЯ
p .-угi.pyI«ro or.ràíà 2, а один из входов— вы.с g Tpvll repa Шмитта 7. Сигнальный
:- =;,,a;а 11 управления соединен с выхо1 да-чика 5 напряжения, а оснсвной выход — с другим входом элемента И 6. : ц-нэльный ехсд компаратора 9 соединен с
-.сдал и для подключения и реичного ист-эчнг ла 22 питания, а выход — с первым .-дoI сую",эт.-.ра 8 и пускосстаноеочнь,м сдсм. узла 11 упрэеле ия. Второй вход с смtxaтсРэ 9 поДклГсчен к BblxcÄÓ Датчика 4 тскэ. а выход — к входу триггера Шмитта 7.
В .-:„к; л",.эраторэ 17 соединен сс вспомоГэ-.ельным вь ходом узла 11 управления, а выход — с управляю,цим входом преобразователя 16. Вход ксмпаратора 18 подключен
w выходу датчика 5 напряжения, а выход — к б; с к и рую:.цему входу и рес бр э зс еат ел я 16.
B узле 11 управления выход бгскэ 12 плавН Гс ЗЭПУ КЭ СОЕДИНЕН С ПЕРЕЫМ ЕХОДОМ у". лителя 14 сигнэла paccolnaccâàíèÿ, второй Fхсд которого подключен к выходу датчика 5 напряжения. Выход генератора 13 пилосбразчогс напряжения, я-.-.ляющийся вспсм Гательным выxoäoì узла 11, и выход ,силителя 14 сигнала рассогласования соедиНЕЧЫ C СО"TOe CòDÓIO.ÖÈÌÈ ЕХОДа ЛИ ШИрс нс-импульсного модулятора 15, выход кстсрсгс использован в качестве основного вь лсдэ узла 11.
ПреобрэзсеaTålü 16 пocтоянного напряжения в псямсуго.",ьчое перемечное + иг.2) содержит инвертор 23, J, k-триггеры
24 25, ЭлЕГ;Енты 314-НЕ 26 и 27, транэисторные ключи 28 и 29. Вход инеертора 23 и счетный вход три;гера:5 соединены с выходо л ксмпарэтс",а 17. Выход инвертора
23 подключен к счетному Fхсду триггера 24, выходы которого соединены с ). k-входами триГ repa 25 и с первыми владами ЭлЕмснтов
3И-hE 26 и 27. Вторые входы последних подключены к соответствующим выходам
20 ч5
35 триггера 25, третьи входы — к выходу компаратора 18. а выходы — к управляющим входам трензисторных ключей 28 и 29.
Блок 12 плавного запуска узла 11 управления состоит из транзистора 30 (фиг.3), нерегулируемого резистора 31, регулируемого резистора 32 и конденсатора 33. Эмиттер транзистора 30 и первая обкладка конденсатора 33 соединены с соответствующими полюсами источника эталонного напряжения 0,5 — 1 В, а коллектор и вторая обкладка подключены к входному потенциальному выводу усилителя 14 сигнала рассогласования и одному из выводов резистора 31. Другой вывод резистора 31 соединен с промежуточным выводом резистора 32, крайние выводы которого подключены к полюсэГл источника споротого сигнала Ч».
Устройство работает следующим обраэо л.
При включении, в первоначальный момент времени, напряжение на выходе первичного источника 22 питания, нарастая, еще не превышает 0,7 от ноГлинального уровня, а на выходе компаратора 9 присутствует сигнал соответствующий открытому ссстсян;ю транзистора 30 в блоке 12 плавМОГO ЗапУСка.
Через открытый транзистор.30 на первый вход усилителя 14 сигнала рассогласования поступает небольшое отрицательное напряжение 0,5-1 B. а на второй. вход— сигнал обратной связи по напряжению с выхода датчика 5, равный нулю. Вследствие этого выходной сигнал усилителя 14 также находится на нулевом уровне, отсутствуют положительные импульсы на выходе широтно-импульсного модулятора 15 и выхода формирователя 10. При этом регулирующий орган 2 закрыт, отсутствует напря ление на питающем входе и выходе преобразователя
16 и е канальных нагрузках.
При превышении выходным напряжениеГл первичного источника 22 0,7 номинального уровня изменяется полярность выходного сигнала компаратора 9. который через сумматор 8 подает команду на переключение триггера Шмитта 7 в состояние с
"Лог,1" нэ выходе. При этом в блоке 12 плавного запуска закрывается транзистор 30 и кон енсатор 33 плавно заряжается отисточника Ч» через резисторы 31 и 32 до заданного уровня, установленного движком резистора 32. Темп изменения выходного сигнала блока 12 (напряжения на конденсаторе 33) определяется сопротивлением резистора 31 и емкостью конденсатора 33.
При плавном изменении напряжения на первом выходе усилителя 14, а также напряжения 014 (фиг.4), íà его выходе появляются
1707609 положительные импульсы на выходе широтно-импульсного модулятора 15, длительность которых изменяется плавно от нуля до установившегося значения {в течение нескольких секунд). Эти импульсы через элемент И 6 и формирователь 10 поступают на управляющий вход регулирующего органа
2. Плавно увеличивается длительность открытого состояния последнего, вследствие чего происходит плавное нарастание напряжения на.конденсаторе DLC+ильтра 3 и выходах стабилизатора, преобразователя
16, трансформатора 19, блока 20 выпрямлений и блока 21 фильтров. Плавное изменение выходного сигнала усилителя 14 обусловлено плавным изменением сигнала задания от блока 12 плавного пуска и малым рассогласованием входных сигналов усилителя 14, обеспеченным быстродействием контура регулирования напряжения в стабилизаторе. При этом зз счет плавного увеличения длительности порций тока через дроссель DLC-фильтра 3 исключаются большие амплитуды зарядного тока в первоначэльный момент включения устройства.
В установившемся режиме работы стабилизатора .усилитель 14, сравнивающий
3?дэннсе и 1эктичегксе напряжение нг входе Г<рссбразсвзтеля 1б, осуществляет стабил>;3, ци питэю г<го уровня.
Импульсы у>)сгзле»)ия формируются ш)1-„ стнс-и>лпу.?ь н м мод) >)ятсрол1 15 при п геыJeH)1и c)11нгл м H? выходам ус<1 и-=-,"
14 пилссбрззнс о напр >жечия гечергтора
13. В> адной сигн.-.,>i ген:,зтора 13:;осгупает также в ксмпзратср 17, которь"1 форМИруЕТ СИНлрСНИЗ pOea»
Генератора 13 узкие импульсы Ut-, yrtpasneния пресбрээсг)этелем 16.
В пресбргзсвгтеле 16 псстсяннсгс нз р<<жечия в пip » с> Голь)<се l e !Г менч е
no 1owb>o инвертсрз 23, ), k-триггерсв 24 и
25 и злел1ентов ЗИ-НЕ 26 и 27 при воздействии импульсов Ut; с выксдз ксмпарзтора
17 фсрмируются импульсы <)2е и U2T упрзвления тргнз;1сторными кл>счгл>и 28 и 29, характеризую.циеся наличием временной выдержки Лт (несколько микросекунд) между отключсчигм предыдущего и Bt;n>о ением следующего транзисторного к-.юча, укаэанная вь<держкг служит для исключения сквозных токов ере3 трэнзистсрные ключи 28 и 29 в моменты ком>лутэции, что позволяет уменьшить устгнсrr<еHHy>o мощность и электрические потери в ключэх.
Применение высокой рэбсчей частоты в преобразователе 16 позволяет уменьшить массу и габариты транзистора 19 и устройства в целом.
45 с0
Поступающее на питающий вход преобразователя 16 постоянное стабилизированное напряжение преобразуется им в переменное напряжение прямоугольной фор ы, которое далее подается на первичную обмотку трансформатора 19, выпрямляется блоком 20 выпрямителей, сглаживается блоком 21 фильтров и подводится к канальным нагрузкам.
8 режиме к.з., происшедшем в любой точке цепи от выхода стабилизатора до канальных нагрузок, или при превышении допустимого тока стабилизатора сигнал датчика 4 тока, воздействуя Н3 в) сд с„ммгтора 8, изменяет выходное состоя)ние триггера Шмитта 7 из "Лог,1" в "Лог.О", При этом на выходе элемента И 6 устзнэализэется
"Лог.G" и через формирсеате..ь 10 сн»мг>отся управгяющие импульсы с регулирующе>о органа 2. Последний згкрь згется, ул>еньШая дО Hyr
В аварийном рe t л1е, ри е "ход< . 13 строя регул)1ру»сщего орггна 2 (зэ "р--:кг1, напряжение Оз нз конденсзтсре 0 Г-; тра быстро повышается. t;p>1 дсс ) -.е;и) этим нэпряжг> ием егли <инь, cuoi НгПРЯЖЕЧИ- В КЗЧ ?Ь» ..; ><г;,. Эл ..,?,-! ЧяЕТСя Г)олс»> С.; С Г> Э: v,e -. i i !! КСМ1гРг-СРЗ <С. - -..;=.. -.: ",гс<Г 25 и 27 ге, -„-, <,;) )1.. г) -сг - ь вгтеле 15 Г) p,"„="В ре >; !.ме:-.e .;,, н..; ГГ . ПРОСгДКИ Heг „.:с.:» ° - .,-.И>». J., С Hà "o tOrO УГСГ>»< iJ Е Г °; с, -:, :ТС-,<, кг ° кс>лг>гр: тор 9 ф<р .1иг., -;.< э<>, с» -„.гэ сщий т-.,г.зи=тср 3" б;, .э )2 плге> ";. 33 скэ. Пр: этсм на е»с.„усилt,å>tÿ 1ч 3,,эг-ся сигнал > i < с 0 5 i ) ))ь.л. !,o)t ) ., т,)) Л> ТЕЛЯ -" ) ЗЛ;Е>"- .Г"- „" НУЛЕВС< 3,; -.Е Н> Л<г<С! с,>!r Ь< /! "ГЭ <)!) С: > рчющеГС с)! <эчг i. >< > +.» !,. <,! ;,! г стгбт!iiи т 3 торг и г) кзн,)? û ы к»:э <р ) 3>:! : с эдэе1 до нуля. После eoccтэн)»":-нД,. нэгряжения источника 22 (выше,7 oj Hot <гэьнсГс урсен >, c).iH? с еь>.с;, компэр т рэ 9 згкрь>егст тгэн= сТ?рЗ 1-ерез cy . = .:,", ><3 г> i, . c>! t;e т, 1Гrepa (), >л>1гтэ 7 (в сс, тс н);е "Л Г.1" нз вь<лсде1. Прсисхсд,1т;,:-,эена нг „-эстгн))е нэ lt.. - .ж он."я на Lt:l,ëoäe стеб)1 . .33jсрг и в v„нэ ь>-ых нггр зкэK кгк i! вi!epе=нэчгльне .1 t. ». .eïт в> .люч>>»гния уст) ci, ты!<. г:.г рмулг ги r. бо тония ;1 . С,Э!ЬС . СТг< !>лгзгтс"„»ЭПP П 3 ", С Згiсл ЬНО >ЛЕ:» > > C!ь. Е 3.,3 .: )!,, с Г,СД1707609 20 ключения первичного источника пи ания и нагрузки, датчики тока и напряжения, входы которых соединены с выходом DLC-фильтра, элемент И, выход которого подключен к цепи управления регулирующего органа, а 5 один из входов — к выходу триггера Шмитта, узел управления, сигнальный вход которого соединен с выходом датчика напряжения, а выход — с другим входом элемента И, о т л uv а ю шийся тем, что, с целью повышения 10 надежности в работе, в него введены компаратор и сумматор, а узел управления снабжеч пускоостановочным входом, причем сигнальный вход кампаратора соединен с выводами для подключения первичного источника пита- 15 ния, а выход — с перым входом суммэора и пускозстановс ным входом узлз управле:,.я, второй в,.од сумматора под..лючен к выходу датчика тока, а выход- к входу триггера Шмитта. 2. Стабилизатор напряжения по п.1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, узел управления включает в себя блок плавного запуска, генератор пилообразного напряжения, усилитель сигнала рассогласования и широтно-импульсный модулятор, причем выход блока плавного запуска соединен с первым входом усилителя сигнала рассогласования, второй вход которого подключен к выходу датчика напряжения, выходы генера-,ора пилообразного напряжения и усили теля сигнала рассогласования соединены с спа r ee ствующими входами широтно-импульсного модулятора, выход которо о использован в качестве выхода узла, 1707609 ) )2 ),>2 Составитель Л. Морозов Редактор Л. Гратилло Техред М.Моргентал Корректор Н. Ревская Заказ 268 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-иэдательскиЯ комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101 Оу 
