Импульсный стабилизатор постоянного напряжения

 

Использование: в источниках вторичного питания радиоэлектронной аппаратуры, в устройствах промышленной автоматики и бытовой техники. Сущность изобретения: стабилизатор содержит транзисторный ключ 1, DL-фильтр 2, двухтактный преобразователь напряжения 3, датчик импульсного тока 5, выпрямитель 10, генератор прямоугольных импульсов 11, делитель частоты на два 12, регулирующий усилитель 13, компаратор 14, триггер 15, логический элемент 2 И 16, RC-фильтр 22 и размыкающий ключ 23. RC-фильтр 22 снижает импульсные помехи, симметрирует импульсы тока и таким образом исключает возникновение в стабилизаторе периодических ТГолебаний тока. Размыкающий ключ 23 обеспечивает работу RC-фильтра 22 только на интервале формирования импульса транзисторным ключом 1, поэтому RC-фильтр 22 вносит минимальное запаздывание в контур регулирования тока. Предлагаемый стабилизатор обладает высокой помехозащищенностью и хорошими динамическими параметрами. 2 ил.

COI03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

>5U 1756870 А2 (я)ю G 05 F 1/56

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 . - ..;....:.:-..:: . - 2 (61) 1471181 ...... :::. зователь напряжеййя 3, датчик импульсного (21).4903822/07 . .:, . : тока 5, выпрямитель 10, генератор прямо(22) 22,01.91 .. .. : угольных импульсов 11, делитель частоты на (46) 23.08.92, Бюл; М 31 . :::.::. два 12, регулирующий усилитель 13, компа(71) Всесоюзный научно-исследователь--. ратор 14, триггер 15. логический элемент 2 ский, проектно-конструкторский и техйоло- И 16, RC-фильтр 22 и размыкающий ключ 23. гический институт релестроения " ; RC-фильтр 22 снижает импульсные. помехи, (72) В.M. Пимейов, .: .".. : -симметрирует импульсы-тока и таким обра(56) Авторское свидетельство СССР .:,,::: зом исключает возйикновение: в стабилиза.. М1471181, кл, 6 05 F. 1/56, 1987,::: . торе периодических колебаний тока. (54) .ИМППУЛЬСНЫИ.СТАБИЛИЗАТОР ПО-.. Размыкающйй ключ 23 обеспечивает работу

"СТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ : ". :: .:;:: RC- ôèëüòðà 22 только на интервале форми(57) Использование: в источниках вторично- рования импульса транзисторным ключом

ro питания"радйаэлектронной аппаратуры, 1, поэтому ЁС-фильтр 22 вносит минимальв устройСтаах промышленной автоматики и ное запаздывание в- контур . регулирования бытовой техники. Сущность изобретения ;::: тока . Предлагаемый стабилизатор обладает стабилизатор содержит транзисторный .: высокой помехозащйщенностью и хорошиключ 1, И=фильтр 2, двухтактный преобра-: ми динамическими параметрами. 2 ил.

«1 (л сс

ОО

«4 (З

1756870

Изобретение относится к злектротехни- тирующей цепью — параллельно конденсаке, в частности к вторичным источникам пи- . тору указанного RC-фильтра, тания радиоэлектронной аппаратуры, 3а счет введения дополнительных элеможет быть использовано в устройствах ментов и предлагаемого их подключения промышленной автоматики и бытовой тех- 5- достигается повь1шение помехозащищенники,"например в компьютерах,и является ности. RC-фильтр по своему назначению усовершенствованием изобретения по авт. снимает импульсйые помехи. а также симсв, Ы 1471181. -::::-;:.: - метрирует импульсы тока.и тем самым при .

Устройство по авт. св. % 1471181 содер- значительном уровне ймпульсной помехи жит последовательно соединенйые импуль- 10 исключает возможность возникновенйя в сный датчик тока, i ðàíçècòîðíûé ключ, устройстве периодических колебаний то01=фильтр.й двухтактный усилйтель мощно- . ка. Наличие коммутирующего элемента . сти; первым входом подклю енные к вход- " обеспечивае работу RC-фильтра только на ным клеммам, а выходом через выходной - интервале фо трансформатор, выпрямитель и фильтр- — к 15 сторным ключом," поэтому RC-фильтр вносит выходным клеммам, генератор и делитель минймальное запаздывайие в контур регу- частоты; соединенные:последовательно, ре- лирования тока, что гулирующий усилитель,"первый вход кото-; высокие динамические параметры импульсрого подклачен к выходнйм клеммам; ного стабилизатора постоянного напряжевторой вход соединен с источником эталон- 20 ния. В результате предлагаемое устроиствонотонапряжения а выход подключен к пер-":: может быть гарайтированно спроектировавому входу компаратора, выход делителя но с минимальными массогабаритными по-. частоты подсоединен к управляющим вхо-"": казателями, определяемыми; как ripàâèëð, дам двухтактного усилителя-"мощности че-" конструктивнйми параме1 рами выходного реэ первый импульсный трансформатор, 25 фильтра.

AS-Tðèããåð с инверсными входами, вйход ., На,фиг. 1 йредставлена"прййципиалькоторого подключен к первому входу логи-:". ная электрическая схема импульсного ста--рез второй импульсный: трансформатор . (ИСН); на фиг. 2 - . временные диаграммы связан с управляющим"входом транзистор- 30 сигналов- на основных элементах устройстного ключа. датчиктокэ, включающйй в себя ва. трансформатортока; первичная обмотка ко-" -,;:. Ha фиг. 2 приняты следующие обозначемотка, зашунтированная диодом,: ра; 01г — напряжение на,одном из выходов подключена к входам-усилителя, выход по- 35 RS-триггера; 01з - "напряжение на выходе

S- àõîä RS-триггера соединен с выходом ге- ние на выходе логического элемента 2И; U2z йератора -и вторым входом элемента 2И, а . — напряжение на выходе RC-фильтра;1-ток

R- âõ0äñîåäèíåí с выходом компаратора, 40 о цепи дросселя й:фильтра; Т вЂ” период

Устройство характеризуется" повышен- частоты генератора. ;,::-., .-- .. ной надежностью, достаточно высоким ка- MCH (фиг. 1) содержит транзйсторный чувствительностью к импульсным помехам зователь 3 йапряжения с выходным-трансна ййтервале закрйтого состояния транзи- сторного ключа. Однако имгульсные поме- подклачен коллектором к йервой входной хи, появляю Циеся-. на интервале " клемме через входную обмотку датчика 5 формирования импульса тока(открйтого со- .: импульсного тока, а змиттероМ вЂ” к средней стояния"транзисторного ключа); приводят к точке первичной обмотки выходного транс периодическим колебаниям - длительности 50 форматора-.через дроссель 6 0L-фильтра. формируемйх импульсов тока; - -- .:: .. Выходные концы первичной обмотки трансЦелью изобретения является йовыше- форматора 4 соединены -с коллекторами ние помехозащйщенности уСтройства.. транзисторов 7 и 8 преобразователя напря. Указанная цель достигается тем, что в жения. Эмиттеры транзисторов 7 и 8 объеуСтройство .дополнительно введены RC- 55 динены междусобой и подключены к второй фильтр и размыкающий ключ, первый йод- входной клемме. Диод 9 Й=фильтра подключен между выходом импульсного ключен между эмиттером транзисторного . датчика тока и аторым входом компаратора,: ключа и второй входной клеммой. Вторича второй йодключей управляющей цепью к . ная. обмотка выходного трансформатора выходу логического элемента 2И, а комму- подключена к выходным клеммам через вы1756870

5 6 прямитель 10, В систему управления ИСН тать сигнал высокого уровня на выходе или входят датчик импульсного тока, генератор входе элемента. единичным. низкого уровня

11 прямоугольных импульсов, делитель: 12 . — нулевым. Единичные импульсы с выхода частоты на два, регулирующий усилитель 13, . генератора поступают. на второй вход логи- компаратор 14, триггер 15 с инверсйыми й,S- 5 ческого элемента 2И 16.и с.его вйхода перевходами, логический элемент 2И 16, импуль- даются на вход транзйсторного ключа 1 сные трансформаторы 17 и 18. элементы, через импульсный трансформатор 17. В ресоставляющие датчик импульсного токе: зультате транзисторный клЮч-открывается трансформатор19тока, шунтирующийдиод синфазно с единичными импульсами"гене20 и операционный усилитель 21, охвачен- 10 ратора, Одновременйо сигналами с выхода ный отрицательной резистивной связью, логического элемента 2И:переключается

RC-фильтр 22 и размыкающий ключ 23. Ре- бесконтактный ключ 23. шунтируя конденгулирующий усилитель по цепи входов под -: сатор RC-фильтра 22 на интервалах закрыключен первым входом к источнику того состоянйя транзисторного ключа, опорного напряжения (Upn), а вторым. — к 15 После подачи питающего напряжения насивыходной клемме. Выход усилителя соеди- ловую часть ИСН в момент появления единен с прямым входом комларатора, Кинвер -" ничного сигнала на вцходе генератора тирующему входу компаратора подключен открывается транэйсторный ключ. Через выход датчика импульсного тока через RC- .: датчик 5 тока, трайзисторный ключ, дросфильтр. Выход компаратора соединен с,ин- 20 сель 6 О =фильтра 2, одну из полуобмоток версным R-входом триггера, Инверсный выходного трансформатора 4 и один из

S-вход. триггера соединен с инверсным вы -, транзисторов преобразователя 3 напряжеходом генератора, входомделителя частоты - ния, например транзистор 7, начинает проиоднимизвходовлогическогоэлемента2И,,:.:: текать ток. Ток из первичной полуобмотки

Второй вход логического элемента соеди-"25 трансформатора 4 трансформируется во нен с выходом трйггера,-а выход логическо- ". вторичную обмотку и через выпрямитель 10 го элемента подключен к управляющей. замыкается в цепь нагрузки. Темп нарастацепи размыкающего ключа и через импуль- ния тока di/dt(момент времени t1 на фиг. 2) сный трансформатор t7 к управляющей це-: определяется величиной индуктивности пи транзисторного ключа, Коммутирующая 30 дросселя фильтра 2 и разйостью напряжецепь размьгкающего ключа подключейа ла- ., ний между входом и вйходом ИСН. По мере раллельно конденсатору RC-фильтра. Выхо- :- . нарастания тока пропорционально ему уведы делителя частоты присоединены к, личивается сигнал-с датчика тока, Сигнал с управляюц им входам транзисторов 7 и 8 .: . выхода датчика поступает на ийвертирую. двухтактйаго преобразователя через вто- 35 щий вход компаратора через RC-фильтр. где рой импульсный трансформатор 18.. -: ":, --... сравнивается rio уровйю с вйходным ñèi íàИСН работает следующим образом. " . лом регулирующего усилителя. При достиПервоначально подается напряжение: жении током (сигналом с выхода для питания систем управления от всйомо- RC-фильтра) заданного уровня происходит гательного источника. С появлением найря- 40 переключение комларатора в нулевое сожения возбуждается генератоо 11.: стояние по выходу(момент времени tg), НуИмпульсами с выхода генератора переклю-- . левой сигнал поступает- на инверсный чается делитель 12 частоты, и напряжение c." . R-вход триггера и последний переключается . его выходов поочередно прикладываетСя к: ..:: в нулевое состояние по выходу. На выходе входным лолуобмоткам импульсного транс- 45 логического элемента;2И йоявляется сигнал форматора 18. Напряжением с вторичных низкого уровня; которйй через импульсный полуобмоток трансформатора 18 поочеред- трансформатор 17 надежно -запирает но открываются транзисторы 7 и 8 преобра- . транзисторный ключ..В результате лрерызователя 3 напряжения . Опорным.,: :вается входной ток ИСН и обнуляется вынапряжением (-Uon) регулирующий усили- 50 ходной сигнал датчика тока. Одновременно тель 13 переводится в состояние макси-: с закрытием транзисторного ключа размымальйого выходного сигйала ..кающий ключ 23 своим нормально закрыположительной полярности. Под действием тым контактом обнуляет сигнал на- выходе этого сигнала компаратор 14 устанавлива- - - RC"фильтра. Последнее приводйт к переется в единичное состояние по выходу. Од- 55 ключению компаратора в единичное состоновременно с возбуждением генератора- яниепо восходу. триггер 15.переводится в единичное состо- Единичный сигнал c:выхода компаратояние по вйходу за счет воздействия на ere . ра не изменяет состояние триггера, Одноинверсный S-вход нулевых импульсов, ло- временно с запиранием.транзисторного . ступающих с выхода генератора, Будем счи- ключа ток, протекающий по обмоткам дрос1756870

30

40 селя и выходного трансформатора, замыкается в цепь диода 9 и начинает уменьшаться по величине. Темп спада определяется величиной индуктивности дросселя и выходного напряжения ИСН. Через небольшой интервал времени (момейт времени ta) на выходе генератора появляется нулевой сигнал; который устанавливает триггер в единичное состояние по выходу. При этом состояние сигнала на выходе логического элемента не изменяется и силовая часть

ИСН сохраняет п(предыдущее состояние, Ток в силовой цепи продолжает снижаться по величине. По истечении периода (момент времени ta) на выходе генератора появляеся единичный сигнал, который переключает делитель частоты и поступает на второй вход логического элемента 2И. В результате вновь открывается транзисторный ключ и одновременно переключаются транзисторы преобразователя напряжения, Диод 9 DLфильтра закрывается, а ток, протекающий через транзисторный ключ и дроссель, коммутируется из первой полуабмотки выходного трансформатора во вторую и начинает вновь нарастать; Ток из второй полуабматки выходного трансформатора трансформиру-ется во-вторичную обмотку и через выпрямитель замыкается в цепь нагрузки. Далее работа устройства происходит аналогично описанному. В результате так ИСН ограничивается на эаданйом уровнем независимо от величины нагрузки. Как правило, нагрузка ИСН носит активно-емкостной характер.

По мере заряда конденсатора в цепи нагруэки выходное напряжение становится соизмеримым по величине с заданным уровнем, В результате на выходе регулйрующего усилителя уменьшаются выходнбе напряжение и пропорционально ему так ИСН, Далее наступает состояние динамического равновесия, при котором выходное напряжение равно заданному, а ток ИСН равен току нагрузки. При изменении величины нагрузки

ИСН практически безйнерционно приводит ток в состояние равновесия, а именно не более, чем эа период частоты генератора.

Таким образом транзисторный ключ с DLфильтром. управляемый по сигналай датчика импульсного тока, фактически выполняет функцйи регулируемого источника йостоянного тока и поэтому обесйечивает высокое качество- выходного напряжения ИСН. Наличие RC-фильтра, обнуляемого в бестоковые паузы входного тока (e моменты закрыTQf о состояния транэисторнога ключа), практически не вносит существенного запаздывания в контур регулирования тока.

На интервалах формирования входного тока RC-фильтр снимает импульсные помехи; наводимые в промышленной сети при коммутации силового оборудования. В результате повышается помехозащищенность

ИСН, Кроме того, RC-фильтр, обнуляемый в бестоковые паузы, устраняет возникающие периодические колебания в токовом контуре, характерные для импульсных систем.

Сущйость данного процесса заключается в том, что при периодических колебаййях; вызванных, например, мощной импульсной помехой, импульсы входного тока имеют неодинаковую длительность. Последнее приводит к неодинакОвай загрузке транзисторов двухтактного преобразователя напряжения, увеличению амплитуды пульсаций тока в нагрузке и снижению в 2 раза частоты пульсаций. В конечном счете для достйжейия требуемых- параметров

ИСН по выходной мощностй и качеству выходного напряг<ения данный недостаток: компенсируется неоправданным увеличением массогабаритных показателей выходного фильтра и в "целом всего ИСН.

Введение маломощного коммутируемого .

ЁС-фильтра между выходом датчика импульсного тока и.входом компаратора crioсобствует выравниванию длительности импульсов входного тока. ЙС-фильтр увели- чивает длительность узких импульсов тока в большей степени; чем широких, и тем самым" устраняет возйикшие периодические колебайия.

Формула изобретения

Ймпульснйй стабилизатор постоянного напряжения по авт. св. N 1471181, о тл ич а ю шийся тем, что, с целью повышения помехозащищенности, в него введены RCфйльтр и размыкающий ключ; причем RCфильтр включен в разрыв цепи между выхбдом датчика импульсного тока и 870рым входом комйаратора, размыкающий ключ управляющей цепью подключен к выходу логического элемента 2¹ а коммутирующей цепью — параллельно конденсатору

Rг -фильтра.

Составитель А;Волкова

Редактор О.Юрковецкая Техред М,Моргентал Корректор ЕЯапп

Заказ 3088." : Тираж : . :.. :::.-:::. Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям. и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-ЗБ, РаушСкая наб., 4/5

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