Импульсный стабилизатор напряжения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

330444

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

М. Кл. О 05f 1/56

Заявлено 16. I V.1970 (№ 1432957126-9) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет—

Опубликовано 24.11.1972. Бюллетень № 8

Дата опубликования описания 24.IV.1972

УДК, 621.316.722.1 (088.8) Авторы изобретения

А. П. Шершунов, Г. М. Школьник, А. И. Юров, Н. Д. Стерина и С. Т. Платонов

Заявитель

ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение может быть использовано для питания стабильным напряжением различной радиоэлектронной аппаратуры.

Известны импульсные стабилизаторы напряжения, содержащие транзисторный регу- 5 лирующий элемент, 1.С-фильтр, генератор тактовых импульсов, усилитель постоянного тока и импульсный усилитель.

Недостатками известных устройств является запаздывание времени отработки сигнала ошибки по отношению к возмущениям входного напряжения и невозможность получения стабильного выходного напряжения при изменениях нагрузки.

Цель изобретения — увеличение быстродействия при изменении входного сигнала, а также расширение диапазона изменений нагрузки.

Это достигается включением в устройство двух последовательных RC-цепочек, резисто20 ры которых одним концом подключены к эмиттеру, регулирующего транзистора, а к точкам соединения резисторов и конденсаторов RC-цепочек анодами подклточепы по паре диодов. В каждой паре катод одного диода соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а другого — с коллектором усилителя постоянного тока. К другим выводам конденсаторов подключены анодами диоды, катоды которых соединены с базой транзис30 тОра импульсного усилителя, IlpH этом к этим же выводам конденсаторов подключены катодами диоды, аноды которых связаны с общей шиной.

На фиг. 1 приведена принцщшальная электрическая схема двухконтурного импульсного стабилизатора постоянного напряжения: на фиг. 2, 3 и 4 даны временные эпюры напряжений, отображающие режим работы стабилизатора для некоторого среднего и двух крайних (втаксимального и минимального) значений входного напряжения.

Двухконтурный импульсный стабилизатор (фиг. 1) содержит генератор тактовых импульсов 1, вырабатывающий коммутирующие импульсы постоянной частоты, поступающие в точку соединения резистора 2 и емкости 4, а также резистора 8 и емкости 5 времязадающих RC-цепочек; силовой диод 6, включенный перед регулирующим органом последовательно со входны,; отключающие диоды 7, 8, 9» 10; времязадающие

RC-цепочки, состоящие из резистора 2 и емкости 4 и резистора 8 и емкости 5, которые соединены со входным напряжением через диод 6, с выходом генератора тактовых импульсов и с коллектором транзистора 11 уcttлителя постоянного тока через отключающие диоды 7, 8, 9 и 10 и с базой транзистора 12 через развязывающие диоды 18, 14, 15 и 16:

330444 базовые сопротивления 17, 18 н 19, обеспечивающие соответственно режим отсечки транзисторов 20, 21 и 12 при отсутствии тока базы; регулирующий орган на транзисторах 20 и 21, соединенный с выходом широтно-импульсного модулятора посредством сопротивления 22; импульсный усилитель на транзисторе 12, ключевой режим работы которого обеспечивается сопротивлением 22; емкость

28, подключенную параллельню коллектору транзистора 11 и общей шине («земле»), с целью подавления коммутационных помех; усилитель постоянного тока (УПТ), содержащий резистор 24, транзистор 11, диод 25 и резистор 2б; измерительный элемент, состоящий из диода 27 и резистора 28; клемму 29— вход двухконтурного импульсного стабилизатора постоянного напряжения; клемму 80— общую шину («землю») по отношению к входу и выходу; клемму Л вЂ” выход двухконтурного импульсного стабилизатора постоянного напряжения.

Работа двухконтурного импульсного стабилизатора постоянного напряжения поясняется временными эпюрами фиг. 2, 3 и 4.

Принятые буквенные обозначения на временных эпюрах напряжений на фиг. 2, 3 и 4:

U, — напряжение на выходе «а» генератора тактовых импульсов;

U. — напряжение на выходе «О» генератора тактовых импульсов;

U c — напрях:сине на емкости 4;

U d — напряжение на емкости 5;

U, — напряжение на коллекторе транзистора 12;

U,;, — входное напряжение (напряжение источника питания);

U, — уровень выходного напряжения

УПТ, соответствующий определенному значению сигнала ошибки основного канала; — временная ось.

Пусть входное напряжение с/,„равно некоторому среднему значению U...ð (см. фиг. 2). Генератор тактовых импульсов 1 генерирует на выходах а и b коммутирующие импульсы постоянной частоты нсзависимо or величины входного напряжения.

В начальный момент «О» импульс коммутации U, (см. фиг. 2) подается па катод отключающего диода 7, полностью запирая его.

Разряженная емкость 4 стремится зарядиться до уровня входного напряжения U (см. фиг. 2), а ток заряда течет от плюса источника питания через силовой диод 6, сопротивление 2, емкость 4, развязывающий диод 1б, база-эмиттерный переход транзистора 12 на минус источника питания, Заряд емкости 4 продолжается до тех пор, пока напряжение па ней не достигнет

U уровня выходного напряжения УПТ. С этого момента времени tÐô (см. фиг. 2) напряжение на емкости 4 фиксируется отключающим диодом 9 на постоянном уровне U и остается таковым до момента времени

В момент времени 1, запирающий импульс коммутации генератора тактовых импульсов

1 снимается, отключающий диод 7 ничем не заперт, и емкость 4 с малой постоянной времени быстро разряжается по цепи: отключающий диод 7, генератор тактовых импульсов 1, транзистор которого при этом работает в режиме ключа, и развязывающий диод 18.

В момент времени 12 снова появляется положтельный импульс коммутации, и все повторяется, приобретая периодический характер.

В интервале времени от «0» до «t «, », когда течет ток заряда емкости 4, транзистор 12 открыт, а напряжение на его коллекторе U„равно нулю, В интервале времени от t до t, ток заряда емкости 4 равен нулю из-за фиксации напряжения емкости 4 на уровне U,; потенциал базы транзистора 12, благодаря относительно небольшой величине сопротивления

19, равен потенциалу эмиттера, чем и ооеспечивается режим отсечки транзистора 12; на эпюре U, (см. фиг. 2) интервалу времени от tÐô до t соответствует положительный импульс — закрытое состояние транзистора 12.

Итак, изменение напряжения на емкости

4 от нуля до уровня фиксации U соответст30 вует ток заряда емкости 4 и нулевое значение напряжения базы транзистора 12 (режим насыщения его), а положительному значению напряжения на коллекторе транзистора 12 соответствует нулевое значение тока заряда емкости 4.

Работа времязадающей цепочки, состоящей из резистора 8 и емкости 5, будет происходить совершенно аналогично описанному выше, но только со сдвигом на величину длительности тактового импульса по выходу

«а» генератора тактовых импульсов 1.

Ясно, что развязывающие диоды 18, 1б и

14 и 15 канализируют токи разряда емкостей

4 и 5 мимо база-эмиттерного перехода транзистора 12, а токи заряда, наоборот, канализируют через база-эмиттерный переход транзистора 12, осуществляя в то же самое время взаимную развязку, а именно: зарядный ток одной емкости и разрядный ток другой — не имеют общего встречного пути, хотя и эти два процесса и протекают в одно и тоже время.

Таким образом. удается вынести управляющие зарядные токи емкостей 4 ", 5 на один общий импульсный усилитель, используя временное разделение этих токов на длительнОсть тактовых импульсов Г3 и УВ (см. фиг. 2).

Наклон экспоненциальной кривой заряда емкостей 4 и 5 становится круче, если входное напряжение равно своему максимальному значению U., = U„,,, (см. фиг. 3). Поскольку же уровень выходного напряжения

УПТ остается так1м же, как и в предыдущем случае, то момент фиксации напряжения на

65 емкостях 4 и 5 будет наступать очень быстро

330444

U, и U (см. фиг. 3). Эго ведет к тому, что транзистор 12 практически запирается почти на все время, открываясь лишь на незначительные моменты времени из-за конечной величины крутизны фронтов тактовых импульсов.

При минимальном значении входного напряжения U„„ = U,, наклон кривой емкостей 4 и 5 становится более пологим U, и Ud (фиг. 4) и момент фиксации напряжения на емкостях 4 и 5 так и не наступает, ограничиваясь длительностью тактовых импульсов

Ua и U, (см. фиг. 4) генератора тактовых импульсов. В результате, транзистор l2 практически будет все время открыт U,. (см. фиг. 4), закрываясь лишь на незначительные моменты времени из-за конечной крутизны фронтов тактовых импульсов.

Предмет изобретения

Импульсный стабилизатор напряжения, содержащий транзисторный регулирующий элемент, LC-фильтр, генератор тактовых импульсов, усилитель постоянного тока и импульсный усилитель, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия при из5 менении входного сигнала, а также расширения диапазона изменений нагрузки, в устройство введены две последовательные

RC-цепочки, резисторы которых одним концом подключены к эмиттеру регулирующего тран10 зистора, а к точкам соедчнения резисторов и конденсаторов упомянутых RC-цепочек анодами, подключены по два диода, катоды которых соединены соответственно с двумя выходами генератора тактовых импульсов и с коллектором усилителя постоянного тока, к другим выводам конденсаторов подключены анодами диоды, катоды которых соединены с базой транзистора импульсного усилителя, при этом к этим же выводам конденсаторов подключены катодами диоды, аноды которых связаны с общей шиной.

330444 и

0ñ

t х = 9»тл

Г. t 7Ъ =й хглах

I т tag

/ Il

0 и„

Фиг 5 06х =08gmiи

=т ——

4 а . —

Фиг.4

4» =00xcp

0å

l — 00» =41»ср, е г

0 Р 8982 (р

Составитель К. Виноградов

Текред Л. Богданова

Редактор Л. Мазуронок

Корректор Н. Шевченко

Заказ 99/568 Изд. № 272 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, »К 35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

0 @

g k |.,1 г- — т- - —.г 1д

J„о

М

- (— -