Импульсный стабилизатор постоянногонапряжения

 

(i i) SI I 234

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) 3 аявлеио 27.04.79 (21) 2758602/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07,03.81. Бюллетень ¹ 9 (45) Дата опубликования описания 07.03.81 (51) Ч. Кл."

G 05F 1/58

Государственный комитет (53) УДК 621.316.722.1 (0SS.8) по делам изооретений и открытий (72) Авторы изобретения

М. В. Колоколов, Л. М. Зарецкий и Н. П. Изакова (71) Заявитель (54) ИМПУЛЪСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к импульсным стабилизаторам напряжения постоянного тока, и предназначено для использования в аппаратуре связи и вычислительной технике.

Известен импульсный стабилизатор напряжения, содержащий силовую и управляющую части, причем в состав управляющей части входят усилитель сигнала рассогласования, источник опорного напряжения, модулятор длительности импульсов и тактовый генератор (1).

Его недостатком является то, что при обрыве цепи обратной связи возможно значительное возрастание выходного напряжения, а также появление всплесков выходного напряжения при включении.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является импульсный стабилизатор напряжения, содержащий включенные последовательно в выходную шину регулирующич транзистор и дроссель интегрирующего фильтра, генератор пилообразного напряжения, выход которого подключен к первому входу модулятора длительности импульсов, второй вход которого соединен с выходом усилителя сигналов рассогласования, один из входов усилителя соединен с делителем выходного напряжения а другой вход — с источником опорного напряжения, параллельно которому подсоединен резисторньш делитель, средняя точка которого подключена через

5 конденсатор к общей шине (2).

В данном стабилизаторе решены вопросы ограничения выходного напряжения, улучшения качества переходного процесса при включении. Однако нелинейность на10 чального участка вольт-амперной характеристики введенного для этой цели диода не позволяет без ухудшения стабильности ограничивать значение выходного напряжения на уровне, близком к номинальному

15 значешно. Действительно, для того, чтобы ограничить значение выходного напряхкения до уровня, близкого к номинальному, необходимо установить такое соотношение плеч резисторного делителя, при котором

2Э напряжение в средней точке делителя будет близко к напряжению на выходе усилителя. Прп этом наличие в вольт-амперной характеристике реального диода заметного переходного участка от полностью запертого к полностью открытому состоянию не позволяет в данном устройстве без ухудшения качества стабилизации ограничить выходное напряжение в случае обрыва цепи обратной связи до уровня, близкого к номи30 нальному.

811234

В то же время существует ряд радиоэлектронных устройств, не допускающи; дажс НЕЗНаЧИтЕЛЬНОГО ПОВЫШЕНИ si Пита Ющего напряжения, причем макспмальнс> )10пустимое значение питающего напри>кения находится вблизи номинального значения, Примером такого устройства является

СВЧ-генератор на диоде Ганна. Его рабочая точка находится на па;,ающем у !астке вольт-амперпой характеристики вблизи )0

»If>IcsIeI.o значения, что соответствует определенному напря>кению на диоде Ганна.

Для устойчивости и стабильной раооты генератора необходима высокая стабильность этого напряжения. Увеличение на- )5 пря>кения на диоде Ганна приводит к резкому возрастанию тока через диод, так как вторая восходящая ветвь вольт-амперной характеристики диода Ганна имеет большую крутизну. Значительное увеличение 2>0 тока через диод Ганна приводит к его тепловому пробою.

Таким образом, для питания подобных устройств требу>отся источники, обладающие высокой стабильностью, отсутствием 25 всплесков напряжения при включении и возможностью точно устанавливать уровень ограничения значения выходного напряжения вблизи номинального значения при аварийных ре>кимах. ЗО

Целью изобретения является ограничение выходного напря>кения стабилизатора на уровне, близком к номинальному, прп обрыве цепи обратной связи.

Поставленная цель достигается тем, что в импульсном стабилизаторе напряжения, содержащем включенные последовательно в выходную шину регулирующий транзистор и дроссель интегрирующего фильтра, генератор пилообразного папря>кения, вы- 4с> ход которого подключен к первому входу модулятора длительности импульсов, второй вход которого соединен с выходом усилителя сигнала рассогласования, один из входов усилителя соединен с делителем выходного напря>кения, а другой вход — с источником опорного напряжения, параллельно которому подсоединен резисторный делитель, средняя точка которого через конденсатор подключена к общей шине, выходы модуляторов длительности импульсов подключены к разным входам схемы И, выход которой подключен к базе регулирующего транзистора, при этом первый вход дополнительного модулятора соединен с выходом генератора пилообразногс напряжения, а второй вход — co средней точкой резисторного делителя.

На чертеже представлена схема имПуЛЬСНОГО СтабИЛИЗатОра Нанря>КЕНИя. EIО с;О силовая часть состоит из регулирующего транзистора 1 и интегрирующего фильтра

2. Управляющая часть состоит нз усилителя 3 сигнала рассогласования, входы 4 и 5 которого подключены соответственно к дс- бб лптелю выхо;!ного напряжения и Iiсточпику

01!ОрнОГО !1aпpя "кe1>пsi, а !31 !ход сосlifнLiI с

13х0дом 8 модулятора 9 длител!ян)гтп пульсо», другой вхс>,! 10 которого сс)сдине!! с выхо IT)ii гс!сера гора ) I пилс>ос>разного напряжения и 13 с дом 12 .,)одулятора 13 длительности импульсов. Вход 14 модулятора 13 соединен со сре>ц!ей точкой резисторного делитсл>1 15 — 16 напряжения, который в свс>ю очередь пс>дкл:очсн к иыхо !" источника опорногс> напряжения 7. К одному из liëñ÷ резпсторвого делителя напря>!сенпя к резистору 16, подключен конденсатор 17. Выходы модуляторов 9 и 13 длительности импульсов г!с)дкл10 !ен!1 к входам 18 и 19 схемы И 20, выход которой соединен с базой регулиру)ощсго транзистора 1.

Стабилизатор напряжения имеет входную клемму 21, выходную клемму 22 и общую клемму 23.

Стабилизатор !!a!>psi>Ice!!vs! работает следу>ощпм образом.

Прн нормальной работе на входы 10 и 12 модуляторов 9 и 13 подается пилообразное напряжение с генератора 11. На вход 8 модулятора 9 подается усиленный сигнал рассогласования, !1редставляющий собой при отсутствии возмущающих воздействий некоторое значение постоянного напряжеHиЯ. 3Т0 на !! I> ЯiKен!fс H l>IР а 0 аты ваеT05! Уcffлителем 3 сигнала рассогласования, па входы 4 и 5 которого подается соответственно напряжение, значение которого пропорционально значению напряжения с выхода 22 стабилизатора, и опорное напряжение.

На вход 14 модулятора 13 подастся напряжение со средней точки резисторного делителя напряжения 15 — 16, значение которого устанавливается в зависимости от того, на каком уровне необходимо ограничить величину выходного напряжения стабилизатора.

Модулятор 9, сравнивая пилообразное напряжение и условный сигнал рассогласования, формирует управляющие импульсы определенной длительности.

Модулятор 13, сравнивая пилообразное напряжение и напряжение со средней точки резисторного делителя 15 — 16, формирует импульсы. длительность которых постоянна и соответствует заданному уровню ограничения 131»xo;!f1010 напря>кения стабилизатора, но всегда больше, чем длительность управляющих импульсов с выхода модулятора 9 при нормальной работе.

Обе последовательности импульсов с выходов модуляторов 9 и 13 поступают на входы 18 и 19 схемы И 20, логически суммируются и поступают на базу регулиру!ощего транзистора 1. Схема И формирует импульсы, длительность которых равна меньшей по величине длительности импульсов, 1!оступающих на входы схемы И.

811234

Таким образом, при нормальной работе стабилизатора длительность управляющих импульсов на базе управляющего транзистора 1 равна длительности импульсов, формируемых модулятором длительности импульсов 9. В выходном фильтре 2 происходит выпрямление и сглаживание импульсов входного напря>кения, в результате чего на выход 22 поступает постоянное напряжение. В случае увеличения (уменьшения) значения входного напряжения значение выходного напряжения также стремится увеличиться (уменьшиться), что приводит к увеличени:о (уменьшению) разности значений напря>кений на входах 4 и 5 усилителя 3. Это в свою очередь приводит к уменьшению (увеличению) длительности управляющих импульсов на выходе модулятора 9, а следовательно, и на входе схемы И 20, чем и осуществляется стабилизация выходного напряжения.

При обрыве цепи обратной связи, т. е. при отключении делителя 6 от выходной клеммы 22, значение напря>кения на входе

4 усилителя падает до нуля. При этом сигнал рассогласования становится равным значению опорного напряжения, подаваемого на вход 5 усилителя 3, а на его выходе значение напряжения увеличивается до максимального, превышающего напряжение в средней точке делителя 15 — 16. Прп этом длительность формируемых модулятором 9 импульсов оказывается больше длительности импульсов, формируемых модулятором 13, и длительность управляющих импульсов на базе ключевого транзистора 1 становится равной длительности импульсов, формируемых модулятором 13.

Таким образом производится ограничение значения выходного напряжения на любом заданном уровне и предотвращается его нарастание свыше заданного предела.

При включении стабилизатора напряжения конденсатор 17 начинает заряжаться через плечо делителя 15 — 16. Благодаря этому в первый момент после вкл .очения стабилизатора значение напряжения на входе 14 модулятора 13 меньше напряжения на входе 8 модулятора 9 и близко к нулю. Управляющие импульсы на выходе модулятора 13, а следовательно, и на базе регулирующего транзистора 1 отсутствуют.

По мере заряда конденсатора 17 значение напряжения на входе 14 модулятора 13 плавно увеличивается, что вызывает плавное увеличение длительности управляющих импульсов, плавное увеличение значения выходного напряжения и, как следствие, отсутствие подъемов выходного напряжения, вызванных перерегулированпем.

После окончания переходного процесса конденсатор 17 оказывается заряженным до своего установившегося значения, напряжение на входе 14 модулятора 13 становится больше напряжения на входе 8

25 ,0

05 модулятора 9 п управление регулирующим транзистором производится импульсами с выхода модулятора 9. конденсатор 17 не оказывает никакого влпя шя па динамические свойства стабилизатора.

Сигнал рассогласования с выхода усилителя и напря>кение ограничения этого сигнала со средней точки резисторного делителя поступают по независимым друг от друга цепям па входы соответствующих модуля-.оров длительности импульсов, Логическое суммирование этих сигналов производится лишь в схеме «И», в результате чего полностью исключено влияние этих сигналов друг на друга. Это дает возможность задать уровень ограничения сколь угодно близким к уровню сигнала рассогласования, а следовательно, ограничить выходное напряжение стабилизатора на уровне, близком к номинальному значению.

Это в свою очередь позволяет исключить установку специальной схемы защиты от превышения выходного напряжения.

Следует отметить, что силовая часть предлагаемого импульсного стабилизатора, кроме представленного варианта, может быть выполнена как по однотактной, так и по двухтактной схеме.

При выполнении силовой части по двухтактной схеме управляющая часть изменяется соответствующим образом, т. е. вводится счетный триггер, который формирует две последовательности управляющих импульсов, и вторая схема И.

Предлагаемый стабилизатор напряжения мо>кст быть с успехом использован в аппаратуре дальней связи и другой аппаратуре, Трсоу oùåÉ высоконадежного источника электропитания и не допускающей существенного повышения значений питающих напряжений.

По схеме предлагаемого стабилизатора напряжения изготовлены макетные образцы, всесторонние испытания которых подтвердили высокие эксплуатационные показатели устройства.

Формула изобретения

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий включенные последовательно в выходную шину регулирующий транзистор и дроссель интегрирующего фильтра, генератор пилообразного напряжения, выход которого подключен к первому входу модулятора длительности импульсов, второй вход которого соединен с выходом усилителя сигналов рассогласования, один из входов усилителя, соединен с де..штелем выходного напряжения, а другой вход — с источником опорного напряжения, параллельно которому подсоединен резпсторный делитель, средняя точка которого подключена через конденсатор к общей шине, отличающийся тем, что, с целью ограничения выходного напряжения

Сост(п)и (сл» Стрелкин

1(оррсктор Л. Слепая

Тсхрсд О. Павлова

Редактор Ж. Рожкова

Закаа 350 18 Изд Х> 200 Тираж 940 Под(»»снос

1 lll0 «По»ск» Государст»с»»ого ко)п!те(»а СССР по делам»»îoðåòåffèé и откр»!т;!)!

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

Типография, пр. Сапунова, 2

I f fI У Р О В П С, 1) Л П:> К О > К И О Х > П !1 (l Ë f > I (() М i f! !1 Ч СiiplI О, рывс 11 ii о, р:по: (и:(зп, д.—

ПОЛИП ГС, (i(() ВВС. СПЫ > ÒÎ:,() .! М,);(>ПЯТ()P ,I,:Пl" СЛ I>11(„")ТИ IDI il),, i>C(!I П С :С!> а 1 !") (("1

f)l>1) 0 ff>I;Ir) f > (ЯТОР(В П(в 1!>" ОС "П 11 > i» 1 сов пОДе "> IОчспы и р азпl>1 \1 Вхо, /1 м chic)ll>i 1. выхо1 которой подкл!о:c

ДОИОЛППТС".1-НОГО (>i();I,, ЛЯ Г()P;-1 C()C;(II(l(li C выхо.(ом гспсра-()ра (шлоо;;раз! . () 1(Iii)я)кения, 11 второй вход — со средней точкой

Р >П("I (>P:I()i :> (C;IIITCЛЯ

Источники пифорх!nöèè, I, ðflïÿTûc во внимание при экспертизе

:>

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 515101, кл. G 05Г 1/56> 1973.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 25б9307/24 — 07, кл. G 05F 1/58, (О 10.01.78.