Ключевой стабилизатор напряжения постоян-ного toka

 

Союз Советскик

Социалистическин

Республик

ИСАНИЕ

Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 20.11.78 (21) /2686012/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М Кл з

G 05 F 1/56

Гасударственный кемнтет

СССР

Опубликовано 07.07.81. Бюллетень №25

Дата опубликования описания 09.07.81 (53) УДК 621.316. . 722. 1 (088.8) до делам нэоеретеннй

N атерытнй (72) Автор изобретения

В. Ф. Голоколосов (71) Заявитель (54) КЛЮЧЕВОЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, во вторичных источниках питания (ВИП-ах) портативных телевизионных приемников, подключаемых к сети или аккумуляторной батарее.

Известны стабилизированные источники питания, у которых регулирующий транзистор работает в режиме переключения последовательного или параллельного типа (I)

Известен также ключевой стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий составной транзисторный ключ на транзисторах разной проводимости, LCD-фильтр, дроссель которого имеет две изолированные равновитковые силовые обмотки, включенный между выходом ключа и выходными выводами, модулятор — на базе одноемкостного мультивибратора с биполярными транзисторами и двухбазовым диодом, выход которого соединен с входом транзисторного ключа, балансный усилитель сигнала ошибки, выходом подключенный через буферный каскад усиления к входу модулятора, а входами — к источнику опорного напряжения и резистивному делителю выходного напряжения (2) .

Недостатком известного устройства является трудность переключения LCD-фильтра с одного типа стабилизации на другой (так, при питании от сети на входе стабилизатора имеются силовой трансформатор и выпрямитель и чтобы сильно не снижать КПД

ВИП-а в целом, стабилизатор должен быть последовательного типа, а при работе от аккумуляторной батареи необходимо применять стабилизатор параллельного типа, так как напряжение батареи зачастую не соотта ветствует требуемым величинам в схеме устройства), причем изменение схемы включения обмоток дросселя LC8-фильтр приводит к повышению уровня излучения радиопомех, ибо эти обмотки находятся под импульсным потенциалом, создаваемым ключе1> вым транзистором, а элемент коммутации должен располагаться вне стабилизатора (применение электромагнитного реле исключается при большом диапазоне изменения входного напряжения, а пользование тумблером отражается на конструкции устройства и условиях ее эксплуатации).

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей ключевого стабилизатора путем изменения схемы включения

845146 обмоток дросселя LCP-фильтра по параллельной или последовательной схеме без увеличения уровня излучаемых помех при сохранении высокого КПД ВИП-а в целом.

Поставленная цель достигается тем, что дроссель LCD-фильтра содержит две одинаковые изолированные одна от другой равновитковые силовые обмотки, между началами и концами которых включены два дополнительных выпрямительных диода, причем анод первого из них подключен к эмиттеру ключа, катод — к диоду LCD-фильтра, анод второго — к входу цепи коммутации, между которой и общей шиной установлен конденсатор фильтра, а катод — к основному выходу стабилизатора соответственно.

На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого устройства.

Силовым элементом составного транзисторного ключа является транзистор 1, а предусилитель сигналов его базовой цепи— транзистор 2. Эмиттер транзистора 1 соединен с началом обмотки 3 дросселя 4 (везде начала обмоток обозначены точкой) и анодом диода 5, катод которого подключен к диоду 6 L C3-фильтра и цачалу обмотки 7.

Конец обмотки 3 соединен с конденсатором 8 стоящим на входе цепи коммутации (клемма 9), а конец обмотки 7 подходит к конденсатору 10, уста новленному на выходе стабилизатора (клемма 11) . LCD потенциометра 12 резистивного делителя часть выходного напряжения подается на один из входов балансного усилителя 13 сигнала ошибки, у которого второй вход соединен с источником опорного напряжения — стабилитроном 14. Между коллекторами транзисторов балансного усилителя подключен транзистор 15, выполняющий роль зарядного резистора для времязадающего конденсатора 16 автогенератора 17, собранного по схеме обычного одноемкостного мультивибратора, у которого в качестве разрядного элемента применен двухбазовый диод 18, а коммутирующим диодом служит участок база-эмиттер транзистора 19. База и коллектор этого транзистора соединены с положительной шиной источника питания резисторами 20 и 21 соответственно, а коллектор еще и с анодом разделительного диода 22, у которого катод соединен с базой транзисторов 23, 24, коллекторная цепь которых через диод 25 соединена с второй базой диода 18 и через резисторы с базой транзистора 2. Цепь коммутации (клемма 9) через диод 26 и резисторы 27, 28 соединена с базой транзистора 23 и коллектором транзистора 15 соответственно. Инвертором напряжения на клемме 9 является транзистор 29, коллектор которого через диод 30 соединен с общей точкой токоограничивающего резистора 31, эмиттера двухбазового диода 18 и конденсатора 16. Другой конец резистора 31 подключен к коллектору транзистора 15. Дополнительная обмотка 32 дросселя 4 подключена между коллектором

4 транзистора 1 и эмиттером транзистора 2.

Дополнительный диод 33 включен между входом цепи коммутации (клемма 9) и основным выходом стабилизатора (клемма 11)

СтабиЛизатор работает следующим образом (первый вариант).

Если между клеммой 9 и минусовой шиной источника питания установить перемычку (она может быть распаяна в колодке шнура питания от аккумулятора), то стабилизатор является ключом с параллельным подключением дросселя ЙЭ-фильтра и нагрузки, а если перемычка отсутствует (в колодке шнура питания от сети), то последовательного типа (ключ, дроссель и нагрузка включены последовательно) .

После подачи питающего напряжения током резистора 20 участок баУа-эмиттер транзистора 19 смещается в прямом направлении, транзистор 19 открыт, а транзисторы 23, 24, 2, 1 — закрыты. Закрыт транзистор 29 (потенциал его базы равен О) и обратно смещены диоды 30 и 25. Возможность открытия транзисторов 23, 24 током резистора 28 исключается шунтированием его на общую (минусовую) шину источника питания диодом 26 (по условию клемма 9 соединена перемычкой с минусовой шиной).

Одновременно появляется напряжение на стабилитроне 14 и баланс усилителя 13 нарушается (так как напряжение на выходе стабилизатора еще отсутствует), открывается транзистор 15 и током резистора 31 зo заряжается конденсатор 16 через прямосмещенный переход база-эмиттер транзистора 19, потенциал эмиттера диода 18 повышается и при достижении определенной величины пробивается переход эмиттер-база 1.

Тогда заряженный конденсатор 16 оказыва35 ется подключенным между базой и эмиттером транзистора 19, он закрывается (минус на базе), и емкость 16 начинает перезаряжаться током резистора 20. Током резистора 21 открываются транзисторы 23, 24, о за ними транзисторы 2 и 1. Фиксация потенциала базы 2 диода 18 на нулевом уровне благодаря открывающемуся диоду 25 способствует надежному открытию участка эмит. тер-база двухбазового диода 18. Ток транзистора 1 по обмотке 3 намагничивает сердеч4 ник дросселя 4, в котором происходит накапливание энергии. Дополнительным напряжением обмотки 32 транзистор 1 открывается до насыщения, чем уменьшается рассеивание мощности на нем. Как только при перезарядке конденсатора 16 вновь открывается транзистор 19, транзисторы 23, 24, 2, 1 запираются, самозакрывается диод 18. Сердечник дросселя 4 размагничивается и ЭДС самоиндукции на обмотке 7 через диод 6 заряжает конденсатор 10 и запитывает нагрузку. Вновь начинает заряжаться конденсатор 16, и цикл повторяется. Как только напряжение на нагрузке достигнет заданного уровня, в системе устанавливается динамическое равновесие (чем больше напряжение на

845146 нагрузке, тем ниже частота следования выходных импульсов с транзистора 1 и наоборот). Во время работы диоды 5 и 33 закрыты ибо на катодах у них потенциалы более положительны, чем на анодах (на величину выходного напряжения) . Ввиду того, что резистор 20 подключен к входу стабилизатора, то при изменении входного напряжения и тока нагрузки задающая часть работает как ШИМ-ЧИМ-модулятор, чем резко увеличивается динамический диапазон работы устройства (совместно изменяются длительность импульса и частота их следования).

Работа стабилизатора заключается в следующем (второй вариант).

Поскольку нет перемычки с клеммы 9 на минусовую шину, то ток транзистора 1 протекает через диод 5 по обмотке 7 дросселя 4, заряжая конденсатор 10 и намагничивая сердечник дросселя. При этом напряжение на клемме 9 примерно равно выходному напряжению на клемме 11 (действительно, U> — — U<„— 1)вь>„при насыщенном транзисторе 1, 0 = U3 по начальному условию, так как обмотки 3 и 7 равновитковые, 1- кл.g= (-)вк — (1-1вк — UW = Ьм где Uy

U — напряжение на обмотках 3 и 7 дросселя 4, Бв — входное напряжение на шинах х 25

«+-» и « — », U< напряжение на выходеклемме 11, Ц,д + — напряжение на входе цепи коммутации — клемме 9). Напряжение на клемме 9 дополнительно фильтруется конденсатором 8. Учитывая это, ясно, что запирается диод 26 и открывается транзис- з0 тор 29, при этом эмиттер диода 18 через диод 30 и участок коллектор- эмиттер транзистора 29 соединяется с шиной « †» (а значит и с базой 1), из-за чего транзистор 19 остается всегда открытым. Сигнал управления с коллектора транзистора 15 поступает на базу транзисторов 23, 24 через резисторы 28, 27. Теперь не трудно убедиться, . что устройство работает подобно двухпозиционному (релейному стабилизатору): при включении питания появляется напряжение на стабилитроне 14, перекаши40 вается усилитель 13, открываются транзисторы 15, 23, 24, 2, 1, заряжается конденсатор и накапливается энергия в сердечнике дросселя 4 при протекании тока ключа через обмотки 3 и 7 (протекание одной части 4 тока ключа через обмотку 3 на нагрузку осуществляется благодаря открывающемуся диоду 33, а другой части — через диод 5 и обмотку 7). Как только напряжение на потенциометре 12 достигнет. уровня опорного восстанавливается баланс усилителя 13, закрываются транзисторы 15, 23, 24, 2, 1.

Сердечник дросселя размагничивается, ЭДС самоиндукции с обмотки 7 через диод 6 поддерживает ток нагрузки. В системе устанавливается динамическое равновесие чем больше выходное напряжение, тем ниже частота следования выходных импульсов с транзистора 1 и наоборот. Необозначенные в схеме автогенератора 17 емкости корректируют фронты импульсов, что необходимо для уменьшения уровня излучения при работе стабилизатора в обоих режимах, но с целью упрощения пояснений принципа работы они не рассматриваются.

Таким образом, незначительное видоизменение схемы стабилизатора (наличие или отсутствие перемычки в цепи коммутации) позволяет легко изменять тип включения дросселя ИЗ-фильтра (последовательно или параллельно с нагрузкой), что расширяет его функциональные возможности при сохранении удовлетворительного КПД всего ВИП-а в целом. без увеличения уровня помех цепью коммутации.

Формула изобретения

Ключевой стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий составной транзисторный ключ на транзисторах разной проводимости, LCD-фильтр, дроссель которого имеет две изолированные равновитковые силовые обмотки, включенный между выходом ключа и выходными выводами модулятор на базе одноемкостного мультивибратора с биполярными транзисторами и двухбазовым диодом, выход которого соединен с входом составного транзисторного ключа, балансный усилитель сигнала ошибки

l Э выходом подключенный через, буферный каскад усиления к входу модулятора, а входами — к источнику опорного напряжения и резистивному делителю выходного напряжения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей ключевого стабилизатора путем изменения схемы включения обмоток дросселя LCD-филь тра последовательно или параллельно с нагрузкой без увеличения уровня излучаемых помех при сохранении высокого КПД вторичного источника питания в целом, между началами и концами силовых обмоток дрос-. селя включены дополнительные выпрямительные диоды, причем анод первого из них соединен с эмиттером ключа, катод — с диодом

ЬСЗ-фильтра, анод второго соединен с входом цепи коммутации, а катод — с выходом стабилизатора соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 444172, кл. G 05 F 1/56, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР № 463957, кл. G 05 F !/58, 1973.

845146

Составитель В. Круглова

Редактор Т. Петрова Техред А. Бойкас Корректор Ю.Макаренко

Заказ 4142/3 Тираж 940 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4