Ключевой стабилизатор напряжения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТВЛЬСТВУ

Союз Советскими

Соцналнстнческнд

Республнк

IiI>51368 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 021079 (21) 2824913/24-07 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Опубликовано 30 0781, Бюллетень Н9 28

{51)М. Клз

G 05 F 1/56

Государственный комитет

СССР но дыам изобретений н открытий

Дата опубликования описания 3407.81 (54) КЛЮЧЕВОЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ уровней выходного напряжения при неизменном входном напряжении без изменения схеми и конструкции, отсутствие возможности совмещения в одном устройстве режимов работы с внешней синхронизацией и от внутреннего генератора и, кроме того, наличие помех а нефиксированной частотой по причине отсутствия средств жесткой фиксации частоты переключения.

Наиболее близкое к предлагаемому устройство содержит узел предварительной стабилизации, преобразователь постоянного напряжения, стабилизирующую схему с регулирующим транзистором, два фильтра нижних частот, задакщую С-цепь, двд-источника опорного напряжения, интегральный управлякщий элемент и делитель напряжения, соединенные определенным образом 4).

Недостатками упомянутого устройства являются отсутствие возможности обеспечения стабилиэацИи нескольких уровней выходного напряжения беэ изменения схемы и конструкции устройства, отсутствие режима работы с внешней синхронизацией и, как следствие, нефиксированная частота пере= ключения и частота помех, изменяющиеИзобретение относится к электротехнике, в частности и вторичным источникам питания радиоэлектронной аппаратуры. 5

Известно устройство, содержащее ключевой регулирующий элемент, источник запиракщего напряжения, задающий генератор, регенератнвный узел сравнения, времязадающую RC-цепь, усилитель обратной связи, узел опорного напряжения и делитель эталонного напряжения (1).

Известно устройство, содержащее преобразователь напряжения с выходным трансформатором, четыре выпрямителя, четыре сглаживающих фильтра, узел обратной связи и три дополнительных трансформатора с отводами в во вторичных обмотках, тоже соединенные определенным способом 2) . ®

Известно также устройство, содеркащее ключевой транзистор, сглажи« вающий фильтр, усилитель сигнала рассогласования, источник опорного напряжения, модулятор длительности импульсов, тактовый генератор и интегрирующую ЯС-цепь 3).

Основными недостачками известных устройств являются невозможность обеспечения стабилизации нескольких

{53) УДК 621. 316. 722. (овв. 8) 851368 ся при изменении входного напряжения и нагрузки, так как она задается при помощи ЕС-цепи, через которую протекает ток нагрузки. Мешающее воздействие помех при несинхрониэированной и нефиксированной частоте переключения ключевого стабилизатора

Наиболее существенно проявляется в аппаратуре магнитной записи, как правило питающейся от нескольких ста билизированных источников питания с разными уровнями и полярностями вы- 10 ходного напряжения и имеющей чувствительные к помехам входные цепи, где полезный сигнал не превышает нескольких десятков микровольт.

Кроме того, известное устройство 15 имеет сложную многоступенчатую схему с несколькими преобразованиями входного напряжения, что увеличивает габариты и снижает надежность известного устройства. 26

Цель изобретения — уменьшение уровня импульсных помех, жесткая фиксация частоты переключения и расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в ключевой стабилизатор на- 25 пряжения, содержащий последовательно соединенные входной выпрямитель с фильтром, транзисторный ключ и выходной фильтр нижних частот, а также . дифференциальный операционный усилитель, к первому инвертирующему входу которого подключен источник опорного напряжения, и делитель напряжения обратной связи, подключенный к выходным выводам стабилизатора, введен 35 управляемый генератор-модулятор, первый вход которого подключен к выходу упомянутого операционного усилителя, второй вход к синхрониэирующе у выроду устройства а выход к 40 управляющему входу указанного ключевого транзистора, причем второй вход упомянутого операционного усилителя связан с делителем напряжения обратной связи через дополнительный

RC-фильтр и с выходным выводом через 45 дополнительную последовательную цепочку из резистора и конденсатора.

Упомянутый управляемый генератормодулятор выполнен на втором дифференциальном операционном усилителе, $© инвертирующий вход которого образует первый вход генератора, а неинвертирующий вход подключен ко второму входному выходу через конденсатор, оба входа операционного усилителя 55 шунтированы резисторами, при этом иивертирующий вход .через резистор соединен с его выходом, который через последовательную цепочку из резистора и конденсатора подключен к неинвертирующему входу.

Делитель напряжения обратной связи выполнен наоп ступеней, которые подключены к упомянутому дополнительному RC-фильтру через переключатель на и положений. 65. На чертеже приведена функциональная схема устройства.

Ключевой стабилизатор напряжения содержит последовательно соединенные входной выпрямитель с фильтром 1, транзисторный ключ 2, выходной фильтр

3 нижних частот, а также первый дифференциальный операционный усилитель

4, первый инвертирующий вход 5 которого подключен к источнику б опорного напряжения, второй вход 7 операционного усилителя через дополнительный RC-фильтр 8-9 связан с делителем 10 напряжения обратной связи и через дополнительную последовательную цепочку из резистора 11 и конденсатора 12 — с выходным выводом

13 устройства, выход первого операционного усилителя подключен к первому входу генератора-модулятора 14, второй вход которого подключен к синхрониэирующему выводу 15 устройства, а выход — к управляющему переходу транзисторного ключа. Упомянутый генератор-модулятор выполнен на втором дифференциальном операционном усилителе 16, инвертирующий вход

17 которого образует первый вход генератора, а неинвертирующий вход 18 подключен ко второму входу генератора через конденсатор 19, оба входа операционного усилителя шунтированы резисторами 20 и 21, при этом инвертирующий вход через резистор 22 соединен с выходом усилителя, который через последовательную цепочКу иэ конденсатора 23 и резистора 24 подключен к неинвертирующему входу. Делитель напряжения обратной связи выполнен на и ступеней, которые через переключатель на и положений 25 подключены к RC-фильтру 8-9.

Ключевой стабилизатор работает следующим образом.

Выпрямленное и сглаженное напряжение с выпрямителя с фильтром 1 подается на транзисторный ключ 2 и после фильтра нижних частот 3 поступает на выход 13 устройства. Напряжение обратной связи по постоянному току с выхода 13 устройства поступает на делитель 10 напряжения на и ступеней и переключатель 25 на и положений, необходимые для установки любого одного иэ режимов работы и далее через дополнительный RC-фильтр на конденсаторе 19 и резисторе 8 подается на неинвертирующий вход 7 дифференциального операционного усилителя 7. Одновременно напряжение обратной связи по переменному току с выхода 13 устройства через фазосдвигающую цепочку иэ конденсатора 12 и резистора 11 поступает на тот же вход 7 дифференциального операционного усилителя 4.

Разделение цепей обратной связи по постоянному и переменному току и дополнительная фильтрация напряжения обратной связи по постоянному току

5 851368 6

1 позволяет сохранить оптимальные фазо вые соотношения, обеспечивающие минимальную переменную составляющую как на частоте пульсаций выпрямителя с фильтром, так и на частоте коммутации транзисторного ключа 2, для всех режимов работы устройства с .учетом широкого диапазона изменений ровня входного напряжения и тока нагрузки устройства (например, для изменения уровня входного напряжения на 10% и изменения тока нагрузки в

4 раза). Дифференциальный операционный усилитель 4 охвачен отрицательной обратной связью с частотной коррекцией, которая подбирается таким образом, чтобы дополнительно уменьшить значение переменной составляющей на выходе 13 устройства с учетом частоты пульсаций выпрямителя с фильтром 1 и частоты коммутации, поступающей от внешнего источника частоты синхронизации на вход 15. В результате взаимодействия суммы напряж ний обратной связи по постоянному и переменному току на неинвертирующий вход 7 и суммы напряжений местной обратной связи и опорного источника

6 на инвертирукхций вход 5 дифференциального операционного усилителя 4 на его выходе формируется уровень напряжения, поступающий на ннвертирующий вход 17 операционного усилителя 16 генератора-модулятора 14, ..иэменякщийся таким образом, чтобы на выходе 13 устройства поддерживался стабильный уровень выходного напряжения при минимальном уровне переменной составляющей. При поступлении на вход 17 операционного усилителя 15 генератора-модулятора 14 входного напряжения от дифференциального операционного усилителя 4 на его выходе формируется перепад напряжения, поступающий через цепь положительной обратной связи (конденсатор 24, резистор 23) на собственный иеинвертирукиций вход 18. При этом уровень напряжения на входе

18 операционного усилителя 16 воз-растает по линейному закону до тех пор, пока его уровень не сравняется с уровнем напряжения на инвертирую.щем входе 17 и не произойдет переключение выходного напряжения операционного усилителя 16 генераторамодулятора 14 на обратную поляр-. ность. Затем начинается перезаряд конденсатора 23 который происходит до тех пор, пока уровни напряжения на входах 17 и 18 операционного усилителя 16 снова не сравняется и вновь не произойдет переключение выходного напряжения операционного усилителя 16 генератора-модулятора .14 на другую полярность, после чего происходит новый перезаряд конденсатора 23. Время переэаряда конденсатора ?3, а тем самым и скважность импульсов на выходе операционного усилителя 16 генератора-модулятора 14 изменяется в зависимости от изменения уровня напряжения на выходе дифференциального усилителя 4, уровень которого зависит от величины суммы напряжений обратной связи по постоянному и переменному току, поступающих на вход 7. Таким образом, при отклонении под воздействием возмущения выходного напряжения устройства на выходе 13 от номинального = значения напряжение рассогласования усиливается дифференциальным операционным усилителем 4 и через операционный усилитель 16, соответствен15 но, управляет скважностью импульсов на выходе генератора-модулятора 14, поступающих на управляющий вход транзисторного ключа 2. Фаэнровка включения цепей обратной связи подо20 брака таким образом, чтобы выходное напряжение устройства оставалось нее- иэменным с учетом изменения напряжения питакщей сети и изменения нагрузки. Прн наличии на входе 15 синхроимпульсов, генератор-модулятоР

14 переключается с частотой, равной частоте синхронизации, а регулировка уровня выходного напряжения устройства производится эа счет изменения скважности импульсов управления, поступакщнх на управляющий вход транзисторного ключа 2 с выхода генератора-модулятора 14. При отсутствии синхроимпульсов на входе 15 ре35 гулнровк а выходного напр жения ус Ройства производится при одновременном изменении частоты и скважности импульсов управления, вырабатываемых операционным усилителем 16 генератора-модулятора 14 в зависимости от

40 уровня напряжения, поступающего на его вход 17 с выхода дифференциального операционного усилителя 4.

С целью увеличения устойчивости работы и температурной стабильности

45 операционный усилитель 16 генераторамодулятора 14, кроме частотно-зависимой положительной обратной связи (конденсатор 23, резистор 24), охвачен отрицательной обратной связью

Е (резистор 22) с собственного выхода на инвертирующий вход 17 и, кроме того, оба входа операционного усилителя 16 через выравнивающие резисторы

20 и 21 соединены с корпусОм.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает стабилизацию любого одного из заданных уровней выходных напряжений в широком диапазоне изменения нагрузки и, температуРы окружакицей среды как при наличии, gj так и при отсутствии внешних синхроимпульсов, а наличие жесткой фиксации частоты переключения позволяет снизить уровень импульсных помех путем соответствукщего выбора элеменЯ тов цепей отрицательн@й обратной

851368

ИИПИ Заказ 6355/67 раж 940 Подписное связи и, кроме того, позволяет при помощи соответствующего выбора частоты синхронизации обеспечить работу предлагаемого источника вне спектра рабочих частот потребителя, что особенно важно, например, для аппаратуры магнитной записи. формула изобретения

1. Ключевой стабилизатор напряже- 1© ния, содержащий последовательно соединенные входной выпрямитель с фильтром, транзисторный ключ и выходной фильтр нижних частот, а также дифференциальный операционный усили- 3$ тель, к первому инвертирующему входу которого подключен источник опорного напряжения, и делитель напряжения обратной связи, подключенный к выходным выводам стабилизатора, о т- ;ф л и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения уровня импульсных помех и жесткой фиксации частоты переключения, введен управляемый генератор-модулятор, первый вход кото.рого подключен к выходу упомянутого операционного усилителя, второй вход к синхрониэирующему выводу устройства, а выход к управляющему входу указанного ключевого транзистора, причем второй вход упомянутого операционного усилителя связан с делителем напряжения обратной связи через дополнительный RC-фильтр и с выходным выводом через дополнительную последовательную цепочку иэ реэистора и конденсатора.

2. Стабилизатор по п.1; о т л и ч а ю шийся тем, что упомянутый управляемый генератор-модулятор выполнен на втором дифференциальном операционном усилителе, инвертирующий вход которого образует первый вход генератора, а неинвертирующий вход подключен ко второму входному выходу через конденсатор, оба входа операционного усилителя шунтированы резисторами, при этом инвертирующий вход через резистор соединен с его выходом, который через последовательную цепочку из резистора и конденсатора подключен к неинвертирующему входу.

3. Стабилизатор по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей делитель напряжения обратной связи выполнен на п ступеней, которые подключены к упомянутому допол-, нительному RC-фильтру через переключатель на и положений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9498614, кл. G 05 F 1/56, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

9504191, кл. G 05 F 1/56, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР

1513101, кл. G 05 F 1/56, 1978.

4. Патент Великобритании 91403614, <л. G 3 R, 1977.

G t S илиал ППП "Патент", Ужгород, ул. Проектная,