Импульсный стабилизатор постоянного напряжения

 

„„964598

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К . АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социапистических

Республик (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 12. 11,80 (2! ) 3002282/24-07 с присоединением заявки .% (23) Приоритет . Опубликовано07.10.82. Бюллетень № 37

Дата опубликования описания 07.10.82 (51}М. Кл.

G 05 F 1/56

3ееудорствеииый комитет

II0 делам изооретеиий и открытий (53 } УД К 621 ° 316. .722.1(088.8) . (72) Авторы изобретения

П. Н. Долотов и В. С. Тюрин (7I ) Заявитель (54 ) ИИПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР .ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к вторичным источникам питания.

Известен преобразователь постоянного напряжения, который состоит из дросселя, включенного последователь- а но с нагрузкой, конденсатора фильтра, включенного параллельно нагрузке, переключающего устройства, содержащего диод, включенный между дроссето лем и нагрузкой, реле напряжения и дополнительные ключи 1 j.

Недостатками этого преобразователя являются снижение коэффициента полезного действия при уменьшении тока нагрузки, низкий коэффициент стабилизации, а также сложность, обусловленная наличием реле тока.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий. соединенные псследовательно дроссель и диод, включенные между первым входным и

2 первым выходным выводами, конденса-тор, подключенный к выходным выво- дам, транзистор, включенный между точкой соединения дросселя с диодом, и объединенными вторым входным и вторым выходным выводами, входом соединенный с выходом компаратора, первый вход которого поДключен к выходу перво;о делителя напряжения, соединенного с входными выводами, а второй вход - к первому выходному выводу генератора напряжения треугольной формы, источник опорного напряжения и цепь обратной связи C2 ).

Недостатками известного стабилизатора являются пониженная надежность в результате возможной перегрузки транзистора при переходных процессах и недостаточное качество выходного напряжения, т. к. возможны выбросы напряжения при включении стабилизатора.

Целью изобретения является повышение надежности путем исключения, 96459 перегрузки транзистора при переход-

20 ных процессах и повышение качеСтва энергии на выходе стабилизатора путем устранения выбросов напряжения .при включении.. S

Поставленная цель достигается тем, что в импульсный стабилизатор введен дополнительный конденсатор, включенный между выходом нервого делителя и выходом укаэанного источ- 10 нИка опорного напряжения, и второй делитель, состоящий из трех резисторов, причем вход второго делителя подключен между выходом источника опорного напряжения и вторым входным выводом стабилизатора, вход первого делителя напряжения подключен между первым входным выводом и первым выходом второго делителя напряжения, второй. выход которого соединен с вторым входным выводом генератора треугольной формы, а цепь обратной связи подключена через введенный диния, на фиг. 2.- временные диаграммы, од между первым выходным выводом и выходом первого делителя напряжения. 2э

На фиг. 1 представлена электричеспоясняющие работу стабилизатора.

Импульсными стабилизатор пс стоянного напряжения содержит соединенные последовательно дроссель 1 и диод 2, включенные между первым входным 3 и первым выходным 4 зажимами, конденса3S тор 5, подключенный к выходным выво» дам, транзистор 6, включенный между точкой соединения дросселя 1 с диодом 2 и объединенными вторым входным и вторым выходным выводами 7, входом соединенный с выходом компаратора 8, первый вход а которого подключен к выходу первого делителя напряжения, выполненного на резисторах 9 и 10, соединенного, с входными выводами

3 и 7 стабилизатора, а второй вход б - к первому выходному зажиму гене. ратора 11 напряжения треугольной формы, источник 12 опорного напряжения и цепь 13 обратной связи, дополнительный конденсатор 14, .включенныи межSO ду выходом первого делителя напряжения, содержащего резисторы 9 и 10„ и выходом источника 12 опорного напряжения, и второй делитель 15 на пряжения, выполненный на трех резисторах 16, 17 и 18, причем вход второго делителя напряжения подключен между выходом источника 12 опорного

8 ф напряжения и вторым входным выводом

7 стабилизатора, а. цепь 13 .обратной связи подключена через введенный диод 19 между первым выходным выводом

4 стабилизатора и выходом первого делителя.напряжения.

Преобразователь работает следующим образом. . С, генератора 11 треугольного напряжения снимается напряжение Ця (фиг. 2), .имеющее в своем составе периодическую составляющую треугольной формы и постоянную составляющую, полученную путем связи генератора 11 треугольного напряжения с источником

12 опорного напряжения через второй делитель 15 напряжения,.и подается на адин иэ входов компаратора 8, а на другой вход подается с резистора .10 напряжение обратной связи @фиг.2), поступающее с выхода стабилизатора через цепочку 13 обратной связи. На выходе компаратора 8 формируются управляющие импульсы прямоугольной формы, фронты которых совпадают с моментами равенства напряжения U и Об (фиг. 2} на входах компаратора 8. управляющие импульсы с,выхода компаратора 8 поступают на базу транзистора 6 и периодически открывают и закрывают его, а на коллекторе транзистора 6 формируются импульсы напряжения прямоугольной формы U к(фиг..2).

Когда транзистор 3 открыт, к дроссе-. лю. 1 приложено входное напряжение, . и происходит нарастание протекающего через дроссель. 1 тока i+ (фиг. 2) перис д времени (С -" t ) и накопление .в. нем энергии. В момент закрытия транзистора 6 на дросселе 1 возникает

ЭДС самоиндукции, которая открывает диод 2, и накопленная дросселем 1 энергия в виде убывающего тока расхо: дуется на подзаряд конденсатора 5 фильтра. Выходное напряжение U bl„ .повышается (фиг. 2, период времени

t2- tS). Затем транзистор 6 .открывается.,дроссель 1 опять начинает накапливать энергию, а конденсатор 5 начинает разряжаться во внешнюю нагрузку, а выходное напряжение Оэь„,понижаться (фиг. 2, период времени

t>- й, ). Далее транзистор.6 закрывается, и все повторяется. Эти периодические .понижения и повышения выходного напряжения представляют собой пульсацию на выходном напряже нии стабилизатора, которая может быть сведена до сколь у,годно малой

964598 формула изобретения величины путем увеличения емкости . конденсатора 5 фильтра. Если под действием возмущающих факторов среднее значение выходного напряжения стабилизатора изменится, то через S цепочку 13 обратной связи это изменение поступит на компаратор 8, скважность управляющих импульсов с ее выхода тоже изменится, и выходное напряжение стабилизатора вернется к прежнему значению с учетом ошибки регулирования.

Увеличение тока, потребляемого внешней нагрузкой, сопровождается уменьшением выходного напряжения в пределах линейной .зоны регулирования, определяемой размахом напряжения греугольной формы на входе компаратора

8 и увеличением длительности управляющих импульсов, открывающих тран- 20 зистор 6. Когда, транзистор 6 открыт, ток через него линейно нарастает, причем скорость нарастания ограничивается индуктивностью дросселя 1.

В реальном дросселе 1 при достижении протекающим через него током некоторого максимального значения поступает насыщение дросселя 1, резко падает его индуктивность, а для транзистора

6 наступает режим короткого замыка- зе ния.

Ограничение тока через транзистор

6 и одновременно максимального тока нагрузки осуществляется путем ограничения длительности управляющих импульсов с выхода компаратора 8, открывающих транзистор 6. Для этого со второй ступени второго делителя 15 напряжения, содержащего резисторы 16, 17,, и 18, через резистор 10 подается 4е на вход компаратора 8 постоянное напряжение, величина которого выбирается такой, чтобы получить с выхода компаратора 8 управляющие импульсы максимально допустимой длительности, при которой ток через открытый транзистор 6 еще не превышает своего максимально допустимого значения. Если теперь ток внешней нагрузки станет увеличиваться, выходное напряжение начнет уменьшаться, закроет введенный диод 19 и дальнейшее уменьшение выходного напряженйя перестанет увеличивать длительность управляющих импульсое, а максимально допустимый ток

И через транзистор 6 вследствйе этого будет ограничен. При этом и выходной ток преобразователя (ток нагрузки) будет ограничен из-за ограничения

d тока транзистора 6, стабилитрон, входящий е цепочку 1) обратной связи, служит для увеличения ее коэффициента передачи.

Увеличение стабильности выходного напряжения стабилизатора обусловлено тем, что изменения входного напряжения подаются через резистор 9 на резистор 19, а с него - на компаратор

8, который изменяет скважность управляющих импульсое, поступающих на транзистор .6 таким образом, что при этом энергия, запасаемая дросселем 1 и отдаваемая им в нагрузку, не меняется, а значит и выходное напряжение стабилизатора также не изменится.

При включении стабилиза гора начинает заряжаться конденсатор 14, это напря,жение заряда конденсатора 14 подается на резистор 10,. а с него на компаратор 8, который под действием этого напряжения изменяет по апериодическому закону скважность управляющих импульсов, поступающих на транзистор6, при этом энергия, запасаемая дросселем 1 и,отдаваемая им в нагрузку, тоже нарастает по апериодическому закону, а выходное напряжение на конденсаторе 5 фильтра. возрастает до установившегося значения плавно и без выбросов перерегулирования.

Устройство позволяет получить повышение стабильности выходного напряжения без увеличения коэффициента усиления в контуре обратной связи и без введения корректирующих цепей для повышения устойчивости.

Обеспечение плавного запуска предлагаемого устройства и отсутствие выбросов перерегулирования выходного напряжения позволяют повысить надежность функционирования устройств, которые будут от него питаться, особенно электродвигателей,. так как в этом случае снижается величина пускового тока электродвигателя, меньше изнашиваются щетки и якорь.

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий соединенные последовательно дроссель и ди- од, включенные между первым входным и первым выходным выводами, конденсатор, подключенный к выходным выводам, транзистор, включенный между точкой сОединения дросселя с диодом, 7 964598 8 и объединенными вторым, входным и ния, и второй делитель, содержащий вторым выходным выводами, входом со- три резистора, причем вход второго единенный с выходом компаратора,. делителя подключен между выходам испервый вход которого подключен к вы- точника опорного напряжения и вторым ходу первого делителя напряжения, 5 входным выводом стабилизатора, вход соединенного с входными выводами, а первого делителя напряжения подключен второй вход — к первому выходному между первым входным выводом и первыводу генератора напряжения треуголь- вым выходом второго делителя напряженой формы, источник опорного напря- ния, второй выход которого соединен жения и цепь обратной связи, о т -. 1В с вторым входным выводом генератора л и ч а ю шийся тем, что, с це- треугольной формы, а цепь обратной лью повышения надежности путем исклю- связи подключена через введенный дичения перегрузки транзистора -при пе- од между первым выходным выводом и реходных процессах и повышения каче- выходом первого делителя напряжения. ства энергии на выходе стабилизатора путем устранения выбросов напряже- Источники информации, ния при включении импульсного стаби- принятые во внимание при экспертизе лизатора, в него введен дополнитель- „ 1. Патент ФРГ Р 2044459, ный конденсатор, включенный между вы- кл G 05 Г 1/48; 1972. ходом первого делителя и выходом ука- 20 2. Авторское свидетельство СССР занного источника опорного напряже- 1 574709, кл. G 05 F 1/56, 1975. !