СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ВТОРИЧНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ Российский патент 2005 года по МПК G05F1/618 

Изобретение относится к области вторичных источников питания (ВИП), точнее к стабилизаторам напряжения в них.

Известные стабилизаторы напряжения (СН), применяемые во вторичных источниках питания (ВИП) можно разделить на два класса [1] - импульсные и линейные.

Импульсный стабилизатор представляет любой управляемый (по скважности импульсов) мощный ключевой каскад, транзистор которого соединен с нагрузкой через дроссель LC-фильтра нижних частот (ФНЧ). Основное достоинство импульсного стабилизатора - высокий КПД, который определяется малыми потерями энергии в транзисторе, работающем в ключевом режиме. Основной недостаток - высокий уровень пульсации напряжения в нагрузке при ограниченных величинах индуктивности и емкости ФНЧ (ограничение габаритов упомянутых элементов).

Для более глубокого сглаживания этих пульсаций при приемлемых массогабаритных характеристиках ФНЧ применяют последовательное соединение импульсного и последовательного линейного стабилизаторов [1]. Это устройство, включающее импульсный стабилизатор напряжения, первый вход которого соединен с первым выходом источника опорного напряжения (внешним или встроенным в микросхему стабилизатора), второй вход (вход напряжения питания) импульсного стабилизатора соединен с первичным источником напряжения питания, а первый выход импульсного стабилизатора через LC-фильтр нижних частот соединен с входом нагрузки ВИП, является наиболее близким к предлагаемому изобретению и выбирается в качестве прототипа для него.

Прототип работает следующим образом:

Опорное напряжение для линейного стабилизатора, которое поддерживается им в нагрузке ниже опорного напряжения импульсного стабилизатора. Разность этих напряжений гасится мощным транзистором линейного стабилизатора. Эта разность должна быть больше удвоенной амплитуды пульсаций как минимум на величину напряжения насыщения упомянутого транзистора. Чем большее напряжение гасится линейным стабилизатором, тем ниже уровень пульсаций в нагрузке, но при этом возрастают потери, падает общий КПД.

Основной недостаток прототипа - снижение общего КПД за счет больших потерь в линейном стабилизаторе при жестких требованиях к уровню пульсаций напряжения в нагрузке.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение общего КПД.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в устройство стабилизатора напряжения вторичного источника питания, включающее импульсный стабилизатор напряжения, первый вход которого соединен с первым выходом источника опорного напряжения (внешним или встроенным в микросхему стабилизатора), второй вход (вход напряжения питания) импульсного стабилизатора соединен с первичным источником напряжения питания, а первый выход импульсного стабилизатора через LC-фильтр нижних частот соединен с входом нагрузки ВИП, введен усилитель мощности переменного тока с двухтактным выходным каскадом и дифференциальным входом, выход которого соединен с входом нагрузки, первый вход усилителя мощности переменного тока с двухтактным выходным каскадом и дифференциальным входом соединен с первым выходом источника опорного напряжения, второй вход упомянутого усилителя подключен к выходу первичного источника питания, а третий вход усилителя через разделительный конденсатор соединен с входом нагрузки, причем выходы нагрузки, LC-фильтра, второй выход импульсного стабилизатора напряжения, второй выход источника опорного напряжения подключены к общей шине.

Предлагаемый стабилизатор представляет собой параллельное соединение с нагрузкой импульсного стабилизатора (через ФНЧ) и усилителя мощности (УМ) переменного тока типа обычного усилителя мощности звуковых частот (УМЗЧ) с двухтактным выходом и дифференциальным входом, причем вход опорного напряжения импульсного стабилизатора и неинвертирующий вход УМ соединяют с общим источником опорного напряжения.

Технический результат в предлагаемом изобретении достигается тем, что в устройство стабилизатора напряжения вторичного источника питания введен усилитель мощности переменного тока с двухтактным выходным каскадом и дифференциальным входом, выход которого соединен с входом нагрузки, первый вход усилителя мощности переменного тока с двухтактным выходным каскадом и дифференциальным входом соединен с первым выходом источника опорного напряжения, второй вход упомянутого усилителя подключен к выходу первичного источника питания, а третий вход усилителя через разделительный конденсатор соединен с входом нагрузки, причем выходы нагрузки, LC-фильтра, второй выход импульсного стабилизатора напряжения, второй выход источника опорного напряжения подключены к обшей шине, а также что импульсный стабилизатор напряжения и LC-фильтр являются общими для нескольких плат, питаемых от ВИП, а упомянутые усилитель размещают на каждой плате и даже, при необходимости, несколько упомянутых усилителей в наиболее ответственных по питанию точках каждой платы.

Предлагаемый стабилизатор напряжения ВИП поясняется блок-схемой на чертеже.

- 1 - источник опорного напряжения;

- 2 - импульсный стабилизатор напряжения;

- 3 - дроссель фильтра нижних частот;

- 4 - конденсатор фильтра нижних частот;

- 5 - разделительный конденсатор Ср;

- 6 - нагрузка ВИП;

- 7 - усилитель мощности переменного тока с двухтактным выходным каскадом и дифференциальным входом.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение первичного источника питания преобразуется в необходимое выходное импульсным стабилизатором, с высоким КПД. Постоянная составляющая упомянутого выходного напряжения равна опорному от внешнего или встроенного в микросхему импульсного стабилизатора источника этого опорного напряжения. Высокочастотная часть пульсации выходного напряжения сглаживается малогабаритным LC-фильтром нижних частот с частотой среза в единицы кГц. Эта частота среза должна быть в несколько раз ниже верхней граничной частоты пропускания усилителя мощности. Питание этого УМ осуществляют от первичного (нестабилизированного) источника.

Инвертирующий вход упомянутого УМ через разделительный конденсатор Ср соединяют с нагрузкой, обеспечивая стопроцентную отрицательную образную связь (ООС) по переменному напряжению (напряжению пульсаций), при этом упомянутая ООС обеспечивает добавление к напряжению в нагрузке упомянутых пульсаций в противофазе. Другими словами, при повышении текущего напряжения в нагрузке выше опорного, цепь ООС приоткрывает транзистор нижнего плеча двухтактного каскада УМ, шунтируя тем самым нагрузку. При снижении текущего напряжения ниже опорного приоткрывается верхний транзистор и добавляет в нагрузку ток первичного источника так, чтобы переменная составляющая напряжение в нагрузке поддерживалась равной нулю (нулевое внутреннее сопротивления ВИП). Поддержание с помощью УМ нулевого внутреннего сопротивления ВИП благоприятно сказывается на развязке по питанию разных цепей, составляющих нагрузку ВИП.

Если напряжение питания с ВИП разводится на несколько плат с потребляющими ток электрорадиоэлементами относительно длинными проводами, то пульсацию напряжения на каждой из этих плат будет определять индуктивность проводов. Для подавления этих пульсаций, а также наводок по цепям питания целесообразно в ВИП включить один мощный импульсный стабилизатор и разнесенные по этим платам УМ вплоть до нескольких УМ на одной плате в наиболее ответственных точках по питанию.

Источники информации:

1. Источники вторичного питания / С.С.Букреев, В.А.Головацкий, Г.Н.Гулякович и др. Под редакцией Ю.М.Конева, - М.: Радио и связь, 1983. (Проектирование РЭА на интегральных микросхемах).

Изобретение относится к стабилизаторам вторичных источников питания (ВИП). Технический результат заключается в повышении КПД. Для этого в стабилизаторе напряжения ВИП пульсации напряжения в нагрузке (6) от импульсного стабилизатора (2) с большим КПД гасятся противофазной подачей их в нагрузку (6) через усилитель (7) с двухтактным выходным каскадом и дифференциальным входом, охваченный глубокой ООС по переменной составляющей выходного напряжения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство стабилизатора напряжения вторичного источника питания, включающее импульсный стабилизатор напряжения, первый вход которого соединен с первым выходом источника опорного напряжения, второй вход - вход напряжения питания импульсного стабилизатора напряжения соединен с первичным источником напряжения питания, а первый выход импульсного стабилизатора через LC фильтр нижних частот соединен с входом нагрузки ВИП (вторичного источника питания), отличающееся тем, что в устройство введен усилитель мощности переменного тока с двухтактным выходным каскадом и дифференциальным входом, выход которого соединен с входом нагрузки, неинвертирующий вход усилителя мощности переменного тока с двухтактным выходным каскадом и дифференциальным входом соединен с первым выходом источника опорного напряжения, вход напряжения питания подключен к выходу первичного источника питания, а инвертирующий вход через разделительный конденсатор соединен c входом нагрузки, причем нагрузка, LC фильтр, импульсный стабилизатор напряжения, источник опорного напряжения подключены к обшей шине.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что импульсный стабилизатор напряжения и LC фильтр являются общими для плат с потребляющими ток электрорадиоэлементами, составляющими нагрузку ВИП, а упомянутый усилитель размещают на каждой плате и даже при необходимости несколько упомянутых усилителей в наиболее ответственных по питанию точках каждой платы.