Импульсный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1983 года по МПК G05F1/58 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты стабилизированных- вторичных источников питания устройств автоматики, вычислительной техники и средств измерений.

Известно устройство для згшшты .электрических цепей, содержащее клю чевой исполнительный элемент, соединенный последовательно с нагрузкой и токочувствительной обмЪткой геркоиа контактная пара которого подключена параллельно входу исполнительного элемента, дополнительно связанному с первш( выходом импульсного усилителя, второй вход которого подключен к входу блока непрерывного опросного тока, а первый вход - к выходу порог гойого элемента, одии вход которого связан с нагрузкой непосредственно, а другой - через развязывающий блок, подключенный также к входному источнику электропитания через блок непрерывного опросного тока.

Устройство защиты обеспечивает отключение нагрузки от электросети в тех случаях, когда ток через нее превышает установленный порог срабатывания токовой защиты, последукнцее непрерывное измерение величины сопротивления нагрузки, а также повторное подключение ее к электросети после устранения режима короткого закшкани или. перегрузки 1.}.

Однако известное устройство имеет большие потери при {заботе s. режиме короткого зa Фaкaния, а регулирующие транзисторы работают в условиях перегрузок по току и напряжению.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий ключевой регулятор с дополнительным управляющим входом, выход которого подключен к нагрузке через последовательно соединенные первичные токовые обмотки двух.тран- сформаторов, вторичные обмотки которых включены последовательно-встречно к источнику импульсного напряжения че« рез диагональ переменного тока диодного моста, диагональ постоянного тока которого подключена через резистивный делитель к дополнительному управляющему входу ключевого регулятора.

.В этом стабилизаторе обеспечивается защита от перегрузок и короткого замыкания. Ток короткого Зси«1Кания, протекающий по .первичным обмоткам трансформаторов, приводит их в состояние насыщения, при этом уменьшается сопротивление вторичных обмоток и изменяется напряжение, подаваемое на дополнительный управляющий вход ключевого регулятора, что приводит к ограничению тока нагрузки на заданном уровне. Таким образом, стабилизатрр обеспечивает режим стабилизации выходного напряжения при но-мвнаЛ1|Ных токах, а при увеличении нагрузки переходит в |режим стабилизации тока короткого замыкания на заданном уровне С23.

Однако величина тока короткого замлсания этого стабилизатора изменяется в широких пределах из-за разброса параметров трансформаторов, работаю1ф1х в режиме насыцения, что не позволяет приблизить его значение к номинальному току н;агрузки и приво дит к недоиспользованию силовых транэисторой ключевого регулятора по току, и, -следовательно, к увеличению потерь в режиме короткого замыкания. Кроме того, указанная неидентичность характеристик трансформаторов приводит к увеличению пульсации на нагрузке от дополнительного источника переменного напряжения, а чувствительность схемы формирования сигнала перегрузки несмотря на ее сложность ма ла из-за того, что требуемые изменения суммарного сопротивления вторичных обмоток трансформаторов получаются при значительных изменениях тока в нагрузке.

Цель изобретения - повышение КПД устройства путем повышения коэффициента использования по току силовых транзисторов.

поставленная цель достигается тем что в импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий ключевой регулятор, выходной LCD фильтр и узел защиты по току с токовым трансформатором, включенным на выходе, введены дифференциальный усилитель, резистор и дополнительная обмотка,токового трансформатора, при этом последняя одним выводом через указанный резистор подключена к выходному выводу дифференциального усилителя и управляющему входу регу.ч лятора, а другим - к одному из входов дифференциального усилителя и общей шине, вторичная обмотка токового трансформатора подключена к входам дифференциального усилителя, а первичная обмотка токового трансформ матора включена между дросселем выходного фильтра и выходным выводом, к которому подключен конденсатор указанного фильтра.

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения

Стабилизатор напряжения содержит ключевой регулятор 1, токовый трансформатор 2, дифференциальный усили те ль 3, резистор 4, одним выводом -, объединенный с управляющим входом 5 ключевого регулятора 1 и выходом дифференциёшьного усилителя 3, шину 6 переменного тока, выходной вывод шину 7 нагрузки и входные выводы 8 и 9. При этом ключевой регулятор 1 ; содержит ключевой элемент 10, дроссель 11 LCD -фильтра, обратный диод 12, сопротивление нагрузки 13, зашунтированное конденсатором 14 : . фильтра, широтно-импульсный модулятор 15 и импульсный транзисторный усилитель 16. Ключевой элемент 10 подключен к входному выводу. Выход ключевого элемента 10 через дроссель 11 фильтра, шину б и первичную обмотку 17 токового трансформатора 2 подключен через шину 7 к сопротивлению нагрузки 13 и первому входу управляемого порогового элемента 18, входящего в широтно-импульсный модулятор 15, второй у правляняций вход которого, под к лючей к выходу дифференциального усилителя 3, который по входу связан с вторичной обмоткой 19 трансформато ра 2, обмотка 20 отрицательной обрат ной связи которого последовательно с резистором 4 включена между выходом и одним КЗ входов дифференциального усилителя 3, дополнительно подключенного к общей шине 9, связанной через диод 12 LCD -фильтра с точко соединения ключевого элемента 10 и дросселя 11. Выход управляемого порогового 18 подключен к пер вому, входу широтно-импульсного модулятора 15 который вторым входом соединен с первым входным выводом и выходом через импульсный транзисторный усилитель 16 - с управляющим входом ключевого элемента 10. В широтно-импульсный модулятоо 15 входит также задающий мультинибра тор 21, который соединен с запускающим транзистором 22, коллектор которого подключен непосредственно к интегр11рующему конденсатору 23 и источ нику 24 тока на полевом транзисторе и через сравнивающий диод 25 к форми рователю 26 уровня фиксации, соединенному входом с выходом управляемог порогового элемента 18. Второй вход модулятора через резисторно-емкостный делитель на резисторгис 27 и конденсаторе 28 подключён к входу источ ника 24 тока, а его выход непосредст венно подключен к второму выводу интегрирующего конденсатора 23. Импульсный стабилизатор работает следующим образом. В режиме номинального тока нагруз ки широтно-импульсный модулятор 15 вырабатывает импульсы тока включения соответствукяцие по длительности времени заряда интегрирующего конденсатора 23 до уровня фиксации, соответствукнцего максимальному-значению напряжения, вырабатываемого формиров телем 26 при отсутствии сигнала на его входе. Частоту работы культивибр тора 21, обеспечивакмяёго периодический заряд интегрирующего крнденсатора 2-3 через запускающий транзистор 22, выбирают такой, что ключевой элемент10 в режиме номинального тока большую часть периода открыт, при этом дроссель 11 работает в режиме непрерывного тока и на нагрузку 13 осуществляется передача практически полного напряжения, поступающего на вход устройства. С изменением напряжения на входе устройства изменяется напряжение на входе источника 24 тока на полевом транзисторе, меняется ток заряда интегрирующего конденсатора и такии Образом осуществляется корректировка длительности импульса включения импульсного элемента. Выброси проза-, ла напряжения, появляющиеся на входе устройства, передаются через конденсатор резисторно- емкостного делителя непосредственно.. . на управляющий вход источника 24 этом соответственно уменьшается или увеличивается длительность импульса включения исполнительного элемента. Параметры дросселя 11 выходного фильтра выбираются та.кимй, что в ре.жиме номинального тока не происходит насыщение его сердечника. С увеличением потребляемого тока при возникновении режима перегрузки или коротг кого замыкания сердечник дросселя 11 насыщается, его индуктивность уменьм шается и увеличиваются пульсации переменной составляющей тока в первичной обмотке токового трансформатрра 2. Напряжение вторичной обмотки усиливается дифференциальным усилителем 3 и поступает на первый вход управляемого порогового элемента 18, который формирует выхоДнрй сигнал, величина которого зависит от степени превышения над заданном порогом ограничения величины переменного тока, протекающего через первичную обмотку. тркового трансформатора 2. Сигнал, появляющийся на входе порогового элемента, поступает на вход формирователя 26, приводит к понижению уровня фиксации пилообразного напряжения на интегрирующем конденса оре 23 и соответствующему уменьшению длительп ности токового импульса включения исполнительного элемента,, что рграни чивает на уровне заданного порога возрастсжие среднего тока через дроссель 11 и нагрузку 13. . Аналогичным образом осуществляется ограничение тока, протекающего через нагрузку, вызванное увеличением входного напряжения. Цепь Обратной связи усилителя 3, состоящая из резистора 4.и обмотки 20, стабилизирует точность преобразования переменнохх тока в первичной обмотке 17 трансфс рматора 2 в напряжение на выходе у силителя, при этом уменьшается вход51015360

ное сопротивление токовой обмоткиобмотки токового трансформатора поэи потери мощности на ней.волявт приблизить значение тока коНапряжение с выхода стабилизатораротхогр эгилыкания к значениям близпоступает на второй вход управляемогоким к - 1,5 , что повышает

порогового элемента 18, с. регулирув-коэффициент использования силовых

мым порогом срабатывания. Если нап- транзисторов/ вследствие чего уменьряжение на втором входе порогового шается мощность, рассеиваемая на

элемента превышает установленную ве-транзисторах в режимах перегрузки по

личину, на его выходе появится сиг-току. Достижение положительного эфНал, вызываюшип уменьшение длитель-фекта осуществляется без усложнения

ности импульса тока включения, и уст схеки стабилизатора с лучшим исполь юйство перелЕрдит в режим ограниче- ,зоваиием токового трансформатора,

ния fcтaбилизaции выходного напряжения.что приводит к уменьшению его габаТаким образом, введение дифферен-ритов, а также габаритов конденсатоциального усилителя и. дополнительнойра фильтра. .

ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий ключевой регулятор, выходной L,CD фильтр и узел защиты пойтоку с токовым трансформатором, включенным на выходе, отличают и и с я тем, что, с целью повышения КПД путем повышения коэффициента использования по току силовых транэисторо.в, в него введены дифференцисшьный усилитель, резистор и дополнительная обмотка токового трансформатора, при этом последняя одним выводом через указанный резистор подключена к выходному выводу дифференциального усилителя и управляющему входу регулятора, а другим - к одному из входов дифференци-ального усилителя и общей шине, вторичная обмотка токового трансформатора подключена к входам дифференциального усилителя, а первичная обмотка Q токового трансформатора включена в между дросселем выходного фильтра и (Л выходным выводом, к которому подклю. чен конденсатор указанного фильтра.