Ключевой стабилизатор Советский патент 1983 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к вторичным стабилизированным источникам питания.

По основному авт. св. № 900273 известен стабилизатор, питающийся переменным напряжением прямоугольной формы, например, от преобразователя частоты с синхронным относительно питающего напряжения потребление.м тока и нулевым токо.м регулирующего транзистора в момент коммутации пере.менного напряжения, содержащий трансформатор, выпрямитель, узел формирования, опорный узел, узел синхронизации, узел измерения и сравнения, синхронизирующий резистор, регулятор и выходной LC-фйльтр. При этом узел синхронизации содержит ограничительный резистор, через который общая точка синхронизирующего резистора и опорного узла подключена к общей точке соединения катодов двух диодов, аноды которых подключены к общим точкам цепи, состояще.й из последовательно соединенных двух резисторов и конденсатора между ними, и подключенной другими концами резисторов вторичной обмотке трансформатора 1.

Однако этот ключевой стабилизатор обладает существенным недостатком, заключающимся в зависимости формы пилообразного напряжения на синхронизирующем резисторе от разницы падений напряжения на полуобмотках трансформатора, проводах разводки и обратного сопротивления диодов, так как оно не связано непосредственно со средней точкой трансформатора. Особенно остро эта зависимость сказывается в низковольтных стабилизаторах (например, с выходным напряжением до 5 В) на большие токи (от 10 А и выше). При этом если питающее пилообразное напряжение имеет частоту 20-100 кГц, оно искажается. Регулирующий элемент ключевого ста-, билизатора начинает работать не одинаково по времени в оба полупериода, появляется звуковой фон, неодинаковым становится потребляемый ключевым стабилизатором ток в оба полупериода, пилообразное напряжение искажается еще больше, перекос усугубляется до вырождения пилообразного напряжения.

Целью изобретения является повышение надежности стабилизатора за счет исключения зависимости формы питающего напряжения на синхронизирующем резисторе (в низковольтных стабилизаторах -и вырождение пилообразного напряжения) от нагрузки стабилизатора в оба полупериода и сопротивления диодов.

Эта цель достигается тем, что в ключевой стабилизатор в узел синхронизации введен дополнительный конденсатор, включенный между основным конденсатором и одним из резисторов, а точка соединения конденсаторов присоединена к средней точке вторичной обмотки трансформатора.

При этом напряжение на синхронизирующем резисторе в каждый полупериод определяется только напряжением полуобмотки, параметрами одного, последовательно соединенного с конденсатором, резистора и одного диода, так как средняя точка трансформатора и синхронизирующий резистор связаны непосредственно, а не напряжением всей обмотки, параметрами двух резисторов, -одного диода и током утечки другого диода, как это имеет место в основном изобретении.

Такое решение приводит к уменьшению искажения, а в низковольтных источниках - исключению вырождения пилообразного напряжения.

На фиг. 1 представлена схема ключевого стабилизатора; на фиг. 2 - эпюры напряжений.

Стабилизатор содержит входной трансформатор 1, питающийся переменным напряжением прямоугольной формы (частоты, например, 20-100 кГц), первый резистор 2, первый конденсатор 3, второй конденсатор 4, второй резистор 5, диоды 6 и 7, ограничительный резистор 8, выпрямительные диоды 9 и 10 стабилизатора, регулирующий транзистор 11, узел 12 формирования, опорный узел 13, синхронизирующий резистор 14, узел 15 измерения и сравнения, выходной DLC-фильтр на элементах 16-18. Элементы 1-8 и 14 образуют узел синхронизации, в котором параллельно вторичной обмотке трансформатора 1 подключена последовательная цепочка, состоящая из резистора 2, конденсаторов 3 и 4 и резистора 5, к точкам соединения конденсаторов и резисторов анодами подключены диоды 6 и 7, катоды которых через ограничительный резистор 8 и синхронизирующий ре истор 14 подключены к средней точке трансформатора 1, который через выпрямительные диоды 9 и 10 подключен к входу регулирующего транзистора 11, базовая цепь которого через узел формирования и опорный узел подключена к точке соединения резисторов 8 и 14. Узел 12 формирования через узел измерения и сравнения подключен к выходу стабилизатора.

5 К выходу регулирующего элемента подключен фильтр, состоящий из буферного диода 16, дросселя 17 и конденсатора 18. На фиг. 2 представлены эпюры: Ц - переменное напряжение прямоугольной формы на вторичных полуобмотках трансформа тора, и, U5 - напряжение на резисторах 2 и 5 (для наглядности крутые фронты этих напряжений несколько разнесены во времени), Uj. - напряжение на конденсаторах, Ц а, UH и -- суммарное напряжение опорного узла и синхронизирующего резистора, а также напряжение узла измерения и сравнения, пропорциональное входному, JH - напряжение «коллектор-эмиттер регулирующего транзистора, и iig - ток регулирующего транзистора и диода 16. Устройство работает следующим образом. Прямоугольное напряжение вторичной обмотки трансформатора выпрямляется диодами 9 и 10 и подается на регулирующий транзистор 11. Последний управляется блоком 12 формирователя, вырабатывающим прямоугольные импульсы, длительность которых определяет выходное напряжение, поддерживаемое постоянным, а фазы t и tj, переднего и заднего фронтов определяются моментами равенства суммарного напряжения опорного узла Ujj и синхронизирующего резистора tjj и напряжения узла измерения и сравнения Uu (эпюры г на фиг. 2). Выходной фильтр, состоящий из диода 16, дросселя 17 и конденсатора 18 обеспечивает преобразование импульсндго, стабилизированного по среднему значению, напряжения на его входе в постоянное стабилизированное напряжение. Одновременно прямоугольные вторичные напряжения с обмоток трансформатора подаются на две цепи, состоящие из конденсаторов 3 и 4 и соответственно резисторов 2 и 5 относительно средней точки трансформатора, куда присоединена и общая точка конденсаторов. При этом напряжения УЗ и и на неполярных конденсаторах (эпюры в на фиг. 2) представляют собой часть экспонент заряда-разряда конденсаторов 3 и 4 через резисторы 2 и 5 соответственно. Параметры этих цепей могут быть выбраны таковыми, что напряжения на конденсаторах будут представлять собой начальные участки экспонент, где линейность достаточно хорощо выражена, хотя это и не обязательно, если есть необходимость сдвигать эпюру потребляемого тока относительно эпюры напряжения. Таким образом, эти напряжения U и и имеют пилообразную форму с одинаковыми временами нарастания и спада, а верщины перегиба их совпадают с моментами изменения полярности питающего напряжения Uf. На эпюре в (фиг. 2) пунктиром показаны напряжения на конденсаторах в случае, если используются на начальные участки экспонент напряжения зарядов и разрядов. Диоды 6 и 7 пропускают к синхронизирующему резистору 14 только положительные части этих пилообразных напряжений, так что на резисторе 14 будет напряжение пилообразной формы удвоенной частоты относительно питающего напряжения Uj, а верщины его будут находиться в центре полупериодов питающего напряжения. В цепи резистора 14, таким образом, в каждый полупериод напряжения, удвоенного относительно питающего, находится только один нелинейный элемент - один из диодов 6 или 7, а обратный ток другого диода не оказывает влияния, так как конденсаторы замкнуты через точку трансформатора, соединенную с выходом. Благодаря такому рещению увеличивается надежность функционирования стабилизатора, уменьщается разброс в форме и величине тока в оба полупериода, исчезает возможность звукового фона на случайных частотах. Изобретение может быть использовано в ряде стабилизаторов бестрансформаторных (на чатоте 50 гЦ) источников питания различных средств вычислительной техники, радиотехнике, электроники и т. д.

КЛЮЧЕВОЙ СТАБИЛИЗАТОР по авт. св. № 900273, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в его узел синхронизации введен дополнительный конденсатор, включенный между основным конденсатором и одним из резисторов, а точка соединения конденсаторов подключена к средней точке вторичной обмотки трансформатора. ;о 00