Импульсный стабилизатор постоянного напряжения (тока) Советский патент 1984 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для питания электро-, радиоустройств„ Известен импульсный стабилизатор напряжения, содержащий в силовой ча ти последовательно соединенные ключевой транзистор и сглаживающий фильтр, а в управляющей части усили тель сигнала рассогласования, источ ник опорного напряжения, модулятор длительности импульсов и тактовый генератор 1. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является импульсный стабилизатор капрях е ния, содержащий включенные последо вательно ключевой элемент, интегрирующий фильтрf датчик сигнала обрат ной СВЯЗИ; а также усилитель сигнала рассогласования, первый рход которого соединен с выходом датчика сигнала обратной связи, а второй вход - с выходом источника опорного напряжения, узел ограничения напряжения, соединенный первьм входом с выходом усилителя сигнала рассогласования, а выходом с модулятором длительности импульсов, второй выход узла ограничения напряжения сое динен с выходом источника опорного напряжения, причем выход модулятора длительности импульсов соединен с управляющим входом ключевого элемен та 12, Недостатком известных устройств является то, что при значительном увеличений входного напряжения стабильность выходного напряжений резко падает Это обусловлено те, что уменьшение времени открытого состоя ния ключевого элемента ограничено временем рассасывания неосновных но сителей « Указанный недостаток ограничивает функциональные возможности устройства о Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет увеличения допустимого диайазона из менения входного напряжения и тока. нагрузкИо Поставленная цель достигается те ч:то в импульсный стабилизатор постоянного напряжения (тока), содержа цдай включенные последовательно ключевой элементJ подключенный к входн му выводу, интегрирующий фильтр, да чик сигнала обратной связи подключен ны-й к выходному выводу устройства, а также усилитель сигнала рассо ласования, первы-й вход которого сое динен с выходом датчика сигнала об ратной связи, а выхой подк.гаочен к гсервому входу первого узла ограниче ния напряжения, источник опорного напряжения, подклзоченный вьаходом к в.торьм вхддам усилителя сигнала рас согласования и первого узла огрантнкя напряжения, причем выход первого узла ограничения напряжения подключен к первому входу модулятора длительности импульсов, выход которого соединен с управляющим входом ключевого элемента, введены преобразователь напряжения в частоту и второй узел ограничения напряжения, причем выход преобразователя напряжения в частоту подключен к второму входу модулятора длительности импульсов, а вход - к выходу второго узла ограничения напряжения, первый вход второго узла ограничения напряжения соединен с выходом усилителя сигнала рассогласования, а второй вход с выходом источника опорного напряжения, Причем первый узел ограничения напряжения может быть выполнен в виде двустороннего ограничения напряжения. На чертеже представлена, схема импульсного стабилизатора напряжения (тока) . Стабилизатор состоит из ключевого элемента 1, интегрируюа его фильтра 2, датчика 3 сигнала обратной связи, соединенных последовательно. Управляющий вход ключевого элемента 1 соединен с выходом модулятора 4 длительности импульсов, один из входов которого соединен с выходом первого узла 5 ограничения напряжения. Второй вход модулятора 4 длительности импульсов соединен с выходом преобразователя б напряжения в частоту, вход которого соединен с выходом второго узла 7 ограничения напряжения Усилитель 8 сигнала .рассогласования одним из входов с выходом датчика 3 сигнала обратной связи, другим, входом с выходом источника 9 опорного напряжения, а выходом с перззнми входами узлов 5 и 7 ограничения напряженияf вторые входы которэ с соединены с выходом источника 9 опорного напряжения, 1шпульсный стабилизатор источника напряжения (тока) работает следующим образом в , когда входное напряжение близко к номинальному, с выхода датчика 3 сигнала обра:-:ной связи на вкод усилителя 8 сигнала рассогласования поступает сигнал определенного уровня При этом на выходе усилителя 8 сигнала рассогласования уровень напряжения таков, -ITO первый. узел ..5 ограничения напряжения не ограничивает его и пропускает через. себя в неизменном виде на первый . вход модулятора 4 длительности импульсов. Второй узел 7 ограничения напряжения ограничивает напряжение с выхода усилителя 8 сигнала рассогласования на определенном уровне. Этот уровень напряжения пос тупает на вход преобразователя б на пряжения в частоту, при этом послед ний вырабатывает импульсы определен ной частоты. С выхода преобразовате ля 6 напряжения в частоту эти импул сы поступают на второй вход модулят ра 4 длительности импульсов, которы вырабатывает управляющие импульсы, равные по частоте импульсам преобра зователя 6 напряжения в частоту, а длительность которых пропорциональна уровню напряжения с выхода перво го узла 5 ограничения напряжения, т.е. в данном случае пропорциональщле уровню напряжения с выхода усилителя 8 сигнала рассогласования. Ключевой элемент 1 под воздействием управляющих импульсов с выхода моду лятора 4 длительности импульсов отк рывается и закрывается, периодически подключая входное напряжение к входу интегрируннцего фильтра 2, который усредняет входные импульсы, и на его выходе присутствует опреде ленное постоянное напряжение. Если данное устройство работает в режиме стабилизатора напряжения, то датчик 3 сигнала обратной связи представляет собой датчик напряжения и с его выхода на вход усилителя 8 сигнала рассогласования поступает сигнал, пропорциональный уровню выходного напряжения. Если.данно устройство работает в режиме стабилизатора тока, тодатчик сигнала 3 обратной связи представляет собой датчик тока и с его выхода на вход усилителя 8 сигнала рассогласования поступает сигнал, пропорциональный значению выходного тока. В случае увеличения (уменьшения) входного напряжения выходное напряжение стабилизатора также начинает увеличиваться (уменьшаться), При этом сигнал с выхода датчика 3 сигнала обратной связи также увеличивается (уменьшается), а напряжение на выходе усилителя сигнала рассогласования уменьшается (увеличивается). Первый узел 5 ограничения напряжения передает это напряжение без изменений на первый вход модулятора 4 длительности импульсов, а второй узел 7 ограничения напряжения настроен тйким образом, что ограничивает напряжение с выхода усилителя 8 сигнала обратной связи на заданном уровне Следовательно, на вход преобразовате ля б напряжения в частоту поступает в это время напряжение неизменного уровня, преобразователь б напряже- ния в частоту вырабатывает импульсы неизменной частоты, В результате это го модулятор 4 длительности импульсов вырабатывает импульсы, длительность которых уменьшается (увеличивается) при увеличении (уменьшении) входного напряжения. Длительность замкнутого состояния ключевого элемента 1 также уменьшается (увеличивается) , что приводит к увеличению (уменьшению) выходного напряжения в случае стабилизатора напряжения или тока в случае стабилизатора тока. Таким образом осуществляется широтно-нмпульсная стабилизация выходного напряжения (тока). Устройство работает аналогично в случае изменения сопротивления нагрузки в режиме стабилизации тока. В случае значительного увеличения входного напряжения или значительного уменьшения сопротивления нагрузки в режиме стабилизации тока сигнал с выхода датчика 3 обратной -связи существенно увеличивается, а напряжение на выходе усилителя 8 сигнала рассогласования существенно уменьшается. Второй узел 7 ограничения напряжения настроен таким образом, что перестает ограничивать это напряжение ьосле снижения последнего до определенного уровня. При дальнейшем увеличении сигнала с датчика 3 сигнала обратной связи на вход преобразователя 6 напряжения в частоту начинает поступать уменьшающееся напряжение. Преобразователь б напряжения в частоту вырабатываемых импульсов, в результате чего модулятор длительности импульсов начинает вырабатывать управляющие импульсы с уменьшающейся частотой. Таким образом, вступает в работу контур частотно-импульсного регулирования. Уровень ограничения сверху второго Узла 7 ограничения напряжения выбрав большим того уровня, при котором длительность управляющего импульса на .выходе модулятора 4 длительности импуль-сов становится близкой длительности рассасывания неосновных носителей в ключевом элементе 1. При этом дли-, тельность замкнутого состояния ключевого элемента 1 всегда будет заведомо больше времени рассасывания. Для предотвращения параллельной работы двух контуров регулирования первый узел 5 ограничения напряжения выполнен как двухсторонний ограничитель напряжения.Его уровень ограничения снизу настроен на тоже значение напряжения, что и уровень ограничения сверху второго узла 7 огран ичения напряжения. Таким образом, с момента начала изменения частоты длительность управляющих импульсов остается неизменной. Уровень ограничения сверху первого узла 5 ограничения напряжения настроен так, что в случае обрыва цепи обратной связи длительность управляющего импульса не превышает .10658446

данного значения, при котором выход- нее регулирование при достижении имное напряжение стабилизатора (илипульсом управления определенной дливыходной ток) также не превышает за-тельности в сравнении с прототипом

данного значения..позволяет значительно расширить функВозможность перехода режима рабо- поскольку значительно увеличивается

ты импульсного стабилизатора с широт-допустимый диапазон изменения входно-импульсного на частотно-импульс-ного напряжения и тоКа нагрузки.

циональные возможности стабилизатора.

1. ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (ТОКА), содержащий включенные последовательно ключевой элемент, подключенный к входнс 4у выводу, интегрирующий фильтд датчик сигнала обратной связи, подключенный к выходному выводу, а также усилитель сигнала рассогласования, первый вход которого соединен с выходом датчика сигнала обратной связи, а выход подключен к первому входу первого узла ограничения напряжения, источник опорного напряжения, подключенный выходе к вторым входам усилителя сигнала рассогласования и первого узла ограничения напряжения, причем выход первого узла ограничения напряжения подключен к первому входу модулятора длительное-, ти импульсов, выход которого соединен с управляющим входом ключевого элемента, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения допустимого диапазона измене-.. ния входного напряжения и тока нагрузки, в него введены преобразователь напряжения в частоту и второй узел ограничения напряжения, причем выход преобразователя напряжения в частоту подключен к вторсмлу входу модулятора длительности импульсов, а вход - к выходу второго узла ограничения напряжения, первый вход вто- $ рого узла ограничения напряжения сое(Л динен с выходом усилителя сигнала рассогласования, а второй вход - с выходом источника опорного напряже ния. 2. Стабилизатор поп.1, отлиг-S чающийся тем, что первый ;узел ограничения напряжения выполнен в виде двустороннего ограничителя 1апряжения. СП 00 4