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

эо У1 Изобретение относится к электротехнике и може быть использовано для питания автономньк устройств стабилизированным напряжением от источников питания с ограниченным ресурсом работы. Известен импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий элемент, включенный последовательно между входными клеммами и входом сглаживающего фильтра, выход которого подключен к выходным клеммам, усилитель обратной связи, подключенный первым входом к выходной клемме, а вторым входом - к источнику опорного напряжения, D-триггер, выход которого соединен с управляющим входом регулирующего элемента, а информационный вход через ключевой элемент - с выходом усилителя обратной связи, генератор задающей частоты, выход которого соединен с входом синхронизации D-триггеpa.Il. В стабилизаторе цепи источника опорного напряжения, усилитель обрат ной связи и ключевой элемент постоянно потребляют энергию,что приводит к снижению КПД всего устройства.При мощности, потребляемой нагрузкой от источника питания, менее 0,5-1 Вт, работа стабилизатора становится неэффективной, его КПД снижается на 10-30%. Это, в свою очередь,, приводит к сокр щению срока непрерывной работы автономного источника питания, например окиснортутных элементов, в 1,5-2 раза. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является импульсный стабилизатор постоянного на пряжения, содержаний регулирующий элемент, включенный последовательно между входными выводами стабилизатора и входом сглаживающего фильтра, выходом подключенного к выходным выводам стабилизатора, блок управления подключенный выходом к управляющему входу регулирующего элемента, первым входом - к выходу задающего генератора, а вторым входом - к выходу бло ка обратной связи, состоящего из источника опорногр напряжения и элемен та сравнения, причём вход блока обратной подключен к выходным выводам стабилизатора через коммутатор с управляющим входом 2 , В известном стабшшзаторе цепь об ратной связи подключена к выходш 1м выводам через коммутатор и потребляет энергию только в течение времени замкнутого состояния регулирующего элемента, что позволяет получить КПДвыше, чем в других известных стабилизаторах. Однако при широком диапазоне изменения напряжения питания и сопротивления нагрузки возможен режим, при котором коэффициент заполнения импульсов на выходе регулирующего элемента близок к 1. В этом режиме КПД известного импульсного стабилизатора 2 не вьпие, чем в стабилизаторе 1. Таким образом, недостатком известного стабилизатора является низкий КПД, что проявляется при коэффициенте заполнения импульсов, близком к 1 . Цель изобретения - повьш1ение КПД импульсного стабилизатора постоянного напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в импульсном стабилизаторе постоянного напряжения, содержащем регулирующий элемент, включенный последовательно между входными выводами и входом сглаживающего фильтра, выходом подключенного к выходным выводам, блок управления, подключеннь1й выходом к управляющему входу регулирующего элемента, первым входом - к выходу задающего генератора, а вторым входом - к выходу блока обратной связи, состоящего из источника опорного напряжения и элемента сравнения, причем вход блока обратной связи подключен к выходным выводам через коммутатор с управлякицим входом, управляющий вход коммутатора подключен к указанному выходу задающего генератора, элемент сравнения выполнен в виде усилителя с релейной характеристикой, а блок управления выполнен в виде триггера, первый вход которого через введенный блок задержки соединен с первым входом блока управления, а второй вход подключен к второму входу блока управления. Такое конструктивное вьтолнение обеспечивает подключение цепей питания усилителя обратной связи, ключевого элемента и источника опорного напряжения к выходной клемме на время, определяемое длительностью импульсов генератора задающей частоты. На. фиг. 1 изображена блок-схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения; на фиг. 2 - принципиальная схема стабилизатора. Импульсный стабилизатор содержит регулирующий элемент 1, сглаживающий фильтр 2, блок обратной связи 3, блок управления 4, задающий генератор 5 и коммутатор 6. Блок управления 4 состоит из триггера 7 и блока задержки 8, а блок обратной связи из элемента сравнения 9 и источника опорного напряжения 10, На фиг. 1 показан наиболее общий случай выполнения элемента сравнения 9 на усилителе 11 и ключевом элементе 12. На фиг. 2 показано выполнение элемента сравнения 9 на одном усилителе 11, релейность характеристики которого обеспечивается подключением резистора 13. Первый вход усилителя 11 подключен к выходу источника опорного напряжения 10, выполненном на резисторе 14 и стабилитроне 15, а второй вход - к средней точке делителя выходного напряжения на резисторах 16 и 17. Питание усилителя 11, делителя на резисторах 16 и 17 и источника 10 опорного напряжения осуществляется с выхода стабилизатора через коммутатор 6, управляющий вход которого подключен к выходу задающего генератора 5, подключенному также через блок задер ки, выполненный на резисторе 18 и конденсаторе 19, к входу триггера 7. Выход триггера 7, который является выходом блока 4 управления подключен к управляющему входу регулирующего элемента 1, вьшолнен на транзисторах 20 и 21, включенных по схеме Дарингтона, и резисторе 22 смещения. Фильт 2 содержит диод 23 дроссель 24 и кон денсатор 25. В качестве усилителя 11 и ключевого элемента 12 можно исполь зовать компаратор напряжения, например К554САЗБ. Источником опорного напряжения мо жет быть любой стабилитрон. Тип элемента выбирается, исходя из минималь ного тока стабилизации и максимально частоты работы, В качестве триггера элемента можн использовать D-триггер, К561ТМ2 или 564ТМ2. Тип применяемого триггера выбирается из условий малого потребления мощности от источника питания. В качестве коммутатора напряжения 6 может быть использован транзисторный ключ, логические элементы серии К561, а также мультиплексоры серии К590. При выборе элементарной базы коммутатора 6 исходят из необходимого быстродействия, нагрузочной способности коммутатора. Задающий генератор 5 должен формировать импульсы определенной частоты и скважности. В качестве элемента задержки можно использовать RC-интегрирующую цепочку, либо формировать необходимую задержку в задающем генераторе 5.. Импульсный стабих изатор постоянного напряжения работает следующим образом. Задающий генератор 5 вырабатывает импульсы прямоугольной формы, заданной частоты и скважности. Коммутатор 6подключает на время длительности каждого импульса второй вход усилителя 11 обратной связи, цепи питания . усилителя 11 обратной связи, ключевого элемента 12 и источника 10 опорного напряжения к выходному вьшоду ста-. билизатора. Если выходное напряжение стабилизатора . опорного напряжения , то на выходе ключевого элемента 12 появится сигнал по которому импульс , приходящий с блока задержки 8, переключит триггер 7 в состояние, открывающее регулирующий элемент 1. На вход сглаживакяцего фильтра 2 подается напряжение от источника питания. Выходное напряжение стабилизатора начинает увеличиваться. Как только выходное напряжение станет больше опорного напряжения на выходе ключевого элемента 12 появится сигнал, по которому следующий импульс с выхода блока задержки 8 переключит триггер 7в состояние, закрывающее регули.рующий элемент 1. С приходом следующего импульса от генератора 5 весь цикл работы стабилизатора повторится. Разработанный импуль(:ный стабилизатор постоянного напряжения имеет более высокий КПД, чем аналогичные стабилизаторы, за счет того, что цепи питания усилителя обратной связи,, ключевого элемента и источника опорного .напряжения подключаются к выходной клемме лишь на время, определяемое длительностью импульсов задающей частоты. Например, при одинаковых условиях работы, одинаковой эле5111

ментной базе прототипа и предлагаемого импульсного стабилизатора постоянного напряжения, с нагрузкой, потребляющей от источника питания мощность 0,1-0,5 Вт, при скважности импульсов .задающей частоты в режиме открытого состояния регулирующего элемента 1 был рассчитан и получен вьмгрьш в КПД у предлагаемого стабилизатора по сравнению с прототипом в 1,2-1,6 раз. Если в качестве источников питания используется автономный источник, например химический, то увеличение КПД стабилизатора и, соответственно, уменьшение потребляемой мощности увеличит продолжительность непрерывной работы элементов питания. Например, для окиснортутных

7856

элементов типа ОР-4 уменьшение потребляемой мощности в 1,2-1,6 раз, увеличивает продолжительность непрерывной работы их в 2-3 раза. 5 Таким образом, предлагаемый импульсный стабилизатор, благодаря потреблению энергии цепями питания усилителя 1 1, источника опорного напряжения 10 и делителя на резисторах 16 и 17 только в течение импульса за.дающего генератора 5, обеспечивает существенное повьш1ение КПД.

Наиболее выгодно использовать предлагаемый импульсный стабилизатор постоянного напряжения в автономных маломощных устройствах с длительным периодом работы без замены источников питания.

%

1

R

D

foi

ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий регулирующий элемент, включенный последовательно мелду входными выводами и входом сглаживающего фильтра, выходом подключенного к выходным выводам, блок управления, подключенный выходом .к управляющему входу регулирующего элемента, первым входом - к выходу задающего генератора, а вторым входом - к выходу блока обратной связи, состоящего из источника опорного напряжения и элемента сравнения, причем вход блока обратной связи подключен к выходным выводам через коммутатор с управляющим входом, о тличающийся тем, что, с целью повьпиення КПД, у1фавляю1ций вход коммутатора подключен к указанному выходу задающего генератора, элемент, сравнения выполнен в виде усилителя с релейной характеристикой, а блок управления выполнен в виде триггера, первый вход которого через введенный блок задержки соединен с первым (/} входом блока управления, а второй вход подключен к второму входу блока управления.