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

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в блоках питания устройств автоматики и вычислительной техники. Известен импульсный стабилизатор напряжения (ИСН), содержащий источни опорного напряжения, двухкаскадный дифференциальный усилитель, генератор пилообразного напряжения, силовой ключ, LCD-фильтр, регулирующие транзисторы, обладающий относительно высокой динамической стабильностью выходного напряжения при скачкообраз ных изменениях тока нагрузки 1 }, Недостатками известного ИСН являются низкий КПД в режиме переходного процесса и сложность схемы. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ИСН, содержащий между своим входом и выхо дом последовательно соединенные сило вой ключ и LCD-фильтр, делитель напр жения, включенный параллельно выходным клеммам, усилитель ошибки, инвер тирующим входом подключенный к выходу делителя напряжения, источник опо ного напряжения, включенный между инвертирующим входом усилителя ошиЬки и общей шиной, компаратор широтно импульсного модулятора, неинвертирующим входом подключенный к выходу усилителя ошибки, выходом - к управлякхцёму входу силового ключа, генератор пилообразного напряжения, выходом напряжения пилообразной формы соединенный с инвертирующим входом компаратора щиротно-импульсного модулятора 2. Недостатком известного ИСН язпяет ся высокая динамическая нестабильность выходного напряжения при сбросе тока нагрузки, так как при этом возникает всплеск напряжения на выходе, обусловленный тем, что величина тока в индуктивности LCD-фильтра определяется током нагрузки и мгновенно измениться не может. При значительном скачке тока нагрузки выбросы напряжения, возникающие на выходе стабилизатора, могут привести к выходу из строя аппаратуры, получающей от него питание. Цель изобретения - уменьшение амплитуды выброса выходного напряжения ИСН при сбросе тока нагрузки. Поставленная цель достигается тем, что в ИСН, содержащий между своим входным и выходным вьшодами последовательно, соединенные первый силовой ключ и LCD-Фильтр, делитель напряжения, включенный параллельно выходным клеммам, усилитель ошибки, инвертирующим входом соединенный с выходом делителя напряжения, источник опорного напряжения, включенный между неинвертирующим входом усилителя ошибки и общей шиной, компаратор широтно-импульсного модулятора, неинвертирукщим входом соединенный с выходом усилителя ошибки, генератор пилообразного напряжения, выходом напряжения пилообразной формы подключенный к инвертирующему входу компаратора .широтно-импульсного модулятора, введены триггер, логический элемент И, второй силовой ключ, резистор и импульсный узел в генераторе пилообразного напряжения, формирующий импульс отрицательной полярности во время обратного хода напряжения пилообразной формы, причем информационный вход триггера соединен с выходом компаратора широтно-импульсного модулятора и первым входом логического элемента И, второй вход которого подключен к прямому выходу триггера, выход логического элемента И соединен с управлякщим входом первого силового ключа, тактовый вход триггера подключен к импульсному узлу Б генераторе пилообразного напряжения, инверсный выход триггера соединен с управляющим входом второго силового ключа, который последовательно с резистором включен параллельно выходным клеммам. . На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства. ИСН содержит между своим входом и выходом последовательно включенные первый силовой ключ 1 и LCD-фильтр 2, в свою очередь состоящий из дросселя 3, конденсатора 4 и замыкакщего диода 5. Первый вывод дросселя 3 соединен с выходом первого силового ключа 1, второй - с выходом ИСН, замыкающий диод 5 катодом подключен к выходу первого силового 1, анодом к общей шине. Конденсатор 4 совместно с делителем 6 напряжения включен параллельно выходным выводам. Выход делителя 6 напряжения подсоединен к инвертирующему входу усилителя 7 ошибки. Источник 8 опорного напряжения включен между неинвертирующим входом усилители 7 ошибки и общей шиной. Выход усилитнля 7 ошибки соединен с неинвертирующим входом компаратора широтно-импульсного модулятора 9. Генератор 10 пилообразного Напряжения выходом 11 напряжения пилообразной формы соединен с инвертирующим входом компаратора широтно-импульсного модулятора 9, импульсным выходом 12 - с тактовым входом триггера 13. Информационный вход триггера 13 соединен с выходом компаратора широтно-импульсного модулятора 9 и первым входом логического элемента И 14, второй вход которого подключен к прямому выходу триггера 13. Инверсный выход триггера 13 соединен с управяякяцим входом второго силового ключа 15, который последовательно с резистором 16 подключен параллельно выходным клеммам.

иен работает следующим образом.

В установившемся режиме при постоЯННОМ сопротивлении нагрузки напряжение, на нагрузке (без учета пульсаций) поддерживается нд уровне, определяемом действием петли обратной связи, воздействующей на длительность импульсов, управляющих первым силовым ключом 1. При этом на прямом выходе триггера 13 устанавливается высокий логический уровень, на инверсном выходе - низкий, поэтому второй .силовой ключ 15 разомкнут, а им.пульсы с выхода компаратора широтно-импульсного модулятора 9 через логический элемент И 14 беспрепятственно про7СОДЯТ на -управляющий вход первого силового ключа 1. Этот процесс проис(ходит в интервал времени 0-Ц . В момент скачкообразного изменения ток нагрузки (уменьшения) напряжение на выходе ИСН начинает возрастать, так как энергия, накопленная в дросселе 3, расходуется на заряд конденсатора 4. Первый силовой ключ 1 запирается, ближайший тактовый импульс и переводит триггер 13 в противоположное состояние, на его выходе появляется потенциал логической 1 , который замыкает второй силовой ключ 15 Конденсатор 4 начинает разряжаться с постоянной времени, определяемой параметрами конденсатора 4 и резистора 16. Величина резистора 16 выбирается из условия максимального тока нагрузки, предшествовавшего скачкообразному сбросу тока нагрузки. Когда напряжение на выходе ИСН входит в зону статической нестабильности, на выходе компаратора широтно-импульсного модулятора 9 появляется импульс. Но замыкание первого силового ключа 1 происходит не раньше, чем триггер 13 возвращается в состояние логической 1 на прямом выходе. Этим достигается исключение возможной положительной обратной связи по току нагрузки при скачкообразном увеличении .сопротивления нагрузки. В момент времени tjнапряжение на выходе ИСН вновь начинает возрастать, как ток в дросселе 3 в это время имеет уже меньшую величину, то к моменту прихода ближайшего тактового импульса tj амплитуда выброса меньше . Таким образом, введение второго силового ключа 15 и схемы управления , им позволяет шунтировать выход предлагаемого йен, предотвращая недопустиi«ie выбросы выходного напряжения. При этом рассеяние избыточной энергии, накопленной в дросселе 3 и конденсаторе 4 в основном осуществляется резистором 16, а второй силовой ключ 15, в качестве которого используется биполярный транзистор, не требует дополнительного теплоотвода.

J

ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий между входным и выходным выводами последовательно соединенные первый силовой ключ и LCD-фильтр, делитель напряжения, включенный параллельно выходным выводам, усилитель ошибки, инвертирующим входом соединенный с выходом делителя напряжения, источник опорного напряжения, включенный между неинверти рующим входом усилителя ошибки и общей шиной, компаратор широтно-импульсного модулятора, неинвертируйицим входом подключенный к выходу усилителя ошибки, генераторпилообразного напряжения, выходом напряжения пилообразной формы соединенный с инвертирующим входом компаратора широтноимпульс1|ого модулятора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения амплитуды выброса выходного напряжения импульсного стабилизатора напряжения при сбросе тока нагрузки, в устройство введены триггер, логический элемент И, второй силовой ключ, резистор и импульсный узел в генераторе пилообразного напряжения, формирукяций импульс отрицательной полярности во время обратного хода напряжения пилообразной формы, причем информационный вход триггера соединен с выходом компаратора широтноимпульсного модулятора и первым входом логического элемента И, второй вход которого подключен к прямому выходу триггера, выход логического элемента И соединен с управляющим входом первого силового ключа, тактовый вход триггера подключен к импульсному узлу в генераторе пилообразного напряжения, инверсный выход триггера соединен с управляющим входом второго силового ключа, который последовательно с резист.ором включен параллельно выходным выводам.