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

1 « Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в блоках питания различной радиоэлектронной аппаратуры. Известен импульсный стабилизатор напряжения (ИСН), который содержит силовой ключ, усилитель ошибки, источник опорного напряжения, LCDфильтр, пороговый элемент, схему коммутации силовым ключом и двумя ключами формирователя пилообразного напряжения, интегратор на операционном усилителе Л. Наличие двух конденсаторов в формирователе пилообразного напряжения и в интеграторе, которые не могут быть выбраны независимо, является существенным недостатком этой схемы, особенно в случае изготовления ее по интегральной технологии. Выбор величин емкости указанных конденсаторов определяется требуемой частотой коммутации силового ключа, поэтому изготовлять их на подложке методами интегральной технологии не представляется возможным. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ИСН, содержащий между своим входом и выхо дом последовательно включенные силовой ключ и ЬСВ-фнльтр, делитель напряжения, включенный параллельно выходным клеммам, усилитель ошибки, инвертирующим входом подключенный к выходу делителя напряжения, источник опорного напряжения, включенный между неинвертирующим входом усилите ля ошибки и общей шиной, компаратор, неинвертирующим входом подключенный к выходу усилителя ошибки инвертиру щим входом - с генератору пилообразного напряжения, а выходом - к управляющему входу силового ключа . 2j Недостатком известного устройства является низкий коэффициент стабилизации при значительном изменении входного напряжения. Цель изобретения повышение коэф фициента с- абилизации. Поставленная цель достигается тем что в импульсный стабилизатор напряжения, содержащий между входным и выходным выводами последовательно включенные силовой ключ и LCD-фильтр делитель напряжения, включенный параллельно выходным вьгоодам, усилител ошибки, инвертирующим входом подключенный к выходу делителя напряжения, источник опорного напряжения. I 4 включенный между неинвертирующим вхог дом усилителя ошибки и общей шиной, компаратор, неинвертирующим 2ходом соединенный с выходом усн1штеля ошибки, генератор пилообразного напряжения, введены аналоговый перемно- житель напряжения, ограничитель амплитуды и логический элемент И, а генератор пилообразного напряжения выполнен с импульсным выходом, формирующим отрицательный прямоугольный импульс во время обратного хода напряжения пилообразной формы, п ричем первый вход аналогового перемножителя напряжения соединен с входом импульсного стабилизатора напряжения второй вход аналогового перемножителя напряжения подключен к основному выходу генератора пилообразного напряжения выход аналогового перемножителя через ограничитель амплитуды соединен с инвертирующим входом компаратора, выход компаратора подключен к первому входу логического . элемента И, второй вход логического элемента И соединен с импульсным выходом генератора пилообразного напряжения, а выход логического элемента И подключен к управляющему входу силового ключа. , На фиг. i приведена функциональная схема предлагаемого ИСН; на фиг. 2 временные диаграмья 1, поясняющие принцип формирования широтно-модулированньпс импульсов, поступающих на вход LCD-фильтpa| на фиг. 3 - генератор пилообразного и импульсного напряжений. ИСН (фиг. I) содержит между входом и выходом последовательно включенные силовой ключ I и LCD-фильтр 2, делитель 3 напряжения, включенный параллельно выходным вьшодам устройства, усилитель 4 ошибки, инвертирующим входом подключенный к выходу делителя 3 напряжения, неинвертирующим входом - к источнику 5 опорного напряжения, который вторым выводом подключен к общей шине. Выход усилителя 4 ошибки подсоединен к неинвертирую щему входу компаратора 6, инвертирующий вход которого через ограничитель 7 амплитуды связан с выходом аналого;вого перемножителя 8 напряжения, выход компаратора 6 подкгаочен к первому входу логического элемента И 9. Вход 0 аналогового перемножителя 8 напряжения соединен с входом импульсного стабилизатора напряжения, вход 11 3с выходом напряжения пилообразной формы генератора 12 пилообразного на пряжения. Импульсный выход генератор 12 пилообразного напряжения подключе к второму входу логического элемента И 9, выход которого соединен с управ ляющим входом силового ключа 1. иен можно нормально функционировать только тогда, когда входное напряжение U превышает некоторое минимальное напряжение , . Выходное напряжение аналогового перемножителя напряжения и„ можно представить выражением U,,. и. Ку, где и.,, - напряжение на первом вход аналогового перемножителя напряжения; Un - напряжение пилообразной формы на втором входе ана логового перемножителя , напряжения; К (1 - коэффициент пропорциональ ности, величина которого определяется внутренним свойством аналогового перемножителя напряжения и может быть выбраннеобходимым. Пусть при некотором входном напря жении вьтолняется условие ,,.и„. , откуда /Ug . Это означает, что при минимальном входном напряжении, напряжение пилообразной формы без изменения амплитуды поступает на вход ограничителя 7 амплитуды. Напряжение ограничения ограничителя 7 амплитуды выбирается на уровне максимальной амплитуды U,j(напряжения пилообразной формы. В этом случае за счет действия обратной связи по цепи: делитель 3 напряжения, усилитель 4 ошибки, компаратор 6, длительность импульсов Ujj, (фиг. 2) поддерживается такой, чтобы выходное напряжение Ug,,, ИСН бьшо постоянным при изменении тока нагрузки и входного напряжения ИСН. В данном ИСН за счет введения аналогового перемножителя напряжения происходит изменение крутизны пилообразного напряжения по определенному закону так, что при постоянстве напряжения UQJ, происходит изменение длительности импульсов U«/ обратно пропорциональное изменению 44 входного напряжения ИСН, и выходное напряжение ИСН поддерживается постоянным (при постоянном сопротивлении нагрузки). Этот процесс иллюстрируется временными диаграммами фиг. 2. Регулировочная характеристика ИСН с широтно-импульсной модуляцией может быть представлена выражением (ив«- ост -К-1ц. О) потери напряжения в силовом ключе; относительная длительность импульсов, поступающих на вход LCD-фильтра; период следования импульсов длительностью t., ток нагрузки; г - сопротивление потерь в LCD-фильтре. Пульсациями выходного напряжения ИСН пренебрегаем. Дпя известного импульсного стабилизатора регулировочная характеристика (1) записьшается в виде и - 1Уо1П Уе,а)1Ка(у„-уост) , (2) Ш1 UM-Ue«-K y . где DO - напряжение источника опорного напряжения; п - коэффициент передачи делителя напряжения; Kjj - коэффициент усиления усилите:дя ошибки. Регулировочная характеристика ИСН может быть представлена выражением и iy iniyB iibb-iy6x:Ue.cil . п ) ши. и,, з) Полагаем, что значения К, U., п, Ц такие как и для известного стабилизатора. По определению коэффициент стабилизацииК - , ива.(О) и в, (О) где и, (О), (О) - напряжения, вблизи которых определяется коэффициент стабилизации. Тогда коэффициент стабилизации для известного стабилизатора V 1+ . (АЛ UM UM Дпя предлагаемого ИСН коэффихщент стабилизации o-Uocrl ПКо-Uex Вх / в и (5) получают в том Выражения (4) случае, когда и и ток нагрузки не 5 зависят от входного напряжения, а сопротивление потерь г пренебрежимо мало. Очевидно, что единицей в выражениях (4) и (5) можно пренебреч (при достаточно большом К), Поэтом выигрыш в коэффициенте стабилизации предлагаемого ИСН по сравнению с из вестным К «lO. i и„„.к. К, Поскольку и- вх мин то выражение принимает вид ивы.1+Уас1 и ej,jsinj - OlT ОСГВ частности, если выходное напря жение ИСН Ug, 5 В, 1,5 В, то выигрыш составит 4,3. Так как обратный ход напряжения пилообразной формы нелинеен, логй 46 ческий элемент И 9 осуществляет блокировку силового ключа во время обратного хода пилообразного напряжения, чтобы исключить зависимость длительности импульса U от модуляции заднего фронта пилообразного напряжения. Ограничитель 7 амплитуды служит для того, чтобы в случае возникновения возмущения скачкообразного вида на выходе ИСН быстрее перевести его в релейный режим, что обеспечит toнимальную длительность переходного так как U выбирается процесса. меньше U, ост. МОКР Таким образом, изобретение обеспечивает более высокий коэффициент стабилизации ИСН, а также возможность выполнения схемы управления по интегральной технологии.

ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий ме.жду входным и выходным вьшодами последовательно включенные силовой ключ и LCD-фильтр, делитель напряжения, включенный параллельно выходным выводам, усшштель ошибки, инверткрукн1Ц1м входом подключенный к выходу делителя напряжения, источник опорного напряжения, включенный между неинвертирующим входом усилителя ошибки и общей шиной, компаратор, неинвертирующим входом подключенный к выходу усилителя ошибки, генератор пилообразного напряжения, о т л и ч ающийс я тем, что, с целью повышения коэффициента стабилизадчи, введены аналоговый перемножитель напряжения, ограничитель амплитуды и логический элемент И, а генератор пилообразного напряжения выполнен с импульсным выходом формирующим прямоугольный импульс отри- . дательной полярности во время обратного хода напряжения пилообразной формы, причем первый вход аналогового перемножителя напряжения соединен с входо импульсного стабилизатора . напряжения, гвторой вход аналогового перемножителя напряжения подключен к основному выходу генератора пилообразного напряжения, выход аналогового перемножителя напряжения через ограничитель амплитуды соединен с инвертирукицим входом компаратира, выход компаратора подключен к первому входу логического элемента И, второй вход логического элемента СО И соединен с импульсным выходом о генератора пилообразного напряжения, 00 4 4 а выход логического элемента И подключен к управляющему входу силового ключа.