Регулятор напряжения Советский патент 1985 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках питания электрорадиоаппаратуры. Известен ключевой регулятор напр жения, использующий широтяо-импульс ную модуляцию, содержащий компарато на один из входов которого поступае входной (регулирующий) сигнал, а на другой - опорный (пилообразное напр жение) , и выходной каскад последова тельного типа, содержащий последовательно соединенные управляемый ключ (транзистор) и неуправляемый ключ (диод), к точке соединения которых подключены вход UC-фильтра нижних частот, выход которого соединен с нагрузкой |jj . Обладая высокой энергетической эффективностью и достаточно линейно,й амплитудной .характеристикой (зависимостью постоянного выходного напряжения от входного), такие устройс ва широко используются на практике. Вместе с тем в ряде случаев требуется преобразование напряжения источника питания в напряжение другой полярности или большей величины (борто вая сеть автономных устройств и т.п Такую задачу с помощью указанных устройств решить невозможно без сущест венного усложнения схемы регулятора (введения в его состав импульсного выходного трансформатора, существенно повышающего габарит и стоимость регулятора). Наиболее близким по технической сущности к изобретению является регулятор напряжения, содержащий генератор, соединенный входами с входом устройства и генератором пилообразного напряжения, имеющего вход синхронизации, а выходом - с входом выходного каскада параллельного типа, содержащего последовательно соединенные источник питания Б , управляе мый ключ и индуктивный н.акопитель, точка соединения которого с управляe ым ключом через неуправляемый ключ соединена с нагрузкой, щунтированной конденсатором C JПри этом возможны два режима рабо ты известного регулятора напряжения. 1. Ток дросселя выходного каскада во-время паузы не прерывается и напряжение на выходе регулятора 11 . (нелинейно от -v) н т-Ъц -Ьи 2. Ток дросселя во время паузы tn имеется в течение t,-- tn и отсутствует течение ,-i,,,.-, где Иц напряжение на нагрузке; время открытого состояния ключа; период следования импульсов; входное напряжение регулятора;время закрытого состояния ключа; время протекания тока через индуктивный накопитель при его работе на нагрузку; время отсутствия тока через индуктивный накопитель. Таким образом, при формировании -,- К и g регулятор в первом случае имеет нелинейную амплитудную характеристику, а во втором случае - линейную, но существенно зависящую от сопротивления нагрузки. При этом изменение сопротивления нагрузки приводит также к изменению режима выходного каскада и, соответственно, к резкому изменению амплитудной характеристики регулятора. Все это существенно ограничивает применение описанных выходных каскадов параллельного типа в регуляторах напряжения, коГда требуется достаточно высокая (до 3 - 5%) линейность их амплитудных характеристик. Целью изобретения является повыше ние линейности амплитудной характеристики и улучшение нагрузочной характеристики регулятора напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в регулятор напряжения,содержащий выходной каскад, состоящий из источника напряжения, к первому вьшоду которого прдсоединен первый вывод индуктивного накопителя и первый выходной вывод, а к второму выводу источника напряжения подсоединен первый вьгоод управляемого ключа, а вторые выводы управляемого ключа и индуктивного накопителя соединены и через неуправляемый ключ подсоединены к второму выходному вьшоду, и клемму для подключения узла синхронизации, введены последовательно соединенные коммутатор, интегрирующая цепь и переключающий узел, выход соторого соединен с управляющим входом управляемого ключа выходного каскада, причем точка срединелия управляемого ключа и индуктивного накопятеля выходного каскада соединена с управляющим входом коммутатора, первый сигнальный вход которого соединен с выходным выводом регулятора, второй сигнальный вход соединен с введенной шиной фиксированного потенциала, а второй вход переключающего узла подсоединен к клемме для подключения узла синхронизации,. На фиг. 1 приведена блок-схема регулятора напряжения; на фиг.2 и 3 схема переключающего узла, варианты; на фиг.4 - эпюры напряжений- на выходах блоков, поясняющие работу устрой ства при прерывистом токе (а) и непрерывном токе дросселя (о). Эпюры - соответствуют напряжению на дополнительном выходе выходного каскада на фиг.1. Регулятор напряжения (фиг.1) содержит коммутатор 1, интегрирующую цепь 2, переключаюищй узелЗ, выходной каскад, в который входят управляемый ключ - транзистор 4-1, индуктивный накопитель - дроссель 4-2, неуправляемый ключ - диод 4-3, источник напряжения Е . Переключающий узел может содержать (фиг.2) компаратор 5-1, -который может быть выполнен на операционном усилителе и R -5-триггере 5-2, или ,(фиг.З) сумматор 6-1, например, резистивный и релейный элемент 6-2, обладаюпщй релейной характеристикой с гистерезисом iU (он может быть построен на операционном усилителе с положительной обратной связью). Регу лятор содержит нагрузку 7. Коммутатор 1 (фиг.1) построентаким образом, что, в зависимости от напряжения на управляющем входе, к его выходу подключается один из двух входов либо оба отключены. Для регулятора с выходным каскадом (фиг.1) обеспечивающим изменение полярности выходного напряжения, к входу коммут тора подключен вход 8,если управляющее напряжение (0,что соответствует интер валуЬ у- , вход 9,если ,ято соответс вует til , и оба входа 8 и 9 отключены если , что соответствует totn g Такие коммутаторы могут быть реализо ваны на основе стандартных коммутато ров аналоговых сигналов. Интегрирующая цепь 2 может быть RC-цепью или интегратором (например. на onepaiyiOHHOM усилителе с обратной связью), причем необходимо, чтобы при включении устройства на входе блока 3 обеспечивалось наличие сигнала, соответствующего импульсу на выходе переключающего устройства 3, что легко реализуется RC-цепью смещения в составе блока 2 или 3. Предлагаемое устройство работеге-. следующим образом. В случае прерывистого тока индуктивного накопителя (дросселя) 3.2 (фиг. 4q) во время протекания тока через индуктивный накопитель 4-2 и ключ 4-3 коммутатор 1 подключает к входу (U) интегрирующей цепи 2 вход регулятора, T.e.Ugj; , и напряжение на выходе интегрируюг ей цепи 2U2 возрастает до величины-Igиg /t , где D постоянная интегрирования. После окончания тока накопителя 4-2 (время fe) в течение периода ig выход коммутатора отключен от обоих его входов и напряжение на выходе блока 2 не изменяется. После импульса синхронизации Up (фиг.4) переключающее устройство 3 изменяет свое состояние и начинается импульс УЗ э который длится до тех пор, пока Og не спадет до нуля. При этом на время iu коммутатор подключает вход блока 2 к шине фиксированного потенциала DO и, следовательно, .{, о После спада (i до нуля переключающее устройство изменяет свое состояние и начинается пауза (i)U3. В случае непрерывного тока индуктивного накопителя 4-2 (фиг.4 ) устройство работает аналогично, но при отсутствии этапа длительностью .}. .HH.u. Таким образом, в предлагаемом устройстве в обоих случаях (to О ) . ТГ ° - gUQ как при непрерывном токе выходное - II t- и tu напряжение регулятора UK-E-T- Е---tnkiifпри прерывистом токе также О. Е не зависит от параметров нагрузки устройства. Следовательно, в предлагаемом устройстве для любого режима работы и сопротивления нагрузки (j K,-Uex где К, т.е. ампли -уд 0 , ная характеристика регулятора линей- 5

на. Причем -в связи с тем, что работой

i/c

нено. I

Uc коммутатора управляет напряжение с дополнительного выхода выходного каскада 4, влияние инердионности ключевых элементов регулятора на его выходное напряжение практически устра2 7

Фиг. 2

te.J

РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий выходной каскад, состоящий из источника напряжения, к первому выводу которого подсоединен первый вывод индуктивного накопителя и первый выходной вывод, а к второму выводу источника напряжения подсоединен первый вывод управляемого ключа, а вторые выводы управляемого ключа и индуктивного накопителя соединены и через неуправляемый ключ подсоединены .к второму выходному выводу, и клемму для подключения узла синхронизации, отличающийся тем, что, с целью повьшения линейности амплитудной характеристики и улучшения нагрузочной характеристики, введены последовательно соединенные коммутатор, интегрирующая цепь и переключающий узел, выход которого соединен с управляющим входом управляемого ключа выходного каскада, причем точка соединения управляемого ключа и индуктивного накопителя выходного каскада соединена с управляющим входом коммутатора, первый сигнальный вход которого соединен с выходным выводом сл второй сигнальный вход соединен с введенной шиной фиксированного потенциала, а второй вход переключающего узла подсоединен к клемме для подключения узла синхронизации. СП О5 о со со

(/fj

Oti