Импульсный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1985 года по МПК G05F1/569 

усилителем второй усилитель, связанньй с его выходом резистор и Подключенный к вспомогательному источнику питания резистивный делитель, един из вьшодов которого соединен е выходом первого усилителя, а к среднему выводу подключены накопительный конденсатор и вход второго усилителя, при этом другой вывод указанного резистора подключен к промежуточному входу триггера, а датчик относительно общей шины тока включен в цепь порогового триггерадвухполюсника.

1. ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий последовательный регулирующий элемент, выполненный в виде силового ключа на параллельно соединенных по силовым цепям двух транзисторах, выходной LCD-фильтр, разделительный трансформатор, первая первичная обмотка которого средним выводом связана с выводом для подключения вспомогательного источника питания, а вторичная включена в цепь управления силового ключа, и блок управления, вход которого относительно общей шины подключен к выходному выводу, а выход - к выводам указанной первичной обмотки разделительного трансформатора, при зтом блок управления содержит два транзисторных ключа, включенных между общей шиной и выходными выводами блока управления, компаратор с источником опорного напряжения, вход которого является входом данного блока, э/темент И, соединенньй одним из входов с выходом компаратора, и счетный триггер, отличающийся тем, что,, с целью повьшения надежности .в пусковом режиме путем ограничения тока при перегрузках и повьшения КПД, в него введены пороговый триггер - двухполюсник, резистор-, включенный в цепь среднего вывода первой первичной обмотки трансформатора, цепь из двух, встречно включенных диодов, подключенная к выходным выводам блока управления, разделительньш трансформатор снабжен второй первичной обмоткой со средним выводом, подключенным к дросселю LCD- фильтра и к среднему выводу вторичной обмотки, а другими выводами указанная обмотка соединена по отдельSS ности с эмиттерами транзисторов сило(Л вого ключа в блок управления введены мультивибратор, два одновибратора и цепь из встречно включенньрс диодов, прргчем выходы одновибраторов по отдельности подключены к управляющим входам транзисторных ключей и входам элемента И, выход которого со,единен с входом мультивибратора, вы- ход которого подключен к входу счетного триггера, выходы которого по отдельности подключены к входам одновибраторов, цепь из диодов средним выводом соединена с общей шиной, а другими вьшодами - с выходами блока управления, а пороговый - триггер вхрдрм относительно общей шины подключен к среднему выводу диодной цепи. .2. Стабилизатор по п.1, отличающийся тем, что, с целью I обеспечения автоматического отключения при длительных перегрузках, в него введен пороговый элемент с задержкой, содержащий датчик тока с

Изобретение относится к электро,.хнике и может быть использовано . .-1чнык источниках питания в : л ич;-..Ег устройствах автоматшси и ./-числительной техники. ;(сл4.; изобретения - повышение нажности в пусковом режиме путем : :1аннчения тока при перегрузках и ллнание КПД, На фиг. 1 представлена принципил :ьг;ая электрическая схема импульсього стабилизатора постоянного нагдаяжения, на фиг. 2 - диаграмма работы стабилизатора. Импульсный стабилизатор пос5тоян;5ого напряжения содержит силовой ключ, образованный транзисторами 1 и 2, трансформатор тока с двумя пйрзичными обмотками 3.1 и 3.2 и йгоричной обмоткой 3.3, LCD-фильтр 4, На .схеме показан вариант включеияп обмоток 3.2 и 3.3 трансформатора при управлении по базам транзисторов (может быть использовано и управление по эмиттерам), при этом средняя точка обмотки 3.3 связана со средней точкой обмотки 3.2 и вхо дом ЬСВ-фш1ьтра 4, а ее крайние выводы через балластные резисторы (на чертеже показаны пунктиром) соедине с эмиттерами транзисторов 1 и 2. Первичная обмотка 3.1 имеет сред нюю точку, которая через токозадающий резистор 5 подключена к одному полюсу вспомогательного источника +Ej. Между крайними вьшодами обмотки 3.1 включена цепочка из встречно якл оченных диодов 6 и 7. К точкам соед 1нения обмотки 3.1 и диодной це лочки 6-7 подключен блок 8 управления, содержащий коммутирующие транзисторные ключи 9 и 10 и включенную :д выходе блока параллельно им в не згроводящем направлении цепочку из диодов 11 и 12, обратных диодам цепочки 6-7, последовательно соединенные компаратор 13, элемент И 14j управляемый мультивибратор 13,, счетный триггер 16 и связанные с его выходами одновибраторы 17 и 18, БЫХОДЫ которых соединены с двумя другими входами элемента И 14 и базами транзисторов 9 и 10. Между средними точками диодных цепочек 6-7 и 11-12, которые образуют при этом мостовой выпрямитель на- пряжения для обмотки 3.1 трансформатора тока, включен пороговый триггердвухполюсник 19, состоящий из двух комплементарных транзисторов 20 и 21, коллектор каждого из которых со- , единен с базой другого транзистора, а между базой и эмиттером транзистора 21 включен резистор 22 резистивного делителя 23-2А (резистор 23 которого включен между эмиттером и базой транзистора 20), задакнцего порог срабатывания триггера-двухполюсниКа . (вместо резистора 24 делителя может быть использован стабилитрон). Входящая в состав двухполюсника РСД-цепочка 25-26-27 обеспечивает защиту от . ложного, срабатывания триггера 19 по всплеску напряжения при включении силового ключа (выброс напряжения шун-) тируется конденсатором 25 через диод 26), а также небольшую задержку на отключение (с постоянной времени € RC резистора 27 и конденсатора 25), необходимую для предотвращения отключения триггера 19 до полного выключения силового ключа. Дпя подключения к триггеру-двухполюснику 19 порогового элемента 28 с задержкой в точке соединения коллектора его транзистора 20 и базы транзистора 21 организуется дополни3

тельный управляющий вход. Пороговый элемент 28 с задержкой содержит токовый шунт (датчик тока) 29, включаемый последовательно транзисторам 20 и 21 триггера-двухполюсника 19, транзисторный усилитель 30, нагрузкой которого является резистивкый делитель 31-32, подключенный к вспомогательному источнику питания +Е„, Средняя точка делителя соединена с накопительной емкостью 33 и базой транзисторного усилителя 34,

.коллектор которого через резистор 35 подключен к дополнительному входу триггера-двухполюсника 19.

. Импульсный стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом.

Если выходное напряжение стабилизатора больше напряжения задания , то компаратор 13 формирует сиг.нал логического нуля, которым через элемент И 14 блокирует работу управляемого мультивибратора 15, счетный триггер 16 находится в произвольно установившемся состоянии, а одновибраторы 17 и 18 - в устойчивом состоянии и на их выходе присутствует сигнал логической единицы, под действием которого коммутирующие ключи 9 и 10 открыты и обмотка 3.1 трансформатора тока закорочена по цепям ключ 9 - диод 12 для одной полярности обмотки 3.1 и ключ 10 диод 11 - для другой полярности. Поскольку обмотка 3.1 закорочена, отсутствует ток подпитки базовых цепей транзисторов 1 и 2 силового ключа силовой ключ закрыт.

Когда под действием тока нагрузки выходное напряжение стабилизатора станет меньше Ujji на выходе компаратора 13 появится сигнал логической единицы, который вместе с единичными сигналами с выхода одновибраторов 17 и 18 обеспечит сигнал логической единицы на выходе схемы И 14, который разблокирует управляемьй мультивибратор 15. По первому же импульсу мультивибратора переключится счетньй триггер 16, что вызовет срабатывание одного из одновибраторов.

Допустим, перешел в квазиустойчивое состояние одновибратор 18. При этом на его выходе на время присутствия импульса ( установится уровень логического нуля. По этому сигналу закроется схема .И 14,

824994

чем заблокируется (на время си/иц работа мультивибратора 15. Кроме того, по этому сигналу закроется коммутирующий ключ 10 и ток подпитки, протекая по цепи вспомогательный источник - токозадакмций рези.стор 5 - полуобмотка 3.1 - ключ 9 - общая шина, создаст начальный .ток подпитки базы транзистора 1 10 силового ключа, величина которого определяется выражением

Erf R.Wjj

j w,:

где E,

напряжение вспомогательного источника питания,

R сопротивление токозадающе5го резистора 5 витки обмотки 3.1J

j.t. W,J - витки обмотки 3.3. .}

Транзистор 1 начнет открьшаться и от.входного источника +Vg через него.и соответствующую полуобмотку 3.2 трансформатора тока и дроссель LCD-фильтра 4 потечет ток, который

создат дополнительный,.пропорциональный току нагрузки силового ключа ток в цепи базы транзистора 1. Под действием положительной обратной связи по току транзистор 1 форсированно откроется.

Если за время открытого состоя ния транзистора 1 напряжение на выходе стабилизатора все еще меньше заданного (это может иметь место при пуске, либо при набросе нагрузки), то по окончаниио им п РИ переходе одновибратора 18 в устойчивое единичное состояние через схему И 14 разблокируется мультивибратор 15 и переключит счетный триггер 16, что вызовет срабатывание одновибратора 17, при этом на его выходе на время б,(,У тановится уровень логического

нуля. По этому сигналу через схему И 14 заблокируется мультивибратор 15, а также заблокируется коммутирую- щий ключ 9 и ток начальной подпитки, протекая от вспомогательного источника +Efj через резистор 5, нижнюю по схеме полуобмотку 3.1 и ключ 10, создает начальный ток подпитки базы транзистора 2 силового ключа.

Транзистор 2 под действием поло- #

жительной связи по току аналогично описанному вьш1е открьшается, и процесс повторяется до тех пор, пока напряжение ,yHe превысит напряжеяие и.ад . В этом режиме, поскольку ключи 5 и 10 переключаются практиггески без пауз, ток в ключах ив дросселе фильтра 4 линейно нарастаат (фиг. 2 интервал ) и, соответственно, возрастает напряжение на обмотке 3.1, определяемое выражением

s « S

2(Ut.+ Up) ,

и

.f. Чэ

; да Ug - падение напряжения на переходе база-эмиттер транзистора 1 (2); U|j - падение напряжения на балластном резисторе соответствующего транзистора 1(2). Величина U,, имеет составляющую .-) J пропорциональную току нагрузки шового ключа. Это переменное напрял.:,-не выпрямляется с помощью мостоV; С вьшрямителя, образуемого диода 6, 7, 11 и 12, и поступает на ;;.:чггер-двухполюсник 19.

При увеличении напряжения на выхо.це вьтрямителя выше порогового значения начинает открываться транзисто 20, что приводит к отпиранию транзистора 21. Триггер-двухполюсник 19 переходит в открытое состояние, шунтируя обмотку 3.1, что приводит к запиранию открытого в данный момент транзистора (1 или 2) силового ключа стабилизатора до момента окончания ш-;пульса одновибратора (17 или 18). Тем самым блок 19 не позволяет току в дросселе LCD-фильтра 4 нарастать Бьиве допустимой величины.

Таким образом, при перегрузке или в процессе пуска импульсный стабилизатор начинает работать с автоматическими (в функции тока силового ключа) укорачиваемыми импульсами тока, переходя из режима стабилизатора напряжения в.режим стабилизатора предельного тока (см.диаграмму). Процесс пуска завершается, когда напряжения Ug, сравняется в превысит 1)зд. . На выходе компаратора 13 устанавливается уровень логического

нуля, которьй через элемент И 14 блокирует работу мультивибратора 15 и обеспечивает закрытое состояние трайзисторов 1 и 2 силового ключа до тех пор, пока напряжение 11 не станет ниже напряжения ,

В дальнейшем при отсутствии перегрузки пороговый триггер 19 не срабатывает и длительность импульсов включения транзисторов 1 и 2 определяется длительностью импульсов одновибраторов 17 и 18. В случае возникновения перегрузки при каждом включении порогового триггера 19 вклю1ается транзистор 30, который в свою очередь при каждом включении подзаряжает конденсатор 33 в базе транзистора 34. При дпительной, превышающей время пуска перегрузке стабилизатора конденсатор 33 успевает зарядиться до порога открывания транзистора 34, который, включаясь, подпитывает базу транзистора 2Ги исключает возможность выключения триггера-двухполюсника 19 в конце такта работы стабилизатора, что приводит к отключению последнего (интервал после t на диаграмме). Последующее включение стабилизатора может быть выполнено только отключением и последующим включением вспомогательного источника питания.

Благодаря токовой обратной связи на возбуждение транзистора силового ключа тратится как раз столько энергии, сколько необходимо для введения его в насьпценньй режим при дан.ном токе нагрузки, что обеспечивает существенное повышение надежности и КПД стабилизатора по сравнению с прототипом.

Обеспечение автоматического отключения стабипизатора при длительных перегрузках при повьш1енной надежности схемного решения его блока управления также создает положительный эффект, уменьшая потери времени и средств на ремонт стабилизатора.

+ о33

иВк.

t г

Д

-rw :/ fS ifffa Пусн Ofnнлючef ue //epeept/s a Фае. 2