Импульсный стабилизатор постоянного напряжения (тока) Советский патент 1986 года по МПК G05F1/56 

1

Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно к импульсным стабилизаторам постоянного напряжения или тока, и предназначено для ис пользования в вычислительной технике и аппаратуре связи.

Цель изобретения - улучшение качества выходного напряжения (тока),

На чертеже представлена схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения (тока).

Стабилизатор состоит из ключевого элемента 1, интегрирующего фильтра 2, датчика 3 сигнала обратной связи, соединенных последовательно, логического элемента 4 И, первого модулятора 5 и второго модулятора 6 длите-ньности импульсов, усилителя 7 сигнала рассогласования, источника 8 опорного напряженияJ, компаратора 9, логического элемента 10 НЕ, первого, второго, третьего и четвертого аналоговых ключей 11-1А, преобразователя 15 напряжения в частоту.Управляющий вход ключевого элемента 1

.соединен с выходом логического элемента 4 И, входы которого соединены с выходами первого модулятора- 5 длительности импульсов и второго модулятора 6 длительности импульсов. Выход датчика 3 обратной связи соединен с инверсным входом усилителя 7 сигнала рассогласования, прямой вход которого соединен с выходом источника 8 опорного напряжения. Выход усилителя 7 сигнала рассогласования соединен с первым входом компаратора 9, второй вход которого соединен с выходом источника 8 опорного напряжения. Выход компаратора 9 соединен со входом логического элемента 10 НЕ. Управляющие входы первого и третьего аналоговых ключей 11 и 13 соединены с выходом компаратора 9, а второго и четвертого аналоговых ключей 12 и 14 соединены с выходом логического элемента 10 НЕ, Входы первого и второго аналоговых ключей 11 и 12 соединены с выходом источника 8 опорного напряжения. Входы третьего и четвертого аналоговых ключей 13 и 14 соединены с выходом усилителя 7 сигнала рассогласования. Выходы первого и четвертого аналоговых ключей 11 и 14 соединены со входом преобразователя 15 напряжения в частоту, выход которого соединен с первыми входами первого и второго модуляторов 5 и 6

C

5

0

5

14922

длительности импульсов. Выходь второго и третьего аналоговых ключей. 12 и 13 соединены со входом первого модулятора 5 длительности импульсов, 5 Втор(5Й вход второго модулятора 6 длительности импульсов соединен с выходом источника 8 опорного напряжения.

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения (тока) работает следующим образом.

В случае, когда входное напряжение и сопротивление нагрузки близки к номинальному значению, с выхода датчика 3 сигнала обратной связи на вход ус:илителя 7 сигнала рассогласования поступает сигнал определенного уровня. При этом на выходе усилителя 7 сигнала рассогласования уровень напряжения таков, что н а выходе компаратора 9 присутствует логический сигнал 1. Поэтому аналоговые ключи 11 и 13 открыты. Логический сигнал 1 с выхода компаратора 9, поступая на вход логического элемента 10 НЕ, вызывает появление на его выходе логического сигнала О. Поэтому аналоговые ключи 12 и 14 закрыты. Таким образом, через открытый аналоговый ключ 11 на вход преобразователя 15 напряжения в частоту поступает опорное напряжение с выхода источника 8 опорного наг1ряжения, а через открытый ключ 13 на второй вход первого модулятора 5 длительности импульсов поступает сигнал с выхода усилителя 7 сигнала рассогласования. Преобразователь 15 напряжения в частоту вырабатывает в этом случае импульсы определ:енной частоты, пропорциональной значению опорного напряжения, которые подаются на первые входы модуляторов 5 и 6 длительности импульсов. Модулятор 5 длительности импульсов вырабатывает управляющие импульсы, частоты которых равна частоте следования импульсов с выхода преобразователя 15 напряжения в частоту, а длительность которых пропорциональна уровню напряжения с выхода усил:ителя 7 сигнала рассогласования . Модулятор 6 длительности импульсов вырабатывает импульсы той же частоты, длительность которых постоянна, пропорциональна значению 55 опорного напряжения и больше или . равна длительности импульсов с выхо-- да модулятора 5 длительности импуль-, сов. При этом на выходе логического

0

5

40

45

50

312

элемента 4 И длительность импульсов равна длительности управляющих импульсов с выхода модулятора 5. Ключевой элемент 1 под воздействием управляющих импульсов с выхода логическо- го элемента 4 И открывается и закрывается, периодически подключая входное напряжение ко входу интегрирующего фильтра 2, который усредняет импульсы входного напряжения, и на его выходе присутствует определенное постоянное напряжение

Если данное устройство работает в режиме стабилизатора напряжения, то датчик 3 сигнала обратной связи представляет собой напряжения, и с его входа на вход усилителя 7 сигнала рассогласования поступает сигнал, пропорциональный уровню выходного напряжения. Если данное уст- ройство работает в режиме стабилизатора тока, то датчик 3 сигнала обратной связи представляет собой датчик тока, и с его выхода на вход усилителя 7 сигнала рассогласования посту- пает сигнал, пропорциональный значению выходного тока

В случае увеличения (уменьшения) входного напряжения выходное напря-i, жение стабилизатора так же начинает увеличиваться (уменьшаться). При этом сигнал с выхода датчика 3 сигнала обратной связи так же увеличивается (уменьшается), а напряжение на

выходе усилителя сигнала рассогласо

вания уменьшается (увеличивается). Открытый аналоговый ключ 13 пропускает это напряжение без изменений на второй вход модулятора 5 длительности импульсов вырабатьюает импульсы, длительность которых уменьшается (увеличивается) при увеличении (уменшении) входного напряжения. Длительность замкнутого состояния ключевого элемента 1 так же уменьшается (увели чивагтся), что приводит к увеличению (уменьшению) выходного напряжения в случае стабилизатора напряжения, или тока в случае стабилизатора тока Таким образом осуществляется широт- но-импульсная стабилизация выходного напряжения (тока). Устройство работает аналогично в случае изменения сопротивления нагрузки в режиме стабилизации тока.

В случае значительного увеличения входного напряжения Ш1И значительного уменьшения сопротивления нагруз

s О

15 0 5

о

5

0

ки в режиме стабилизации тока сигнал с выхода датчика 3 обратной связи существенно увеличивается, а напряжение на выходе усилителя 7 сигнала рассогласования существенно уменьшается. По достижении определенного уровня, равного ур овню опорного напряжения с выхода источника 8 опорного напряжения, компаратор 9 переключается, на его выходе появляется логический О, а на выходе логического элемента 10 НЕ - логическая 1 Ч Аналоговые ключи 11 и 13 закрываются, аналоговые ключи 12 и 14 открываются. При этом вход преобразователя 15 напряжения в частоту через открытый аналоговый ключ 14 соединяется с выходом усилителя 7 сигнала рассогласования, а второй вход модулятора 5 длительности импульсов через открытый аналоговьй ключ 12 соединяется с выходом источника 8 опорного напряжения, чем фиксируется длительность импульсов на его выходе. При дальнейшем увеличении сигнала с датчика 3 обратной связи на вход преобразователя 15 нап- ряжения в частоту начинает поступать уменьшающееся напряжение. Преобразователь 15 напряжения в частоту начинает уменьшать частоту вьграбаты- ваемых им импульсов,в результате чего модулятор 5 длительности импульсов начинает вырабатывать управляющие импульсы с уменьшающейся частотой. Таким образом вступает в работу контур частотно-импульсного регулирова- ния. Модулятор 5 длительности импульсов настроен так, что при подаче на его второй вход уровня равного опорному напря)Аению, на его выходе длительность импульсов становится близкой длительности рассасывания неосновных носителей в ключевом элементе 1. При этом длительность замкнутого состояния ключевого элемента 1 всегда будет заведомо больше времени рассасывания,

Модулятор 6 длительности импуль- сов настроен так, что при подаче на его второй вход уровня, равного опорному напряжению, на его выходе длительность импульсов не превьш1ает заданного значения, при котором выходное напряжение стабилизатора (или выходной ток), так же не превьшает заданного значения. При обрьше обратной связи или при обрьше цепи нагрузки в режиме стабилизации тока проходит значительное увеличение напряжения на выходе усилителя 7 сигнала рассогласования. Вследствие этого прх)исходит значительное увеличение длительности импульса на выходе модулятора 5 длительности импульсов. Однако, поскольку эти импульсы складываются логическим элементом 4 И с импульсами с выхода второго модулятора 6 длительности импульсов, длительность управляющих импульсов не превышает заданного значения. Таким образом, при обрыве цепи обратной связи или при обрыве цепи нагрузки в режиме стабилизации тока, благодаря наличию логического элемента 4 И и второго модулятора 6 длительности импульсов, выходное напряжение стабилиза- тора не превышает заданного значения

Возможность только однозначного перехода с широтно-импульсного на частотно-импульсный способ регулирования и обработки в сочетании с чет- .КИМ ограничением длительности управляющего импульса и связанного с этим максимального значения выходного напряжения в аварийных ситуациях позволяет значительно улучшить ка- чество выходного напряжения или тока

Формула изобретения

Импульсный стабилизатор постоянно го напряжения (тока), содержащий ключевой элемент, включенный входным выводом и входом интегрирующего фильтра, выход которого через датчик сигнала обратной связи под- ключен к выходному выводу,усилитель рассогласования, инверсный вход котоРедактор И.Сегляник Заказ 2562/51

Составитель С.Чернышева

Техред Л.Олейник Корректор И.Муска

Тираж 836 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г„ Ужгород, ул. Проектная, 4

рого соединен с выходом датчика сигнала обратной связи, прямой вход - с выходом источника опорного напряжения, и модулятор длительности импульсов, один вход которого соединен с выходом преобразователя напряжения в частоту, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения (тока) в не-, го введены компаратор, логический элемент НЕ, четыре аналоговых ключа, логический элемент И и второй модулятор длительности импульсов, один из входов которого соединен с выходом преобразователя напряжения в частоту, первьй вход компаратора, входы первого и второго аналоговых ключей и другой вход второго модулятора длительности импульсов соединены с выходом источника опорного напряжения, второй вход компаратора, входы третьего и четвертого аналоговых ключей соединены с выходом усилителя сигнала рассогласования, выход компаратору соединен с управляющими входами первого и третьего аналоговых ключей и с входом логического элемента НЕ, выход которого соединен с управляющими входами второго и четвертого аналоговых ключей, выходы первого и четвертого аналоговых ключей соединены с входом преобразователя напряжения в частоту, выходы второго и третьего аналоговых ключей соединены с другим входом первого модулятора длительности импульсов, а вькоды первого и второго модуляторов длительности импульсов соединены с входами логического элемента И, выход которого соединен с управляющим входом ключевого элемента

Изобретение позволяет улучшить качество выходного сигнала импульсного стабилизатора постоянного напряжения (тока). Это достигается тем, что, S случае изменения входного напряжения, по цепи обратной связи на вход модулятора 5 длительности импульсов nocfynaeT напряжение. Модулятор 5 вырабатывает импульсы, длительность которых обратно пропорциональна изменению входного напряжения. Эти импульсы управляют ключом 1. При обрыве цепи обратной связи в режиме стабилизации тока происходит значительное увеличение напряжения на выходе усилителя 7 сигнала рассогласования. Длительность импульса на выходе модулятора 5 также увеличивается. Однако, поскольку эти импульсы складываются логическим элементом 4 с импульсами с выхода модулятора 6 длительности импульсов, длительность управляюрщх импульсов не превьяпает заданного значения о 1 ил. § Л в«-