Импульсный стабилизатор переменного напряжения Советский патент 1986 года по МПК G05F1/30 

Изобретение относится к электроехнике, в частности к устройствам итания радиоэлектронной аппаратуры.

Цапь изобретения - увеличение КПД, уменьшение массы и габаритов стаби - изатора.

На фиг.1 представлена схема имульсного стабилизатора переменного апряжения; на. фиг,2 - высокочастотая схема узла управления.

Стабилизатор содержит ключевые элементы 1-4, интегрирующий фильтр 5, состоящий из дросселя 6 и конденсатора 7, трансформатор 8 и высокочастотную схему узла 9 управления, К выходу стабилизатора подключена нагрузка 10.

Выход стабилизатора подключен к его ВХОДУ через вторичную обмотку трансформатора 8s первичная обмотка которого подключена к вы ходу интегрирующего фильтра 5, первая входная клемма которого через ключевые элементы 1 и 2 соединена с входом стабилизатора, а вторая входная клемма через ключевые элементы 3 и 4 - с его выходом.

Ключевые элементы 1-4 выполнены двухполярными, например, в виде тран- зистора, включенного, в диагональ диодного выпрямительного моста,

К выходу стабилизатора подключен вход узла 9 управления, выходы которого выполнены гальванически развя- заннъми (например, с помощью оптро- нов) и подключены к управляющим входам ключевых .элементов 1-4.

Узел 9 управления (фиг.2) содержит последовательно соединенные задающий генератор 11, регулируемый фа- зосдвигающий узел 12, управляющий вход которого соединен с выходом датчика 13 амплитуды, подклзоченного своим входом к входу узла 9 управления, ведомый генератор 14, а также два погических блока 15 и 16, выходы которых, соединены с выходами узла управления. Они содержат по два триггера 17,18 и 19,20 с динамическими входами и по логической .схеме ИЛИ 21 и 22, Входы последних соединены с выходами триггеров, а прямой и инверсный выходы - с выходами узла 9 уп равле.ния. При этом динамические вхо- дь1 триггеров 17 и 18 логического блока 15 соединены с прямым и инверсным выходами ведомого генератора 14, а входы обнуления триггеров - соответственно с прямым и инверсным выхо

5

10

15

20

25

396922

дами задающего генератора I1. Динамические входы триггеров 19 и 20 логического блока 1:6 соединены с прямым и инверсным выходами задающего генератора 1 1 5 а их вхо,цы обнуления - соответственно с прямым и инверсным выходами ведомого генератора 14.

Регулируемьй фазосдвигающий узел 12 содер шт последовательно соединен- ные дифференцирующую цепочку 23, од- новибратор 24 с регулируемой длительностью импульса, к управляющему входу которого подключен выход схемы 25 сравнения, вход которой является управляющем входом фазосдвилающего устройства, и дифференцир; тощую цепочку 26.

Генераторы 1 1 и 14. выполнены с использованием двоичных счетчзтеов 27 и 28 гмпульсов, счетный вход которых подключен к вык:оду высокочастотного генератора 29, частота импульсов которого много выше частоты задающего генератора 1), Выходами генераторов 11 и 14 являются выходы старпшх разрядов счетчнков 27 и 28, а выходом синхронизации ведомого генератора - вход обнуления счетчика 28.

Стабилизатор работает следующим образом.

При открытых ключевых элементах 1 и 3 (остальные ключевые элементы закрыты) на вход фильтра 5 поступает напряжение, равное напряжет ию на вторичной обмотке трансформатора 8. При открытых ключевых элементах 2 и 3 на вход фильтра 5 поступает выходное напряжение, а при открытых ключевых элементах 1 и 4 - инвертированное входное напряжение.

При этом высокочастотная схема узла 9 управления, частота импульсов на выходе которой выбирается намного больше частоты питающей сети, обеспечивает при напряжении сети выше номинального попеременное открывание ключевых элементов 1 и 2 при постоянно открытом ключевом элементе 3 и постоянно закрытом ключевом элементе 4, а при напряжении сети ниже номинального попеременное открьгеание ключевых элементов 3 и 4 при постоянно открытом ключевом элементе 1 и постоянно закрытом ключевом элементе. 2 .

Интегрирующий фильтр 5 отфильтровывает высококачественные составляющие импульсов напряжения, поступаю- на его вход, В результате на вы30

35

/SO

45

50

55

ходе фильтра 5 выделяется напряжение с частотой сети, амплитуда и фаза ко торого регулируется узлом 9 управления.

Напряжение на выходе стабилизатора является ст,тчмой двух напряжений: напряжения сети и напряжения на вторичной обмотке трансформатора 8.

Поэтому, изменяя время открытого состояния соответствутащих ключевых элементов и регулируя таким образом амплитуду и фазу напряжения на вторичной обмотке трансформатора 8, узел 9 управления автоматически под- деряшвает на выходе стабилизатора напряжение постоянной амплитуды,

Так при минимальном входном напряжении постоянно открыты ключевые элементы 1 и 4 5 при номинэльном входном напряжении - ключевые элементы I и 3 а при максимальном входном напряже- 1-1ИИ - ключевые элементы 2 и 3,

Высокочастотная схема узла управления работает следующим образом.

Регулируемый фазосдвигающий узел 12 сравнивает напряжение, пропорциональное амплитуде выходного; напряжения, которое поступает с выхо- да датчика 3 амплитудь выходного напряжения, с опорным напряжением, и в зависимости от разности этих напряжений сдвигает импульсы ведомого генератора 14 относительно и птуль сов задающего генератора 11.

При напряжении сети выше номинального фаза импульсов ведомого генератора 14 такова, что передний фронт импульсов с его прямого выхода приходит во время импульса на прямом выходе задающего генератора и, следовательно, передний фронт с инверсного выхода ведомого генератора приходит во время импульса на инверсном выходе задающего генератора. Поэтому на выходе триггеров 17 и 18 постоянно нулевой логический уровень, так как передние, фронты импульсов на их динамических входах, по которым происходит переключение этих триггеров; приходят в то время, когда на входах обнуления присутствует единичный логический уровень, обнуляющий эти триггеры. Следовательно, на прямом выходе логической схемы ИЛИ 21 постоянно-нулевой логический уровень, а на инверсном - единичный, и такшч образом ключевой элемент 4 постоянно закрыт, а клточевой элемент 3 постоянно открыт.

15

При этом триггеры 19 и 20. переключаются с частотой задающего генератора, так как передт1ие фронты импульсов с прямого и инверсного выходов задающего генератора 11 приходят на .динамические входы этих триггеров в то время, когда на их входах обнуления нулевые логические уровни, и устанавливают на выходе этих триггеров

jQ единичньш лоп-гческий уровень. После этого триггеры обнуляются импульсами, приходящими на их входы обнуления с прямого и инверсного выходов ведомого генератора 14. В результате на выходе логической схемы ИЛИ 22 появляются импульсы с удвоенной частотой задающего генератора, длительность которых зависит от сдвига фаз между импульсами задающего и ведомого генера0 тора и интервалу времени между передни ш фронтами импульсов на их npHNTbix выходах.

Это обеспечивает попеременное включение ключевых элементов 1 и 2,

3 так как их управляющие вхо.цы подключены к прямому и инверсному выходам логической схемы ИЛИ 22.

При напряжении сети ниже номинального фаза импульсов ведомого генератора такова, что передний фронт импульсов с его прямого входа приходит во время паузы на прямом выходе задающего генератора.

При этом на выходах триггеров 19 и 20 логического блока 16 и на прямом выходе лоппеской схемы ИЛИ 22 постоянно нулевой логический уровень и, следовательно, ключевой элемент 1 постоянно открыт, а ключевой элемент 2 постоянно закрыт.

Переключаются же триггеры 17 и 18 логического блока 15, на динамические входы которых npi-гходят передние фронты импульсов, когда на их входах обнуления нулевой логический зФовень, и устанавливают их в единиду. После этого триггеры вновь обнуляются импульсами, приходящими на их вход обнуления. Длительность импульсов на выходе логической схемы ИЛИ 21, частота которых равна удвоенной частоте за.цающего генератора, зависит от сдвига фаз между импульсами задающего и ведомого генераторов и равна ин- 5 тервалу времени между передними фронтами импульсов на их прямых выходах.

Это обеспечивает попеременное включение ключевых элементов 3 и 4.

0

5

0

5

0

.5

1

Таким образом, меняя сдвиг фаз между импульсами задающего и ведомого генераторов, обеспечивают требуемый закон переключения ключевых элементов 1-4 и регулируют амплитуду и фазу напряжения на вторичной обмоке трансформатора 8, получая на выходе напряжение постоянной амплитуд

Задающий и ведомый генераторы 11 и 14 и регулируемый фазосдвигающий узел 12 работают следующим образом.

Импульсы с выхода высокочастотного генератора 29, частота которых много выше частоты задающего генератора, поступают на счетные входы двоичных счетчиков 27 и 28, выходы старших разрядов которых являются входами генераторов и 14. Такое пстроение схем генераторов обеспечивает одинаковую частоту задающего и ведомых генераторов и одинаковую ; скважность импульсов, равную двум.

Задний фронт импульса с выхода здающего генератора, пройдя через диференцирующую цепочку 23, запускает одновибратор 24 с регулируемой длительностью импульса. Поэтому импуль с выхода одновибратора 24, поступая через дифференцирующую цепочку 26 на вход обнуления счетчика 28, своим передним фронтом синхронизирует ведомый генератор, сдвигая его импульсы относительно, импульсов задающего генератора на время импульсов одновибратора.

Время импульса одновибратора регулируется автоматически схемой .25 сравнения , подключенной своим выходом к управляющему входу одковибра- тора,. и напряжение на выходе которо линейно зависит от разности опорного напряжения и напряжения, поступающего на ее вход с выхода датчика 13 амплитуды выходного напряжения.

Формула изобретения

Импульсный стабилизатор переменного напряжения, содержащий трансфор матор, первичная обмотка которого подключена к выходу интегрирующего фильтра, а вторичная включена между входной и выходной клеммами одной из силовых иин, причем к входным вьшо- дам интегрирующего фильтра подключе0 ны своими первыми выводами по два ключевых элемента соответственно, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами узла уп- равлергия, отличающийся

j тем, что, с целью увеличения КПД и уменьшения массы и габаритов стабилизатора,, вторые выводы ключевых элементов, подключенных к первому входному выводу интегрирутащего фильт0 ра, соединень: с входными клеммами, вторые вьшоды двух оставщихся ключевых элементов соединены с выходными клеммами, при этом узел управления .выполнен на датчике амплитуды, регу5 лируемом фазосдвигающем узле, задающем генератореS ведомом генераторе и двух логических блоках, каждагй из которых состоит из двух триггеров и элемента ИЛИ, причем вход узла .управQ ления соединен с входом датчика(амплитуды, выход которого подключен к первому входу регулируемого фазосдви- гающего узла, второй вход которого соединен с первым выходом задающего генератора, а выход подключен к входу ведомого генератора, первый выход которого соединен с соответствующими входами первых триггеров логических блоков, остальные входы которых со- единены с первым выходом задающего генератора, вторые выходы задающего и ведомого генераторов подключены к соответствующим входам вторых триггеров логических блоков, а выходы триг- j геров каж,цого логического блока через свой элемент ИЛИ подключены к соответствзтощим выходным выводам уз ла управления.

5

(.

Фиг. 2

Изобретение относится к стабилизированным источникам питания. Целью изобретения является увеличение КПД и уменьшение массы и габаритов импульсного стабилизатора переменного напряжения. Цель достигается тем, что в стабилизаторе при открытых ключевых элементах 1 и 3 на вход фильт-г ра 5 поступает напряжение с вторичной обмотки трансформатора 8. При открытых ключевых элементах 2 и 3 на вход фильтра 5 поступает выходное напряжение, а при открытых .элементах 1 и 4 - инвертированное входное напряжение. При этом частота импульсов на выходе узла 9 управления выбирается намного больше частоты питающей сети. Узел 9 обеспечивает при напря- укеттк сети вьппе номинального попеременное открьгеание ключевых элементов 1 и 2 при постоякло открытом ключевом элементе 3 и постоянно закрытом ключевом элементе 4, а при напряжении сети ниже номинального - попеременное открывание ключевых элементов 3 и 4 при постоянно открытом ключевом элементе i и постоянно закрытом ключевом элементе 2. 2 кл. (Л INS СО со О5 :о 1чЭ