Импульсный стабилизатор переменного напряжения Советский патент 1986 года по МПК G05F1/44 

Изобретение относится к электроехнике, в частности к устройствам егулирования электрических величин, может быть использовано для питания радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения - увеличение КПД стабилизатора.

На фиг. 1 изображена блок-схема мпульсного стабилизатора переменного напряжения; на фиг. 2 - схема ши- ротно-импульсного модулятора с подключенным к нему блоком сравнения.

Стабилизатор содержит первый 1, второй 2, третий 3 и четвертый 4 ключевые, элементы, дроссель 5 с обмоткой 6 и дополнительной обмоткой 7, конденсатор 8, блок 9 сравнения, широтно-импульсный модулятор .10. Нагрузка 11 подключена к выходным выводам. ,

Широтно-импульсньй модулятор 10 (фиг, 2) содержит последовательно соединенные генератор 12, дифферент цирующую цепочку 13, одновибратор 14 с регулируемой длительностью импульса, первую 15 и вторую 16 логические ячейки и первую 17 и вторую 19 ячейки Исключающее ИЛИ. Входы логических ячеек 17 и 18 подключены к ин- версному выходу 19 генератора 12 и к прямому выходу 20 одновибратора 14, а входы логических ячеек 15 и 16 соединены соответственно с прямыми и инверсными выходами.генератора 12 и

В момент открытого состояния ключевых элементов 1 и 4 дроссель 5 и конденсатор 8 накапливают энергию. При закрывании ключевых элементов 1 и 4 открывается ключевой элемент 2 и дроссель 5 разряжается через обмотку 6 на нагрузку 11, напряжение на

одновибратора 14, управляющий вход 2135 короторой поддерживается за счет энеркоторого соединен с входом 22 широтно- импульсного модулятора 10. Выходы логических ячеек 17, 15, 16 и 18 выполнены гальванически развязанными (нагии, запасенной в дросселе 5 и конденсаторе 8.

В результате этого на выходе стабилизатора появляется напряжение с

В результате этого на выходе стабилизатора появляется напряжение с

пример с помощью оптронов) и подключе- О частотой сети. Амплитуда выходного ны -соответственно к первому 23, второ- напряжения определяется скважностью му 24, третьему 25 и четвертому 26

работы ключевого элемента 2. В режиме стабилизации скважность импульсов тока через ключевой элемент 2 5 регулируется автоматически блоком 9 сравнения и широтно-импульсным демодулятором 10, поддерживая на нагрузке 11 напряжение с постоянной амплитудой .

выходам широтно-импульсного модулятора 10.

Блок 9 сравнения содержит, например, датчик 27 амплитуды выходного - напряжения и регулируемый источник 28 напряжения (например дифференциальный усилитель, один вход которого соеди- 50 | иен с опорньм напряжением, а второй - с выходом датчика 27).

Первый вывод обмотки 6 дросселя 5

5 р

При напряжении сети меньше номинального блок 9 сравнения, действуя на широтно-импульсный модулятор 10, обеспечивают попеременное открьшание

подключен через первый ключевой элемент 1 к входному выводу и через BTO-J ключевых элементов 3 и одновременно рой ключевой элемент 2 - к общей ши- элементов 1 и 4 и закрытое состояние

не, а второй вывод этой обмотки соединен с выходным выводом Ь через конденсатор 8 - с общей шиной. Первый

5

0

5

0

вывод дополнительной обмотки 7 дросселя 5 соединен с входным выводом, а второй вывод через третий 3 и четвер- тьм 4 ключевые элементы - соответственно с общей шиной и выходным выводом. К конденсатору 8 подключен вход блока 9 сравнения, выходом соединенный -с входом широтно-импульсного модулятора 10, выходы которого подключены к управляющим входам ключевых элементов 1-4. Последние выполнены двухполярными (например транзистор, включенный в диагональ диодногЪ моста) , а обмотки дросселя 5 - одинаковыми .

Стабилизатор работает следующим образом.

Частота переключения ключевых элементов во много раз превьшает частоту сети, причем при напряжении сети выше номинального ключевой элемент 3 всегда закрыт.

При этом блок 9 сравнения и широтно-импульсный модулятор 10 обеспечивает попеременное открывание ключевых элементов 2 и одновременно элементов 1 и 4.°

В момент открытого состояния ключевых элементов 1 и 4 дроссель 5 и конденсатор 8 накапливают энергию. При закрывании ключевых элементов 1 и 4 открывается ключевой элемент 2 и дроссель 5 разряжается через обмотку 6 на нагрузку 11, напряжение на

5 короторой поддерживается за счет энергии, запасенной в дросселе 5 и конденсаторе 8.

В результате этого на выходе стабилизатора появляется напряжение с

частотой сети. Амплитуда выходного напряжения определяется скважностью

частотой сети. Амплитуда выходного напряжения определяется скважностью

работы ключевого элемента 2. В режиме стабилизации скважность импульсов тока через ключевой элемент 2 регулируется автоматически блоком 9 сравнения и широтно-импульсным демодулятором 10, поддерживая на нагрузке 11 напряжение с постоянной амплитудой .

|

При напряжении сети меньше номинального блок 9 сравнения, действуя на широтно-импульсный модулятор 10, обеспечивают попеременное открьшание

ключевых элементов 3 и одновременно элементов 1 и 4 и закрытое состояние

ключевого элемента 2.

При открытом ключевом элементе 3 происходит накопление энергии в об

31

мотке 7 дросселя 5, При закрывании ключевого, элемента 3 широтно-импульс ный модулятор 10 обеспечивает открывание ключевых элементов 1 и 4, разряд дросселя 5 в нагрузку 11 и йакопление энергии в конденсаторе 8

При закрывании ключевых элементов 1 и 4 конденсатор 8 начинает разряжаться через нагрузку, а дроссель 5 через открытый элемент 3 и обмотку

7вновь начинает накапливать энергию

8результате этого на выходе стабилизатора появляется напряжение с частотой сети.

Величина этого напряжения определяется скважностью импульсов тока через ключевой элемент 3. Постоянная амплитуда выходного напряжения поддерживается автоматически блоком 9 сравнения и широтно-импульсным модулятором 10, которые регулируют длительность импульсов тока через ключевой элемент 3.

Блок 9 сравнения работает следую- образом.

Напряжение с выхода стабилизатора поступает на вход датчика 27 амплитуды выходного напряжения, а с его выхода сигнал, пропорциональный амплитуде выходного напряжения, поступа ет на управляющий вход регулируемого источника 28 напряжения, в котором происходит сравнение величины управляемого напряжения с эталонным, а его напряжение линейно зависит от разности этих напряжений. (Такой источник может быть, например, выполнен на микросхе е К142 Е Н 1 Б). Это напряжение поступает на вход широт- но-импульсного модулятора 10 и управ

9

ляет его работой.

Широтно-импульсный модулятор 10 работает следующим образом.

Напряжение с выхода блока 9 сравнения поступает на управляющий вход одновибратора 14 с регулируемой длительностью импульса, запуск которого осуществляется по заднему фронту импульса генератора 12 дифференцирующей цепочки 13. При этом, если длительность паузы генератора 12 меньше чем длительность импульса одновибратора 14, для сигналов, снимаемых с их прямых выходов, происходит перекрытие импуЛьсов генератора и одно- вибратора, и на выходе логической ячейки 15, на входы которой подаются сигналы с прямых выходов генератора

O

0

и одновибратора, пе иодически появляется напряжение логичч -ской единицы. Длительность импульсов напряжения на выходе логической ячейки 15 равна разности длительностей импульса одно- вибратора и паузы 1 енератора. На выходе логической ячейки 16 при таких условиях постоянно поддерживается напряжение логического нуля, а на выходах логических ячеек 18 и 17 напряжение логической единицы появляется во время паузы на выходе логической ячейки 15.

Если же длительность паузы гене- 5 ратора больше, чем длительность импульса одноБибратора, то напряжение логической единицы будет периодичес- ки появляться на выходе логической ячейки 16. Длительность импульсов на ее выходе будет равна разности длительностей паузы генератора и импуль- са одновибратора. При этом на выходе логической ячейки 15 будет постоянно поддерживаться нулевой логический

5

уровень, а логические уровни сигна40

лов на выходах ячеек 17 и 18 будут противоположны логическим уровням на выходе ячейки 16.

Таким образом, меняя длительность -30 импульсов одновибратора 14, можно

осуществлять стабилизацию выходного напряжения, сделав уровень логической единицы напряжением, открьтающим ключевые элементы. При этом, если напря- 35 жение больше номинального, длительность импульса одновибратора больше длительности паузы генератора и, следовательно, ключевой элемент 3 будет постоянно закрыт, а ключевые элементы 2 и одновременно 1 и 4 будут периодически переключаться.

При напряжении сети ниже номинального длительность импульса одновибратора становится меньше длительности

45 паузы генератора, и в результате

этого ключевой элемент 2 будет посто- янно закрыт, а ключевые элементы 3 и одновременно 1 и 4 будут периодически переключаться.

50 Стабилизация осуществляется автоматически изменением соотношения между длительностью импульса одновибратора и паузы генератора.

Изобретение позволяет увеличить

55 КДЦ стабилизатора за счет уменьшения потерь мощности на ключевых элементах и на управление ими. Это объясняется тем, что при прочих равных условиях ток через открытые ключевые элементы

стабилизатора по прототипу равен току через ключевые элементы 3 и 2 и вдвое больше, чем ток через каждый из ключевых элементов 1 и 4. Поэтому сумма абсолютных значений токов через откры тые элементы в изобретении в любой момент времени вдвое меньше, чем сумма абсолютных значений токов через открытые элементы в стабизиаторе по прототипу, в котором всегда открыты два ключевых элемента, и следовательно, потери на них больше.

Когда входное напряжение равно но- минальному, постоянно открыты ключевые элементы 1 и 4, через каждый из которых протекает по половине тока нагрузки, в отличие от стабилизатора по прототипу, где ток нагрузки протекает через два последовательно включенных .открытых ключевых элемента и, следовательно, потери мощности на них и на управление ими вдвое больше,чем в предлагаемом стабилизаторе.

Формула изобретения

Импульсный стабилизатор переменного напряжения, содержащий дроссель, первый вывод обмотки которого соединен через первый ключевой элемент с входным выводом и через второй ключевой элемент - с общей шиной,третий и четвертый ключевые элементы, первые вьгооды которых объединены, а вторые подключены соответственно к общей ши- не и к выходному выводу, конденсатору

5 О

0

5

0

5

подключенный между выходным выводом и общей шиной, блок сравнения, соединенный входом с конденсатором, а выходом - с входом широтно-импульсного модулятора, первый, второй, третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к управляющим входам первого, второго, третьего и четвертого ключевых элементов, состоящего из генератора, прямой выход которого через дифференцирующую цепочку соединен с запускающим входом одновибра- тора, управляющим входом подключенного к входу широтно-импульсного модулятора, и двух ячеек И, входы первой из которых соединены с прямыми, а входы второй - с инверсными выходами генератора и одновибратора, а выходы подключены соответственно к второму и третьему выходам широтно-импульсного модулятора, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД стабилизатора, второй вывод обмотки дросселя соединен с выходным выводом первые выводы третьего и четвертого ключевых элементов подключены к входному выводу через введенную дополнительную обмотку дросселя, в широтно- импульсный модулятор введены две ячейки Исключающее ИЛИ, выход первой из которых соединен с первым, а выход второй - с четвертым выходгши широтно-импульсного модулятора, входы этих ячеек подключены к инверсному выходу генератора и прямому выходу одновибратора.

.1

Sjrai

-- Фиг.2

ВНИИПИ Заказ 7066/53 Тираж 836

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Подписное

Изобретение относится к импульсным стабилизаторам переменного напряжения. Целью изобретения является увеличение КПД стабилизатора. При входном напряжении выше номинального ключевой элемент 3 всегда закрыт, поочередно ввслючаются ключи 1, 4 и 2, Скважность импульсов тока через ключевой элемент 2 регулируется автоматически блоком сравнения 9 и широтно- импульсным модулятором 10, поддерживая на нагрузке напряжение с постоянной амплитудой. При напряжении сети меньше номинального ключ 2 всегда закрыт, поочередно включаются ключи 1, 4 и 3. При напряжении сети равном номинальному постоянно открыты ключи 1, 4, через каждый из которых протекает только половина номинального тока. 2 ил. Фиг. 1