Импульсный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1987 года по МПК G05F1/56 

10

15

20

25

Изобретение относится к электроике, в частности к системам регуирования электрических величин, и редназначено для использования в стройствах питания радиоэлектронной ппаратуры.

Цель изобретения - повьшение наежности импульсного стабилизатора остоянного напряжения путем ограниения максимальной величины тока нарузки и выбросов выходного напряжеия при одновременном з еньшении ровня высокочастотных помех.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения; на фиг.2 - вариант схемы импульсного стабилизатора постоянного напряжения при использовании в DLC-фильтре устройства двух последовательно включенных дросселей; на фиг.З - временные диаграммы, поясняющие работу импульсного стабилизатора постоянного напряжения.

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения (фиг.1) включает в себя ключевой полупроводниковый элемент 1, одним силовым выводом подключенный к входной клемме, а другим си-зо ловым выводом соединенный с началом первой обмотки сглаживающего дросселя 2 ОЬС-фильтра, конец которой подключен к выходной клемме и первому выводу конденсатора 3 DLC-фильтра. Общая точка ключевого полупроводникового элемента 1 и дросселя 2 подсоединена к первому выводу коммутирующего диода 4, второй вывод которого совместно с вторым выводом конденсатора 3 подключен к общей шине. Релейный двухпозиционный узел управления входом включен между выходной клеммой .и общей шиной, а выходом под- соединен к управляющему входу ключевого полупроводникового элемента 1 и включает в себя дифференциальный сравнивающий узел 5, делитель 6 выходного напряжения, узел 7 опорного напряжения, пороговый элемент 8,синхронизатор 9 и согласующий блок 10. Вход делителя 6 выходного напряжения включен между выходной клеммой и общей шиной, а выход подключен к первому входу дифференциального сравнивающего узла 5. Узел опорного напряжения входом подключен между входной клеммой и общей шиной, а выходом подсоединен к второму входу дифферен35

40

45

50

55

0

5

0

5

зо

35

40

45

50

циального сравнивающего узла 5,выход которого через последовательно соединенные синхронизатор 9, пороговый элемент 8 и согласующий блок 10 подсоединен к выходу релейного двухпози- ционного узла управления. Вторая обмотка 11 дросселя 2 концом подключена к общей шине, которая, в свою очередь, через последовательно соединенные первый резистор 12 и дроссель 13 насыщения подключена к началу второй обмотки 11 дросселя 2. Общая точка дросселя 13 насьш ения и первого .резистора 12 через последовательно включенные второй дополнительный диод 14 и третий резистор 15 подсоединены к входу выключения релейного двухпозиционного узла управления,в качестве которого может использовать ся один из дополнительных входов синхронизатора 9. Начало третьей обмотки 16 дросселя 2 подключено к общей щине, а ее конец через последовательно соединенные первый дополни- диод 17 и второй резистор 18 подсоединен к входу блокировки выключенного состояния релейного двухпозиционного узла управления, в качестве которого может использоваться другой дополнительный вход синхронизатора 9.

На фиг.2 приведен вариант схемы, где первая обмотка дросселя 2 выполнена в виде двух соединенных последовательно и согласно обмоток.

Дроссель 2 DLC-фильтра импульсного стабилизатора постоянного напряжения может быть выполнен в виде двух последовательно включенных двух- обмоточных дросселей, при этом дополнительная обмотка 11 одного из них шунтируется последовательно включенными первым резистором 12 и дросселем насыщения, а дополнительная обмотка 16 второго из них через первый диод 17 и второй резистор 18 подсоединяется к входу блокировки выключенного состояния релейного двухпозиционного узла управления.

Принцип работы импульсного стабилизатора постоянного напряжения заключается в обеспечении работы сглаживающего дросселя 2 в граничном ре- жиме тока (фиг.З в) во всем диапазоне изменения входных напряжений и токов нагрузки, причем включение ключевого полупроводникового элемента 1 происходит тогда, когда коммутирующий диод 4 находится в непроводящем состоянии, и ток в сглаживающем дросселе 2 равен нулю (фиг.З в).Выключается KJBOMeeoft полупроводниковый элемент 1 при достижении в нем заданного максимального значения тока путем подачи сигналов обратной связи с резистора 12 (фиг.З 3) и дополнительной обмотки 16 (фиг.З г) сглаживающего дросселя 2 на входы синхронизатора 9,

15

При номинальном режиме работы стабилизация напряжения осуществляется воздействием на ключевой полупроводниковый элемент 1 импульсов управления, формируемых в зависимости от величины выходного напряжения стабилизатора релейным двухпозиционным узлом управления. При нулевом то-20 никового элемента 1 при перегрузке 2 ВЬС-фильт ра ключевой

0 вого элемента 1, который подается другой вход (вход 20, фиг.1) синхр низатора 9 (фиг.З д,е).

Максимальная длительность выход импульсов ключевого полупроводнико го элемента 1 прямо пропорциональн вольт-секундному интегралу на дрос селе 13 насыщения. Поэтому максима ное значение тока первичной обмотк дросселя 2 и ключевого полупровод

ке в дросселе полупроводниковый элемент 1 включается. Для определения нулевого значения тока в дросселе 2 снимается напряжение удержания с обмотки 16 дрос- 25 селя 2 и через диод 17 и резистор 18 поступает на вход (вх.19, фиг.1) синхронизатора 9. Пока напряжение удержания обмотки 16 приложено к входу 19, ключевой полупроводниковый ЗО элемент 1 находится в состоянии отсечки. Напряжение удержания в состоянии отсечки приложено к одному из входов синхронизатора 9 (вход 19, фиг.1) до тех пор, пока ток в дросселе 2 не спадет до нуля (фиг.З в, г). Как только ток в дросселе 2 сни- зится до нуля, напряжение удержания на входе синхронизатора 9 пропадает, и происходит включение ключевого полупроводникового элемента 1. В этот момент коммутирующий диод 4 находится в непроводящем состоянии, и высокочастотные помехи, вызванные его запиранием, отсутствуют. Аналогично 45

и коротком замыкании ограничено ве личиной, зависящей от параметров дро селя 13 насыщения. В связи с тем, ч ток (фиг.З в) основной обмотки сгла живающего дросселя 2 имеет треуголь ную форму, его среднее значение,рав ное току нагрузки, в два раза меньш амплитудного значения и поддерживается на постоянном уровне при перегрузке и коротком замыкании.

40

Предлагаемое устройство обеспечи вает ограничение постоянного тока нагрузки, допускает параллельное 35 включение и работает при пониженном уровне создаваемых высокочастотных помех.

При переходном процессе, вызванном сбросом нагрузки, возрастает напряжение на конденсаторе 3 DLC- фильтра стабилизатора, и на интерва ле закрытого состояния ключевого элемента 1 происходит насыщение дро селя 13. В результате этого сглажив ющий дроссель 2 оказывается закоро ченным резистором 12, в котором рас сеивается накопленная в дросселе 2 энергия. Ток заряда конденсатора 3 резко снижается, и уменьщаются выбр

При переходном процессе, вызванном сбросом нагрузки, возрастает напряжение на конденсаторе 3 DLC- фильтра стабилизатора, и на интервале закрытого состояния ключевого элемента 1 происходит насыщение дросселя 13. В результате этого сглаживающий дроссель 2 оказывается закороченным резистором 12, в котором рассеивается накопленная в дросселе 2 энергия. Ток заряда конденсатора 3 резко снижается, и уменьщаются выбропроисходит включение полупроводникового прерывателя 1 при нулевом токе в дросселе 2 во всех резишах работы стабилизатора.

При номинальном режиме работы на- 50 сы напряжения на конденсаторе 3,вы- пряжение, снимаемое с рЬмотки 11, званные сбросом нагрузки. В резуль- дросселя 2, симметрично перенагннчи- вает сердечник дросселя 13 насыщения с величиной индукции, меньшей индукции насыщения (фиг.З е), при этоы 00-55 Формула изобретения противление дросселя 13 велико, а напряжение на резисторе 12 мало, и оно 1. Импульсный стабилизатор по- не оказывает влияния на работу ста- стоянного напряжения, содержащий клю- билизатора. При перегрузке увеличи- чевой полупроводниковый элемент,одтате повышается быстродействие стабилизатора напряжения.

никового элемента 1 при перегрузке

вается длительность импульсов прерывателя 1, и при достижении током дросселя максимально допустимой величины насьпцается дроссель 13. Это

равносильно тому, что дроссель 13 стабилизатора закорачивается в определенный момент времени, и на резисторе 12 возникает сигнал на отключение ключевого полупроводникового элемента 1, который подается на другой вход (вход 20, фиг.1) синхронизатора 9 (фиг.З д,е).

Максимальная длительность выходных импульсов ключевого полупроводникового элемента 1 прямо пропорциональна вольт-секундному интегралу на дросселе 13 насыщения. Поэтому максимальное значение тока первичной обмотки дросселя 2 и ключевого полупроводникового элемента 1 при перегрузке

и коротком замыкании ограничено величиной, зависящей от параметров дросселя 13 насыщения. В связи с тем, чт ток (фиг.З в) основной обмотки сглаживающего дросселя 2 имеет треугольную форму, его среднее значение,равное току нагрузки, в два раза меньше амплитудного значения и поддерживается на постоянном уровне при перегрузке и коротком замыкании.

Предлагаемое устройство обеспечивает ограничение постоянного тока нагрузки, допускает параллельное включение и работает при пониженном уровне создаваемых высокочастотных помех.

При переходном процессе, вызванном сбросом нагрузки, возрастает напряжение на конденсаторе 3 DLC- фильтра стабилизатора, и на интервале закрытого состояния ключевого элемента 1 происходит насыщение дросселя 13. В результате этого сглаживающий дроссель 2 оказывается закороченным резистором 12, в котором рассеивается накопленная в дросселе 2 энергия. Ток заряда конденсатора 3 резко снижается, и уменьщаются выбросы напряжения на конденсаторе 3,вы- званные сбросом нагрузки. В резуль-

тате повышается быстродействие стабилизатора напряжения.

I ним силовым выводом подключенный к входной клемме, а другим силовым выводом соединенный с началом первой обмотки сглаживающего дросселя и катодом коммутирующего диода DLC- фильтра, анод которого соединен с общей шиной, причем конец первой обмотки сглаживающего дросселя соединен с выходной клеммой и первым выводом выходного конденсатора DLC- фильтра, второй вывод которого под- кзтючен к общей шине, и релейный двух- позиционный узел управления, входом подключенный между выходной клеммой и общей щиной, а выходом соединенный с управляющим входом ключевого полупроводникового элемента и включающий в себя дифференциальный сравнивающий

5 DLC-фильтра подключен к началу его третьей обмотки, общей шине и чере первый резистор - к второму выводу дросселя насьпцения, конец третьей обмотки дросселя DLC-фильтра через

.г- 25

узел с двумя входами, делитель выходного напряжения, выходом соединенный 20 .последовательно соединенные первый с первым входом дифференциального дополнительный диод и второй рези- сравнивающего узла, а входом подключенный к входу релейного двухпозици- онного узла управления, узел опорного напряжения,вход которого включен меж ду входной клеммой и общей шиной,а выход соединен с вторым входом дифференциального сравнивающего узла, пороговый элемент, вход которого через синхронизатор соединен с выходом дифференциального сравнивающего уз- Яа, а выход через согласующий блок Подключен к выходу релейного двухпо- зиционного узла управления, отличающийся тем, что, с целью повьшения надежности путем ограниче30

стор подключен к входу блокировки выключенного состояния релейного дву позиционного узла управления, вход выключения которого через последовательно соединенные третий резисто и второй дополнительный диод подклю чен к второму выводу дросселя насыщения.

2. чаю

Стабилизатор по п.1, о т л и щ и и с я тем, что первая об мотка сглаживающего дросселя Выполн на в виде двух обмоток, соединенных последовательно и согласно между со 35 бой, причем каждая из них электромагнитно связана с одной из дополн тельных обмоток.

ния максимальной величины тока нагрузки и выбросов выходного напряжения при одновременном уменьшении уровня высокочастотных помех, в него введены два дополнительных диода,

три резистора и дроссель насыщения, сглаживающий дроссель снабжен дополнительными второй и третьей обмотками, а релейный двухпозиционный узел управления снабжен входами выключения и блокировки выключенного состояния, причем начало второй обмотки дросселя DLC-фильтра и первый вывод дросселя насыщения соединены между собой, конец второй обмотки дросселя

DLC-фильтра подключен к началу его третьей обмотки, общей шине и через первый резистор - к второму выводу дросселя насьпцения, конец третьей обмотки дросселя DLC-фильтра через

.последовательно соединенные первый дополнительный диод и второй рези-

25

0 .последовательно соединенные первый дополнительный диод и второй рези-

30

стор подключен к входу блокировки выключенного состояния релейного двух- позиционного узла управления, вход выключения которого через последовательно соединенные третий резистор и второй дополнительный диод подключен к второму выводу дросселя насыщения.

2. чаю

Стабилизатор по п.1, о т л и - щ и и с я тем, что первая обмотка сглаживающего дросселя Выполнена в виде двух обмоток, соединенных последовательно и согласно между со 35 бой, причем каждая из них электромагнитно связана с одной из дополнительных обмоток.

/б

13ЬЬ20

«J-f (JSbix

ю

8

4}

риг. 2

6

€

п

.3

Изобретение относится к вторичным источникам питания радиоаппаратуры. Целью изобретения является повышение надежности импульсного стабилизатора постоянного напряжения. Стабилизация напряжения осуществляется воздействием на ключевой элемент 1 импульсов управления, формируемых в зависимости от величины выходного на- пряжения с помощью сравнивающего узла 5, делителя 6, узла 7 опорного напряжения, порогового элемента 8,синхронизатора 9 и согласующего блока 10. При номинальном режиме напряжение, снимаемое с обмотки 11 дросселя 2, перемагничивает дроссель 13 насыщения. При этом сопротивление дросселя 13 велико, а напряжение на резисторе 12 мало и не оказывает влияния на работу стабилизатора. При перегрузке увеличивается длительность импульсов прерывателя 1,дроссель 13 насьщ1ается и на резисторе 12 возникает сигнал на отключение ключевого элемента 1. 1 з.п.. сЬ-лы. 3 ил. W ю 00 00 to fнг.