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

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам питания радиоэлектронной аппаратуры.

Целью изобретения является увеличение КПД и надежности импульсного стабилизатора пастоянного напряжения

На фиг. 1 представлена схема пред, лагаемого стабилизатора; на фиг.2 - пример выполнения схемы регулируемого фазосдвигающего устройства с подключенными к ней задающими и ведомым генераторами; на фиг. 3 - эпюры токов и напряжений, поясняющие работу импульсного стабилизатора постоянного напряжения.

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения содержит двухтактный инвертор 1, соединенный своим входом с входными клеммами и состоящий из двух транзисторов 2 и 3, . шунтированных диодами 4 и 5, и автотрансформатора 6 с двумя полуобмотками с отводами на каждой из них, .которые через диоды 7 и 8 и транзис- 1торы 9 и 10 управляемых ключей подключены к одной из входных клемм выходного интегрирующего фильтра 11, содержащего дроссель 12 и конденса- тор 13, причем вторая входная клемма интегрирующего фильтра 11 соединена с одной из входных клемм, а его выходные выводы подключены к выходным выводам, а-также последовательно соес входами обнуления триггеров 26, 25 28 и 27 и динамические входы триггеров логического блока 23 подключены к прямым, а динамические входы логи- ческого блока 24 - к инверсным выходам задающего 14 и ведомого 16 генераторов.

Регулируемый фазосдвигающий блок

15(фиг. 2) выполнен, например, в ви- fO де одновибратора 33 с регулируемой

длительностью импульса, к выходу и входу которого подключены дифференцирующие цепочки 34 и 35, а управляющий вход соединен с выходом схемы 36 15 сравнения, вход которой соединен с выходными клеммами. Генераторы 14 и

16выполнены, например, с использованием двоичных счетчиков 37 и 38, счетные входы которых подключены к

20 выходу высокочастотного генератора 39. Выходами генераторов 14 и 16 являются выходы старших разрядов счетчиков 37 и 38, а входом синхронизации ведомого генератора 16 - вход

обнуления счетчика 38.

Работу стабилизатора поясняют эпюры токов и напряжений (фиг. 3) при входном напряжении как меньще, так, и больше номингшьного, при этом U и

и 2 - напряжения на прямых выходах задающего 14 и ведомого 16 генераторов; 1

транзисторы 3 и 9; и.

1, - базовые токи через

и и, напряже

диненные задающий генератор 14, регу- соответственно на транзисторе 3 лируемый фазосдвигающий блок 15,уп- 35 и на вторичной обмотке трансформатора 22.

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом.

Транзисторы 2 и 3 двухтактного ин- вертора 1 переключаются с частотой задающего генератора 14 (каждый в течение соответствующего полупериода , этих колебаний). Длительность их открытого состояния определяется регулируемым фазосдвигающим блоком 15. Кроме того, им обеспечивается при входном напряжении ниже номинального йопеременное переключение транзисто- 50

равляющий вход которого подключен к выходным клеммам, и ведомый генера- тор 16. Между прямым и инверсным выходами задающего г энератора 14 включен трансформатор 17, к вторичной об-40 мотке которого подключён вход вьтря- мителя 18, выход которого через резисторы 19 и 20 соединены с переходами база - эмиттер транзисторов 9 и 10.

45

Базы транзисторов 9 и 10 соединены через резистор 21 и вторичную обмотку трансформатора 22 jпервичная обмотка которого включена между прямыми выходами задающего 14 и ведомого 16 генераторов. Переходы база - эмиттер транзисторов 2 и 3 подключены к выходам формирователей 23 и 24 импульсов, содержащих по два триггера 25, 26 и 27, 28, выходы которых через 55 резисторы 29, 30 и 31, 32 подключены к выходам обоих формирователей 23 и 24 импульсов. Динамические входы триггеров 25-28 соединены соответственно

ров 2, 9 и 3, 10(попарно), а при входном напряжении номинального - попеременное ; переключение транзисторов 2, 10 и 3.

В результате при открытых транзисторах 2 и 3 на входе интегрирующего фильтра 11 появляются импульсы напряжения с удвоенной частотой задающего генератора, П;рлярность которьпс совпадает с полярностью входного напряс входами обнуления триггеров 26, 25 28 и 27 и динамические входы триггеров логического блока 23 подключены к прямым, а динамические входы логи- ческого блока 24 - к инверсным выходам задающего 14 и ведомого 16 генераторов.

Регулируемый фазосдвигающий блок

15(фиг. 2) выполнен, например, в ви- де одновибратора 33 с регулируемой

длительностью импульса, к выходу и входу которого подключены дифференцирующие цепочки 34 и 35, а управляющий вход соединен с выходом схемы 36 сравнения, вход которой соединен с выходными клеммами. Генераторы 14 и

16выполнены, например, с использованием двоичных счетчиков 37 и 38, счетные входы которых подключены к

выходу высокочастотного генератора 39. Выходами генераторов 14 и 16 являются выходы старших разрядов счетчиков 37 и 38, а входом синхронизации ведомого генератора 16 - вход

обнуления счетчика 38.

Работу стабилизатора поясняют эпюры токов и напряжений (фиг. 3) при входном напряжении как меньще, так, и больше номингшьного, при этом U и

и 2 - напряжения на прямых выходах задающего 14 и ведомого 16 генераторов; 1

транзисторы 3 и 9; и.

1, - базовые токи через

и и, напряже

соответственно на транзисторе 3 и на вторичной обмотке трансформатора 22.

Транзисторы 2 и 3 двухтактного ин- вертора 1 переключаются с частотой задающего генератора 14 (каждый в течение соответствующего полупериода , этих колебаний). Длительность их открытого состояния определяется регулируемым фазосдвигающим блоком 15. Кроме того, им обеспечивается при входном напряжении ниже номинального йопеременное переключение транзисто-

ров 2, 9 и 3, 10(попарно), а при входном напряжении номинального - попеременное ; переключение транзисторов 2, 10 и 3.

В результате при открытых транзисторах 2 и 3 на входе интегрирующего фильтра 11 появляются импульсы напряжения с удвоенной частотой задающего генератора, П;рлярность которьпс совпадает с полярностью входного напряжения при входном напряжении ниже номинального и противоположна ей,когда входное напряжение превьшает номинальное. При одновременно закрытых транзисторах 2 и 3 напряжение на входе интегрирующего фильтра 11 равно входному напряжению, а ток нагрузки одновременно протекает через диоды 7 и 8, транзисторы 9 и 10 и обе части полуобмоток трансформатора 6, в результате чего в это время ток через эти элементы уменьшается вдвое Напряжение на выходе стабилизатора равно сумме входного напряжения и постоянной составляющей импульсов напряжения на обмотках трансформатора 6, величина и знак которой зависит от сдвига фаз между импульсами задающего 14 и ведомого 16 генераторов. Высокочастотные составляющие этих импульсов отфильтровываются дросселем 12 и конденсатором 13,Стабилизация осуществляется автоматически регулируемым фазосдвигающим блоком 15, который сравнивает выходное напряжение с опорным, и в зависимости от разности этих напряжений сдвигает импульсы ведомого генератора 16 относительно импульсов задающего генератора.

При входном напряжении ниже номинального фаза импульсов ведомого генератора такая, что передний фронт импульсов с его прямого выхода появ

дающего генератора 14 нулевой логический уровень, поэтому переключаются триггеры 25 и 27, а на выходах триггеров 26 и 28 постоянно нулевой логический уровень, так как передние фронты, импульсов, поступающих на их динамические входы, и по которым эти триггера могут переключаться,приходя когда на их входах обнуления единичный логический уровень, исключающий возможность переключения этих триг- ;геров.

В начале первого полупериода с появлением переднего фронта импульса с прямого выхода ведомого генератора 16 на выходе триггера 25 появляется единичный логический уровень, а на первичной обмотке трансформатора 22 ненулевое напряжение. Поэтому открыты транзистор 3, базовый ток которо- го задается резистором 29, диод 7-и транз.истор 9, базовый ток которого протекает с выхода выпрямителя 18 через две параллельные ветви: резистор

o

19 и резистор 20, вторичная обмотка трансформатора 22 и резистор 21. За счет действия натяжения, снижаемого с вторичной обмотки трансформатора 22, переход база - эмиттер транзистора 10 смещен в обратном направлении. Поэтому транзистор 10 закрыт, а ток, протекающий через резистор 20, полностью ответвляется в базу транзистора 9.

При приходе импульса с прямого выхода задающего генератора 14 на вход обнуления триггера 25 транзистор 3 закрывается, а на первичной обмотке 5 транс4)орматора 22 появляется нулевое напряжение и транзистор 10 открывается, так как в его базу начинает про- текать ток с выхода выпрямителя 18 через резистор 20. При этом базовый ток транзистора 9 уменьшается приблизительно вполовину, так как он протекает теперь только по одной ветви с выхода выпрямителя 18 через резистор 19. Резистор 21 необходим для исключения влияния различий напряжений на переходах база - эмиттер транзисторов 9 и 10 в открытом состоянии на работу схемы.

В начале второго полупериода передний фронт с инверсного выхода генератора 16 появляется, когда на инверсном выходе задающего генератора 1, подключенного к входу обнуления триггера 27, нулевой логический уровень, поэтому на выходе триггера появляет0

5

0

5

ся напряжение логической 1, откры0

5

0

вающее транзистор 2 двухтактного инвертора 1. При этом транзистор 3 закрыт, а на вторичной обмотке 22 появляется ненулевое напряжение, закрывающее транзистор 9. Поэтому ток базы транзистора 10 увеличичается приблизительно вдвое, так как он протекает с выхода выпрями;геля 18 по 5 двум ветвям: резистор 20 и резистор 19, вторичная обмотка трансформатора 22 и резистор 21.

При приходе импульса с инверсного выхода задающего генератора на вход обнуления триггера 27 и на его выходе появляется нулевой логический уровень и транзистор 2 закрывается. . На обмотке трансформатора 22 появляется нулевое напряжение, поэтому током, протекающим с выхода выпрямителя 18 через резисторы 19 и 20, открыты транзисторы 9 и 10.

При входном напряжении большем, чем номинсшьное, за счет соответст вующего сдвига фаз между импульсами задающего 14 и ведомого 16 генераторов на выходе триггеров 25 и 27 нулевые логические уровни (так как передние фронты, поступающие на их дина- мические входы приходят во время, когда на их входах обнуления единич- ньй логический уровень) , а. попеременно переключаются триггеры 26 и 28. Причем на выходе триггера 26 устанав- ливается единичный логический уровень при приходе переднего фронта импульса с прямого выхода задающего генератора, а нулевой логический уровень - при приходе импульса с прямого вы- хода ведомого генератора. Аналогичные уровни устанавливаются на выходе триггера 28 при приходе прямых фронтов с инверснь1х выходов этих генераторов. В остальном работа стабилизато- ра аналогична предыдущему случаю. Но поскольку фаза импульсов на обмотке трансформатора 22 меняется на противоположную относительно импульсов на базах транзисторов 2 и 3, осуществля- ется требуемйш закон переключения транзисторов 2, 3 и 9, 10.

Таким образом, меняя сдвиг фаз между импульсами задающего 14 и ведомого 16 генераторов, обеспечивают

требуемый закон переключения транзисторов 2, 3 и 9, 10, получая на выходе постоянное напряжение.

Задающий 14 и ведомый 16 генераторы работают следующим образом. Импульсы с выхода высокочастотного генератора 39, частота которых: много вьше частоты задающего генератора 14, поступают на счетные входы двоичных счетчиков 37 и 38, выходы старших разрядов являются выходами генераторов 14 и 16. Такое построение схем генераторов обеспечивает одинаковую частоту задающего 14 и ведомого 16 генераторов при одинаковой скважности импульсов равной двум

Регулируемый фазосдвигающий блок 15 работает следующим образом.Задний фронт импульса с выхода задающего генератора 14, переходя через дифферен цирующую цепочку 34, запускает одно- вибратор 33 с регулируемой длительностью импульса. Поэтому импульс с инверсного выхода одновибратора,поступая через дифферендирующую цепочку 35 на вход обнуления счетчика 38, обнуляет его, таким образом, осуществляя сдвиг его импульсов относительно импульсов задающего генерато

ра 14 на время импульса одновибрато- ра, которое регулируется автоматически схемой 36 сравнения. Напряжение на выходе схемы сравнения линейно зависит от разности опорного напряжения и напряжения, поступающего на ее вход, соединеннный с выходом ста- билизатора.

Формула изобретения

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий двухтактный инвертор, входом подключенный к входным клеммам и включающий в себя два транзистора, .шунтированных диодами, и автотрансформатор с двумя полуобмотками, каждая из которых имеет отвод, подсоединенньш через управляемый ключ к первому входному выводу интегрирующего фильтра, второй входной вывод которого соединен с одной из входных клемм, а выходные выводы подключены к выходным клеммам,последовательно соединенные задающий генератор и регулируемый фазосдвигающий блок, управляющий вход которого соединен с выходными клеммами, и ведомый генератор, входом синхронизации

подсоединенный к выходу фазосдвигаю- щего блока, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД и надежности, в него введены два трансформатора, два формирователя импульсов, выпрямитель и три резистора, а управляемые ключи выполнены на последовательно соединенных диоде и транзисторе, причем выходы формирователей импульсов подключены к управляющим выводам транзисторов двухтактного инвертора, входы первого формирователя импульсов подключены к прямым, а входы второго формирователя - к инверсным выходам соответственно задающего

и ведомого генераторов, первичная обмотка первого трансформатора подключена к прямому и инверсному выходам задающего генератора, а его вторичная обмотка через выпрямитель, первый и второй резисторы подключена к эмиттерным переходам транзисторов управляемых ключей, базы которых соединены через последовательно включенные третий резистор и вторичную обмотку второго трансформатора, первичная обмотка которого включена между прямыми выходами задающего и ведомого генераторов, при этом каждый формирователь импульсов содержит по два триг712886728

гера, выходы которых подключены через второго триггера, входящего в этот резисторы к выходу формирователя им- блок, причем динамические входы триг- -пульсов, а динамический вход каждого геров подключены к входам формирова- триггера соединен с входом обнуления телей импульсов.

Изобретение относится к вторичным источникам питания радиоаппаратуры. Целью изобретения является повышение КПД и надежности импуль.сно- го стабилизатора постоянного напряжения. При входном напряжении ниже номинального фаза импульсов ведомого генератора 16 такова, что переклю чаются триггеры 25 и 27, а на выходах триггеров 26 и 28 - нулевой логический уровень. При повышении напряжения выше номинального сдвиг фаз между импульсами задающего 14 и ведомого 16 генераторов таков, что на выходе-триггеров 25 и 27 - нулевой логический уровень, а переключаются триггеры 26 и . 28. При этом в обоих случаях обеспечивается требуемый закон переключения транзисторов 2, 3, 9 и .10, и на выходе получается постоянное стабилизированное напряжение. 3 ил. Q (/) С