Импульсный стабилизатор переменного напряжения Советский патент 1987 года по МПК G05F1/20 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам регулирования электрических величин и может быть использовано, например, для питания радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения - увеличение КПД стабилизатора.

На фиг. 1 представлена схема им-- пульсного стабилизатора переменного напряжения; на фиг. 2 - схема широт- но-импульсного модулятора с подключенным к ней блоком сравнения.

Стабилизатор содержит дроссель 1 с двумя обмотками 1,1 и 1.2, ключевые элементы 2-4, конденсатор 5,блок 6 сравнения, широтно-импульсный моду лятор 7. Нагрузка 8 подключена к выходным вьтодам,

Широтно-импульсньш модулятор 7 (фиг.2) содержит последовательно соединенные генератор 9, дифференцирующую цепочку 10, одновибратор 11 с регулируемой длительностью импуль- са, логические ячейки И 12,13 и ИС- КЛ10ЧА101 ЕЕ ИЛИ 14 с гальванически развязанными (например, с помощью оптро нов) выходами, являющиеся соответственно первым, вторым и третьим вы- ходами широтно-импульсного модулятора. Входы логических схем И 12 и 13 соединены соответственно с прямыми и инверсными выходами генератора 9 и одновибратора 11, а входы логической схемы 14 подключены к прямому выходу генератора и инверсному выходу одновибратора 11, управляющий вхо которого является входом широтно-импульсного модулятора 7. Блок сравне- НИН 6 содержит датчик 15 амплитуды выходного напряжения и регулируемый источник 16 напряжения (например, дифференциальньй усилитель, один из входов которого соединен с опорным напряжением, а второй - с выходом

датчика 15). I

Первые разноименные выводы обмоток 1.1 и 1.2 дросселя 1 подключены к общей щине соответственно через первьш 2 и второй 4 ключевые элементы и соединены мелсду собой через третий ключевой элемент 3, вторые выводы этих обмоток подключены соответственно к входному и выходному выводам стабилизатора, К выходу стабилизатора подключен конденсатор 5 и вход блока 6 сравнения, выход которого соединен с входом широтно-им

5 о

0 5

5

162

нульсного модулятора, первый, второй- и третий выходы которого подключены соответственно к управляющим входам первого 2, второго 4 и третьего 3 ключевых элементов. Ключевые элементы 2-4 выполнены двухполярными, например транзистор, включенный в диагональ диодного выпрямительного моста.

Стабилизатор работает следующим образом.

Частота переключения ключевых . элементов во много раз превышает частоту сети, причем при напряжении сети выше номинального ключевой элемент 2 всегда закрыт.

При этом блок 6 сравнения и щирот- но-импульсный модулятор 7 обеспечивает попеременное открьшание ключе- вых элементов 3 и 4.

В момент открытого состояния ключевого элемента 3 дроссель 1 и конденсатор 5 накапливают энергию. При закрывании ключевого элемента 3 открывается ключевой элемент 4 и дроссель 1 через обмотку 1.2 разряжается на нагрузку 8. Следовательно, в момент паузы напряжение на нагрузке поддерживается за счет энергии, запасенной в конденсаторе 5 и дросселе 1.

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

Амплитуда выходного напряжения определяется скважностью работы ключевого элемента 4. В режиме стабилизации длительность импульсов тока через ключевой элемент 4 регулируется автоматически блоком 6 сравнения и широтно-импульсным модулятором 7, поддерживая на нагрузке 8 напряжение с постоянной амплитудой.

При надряжении сети меньше номинального блок 6 сравнения, воздействуя на широтно-импульсньй модулятор 7, обеспечивает попеременное открывание ключевых элементов 2 и 3 и закрытое состояние ключевого элемента 4. При открытом ключевом элементе 2 происходит накопление энергии в обмотке 1.1 дросселя 1. При закрывании ключевого элемента 2 широтно-импульсный модулятор 7,обеспечивает открывание ключевого элемента 3 и разряд дросселя 1 в нагрузку 8 и накопление энергии в конденсаторе 5.

При закрывании кл зчевого элемента 3 конденсатор 5 начинает разряжаться

через нагрузку, а дроссель через от- крытьш ключевой элемент 2 и обмотку 1.1 вновь начинает накапливать энергию. В результате этого на выходе стабилизатора появляется напряжение с частотой сети.

Величина этого напряжения определяется скважностью импульсов тока через ключевой элемент 2. Постоянная амплитуда на выходе поддерживается автоматически блоком 6 сравнения и широтно-импульсным модулятором 7, которые регулируют длительность импульсов тока через ключевой элемент

Блок 6 сравнения работает следующим образом.

Напряжение с выхода стабилизатора поступает на вход датчика 15 амплитуды выходного напряжения, а с его вы- хода, пропорциональный амплитуде выходного напряжения, поступает на управляющий вход регулируемого истоЧ- ника 16 напряжения, в котором происходит сравнение величины управляюще- го напряжения с эталонным, а его- выходное напряжение линейно зависит от разности ЭТ1-1Х напряжений (такой источник может быть выполнен, например на микросхеме 142 ЕН 1 Б). Это напря женив поступает на вход широтно-им- пульсного модулятора и управляет его работой.

Широтно-импульсньй модулятор 7 работает следующим образом.

Напряжение с выхода блока 6 сравнения поступает на управляющий вход одновибратора 11 с регулируемой длительностью импульса, запуск которого осуществляется по заднему фронту им- пульса генератора 9 дифференцирующей цепочки 10.При этом,если длительность паузы генератора 9 меньше, чем длительность импульса одновибратора 11, для сигналов, снимаемых с их прямых выходов, происходит перекрытие импульсов генератора и одновибратора, и на выходе логической ячейки И 12, на входы которой подаются сигналы с прямых выходов генератора и одновиб- ратора, периодически появляется напряжение 1. Длительность импульсов напряжения на выходе логической ячейки И 12 равна разности длительностей импульса одновибратора и паузы гене- ратора. На выходе логической ячейки И 13, при таких условиях постоянно поддерживается напряжение О, а на выходе логической ячейки 14 напря116

жение 1 появляется по время паузы на выходе логической ячейки И 12.

Если же длительность паузы генератора больше, чем длительность импульса одновибратора, то напряжение 1 будет периодически появляться на выходе ячейки 13, Длительность импульсов на ее выходе будет равна разности длительностей паузы генератора и импульса одновибратора. При этом на выходе логической ячейки 12 будет постоянно поддерживаться нулевой логический уровень, а логические yiзoвни сигналов на выходе ячейки 14 будут противоположны логическим уровням на выходе ячейки 13.

Таким образом,- меняя длительность импульсов одновибратора 11, можно осуществлять стабилизацию выходного напряжения, сделав уровень 1 напряжением, открывающим ключевые элементы. При этом, если напряжение сети меньше номинального длительность импульса одновибратора больще длительности паузы генератора, и, следовательно, ключевой элемент 4 будет постоянно закрыт, а ключевые элементы 2 и 3 будут периодически переключаться При напряжении сети вьше номиналь- ного длительность импульса одновибратора становится меньше длительности паузы генератора, и в результате этого ключевой элемент 2 будет постоянно закрыт, а ключевые элементы 3 и 4 будут периодически переключаться.

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

Схема позволяет увеличить КПД стабилизатора за счет уменьшения потерь мощности на ключевых элементах и на управление ими. Это объясняется тем, что в любой момент времени в схеме открыт только один ключевой элемент, причем большую часть времени открыт ключевой элемент 3, ток через который не превышает при прочих равных условиях тока через открытые ключевые элементы в известной схеме, в которой одновременно открыты два ключевых . элемента и, следовательно, потери на них больше.

Особенно, наглядно преимущества стабилизатора видны для случая, когда входное напряжение равно номинальному При этом в предлагаемой схеме постоянно открыт ключевой элемент 3, че1

рез который протекает ток нагрузки, в отличие от известной схемы, где ток нагрузки протекает через два открытых элемента, и, следовательно, потери мощности на них и на управле- ние ими вдвое больше.

Формула изобретения

Импульсный стабилизатор перемен- ного напряжения, содержащий дроссель конденсатор, подключенный к выходным выводам, блок сравнения, подключенньй входом к конденсатору, а выходом - к входу широтно-импульсного модулятора состоящего из генератора, прямой вхо которого через дифференцирующую цепочку соединен с запускающим входом одновибратора, управляющий вход которого подключен к входу широтно-импульсного модулятора, двух ячеек И, входы первой из которых соединены с прямыми, входы второй - с инверсными выходами генератора и одновибратора, а выходы подключены соответственно

Q 5 5

0

к первому и второму выходам широтно- импульсного модулятора и три ключевых элемента, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД стабилизатора, дроссель выполнен с,двумя обмотками, первые разноименные выводы первой и второй обмоток которого подключены к общей шине соответственно через первый и второй ключевые элементы и соединены между собой через третий ключевой элемент, а вторые выводы этих обмоток подключены соответственно к входному и выходному выводам стабилизатора, в широтно-им- пульсный модулятор введена ячейка ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы которой соединены с прямь м ВЫХОДОМ генератора и инверсным выходом одновибратора, а выход - с третьим выходом широтно- импульсного модулятора, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к управляющим входам первого, второго и третьего ключевых элементов.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - увеличение КПД стабилизатора. При напряжении сети вьше номинального длительность импульса одновибратора 11 меньше длительности паузы генератора 9 и в результате этого на выходе ячейки И 12 поддерживается нулевой логический уровень (ключ 2 закрыт), логические уровни сигналов на выходе ячейки ЗАПРЕ1ЦА10ЩЕЕ ИЛИ 14 противоположны логическим уровням на выходе ячейки И 13 (ключевые элементы 3 и 4 периодически переключаются). При напряжении сети ниже номинального длительность импульса одновибратора 11 больше длительности паузы генератора 9, и, следовательно, ключевой элемент 4 постоянно закрыт, а ключевые элементы 2 и 3 периодически переключаются. Стабилизация напряжения осуществляется автоматически изменением соотношения между длительностью импульса одновибратора 11 и паузы генератора 9 широтно-импульсного модулятора 7. Схема позволяет повысить КП,Т стабилизатора за счет уменьшения потерь мощности на ключевых элементах и на управление ими, поскольку в любой момент времени открыт только один ключевой элемент. 2 ил. S 9 (Л с г а

11

Редактор М. Товтин

Составитель А. Волкова Техред М.Дидык

Заказ 3961/44Тираж 863

БНИРШИ Государственного комитета СССР

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

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

фиг.Г

Корректор В. Бутяга

Подписное