Стабилизирующий источник напряжения постоянного тока Советский патент 1987 года по МПК G05F1/565 

1

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при реализации вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры с широким диапазоном изменения нагрузочного тока.

Цель изобретения - повьшение КПД„ На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого стабилизиру- ющего источника напряжения постоянного тока; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема используемых формирователя сигнала подгрузки и подгрузочного ключа; на фиг, 3 - вре- менные диаграммы сигналов, иллюстрирующие работу данного формирователя.

Устройство содержит силовой канал с последовательно включенными выпрямителем 1 (фиг. 1) сетевого напряже- ния, сглаживающим фильтром 2 низкой частоты, регулирующим органом импульсного типа - регулируемым преобразователем 3, высокочастотным выпрямителем 4 и сглаживающим высокочастотным фильтром 5. В состав устройства входят также узел 6 обратной связи с непоказанными на схеме последо- ватеитьно включенными измерительным

элементом и широтно-импульсным моду- лятором,, подгрузочный ключ 7 и формирователь 8 сигнала подгрузки. Позициями 9 и 10 на схеме обозначены входные выводы силового канала, предназначенные для подключения первичного источника питания, а позициями 11 и 12 - выходные выводы, предназначенные для подключения нагрузки. Вход выпрямителя 1 сетевого напряжения соединен с выводами 9 и 10, а выход сглаживаю- щего высокочастотного фильтра 5 - с выводами 11 и 12. Вход узла 6 обратной связи (вход измерительного элемента) подключен к выводам 11 и 12, а выход (выход широтно-импульсного модулятора) - к управляющему входу регулирующего органа - регулируемого преобразователя 3 и входу формирователя 8 сигнала подгрузки. Подгрузочный ключ 7 включен между выводами 11 и 12 и соединен управляющим вхдом с выходом формирователя 8 сигнала подгрузки. Последний выполнен в виде вре- мяимпульсного реле и содержит транзисторы 13 и 14 (фиг о 2), компаратор 15, резисторы 16-27 и конденсаторы 28 и 29. Подгрузочный ключ 7 включает в свой состав транзисторы 30 и 31 и резистор 32 подгрузки.

312

Стабилизируюнщй источник напряжения постоянного тока работает следующим образом.

Сетевое переменное напряжение выпрямляется выпрямителем 1, сглаживается фильтром 2 и преобразуется регулируемым преобразователем 3 в переменное напряжения прямоугольной формы высокой частоты, которое затем выпрямляется выпрямителем 4 и сглаживается фильтром 5. Сглаженное выходное напряжение в узле 6 обратной связи сравнивается с эталонным напряжением, их разн9сть усиливается и модулируется в виде прямоугольных управляющих импульсов, которые действуют на регулируемый преобразователь 3 таким образом, чтобы выходное напряжение источника оставалось постоянным.

В силу того, что силовые транзисторы регулируемого преобразователя 3 имеют значительное время выключения - порядка 10 МКС, длительность импульсов управления регулируемым преобразователем оказывается меньше длительности импульсов на его выходе на время выключения силовых транзисторов. Поэтому при уменьшении тока нагрузки, которое вызывает уменьшени длительности управляющих импульсов, наступает такой момент, когда управлющие импульсы згменьшаются до предельной минимальной длительности, определяемой конечным быстродействием элеме нтов, после чего регулируемый преобразователь 3 становится неуправляемым, самовозбуждается либо, самопроизвольно выключается. Подобные режимы могут иметь самые нежелательные последствия как для нагрузки,так и для с амо.го источника. Между тем современная радиоэлектронная аппаратура не исключает возможности работы .при минимальном токе потребления, близком к режиму холостого хода.

В предлагаемом устройстве модулированные по длительности прямоугольные управляющие импульсы U с выхода узла 6 обратной связи поступают также на-вход формирователя 8 сигнала подгрузки. При достижении управляющими импульсами Lfe. заданной минимальной длительности (вследствие увеличения сопротивления нагрузки) формирователь 8 открывает подгрузочный ключ 7, который фиксирует минимальный ток в выходной цепи преобрааователя 3 на

31

заданном уровне. При увеличении тока нагрузки увеличивается длительность управляюпщх импульсов U и формирователь 8 закрывает ключ 7. Длительност управляющих импульсов, при которой происходит.закрывание ключа 7, больше длительности, при которой происходит его открывание. Таким образом, формирователь 8 сигнала подгрузки и подгрузочный ключ 7 обеспечивают устойчивую работу источника при полном отключении нагрузки, т,е, в режиме холостого хода,

В-предлагаемом источнике формирователь 8 сигнала подгрузки выполнен в виде времяимпульсного реле. На его вход поступают импульсы управления и (фиг. За) длительностью, например 4t , с выхода узла 6 обратной связи (с выхода широтно-импульсного модулятора, входяп;его в состав узла 6) и открывает транзистор 13, который за время действия импульса U разряжает конденсатор 28, заряжаемый через резистор 17, Полученное пилообразное напряжение (фиг, Зб) сглаживается RC- фильтром 18 и 29 и через делитель 19 20 поступает на неинвертирующий вход компаратора 15, На инвертирующем вхо- де компаратора 15 делителем 21, 23 устанавливается необходимый пороговый уровень напряжения. Резистор 24 создает цепь положительной обратной связи для обеспечения гистерезиса переключения компаратора 15 Выходной сигнал компаратора 15 -через делитель 25, 26 напряжения управляет транзистором 14 j4epe3 который управление передается далее на транзисторы 31 и 30 подгрузочного ключа 7.

При уменьшении длительности импульсов Us (фиг, Зв) транзистор 13 не успевает полностью разрядить кон- денсатор 28 и уровень пилообразного напряжения смещается вверх (фиг,3г При некотором заданном значении At (фиг, Зд) напряжение на конденсаторе 28 и, следовательно, напряжение на неинвертирующем входе компаратора 15 превышает уровень Ucpo/, установленный делителем 21, 23 на инвертирующем входе (на фиг, 3 уровень показан приведенным к входу делите- ля 18, 19 напряжения), и на выходе компаратора 15 появляется высокий уровень напряжения, открывающий транзистор 14 и подгрузочный ключ 7,

5

4

5

131

подключающий резистор 32 подгрузки к выходным выводам 11 и 12 источника. Возврат компаратора 15 в исходное состояние с низким выходным потенциалом происходит при длительности импульса большей, чем длительность срабатывания, за счет действия положительной обратной связи на резисторе 24, т,е, л cM( Такой гистерезис необходим для устранения возникновения самовозбуждения в устройстве при медленном переходе длительности импульсов управления через пороговую величину.

Ввиду того, что резистор 32 подгрузки подключается к выходу источника только в режиме малых токов, дополнительные потери мощности в номинальном режиме работы устройства отсутствуют. Соответствующей настройкой формирователя 8 сигнала подгрузки можно установить любую пороговую длительность импульсов IJg управле- ,ния, т,е, фактически задать любой минимальный ток нагрузки, обеспечивающий надежную работу источника на холостом ходу,

В связи с тем, что в данном случае Необходимая подгрузка осуществляется без использования специального датчика тока, включаемого в известных устройствах в силовую цепь с рассеиванием существенной мощности, КПД предлагаемого источника имеет повышенное значение.

Формула изобретения

1, Стабилизируюшлй источник напряжения постоянного тока, содержащий силовой канал с регулируемым органом импульсного типа, входными и выходными выводами, предназначенными для подключения соответственно первичного источника питания и нагрузки, узел обратной связи с последовательно включенными измерительным зленентом и широтно-импульсным модулятором, вход первого из которых подключен к выходным выводам силового канала, а выход второго - к управляющему входу регулирующего органа, подгрузочный ключ, включенный между выходными выводами силового канала и соединенный управляющим входом с выходом формирователя сигнала подгрузки, отличающийся тем, что, с целью

1334131 .

повышения Кпд, вход формирователя 2. Источник по п. 1, о т л и ч а- сигнала подгрузки соединен с выходом ю щ и и с я тем, что формирователь широтно-импульсного модулятора узла сигнала подгрузки выполнен в виде

обратной связи. 0%

времяимпульсного реле,

f

+ UnUfTJ

IB

2й

-c&

времяимпульсного реле,

f

+ UnUfTJ

11

фиг, 2

(Риг. 3

Редактор Е.Копча

Составитель Л.Морозов Техред И,Попович

Заказ 3962/45

Тираж 863Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

Корректор Л.Пилипенко

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - повышение КПД. Силовой канал содержит регулирзлощий орган 3 импульсного типа, управляемый узлом 6 обратной связи с последовательно включенными из- 3 о ю омерительным элементом и широтно-им- пульсным модулятором. При сбросе нагрузки, когда требуемая длительность открытого состояния силовых транзисторов регулирующего органа 3 становится соизмеримой с временем их выключения, во избежание потери управляемости и самовозбуждения регулирующего органа 3 с помощью формирователя 8 сигнала подгрузки к выходным выводам И, 12 подключается подгрузочный ключ 7. При этом минимальный ток в выходной цепи источника фиксируется на заданном уровне. Формирование сигнала подгрузки в данном устройстве определяется не за счет датчика тока, .потребляющего обычно существенную мощ- SS ность, а путем анализа длительности открытого состояния силовых транзисторов. Формирователь 8 выполнен при этом в виде времяимпульсного реле, 1 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л Г 11 12 00 00 4 САЭ Ф4/е. /