Стабилизирующий источник напряжения постоянного тока Советский патент 1987 года по МПК H02M7/155 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при реализации вторргчного электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения - повышение надежности работы.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого стабилизирующего источника напряжения постоянного тока.

Источник содержит сетевой выпрямитель 1 (с фильтром), регулируемый преобразователь 2 напряжения, выходной выпрямитель 3 (с фильтром), узел 4 защиты с сигнальными 5 и 6 и блокирующим 7 входами, задающий генератор 8, триггер 9, селекторы 10 и 11 импульсов, усилитель 12 сигнала обратной связи, компаратор 13, согласующий усилитель 14, вспомогательный источник 15 напряжения постоянного тока, пороговый узел 16 со стабилитроном 17, резисторами 18-24 и транзисторами 25-27, генератор 28 пилообразного напряжения с времязадающим звеном пуска, состоящим из диода 29, резисторов 30 и 31 и конденсатора 32, стабилизатором тока, состоящим из первого транзистора 33 и резисторов 34 и 35, вторым 36 и третьим 37 транзисторами, диодом 38, резисторами 39-41 и конденсатором 42, стабилизатор 43 напряжения, датчик 44 нагрузочного тока. Источник содержит входные 45 и 46 и выходные 47 и 48 выводы, предназначенные для подключения соответственно первичного источника питания переменного тока и нагрузки, и выводы 49-52 двух управляющих входов регулируемого преобразователя 2 напряжения.

Питающий вход регулируемого преоб- разователя 2 напряжения через сетевой выпрямитель 1 соединен с входными выводами 45 и 46, а выход через выходной выпрямитель 3-е выходными выводами 47 и 48. Вход вспомогательного источника 15 напряжения постоянного тока соединен с входными выводами 45 и 46, а выход - с питающим входом порогового узла 16 и через стабилизатор 43 напряжения с питающим входом генератора 28 пилообразного напряжения. Выход задающего генератора 8 соединен с входом триггера 9 и TaKTOBbJM входом генератора 28 пилообразного напряжения. Первые входы се0

5

5

0

5

0

5

0

5

лекторов 10 и 11 импульсов подключены к соответствующим выходам триггера 9, вторые входы - к выходу компаратора 13, соединенного входом с первым выходом генератора 28 пилообразного напряжения, а выходы - к управляющим входам регулируемого преобразователя 2 напряжения. Вход усилителя 12 сигнала обратной связи подключен к выходным выводам 47 и 48, а выход - к управляющему входу генератора 28 пилообразного напряжения. Сигнальные входы узла 4 защиты соединены с выходами выходного фильтра 3 и датчика 44 нагрузочного тока, а выход через согласующий усилитель 14 - с вторыми входами селекторов 10 и 11 импульсов. Один из выходов порогового узла I6 соединен с блокирую- щим входом согласующего усилителя 14, другой вход - с пусковым входом генератора 28 пилообразного напряжения. Второй выход последнего подключен к блокирующему входу узла 4 защиты.

Пороговый узел 16 выполнен в виде транзисторного усилителя с положительной обратной связью.

В генераторе 28 пилообразного напряжения конденсатор 42, включенный на токовом входе и первом выходе генератора 28, соединен последовательно со стабилизатором тока, выполненным на элементах 33-35.. Базовая цепь транзистора 33 является управляющим входом генератора 28. Эмиттер-коллекторный переход транзистора 36 через резистор 39 в цепи эмиттера и диод 38 в цепи коллектора подключен к выводам стабилизатора тока. База транзистора 37 через резистор 41 соединена с базой транзистора 36, а коллекторная цепь является вторым выходом генератора 28. Времяза- дающее звено (элементы 29-32) пуска включено между базой транзистора 36 и соответствующей обкладкой конденсатора 42 и выполнено с разрядным входом (элементы 31 к 32), являющимся пусковым входом генератора 28.

Источник работает следующим образом.

При включении источника напряжение сети, выпрямленное и сглаженное выпрямителем 1, подается на преобразователь 2, а через вспомогательный источник 15 и стабилизатор 43 - в канал управления. Однако включения преобразователя 2 не происходит до тех

- 1

пор, тюка выходное напряжение вспомо гател1 ного источника 15 не достигает номинальной величины. До этих пор стабилитрон 17 и транзистор 25 порогового узла 16 закрыты, а транзисторы 26 и 27 открыты. При этом транзистор 26 через согласующий усилитель

14блокирует прохождение импульсов управления от задающего генератора 8 на преобразователь 2, а транзистор

27 шунтирует времязадающее звено пуска генератора 28 пилообразного напряжения. Транзисторы 36 и 37 генератора 28 открыты и крутизна пилооб- разного напряжения на конденсаторе 42 максимальна, а на узел защиты через открытый транзистор 37 подается сигнал, имитирующий сигнал с выхода выпрямителя 3. Вследствие этого с выхода компаратора 13 на соответствующие входы селекторов 10 и 11 поступают вычитающие импульсы максимальной длительности.

В компараторе 13 сравнивается опорное напряжение с напряжением пилы. Когда напряжение пилы превосходит напряжение опоры, на выходе компаратора 13 формируется вычитающий импульс, пропорциональный разности этих напряжений. Когда напряжение вспомогательного источника

15напряжения достигает номинальной величины, стабилитрон 17 и транзистор 25 открываются, а транзисторы 26 и 27 закрываются. Через резисторы 22 и 1 9 с коллектора транзистора 26 в базу транзистора 25 подается сигнал обратной связи. Этим сигналом транзистор 25 удерживается в откры- том состоянии при больших пульсациях провалах напряжения в точке срабатывания, чем исключается возможное формирование нескольких сигналов (дребезг порогового блока 16). При этом транзистором 26 снимается сигнал блокировки с селекторов 10 и 11,

но остаются вычитающие импульсы максимальной длительности от компаратора 13. На управляющие входы преобразователя 2 подаются импульсы, длительность которых равна разности длительности импульсов от триггера 9 и компаратора 13. Эта длительность в начальный момент составляет (0,5- 1,5)мкс. По мере заряда конденсатора 32 базовыми токами транзисторов 36 и 37 генератора 28 длительность уп- равлякпцих импульсов на преобразовате

36

ле 2 нарастает, так как с зарядом конденсатора 32 снижается крутизна пилообразного напряжения на конденсаторе 42 и соответственно уменьшается длительность импульса вычитания с компаратора 13. В результате преобразователь 2 начинает переключаться с медленно уменьшающейся скважностью (нарастающей длительностью импульса) до рабочей, определяемой усилителем 12 сигнала обратной связи. Происходит мягкое включение, характеризуемое плавным нарастанием амплитуды тока в преобразователе 2 и отсутствием перерегулирования на выходе выходного вьтрямителя 3. После заряда конденсатор 32 не влияет на установившийся режим работы источника. При воздействии всех дестабилизирующих факторов усилитель 12 сигнала обратной связи изменяет крутизну пилообразного напряжения на выходе генера- тора 28 и соответственно длительность вычитающих импульсов на выходе компаратора 13 так,.что напряжение на выходе выходного выпрямителя 3 остается в заданных пределах точности.

При выключении источника выходное напряжение вспомогательного источника 15 снижается, и, когда стабилитрон 17 и транзистор 25 порогового блока 16 закрываются, открьгоаются транзисторы 26 и 27. При этом транзистор 26 через согласующий усилитель 14 блокирует прохождение управляющих импульсов на преобразователь 2, а через транзистор 27 и резистор 31 разряжается конденсатор 32 время- задающего звена пуска. В результате за время менее 0,3 с источник подготавливается к повторному включению.

Узел 4 защиты обеспечивает защиту нагрузки от повьш1енного напряжения (верхний уровень) и защиту преобразователя 2 при токовой перегрузке и при понижении напряжения (нижний уровень) на выходе (режим короткого замыкания) путем блокировки селекторов 10 и 11 через согласующий усилитель 14. Чтобы преобразователь 2 включился до того, как выходное напряжение возрастет ДО порога срабатывания узла 4 защиты по нижнему уровню, необходимо блокировать прохождение сигнала по входу, контролирующему понижение напряжения. Длительность сигнала блокировки должна быть

равна времени плавного нарастания выходного напряжения. Если длительность сиг нала блокировки больше времени нарастания, не обеспечивается защита преобразователя 2 при включении на короткое замыкание, если это время меньше, узел защиты не дает включиться преобразователю 2. Следовательно, время плавного пуска и время блокировки сигналов зал(иты по нижнему уровню при всех условиях (температура, разброс параметров) должны быть одинаковыми. Это обеспечивается подключением транзисторов 36 и 37 генератора 28 к одному и тому же вре- мязадающему звену. При включении источника пока идет нарастание выходного напряжения (заряд конденсатора 32), транзистор 37 открыт, и на узел 4 защиты подается сигнал, блокирующий срабатывание защиты по нижнему уровню. После окончания заряда конденсатора 32 транзисторы 36 и 37 закрываются. К этому времени выходное напряжение достигает установленной величины, а с входа узла 4 защиты, контролирующего понижение напряжения, снимается сигнал блокировки. При этом входы, контролирующие перегрузку по току и повьщ1ение напряжения, не блокируются. При перегрузке по току и повьшении напряжения узел 4 защиты через согласующий усилитель 14 блокирует прохождение сигналов на селекторы 10 и 11 и преобразователь 2 выключается. При понижении напряжения (короткое замыкание) узел 4 защиты через согласующий усилитель 14 также блокирует прохождение сигналов на селекторы 10 и 11. Эффективность защиты от короткого замыкания заключается в том, что в этом случае выключение преобразователя 2 просиходит до того, как успевает развиться большой ток в выходном вьшрямителе 3 и преобразователе 2, а токовая защита работает при развившемся токе.

Таким образом, предлагаемый стабилизирующий источник характеризуется тем, что в нем исключаются зависимость качества мягкого включения от соотношения параметров конденсаторов и их разброса, а также дребезг порогового блока. В источнике используется лишь одно времязадающее звено для обеспечения мягкого включения задержки начала контроля по нижнему уровню вьтходногс) напряжения узла защиты.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Указанное предопределяет повьш1енную надежность работы стабшшэируюшего источника напряжения.

Формула изобретения

1. Стабилизирующий источник напряжения постоянного тока, содержащий регулируемый преобразователь напряжения, питающий вход которого через сетевой вьшрямитель соединен с входными выводами стабилизирующего источника, предназначенными для подключения первичного источника питания переменного тока, а выход через выходной выпрямитель - с выходными выводами стабилизирующего источника, пред- назначенньми для подключения нагрузки, вспомогательный источник напряжения постоянного тока, вход.которого соединен с входными выводами стабилизирующего источника, пороговый узел и генератор пилообразного напряжения, питающие входы которых подключены к выходной цепи вспомогательного источника напряжения постоянного тока, задающий генератор, вьгход которого соединен с входом триггера и тактовым входом генератора пилообразного напряжения, два селектора импульсов, первые входы которых подключены к соответствующим выходам триггера, вторые входы - к выходу компаратора, соединенного входом с первым выходом генератора пилообразного напряжения, а вькоды - к управляющим входам регулируемого преобразователя напряжения, усилитель сигнала обратной связи, вход которого подключен к выходным выводам стабилизирующего источника, а выход - к управляющему входу генератора пилообразного напряжения, узел защиты, сигнальные входы которого соединены с выходами выходного фильтра и датчика нагрузочного тока, выход через согласующий усилитель - с вторыми входами селекторов импульсов, отличающийся тем, что, с целью повьштения надежности работы, в нем согласующий усилитель и узел защиты выполнены с блокирующими входами, причем один из выходов порогового узла соединен с блокирующим входом согласующего усилителя, другой выход - с пусковым входом генератора пилообразного напряжения, а второй выход последнего подключен к блокирующему входу узла зашиты.

71

2.Стабилизирующий источник по П.1, отлич ающийся тем, что пороговьм узел выполнен в виде транзисторного усилителя с положительной обратной связью.

3.Стабилизирующий источник по П.1, отличающийся тем,

что генератор пилообразного напряже- НИН содержит последовательно соединенные конденсатор, включенный на тактовом входе и первом выходе генератора, и стабилизатор тока с первым транзистором, базовая цепь которого является управляющим входом генератоРедактор И.Горная

Составитель Л.Морозов Техред Л.Олийнык

Заказ 5124/49

Тираж 658Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

368

ра, второй транзистор, эмиттер-коллекторный переход которого через первый резистор в цепи эмиттера и диод в цепи коллектора подключен к выводам стабилизатора тока, третий транзистор, база которого через второй резистор соединена с базой второго транзистора, а коллекторная цепь является вторым выходом генератора, времязадающее звено пуска, включенное между базой второго транзистора и соответствующей обкладкой конденсатора и выполненное с разрядным входом, являющимся пусковым входом генератора.

Корректор М.Максимишинец

Изобретение относится к электро технике, в частности к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - повьппение надежности работы. Силовой канал составляют последовательно включенные сетевой выпрямитель 1, регулируемый преобразователь 2 напряжения и выходной выпрямитель 3. В канал управления входят задаюW че щий генератор 8, триггер 9, селекторы 10, II импульсов, усилитель 12 .сигнала обратной связи, компаратор 13, пороговый узел 16 и генератор 28 пилообразного напряжения. Кроме того, в источнике имеются датчик 44 нагрузочного тока, узел 4 защиты и согласующий усилитель 14. Благодаря реализации блокировки согласующего усилителя 14 и узла 4 защиты сигналами с соответствующих выходов генератора 28 пилообразного напряжения и порогового узла 16, а также воздействия последнего на времязадающее звено пуска генератора 28 исключаются зависимость качества мягкого включения от соотнощения параметров конденса- , торов 42 и 32 и их разброса, а также дребезг порогового узла 16. Одно и то же времязадающее звено используется в данном случае для обеспечения мягкого включения и задержки начала контроля по нижнему уровню выходного напряжения узла защиты. 2з.п.ф-лы, ил, (Л QO 4 ОО О5