Импульсный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1988 года по МПК G05F1/56 

со

О

со

СП

«ил /

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках питания радиоэлектронной аппаратуры.

Целью изобретения является повышение функциональной надежности путем обеспечения надежного запуска,

На фиг.1 изображена схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения; на фиг.2 - схема одновибрато- ра; на фиг.З - схема модулятора; на фиг.4 - эпюры напряжения, поясняющие работу устройства.

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения фиг.I содержит регулирующие транзисторы J и 2, трансформаторы 3 и 4, четыре диода 5, б, 7 и 8, включенные по мостовой схеме, DLC-фильтр 9, широтно-импульсный модулятор JO, одновибратор 1, задающий генератор 12 напряжения прямоугольной формы, к выходу которого подключена обмотка 13 трансформатора 3, обмотка 14 которого подключена к синхронизирующему входу широтно-им- пульсного модулятора 10, а обмотка 15 подключена через последовательно соединенную обмотку 16 трансформато- ра 4 к диагонали переменного тока I диодного моста на диодах 5, 6, 7 и 8 ; минусовый вывод диагонали постоянно- i го тока которого соединен с общей шн |ной. Обмотки 17 и 18 трансформатора 4 подключены соответственно к эмит- терным переходам регулирующих транзисторов 1 и 2, коллекторы которых через обмотки 19 и 20 трансформатора 4 подключены к входу стабилизатора. Общая точка эмиттеров регулирующих транзисторов I и 2 подключена к входу DLC-фильтра 9, выход которого подключен к выходной клемме стабилизатора и входу широтно-импульсного модулятора 10, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход - с входом одновибратора 11, выводами питания подключенного к выходной клемме стабилизатора и общей шине. Кроме того, стабилизатор содержит резистор 21, транзистор 22 и диод 23, катод которого подключен к выходной клемме стабилизатора, анод - к общей точке Соединения коллектора транзистора 22 И положительного вывода диагонали постоянного тока диодного моста, минусовый вывод которой соединен с . Эмиттером транзистора 22, а его база

5

0

5

0

5

0

5

0

5

через резистор 21 подключена к выходу одновибратора 1I.

Одновибратор 11 (фиг.2) содержит компаратор 24, резисторы 25-29, диоды 30 и 31 и конденсаторы 32 и 33.

Широтно-импульсный модулятор 10 (фиг.З). содержит операционный усилитель 34, генератор пилообразного напряжения на резисторах 35 и 36, диодах 37-40, конденсаторе 41, линейный делитель напряжения на резисторах 42 и 43, нелинейный делитель напряжения на резисторе 44 и стабилитроне 45. .

ВЬС-фильтр 9 представляет собой последовательно соединенные дроссель и конденсатор, параллельно которым включен диод.

Импульсный стабилизатор постоян- . ного напряжения работает следующим образом.

Широтно-импульсный модулятор 10 обеспечивает на выходе напряжение низкого уровня, а при достижении напряжения заданного уровня на своем входе формирует импульс высокого уровня в начале каждого полупериода напряжения, поступающего с обмотки 14, причем длительность импульсов увеличивается при дальнейщем увеличении напряжения на входе ШМ.

Одновибратор 11 формирует напряжение высокого уровня на своем выходе при нулевом напряжении на выходе ШИМ, а при появлении первого короткого импульса с ШИМ 10 формирует напряжение низкого уровня, причем в момент окончания каждого импульса на выходе НИМ 10 на выходе одновибратора 11 формируется короткий импульс .высокого уровня, длительность которого уже не зависит от длительности выходного импульс а с ШИМ 10.

При подаче напряжения на вход стабилизатора и задающего генератора 12 на обмотке 13 трансформатора 3 появ- . ляется переменное напряжение формы меандр, которое трансформируется в обмотки 14 и 13. При этом на выходе стабилизатора, а также на выходах ИММ 10 и одновибратора 11 напряжение равно нулю. Транзистор 22 закрыт и диагональ постоянного тока диодного моста через диод 23 и выход стабилизатора закорочена. Переменное напряжение с 00МОТКИ 15 поступает на обмотку 16 трансформатора 4 и, транс- формируясь в обмотки 17 и 18, пооче314

редко открывает транзисторы 1 и 2. Включение последовательно с коллекторами этих транзисторов обмоток I9 и 20 обеспечивает пропорциональное то- ковое управление, т.е. при включении транзисторов роль первичных обмоток вьтолняют обмотки 19 и 20 и энергия для управления транзисторами и 2 поступает из коллекторной цепи с по- мощью этих обмоток. Задающий генератор 12 не отдает ток в это время, так как на обмотке 16 индуцируется напряжение, направленное навстречу напряжению обмотки 15 трансформато- ра 3.

Переключение транзисторов } и 2 происходит в момент смены полярности на обмотке 15, при этом ее напряжение прикладывается к обмотке 16 и происходит активное запирание открытого в данный момент регулирующего транзистора и отпирание после этого другого.

Поочередное открытие транзисторов приводит к росту выходного напряжения стабилизатора, которое одновременно запитывает схему одновибратора J). При достижении напряжением значе

увеличении выходного напряжения стабилизатора ширина импульсов упелкгги- вается, а следовательно, и изменяется момент времени появления короткого положительного импульса на выходе одновибратора 11 и кратковременного открытия транзистора 22,

То, что в начале каждого полупериода на выходе одновибратора I1 нап ряжение равно нулю, обеспечивает запертое состояние транзистора 22. При этом напряжение на обмот.ке 15 трансформатора 3 компенсир5 ется через от- крытьгй диод 23 напряжением на выходе стабилизатора и к обмотке 16 трансформатора 4 прикладывается разность этих напряжений, равная нулю. Вследствие, этого в начале каждого полупериода транзисторы 1 и 2 закрываются.

Б момент окончания импульса на выходе ШИМ 10 на выходе одновибратора М формируется короткий положительный импульс, отпирающий транзистор 22, при этом к обмотке 16 прикладывается напряжение с трансформатора 3 и включается в зависимости от полярности напряжение на обмотке 15 транзистор 1 или 2, после чего откры-

Изобретение относится к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Целью изобретения является повьппение функциональной надежности путем обеспечения надежного запуска. Двухтактный магнитно-транзисторный ключ, выполненный на силовых транзисторах 1 и 2 и трансформаторе тока 4, включен мезвду входной клеммой и входом DLC- фильтра 9. Управление упомянутого ключа осуществляется от задающего генератора 12. Обмотка 15 трансформатора 3 задающего генератора 12 через диагональ переменного тока на диодах 5, 6, 7 и 8 включена последовательно с обмоткой 16 трансформатора тока 4. Диагональ постоянного тока диодного моста на диодах 5, 6, 7 и 8 шунтируется .транзистором 22, управляющий сигнал которого формируется одновиб- ратором 11 по сигналу широтно-им-. пульсного модулятора 10. При включении диагональ постоянного тока диодного моста шунтируется через диод 23 и сопротивление нагрузки, что обеспечивает надежный запуск импульсного - стабилизатора. 4 ид. с S (/)

ния минимально необходимого для рабо- зо тое состояние транзисторов 1 или 2

ты одновибратора (обычно это составляет для операционных усилителей 10- 20% от номинального напряжения), на его выходе формируется напряжение высокого уровня (см. ниже описание работы одновибратора Н). Открывается транзистор 22, диод 23 закрывается и переменное напряжение с обмотки J 5 через диодный мост теперь прикладывается к обмотке трансформатора 4 через открытый транзистор 22. Выходное напряжение продолжает увеличиваться. Та- ким образом в отличие от прототипа обеспечивается надежный запуск предлагаемого импульсного стабилизатора напряжения.

При достижении выходным напряжением стабилизатора заданного уровня на выходе ШИМ 10 появляются узкие импульсы высокого уровня в начале каждого полупериода (фиг.4). При появлении первого такого импульса на выходе одновибратора 11 формируется напряжение низкого уровня и транзистор 22 закрывается, после чего на выходе одновибратора 11 появляются короткие импульсы высокого уровня в момент окончания положительного импульса на выходе ШИМ 10, причем при дальнейшем

5

0

5

0

5

поддерживается током, трансформирующимся из соответствующей коллекторной обмотки 19 или 20. При этом как и в момент запуска сохраняется кий КПД и малая мощность потребления от схемы управления.

Подключение . б токового, трансформатора 4 к обмотке 15 задаю-, щего генератора 12 через транзистор 22 в моменты включения регулирующих транзисторов в отличие от прототипа, в котором это подключение осуществляется выходными цепями компаратора и одновибратора, значительно повьшает выходную мощность всего стабилизатора напряжения.

ШИМ 10 и одновибратор 11 работают следующим образом (фиг,2,3 и 4).

При напряжении на входе ШИМ 1 О меньше заданного уровня, определяемого напряжением стабилизации стабилитрона 45, делителем на резисторах 42 и 43 и напряжением генератора пилы, вьщеляемым на резисторе 35, на выходе ШИМ имеется напряжение низкого уровня, по значению близкое к потенциалу общей шины. Резистор 29 одновибратора 1I через диод 30 пони- жает потенциал инвертирующего входа

«.омггаратора 24, что приводит к формированию на выходе компаратора напряжения высокого уровня.

При достижении напряжением на входе IDiM 10 заданного уровня на выходе ШМ 10 в начале каждого полупериода (частота определяется прямоугольным напряжением обмотки 14) формируются узкие импульсы высокого уровня. При дальнейшем увеличении напряжения на входе ШИМ (выходного напряжения стабилизатора) ширина импульсов увеличивается.

При появлении на входе одновибра- тора первого положительного импульса с выхода НИМ 10 конденсатор 33 одно- вибратора }1 заяржается до высокого уровня через диод 31, диод 30 закрывается и потенциал инвертирующего входа компаратора 24 становится выйе напряжения на своем неинвертирующем входе, что достигается, выбором номиналов резисторов 25, 26 и 27, 28. Постоянная времени разряда ковдекся - тора 33 такова, что при напичии импульсов на выходе ШИМ диод 30 постоянно закрыт. Во время переднего фронта импульса ШИМ Ю к инвертирующему .входу компаратора при1 ладывается че- рез конденсатор 32 высокий уровень напряжения, который подтверждает состояние компаратора 24. По окончании импульса с ШИМ 10 напряжение конден™ сатрра 32 через выходную цепь компаратора 24 ШИМ 10 прикладьтается к резистору 28, понижая на время свов го перезаряда потенциал инвертирующего входа компаратора 24 и формируя на это время на выходе одновибратора 1I короткий импульс (длительность импульса задается величиной емкости конденсатора 32).

Формула изобретения

Импульсный стабилизатор постоянно го напряжения, содержащий первый и

5 0 5 О 0

5

5

второй регулирующие транзисторы,, первый и второй трансформаторы, четыре диода, включенных по мостовой схеме, ВЬС-фильтр, широтно-импульсный модулятор, задающий генератор напряжения прямоугольной формы, к выходу которого подключена первая обмотка первого трансформатора, вторая обмотка которого подключена к синхронизирующему входу щиротно-импульсного модулятора, третья обмотка первого трансформатора подключена через последовательно соединенную первую обмотку второго трансформатора к диагонали переменного тока диодного моста, минусовый вывод диагонали постоянного тока которого соединен с общей шиной, вторая и третья обмотки второго трансформатора подключены к база-эмиттерньтм переходам первого и второго регули- рующих Транзисторов, коллекторы ко- торьпс через четвертую и пятую обмотки второго трансформатора подключены к входньммам, общая точка эмиттеров регулирующих транзисторов подключена к входу DLC-фильтра, выход которого подключён к выходной клемме и первому входу широтно-импульсного модулятора, второй вход которого соединен . с общей шиной, а выход соединен с входом одновибратора, выводами питания подключенного к выходной клемме и общей шине, отличающийся тем, что, с целью повьшения функциональной надежности путем обеспечения надежного запуска, в него введены резистор, транзистор и пятый диод, катод которого подключен к выходной клемме, анод подсоединен к общей точке соединения коллектора транзистора и положительного вывода диагонали постоянного тока диодного моста s минусовьй вывод которой соединен с эмиттером транзистора, а его база через резистор подключена к выходу одновибратора.

/-

25

27

ъ

ihr

г-W

Z9

гб

fr л

фаг. 2

фигЛ