Импульсный стабилизатор постоянного разнополярного напряжения Советский патент 1988 года по МПК G05F1/569 

Изобретение относится к электро технике и может быть.использовано в различных электронных устройствах с дифференциальной нагрузкой, требу- ющих два разнополярных источника питания с общей шиной, в частности разрабатываемых с применением интегральных операционных усилителей и некоторых типов микропроцессоров.

Цель изобретения - повышение надежности стабилизатора путем обеспечения защиты от перегрузок по току,

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предла- гаемого стабилизатора.

Стабилизатор содержит первый транзисторный ключ 1, который подключен коллектором к входу первой формирующей цепи 2, состоящей из дросселя 3 и последовательно соединенных диода 4 и накопительного конденсатора 5, который подключен парашлельно выходу первой формирующей цепи 2, Катод ди ода 4 является положительным выходом иктульсного стабилизатора. Вывод дросселя 3 соединен с коллектором первого транзисторного ключа 1, эмиттер которого соединен с общей шиной стабилизатора. Последовательно соединенные перезарядный конденсатор 6 и первый коммутирующий диод 7 подключены параллельно первому транзисторному ключу 1. Катод первого коммутирующего диода 7 соединен с общей шиной стабилизатора, а анод - с катодом диода 8 второй формирующей цепи 9, Анод диода 8 соединен с выходом второй формирующей цепи 9, параллельно которому подключен накопительный конденсатор 10, Второй транзисторный ключ 11 коллектором подключен к входу импульсного стабилизатора, а эмиттером - к входу токоограничивающего дросселя 12 и катоду второго коммутирующего диода 13, анод которого под ключен к аноду первого коммутирующего диода 7. Выход токоограничивающего дросселя 12 соединен с коллекто ром первого транзисторного ключа 1. Входы транзисторных ключей 1 и П соединены с выходами согласующих усилителей 14 и 15, Два источника 56 и 17 опорного напряжения и два чувствительных элемента 18 и 19 включены попарно последовательно и параллельно выходам импульсного стабилизатора Их общие точки подключены к общей шине стабилизатора. Выходы чувствитель

0 5 0 5 0 д

0

ных элементов 18 и 19 и источников 16 и 17 опорного напряжения через соответствующие суммирующие устройства 20 и 21 подключены к входам компараторов 22 и 23 соответственно. Входы генератора 24 подклю.чены к входу импульсного стабилизатора, а выходы- к аноду первого переключающего диода 25, катод которого соединен с катодом второго переключающего диода 26, Анод диода 26 подключен к положительному выходу стабилизатора, Катоды переключающих диодов 25 и 26 соединены с одним из входов управляемого генератора 27, Два его других входа подключены к коллекторам переключа- ющ,их транзисторов 28 и 29, эмиттеры которых соединены с общей шиной стабилизатора. Выходы управляемого генератора 27 подключены к входам соответствующих согласующих устройств 14 и 15. Входы первого 28 и. второго 29 переключающих транзисторов подключены к выходам делителей 30 и 31 напряжения соответственно, включенных между катодами переключающих диодов 25 и 26 и общей шиной стабилизатора. Вход первого переключающего транзистора 28 подключен к выходу компаратора 23, Параллельно входу второго переключаемого транзистора 29 включен коммути- рзлющий транзистор 32, соединенный с общей шиной стабилизатора эмиттером, а входом подключенный к выходу

сумматора 33. Первый вход сумматора 33 соединен с выходом первого компаратора 22, а второй вход через первый ограничительный резистор 34 подключен к коллектору усилительного транзистора 35. Эмиттер усилительного транзистора 35 подключен к входу первой формирующей цепи 2, а база- к входу третьего делителя 36 напряжения, включенного между эмиттером усилительного транзистора 35 и коллектором чувствительного транзистора 37,. Параллельно входу чувствительного транзистора включен защитный диод 38, анод которого соединен с эмиттером чувствительного транзистора 37 и через второй ограничительный резистор 39 подключен к общей точке диода 4 и накопительного конденсатора 5 первой формирующей цепи 2, База чувствительного транзистора 37 соединена с анодом стабилитрона 40, катод которого подключен к коллектору первого транзисторного ключа I,

10

конденсатора 6 и накопительного конденсатора 5 не превышает 1,5-2 В, и схема зашиты от перегрузки и короткого замыкания не срабатывает. Управляемый генератор 27 через согласующие усилители 14 и 15 переключает транзисторные ключи I и II.

Заряд, накопленный на перезарядном конденсаторе 6 при открытом транзисторном ключе I1 и закрытом транзисторном ключе I, в момент открывания транзисторного ключа I и запирания транзисторного ключа I1 через

Импульсный стабилизатор работает следующим образом.

Стабилизация выходных напряжений осуществляется путем импульсного управления транзисторными ключами I и 11, обеспечивающими попеременный заряд накопительных конденсаторов 5 и 10 до уровней стабилизации. Пусть в первый момент транзисторный ключ 1 закрыт, а транзисторный II открыт. Ток от входной сети через открытый транзисторный ключ I1, обмотки первого 12 и второго 3 токоограничивающих дросселей, а также диод 4 первой фор- 15 открытый транзисторный ключ 1, общую мирующей цепи 2 заряжает емкость на- шину, накопительный конденсатор 0 и копительного конденсатора 5 до уров- диод 8 второй формирующей цепи 9 ня стабилизации.Происходит заряд пере- перетекает на обкладки накопительно- зарядного конденсатора 6 через транзисторный ключ 11,токоограничйвающий дроссель 1 2 и первый коммутирующий диод до уровня,на 1,5-2 В превыщающего уровень заряда накопительного конденсатора. Напряжение с накопительного конденсатора 5 в номинальном режиме работы через переключающий диод 26 , подается на управляемый генератор 27„ Во время выхода на номинальный режим работы при включении и во время короткого замыкания по положительному выходу напряжение питания, меньшее выходного на 2-3 В, поступает с выхода генератора 24 через переключающий диод 25. После выхода наноминальный режим работы и в случае исчезновения короткого замыкания по положительному выходу стабилизатора питание управляемого генератора осуществляется от выходного напряжения стабилизатора, а вспомогательное напряже- 40 Это напряжение отпирает коммутирую- ние с выхода генератора отключается, щий транзистор 32, который в свою (дополнительные Нз1ходы генератора 24 очередь, шунтируя вход второго пере- могут быть использованы для органи- ключающего транзистора 29, запирает зации подпитки коллекторов транзисто- его. Управпяющий генератор 27 перево- ,ров согласующих усипителей 14 и 15 45 транзисторный ключ I в открытое для повышения КПД устройства). Во вре- состояние, а транзисторный ключ 1 - мя выхода на номинальный режим рабо- в закрытое. В результате напряжение ты напряжения с выходов первого 30 иа выходе накопительного конденсато и второго 31 делителей напряжения Р Ю также достигает уровня стабипи- открывают первый 28 и второй 29 пере-50 Это напряжение измеряется чув- ключающие транзисторы, которые пред- ствительным элементом 19, сравнива- назначены д.пя принудительного пере- ется с напряжением источника 17 опор- ключения управляемого генератора 27, но го напряжения на входах суммрфую- а генератор 27 обеспечивает при этом щего устройства 21. Происходит сраба- естественное управление транзисторны- 55 тываниё компаратора 23, которьш по- ми ключами 1.и 11 до выхода импульс- дает часть отрицательного напряжения ного стабилизатора в режим стабили- накопительного конденсатора 10 на зацйи выходных напряжений. Разница выход первого делителя 30 напряжения, между уровнями заряда перезарядного соединенного с входом первого перего конденсатора 10, Энергия, накоп-

20 ленная в токоограничивающем дросселе 12, частично обеспечивает подзаряд перезарядного конденсатора 6 через второй коммутирующий диод 13 и накопительного конденсатора 10.

25 Через несколько десятков циклов напряжение на выходе накопительного конденсатора 5 достигает уровня стабилизации. Это напряжение замеряется чувствительным злементом 18, сравни30 вается с напряжением источника 16 опорного напряжения. Разность этих напряжений с выхода суммирующего устройства 20 поступает на вход компаратора 22, усиливается и обеспечи2g вает принудительное переключение

управляемого генератора 27 путем пода чи положительного сигнала с выхода компаратора 22 через сумматор 33 на вход коммутирующего транзистора 32.

0

конденсатора 6 и накопительного конденсатора 5 не превышает 1,5-2 В, и схема зашиты от перегрузки и короткого замыкания не срабатывает. Управляемый генератор 27 через согласующие усилители 14 и 15 переключает транзисторные ключи I и II.

Заряд, накопленный на перезарядном конденсаторе 6 при открытом транзисторном ключе I1 и закрытом транзисторном ключе I, в момент открывания транзисторного ключа I и запирания транзисторного ключа I1 через

5 открытый транзисторный ключ 1, общую шину, накопительный конденсатор 0 и диод 8 второй формирующей цепи 9 перетекает на обкладки накопительно- 0 Это напряжение отпирает коммутирую- щий транзистор 32, который в свою очередь, шунтируя вход второго пере- ключающего транзистора 29, запирает его. Управпяющий генератор 27 перево- 5 транзисторный ключ I в открытое состояние, а транзисторный ключ 1 - в закрытое. В результате напряжение иа выходе накопительного конденсато Р Ю также достигает уровня стабипи- 0 Это напряжение измеряется чув- ствительным элементом 19, сравнива- ется с напряжением источника 17 опор- но го напряжения на входах суммрфую- щего устройства 21. Происходит сраба- 5 тываниё компаратора 23, которьш по- дает часть отрицательного напряжения накопительного конденсатора 10 на выход первого делителя 30 напряжения, соединенного с входом первого переоткрытый транзисторный ключ 1, общую шину, накопительный конденсатор 0 и диод 8 второй формирующей цепи 9 перетекает на обкладки накопительно- Это напряжение отпирает коммутирую- щий транзистор 32, который в свою очередь, шунтируя вход второго пере- ключающего транзистора 29, запирает его. Управпяющий генератор 27 перево- транзисторный ключ I в открытое состояние, а транзисторный ключ 1 - в закрытое. В результате напряжение иа выходе накопительного конденсато Р Ю также достигает уровня стабипи- Это напряжение измеряется чув- ствительным элементом 19, сравнива- ется с напряжением источника 17 опор- но го напряжения на входах суммрфую- щего устройства 21. Происходит сраба- тываниё компаратора 23, которьш по- ает часть отрицательного напряжения накопительного конденсатора 10 на выход первого делителя 30 напряжения, соединенного с входом первого перего конденсатора 10, Энергия, накоп-

ленная в токоограничивающем дросселе 12, частично обеспечивает подзаряд перезарядного конденсатора 6 через второй коммутирующий диод 13 и накопительного конденсатора 10.

Через несколько десятков циклов напряжение на выходе накопительного конденсатора 5 достигает уровня стабилизации. Это напряжение замеряется чувствительным злементом 18, сравнивается с напряжением источника 16 опорного напряжения. Разность этих напряжений с выхода суммирующего устройства 20 поступает на вход компаратора 22, усиливается и обеспечивает принудительное переключение

управляемого генератора 27 путем подачи положительного сигнала с выхода компаратора 22 через сумматор 33 на вход коммутирующего транзистора 32.

5140

ключающего транзистора 28, При этом потенциал этой точки стано вится отрицательным относительно общей шины стабилизатора. Происходит запирание перво.го переключающего транзистора 28 и переключение управляемого генератора 27, который, в свою очередь, через согла1сующие усилители 14 и 15 переключает транзисторные ключи 1 и II. Транзисторный ключ 1t открывается, а транзисторный ключ I закрывается. Далее цикл работы повторяетсЯь : При возникновении короткого замы- :кания в номинальном режиме работы по выходу положительной полярности I происходит быстрый разряд накопитель- |ного конденсатора 5. Так короткого замыкания Нарастает по экспоненте (не многовенно) из-за наличия в це- I пи его действие двух дросселей 3 и |12, т.е. напряжение на перезарядном I конденсаторе убывает значительно Iмедленнее. Из-за быстрого увеличения Iразности напряжений на перезарядном I конденсаторе 6 и накопительном кон- денсоторе 5 происходит открывание I чувствительного транзистора 37, так как разность указанных, нап1)яжений становится выше стабилизации стабили трона 40.,Чувствительный транзистор 37 через делитель 36 напряжения вызывает отпирание усилительного тран- :нистора 35, который, в свою очередь, |через первый ограничительный резис- |тор 34 и сумматор 33 вызывает отпирание коммутирующего транзистора 32. IКоммутирующий транзистор 32, сраба- |тывая, обеспечивает запирание второ- го переключающего транзистора 29, управляемый генератор 27 переключается в новое устойчивое положение, при котором обеспечивается запирание ранее открытого транзисторного ключа 1 и отпирание транзисторного ключа 1. Срабатывание схемы защиты от короткого замыкания происходит достаточно быстро, и ток короткого замыкания не успевает превысить номинальный ток нагрузки на 15-20% и не приводит к насьпцению сердечников первого 12 и второго 3 токоограничивающих дросселей. В это время управляемый генератор 27 питается от выхода, генератора 24 через переключающий диод 25. Посл запирания транзисторного ключа 11 и отпирания транзисторного ключа 1 происходит частично размагничивание сердечника дросселя 3 током короткого

Q c 0 5 JQ .л 55

5

45

50

замыкания через открытый транзисторный ключ 1 и диод 4, При этом рассей-- вается накопленная в нем электрома - нитная энергия и он подготавливается к следующему циклу работы. Второй ограничитель резистор 39 служит для ограничения тока через чувствительный транзистор 37, Вместе с падением уровня напряжения на накопительном конденсаторе 5 несколько понижается уровень- напряжения и на перезарядтсом конденсаторе 6, и его не хватает, чтобы довести напряжение на накопительном конденсаторе 10 до уровня стабилизации. Управляемый генератор переключается уже не компаратором 23, а естественным путем, так как первый 28 и второй 29 переключающие транзисторы открыты напряжением с первого 30 и второго 31 делителей напряжения и не оказывают влияния на работу управляемого генератора 27. При возникновении короткого замыкания по обоим выходам суть работы защиты схемы от короткого замыкания фактически не меняется, за исключением того что перезарядный конденсатор разряжается до более низкого уровня. После исчезновения короткого замьшания схема импульсного стабилизатора самовосстанавливается и продолжает нормальную работу в номи- «альном режимеt

Формула изобретения

Импульсный стабипизатор постоянного разнополярного напряжения, содержащий первый транзисторный ключ, коллектор которого подключен к входу первой формирующей цепи, состоящей из дросселя и последовательно соединенных диода и накопительного конден сатора, который подключен параллельно выходу первой формирующей Цепи, причем катод диода является положительным выходным выводом, вывод дросселя соединен с коллектором первого транзисторного ключа, эмиттер которого соединен с общей щиной, последовательно соединенные перезарядный конденсатор и первый коммутирующий диод подключены параллельно первому транзисторному ключу, при этом катод первого коммутирующего диода соединен с общей шиной, а анод - с катодом диода второй формирующей цепи, анод которого соединен с выходом

второй формирующей цепи, параллельно которому подключен накопительный конденсатор, второй транзисторный ключ, коллектор которого подключен к входному выводу, а эмиттер - к входу токоограничивающего дросселя и катоду второго коммутирующего диода, анод которого подключен к аноду первого коммутирующего диода, выход токоограничивающего дросселя соединен с коллектором первого транзисторного ключа, управляющие входы транзисторных ключей соответственно соединены с выходами согласующих усилителей, два источника опорного напряжения и два чувствительных элемента включены попарно последовательно и параллельно выходным выводам, причем их общие точки подключены к общей шине, выходы чувствительных элементов и источников опорного напряжения через соответствующие первый и второй сумматоры подключены соответственно к входам первого и второго компараторов, управляемый генератор, первый и второй входы которого подключены к коллекторам, переключающих транзисторов, эмиттеры которых сое-

дшгены с общей шиной, выходы управпя-эд включенного между эмиттером усили

ненный эмиттером с общей шиной, о т- личающийся тем, что, с целью повыщения надежности путем обеспечения защиты от перегрузок по току, в него введены третий сумматор, два переключающих диода, генератор, стабилитрон, защитный диод, чувствительный транзистор, усилительный транзистор, два ограничительных резистора и третий делитель напряжения, причем входы генератора подключены к входным выводам, а - к аноду первого переключающего диода, катод которого соединен с катодом второго переключающего диода, подключенного анодом к положительному выходному выводу, катоды переключающих диодов подключены к вторым входам первого и второго делителей напряжения и к третьему входу управляемого генератора, первый вход третьего су мматора подключен к выходу первого компаратора, а второй вход через первый ограничительный резистор подключен к коллектору усилительного транзистора эмиттер которого подключен к входу первой формирующей цепи, а база - к выходу третьего делителя напряжения.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных электронных устр-вах с дифференциальной нагрузкой, требующих два разнополярных источника питания с общей шиной. Цель изобретения- повышение надежности путем обеспечения защиты от перегрузок по току. Устр-во содержит два транзисторных ключа, две формирующие цепи, перезарядный конденсатор, два коммутирующих диода, два токоограничи-вающих дросселя, два чувствительных элемента, два источника опорного напряжения, два компаратора, два суммирующих элемента, а также управляемый генератор, три делителя напряжения, два переключающих транзистора, коммутирующий транзистор, сумматор, два переключающих диода, генератор, стабилитрон, защитный диод, чувствительный транзистор, усилительный транзистор и два ограничительных резистора с соответствующими связями. Импульсное управление транзисторными ключами обеспечивает попеременный заряд накопительных конденсаторов до уровней стабилизации с высокой частотой коммутации. 1 нл. € (Л

емого генератора подключены к входам соответствующих согласующих усилителей, базы переключающих транзисторов подключены к выходам соответственно первого и второго делителей напряжения, первые входы которых подключены к общей шине, при зтом база перво - го переключающего транзистора подключена к выходу.второго компаратора, а параллельно база -эмиттерному пере- ходу переключающего транзистора включен коммутируюпщй транзистор, соедительного транзистора и коллектором чувствительного транзистора, эмиттер которого подключен к аноду защитного диода, катод которого подключен к базе чувствительного транзисто- - ра и через стабилитрон к коллектору первого транзисторного ключа, кроме того, анод защитного диода через второй ограничительный резистор подключен к общей точке диода и накопительного, конденсатора первой формирующей цепи.