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

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичных источников электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет повышения быстродействия и обеспечения динамической стабильности при включении и скачкообразных изменениях тока нагрузки.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого импульсного стабилизатора напряжения.

Стабилизатор содержит регулирующий транзистор 1, LCD-фильтр, включаюнхий дроссель 2, конденсатор 3 и диод 4, суммирующий усилитель 5 сигнала рассогласования выходного и опорного напряжений, 1пи- ротно-импульсный модулятор (ШИМ) 6, генератор 7 пилообразного напряжения, резистор 8, дополнительные транзисторы 9-11, дополнительный диод 12, датчик 13 тока дросселя, датчик 14 тока нагрузки, суммирую- щй усилитель 15 сигнала рассогласования токов дросселя и нагрузки, датчик 16 производной тока дросселя, релейные элементы 17-20, логические элементы И 21-25, логический элемент И-НЕ 26 и логический элемент НЕ 27.

Регулирующий транзистор 1 включен между входной клеммой и первым выводом дросселя 2, который через диод 4 подключен к общей тине. Суммирующий усилитель 5 входами соединен с выходной клеммой и источником эталонного напряжения. Выход суммирующего усилителя 5 подключен к первому входу ШИМ 6, второй вход которого соединен с выходом генератора 7 пилообразного напряжения. Последовательно включенные резистор 8 и первый дополнительный транзистор 9 включены между входной и выходной клеммами.

Дополнительный диод 12 включен между вторым выводом дросселя 2 и выходной клеммой, второй дополнительный транзистор 10 - пара;|;1ельно дросселю 2 фильтра и дополнительному диоду 12, третий дополнительный транзистор 11 - между общей точкой дросселя 2 и дополнительного диода 12 и общей 1ПИНОЙ, первый датчик 13 тока - в цепь дросселя 2 и подсоединен к одному входу усилителя 15 рассогласования по току, второй датчик 14 тока включен в цепь нагрузки и подсоединен к другому входу усилителя 15 рассогласования по току, выход усилителя 15 рассогласования по току подключен к входам первого 17 и второго 18 релейных элементов.

Выход датчика 11 производной тока дросселя 2 подключен к входам третьего 19 и четвертого 20 релейных элементов, выход первого релейного элемента 17 - к одному входу логического элемента И-НЕ 26 и одному входу первого логического элемента И 21, выход второго релейного элемента 18 - к одному входу второго логического элемента И 22, выход третьего релейного элемента 19 - к другому входу второго логического элемента И 22, выход четвертого релейного элемента 20 - к другому входу логического элемента И-НЕ 26 и другому входу первого логического элемента И 21, выход щиротно-импульсного модулятора 6 - к одному входу третьего 23 и четвертого 24 логических элементов И 24 и через логический

0 элемент НЕ 27 к одному входу пятого логического элемента И 25.

Выход логического элемента И-НН 26 - к другому входу третьего логического элемента И 23, выход которого подключен к вхог ду регулирующего транзистора 1, выход второго логического элемента И 22 - к входу третьего дополнительного транзистора II и другому входу четвертого логического элемента И 24, выход которого подключен к входу первого дополнительного транзистора 9,

0 выход первого логического элемента И 2 - к другому входу пятого логического элемента И 25, выход которого подключен к входу второго дополнительного транзистора 9. Импульсный стабилизатор напряжения

работает следующим образом. При включении ШИМ 6 входит в режим насыщения и на его выходе устанавливается высокий логический уровень. На выходе усилителя 15 также появляется положительный сигнал рассогласования по току, так

Q что на выходе релейного элемента 18 низкий логический уровень. Производная тока дросселя имеет положительный знак, так что на выходе релейного элемента 19 устанавливается высокий логический уровень, а на выходе релейного элемента 20 - низкий логи5 ческий уровень. На выходе логического элемента И-НЕ 26 устанавливается высокий логический уровень, на выходе логического элемента И 23 также устанавливается высокий логический уровень, так что регулирующий транзистор 1 находится в открыто.м

состоянии. На выходе логических элементов И 21 и 22 и соответственно элементов И 24 и 25 устанавливается низкий логический уровень, так что дополнительные транзисторы 9-11 находятся в закрытом состоянии.

5 Как только рассогласование по напряжению уменьшается до нуля, на выходе ШИМ 6 устанавливается низкий логический уровень, транзистор 1 закрывается и изменяется на отрицательный знак производной тока дросселя 2. На выходе релейного элемента 19 уста0 навливается низкий логический уровень, а на выходе релейного элемента 20 - высокий логический уровень. Поскольку существует положительная разность токов дросселя и нагрузки {вызывающая обычно перенапряжение на выходе стабилизатора), то на выходе

5 релейного элемента 17 сохраняется высокий логический уровень. На выходе логического элемента И 21 устанавливается высокий логический уровень, так что логически инвертированные импульсы с выхода ШИМ 6 через логический элемент НЕ 27 и логический элемент И 25 поступают на вход дополнительного транзистора. Изменение состояния транзистора 10 позволяет осуществлять стабилизацию выходного напряжения за счет дозированного подзаряда конденсатора 3 энергией, накопленной в дросселе. Регулирующий транзистор 1 остается в закрытом состоянии, так как на обоих входах логического элемента И-НЕ 26 устанавливаются высокие логические уровни, и, следовательно, на выходе этого элемента и логического элемента И 23 устанавливаются низкие логические уровни.

Как только рассогласование по току уменьшается до нуля, на выходе релейного элемента 17 устанавливается низкий логический уровень, .вследствие чего на выходе логического элемента И 21 также устанавливается низкий логический уровень, а на выходе логического элемента И-НЕ 26 - высокий логический уровень. В результате импульсы с выхода ШИМ 6 не проходят на вход дополнительного транзистора 10 и, наоборот, через логический элемент И 23 свободно проходят на вход регулирующего транзистора 1, который осуществляет в дальнейшем функцию стабилизации выходного напряжения.

При скачкообразном уменьшении тока нагрузки (сбросе нагрузки) возникает рассогласование по току и работа стабилизатора протекает аналогично указанному.

При скачкообразном увеличении тока нагрузки (набросе нагрузки) появляется отрицательная разность токов дросселя и нагрузки и на выходе релейного элемента 18 устанавливается высокий логический уровень, а на выходе релейного элемента 17 - низкий логический уровень. Напряжение на выходе стабилизатора начинает уменьшаться, и ШИМ 6 переходит в состояние насыщения. Поскольку на выходе логического элемента И-НЕ 26 сохраняется высокий логический уровень, транзистор 1 открыт и производная тока дросселя положительная. На выходе релейного элемента 19 устанавливается высокий логический уровень и на выходе логического элемента И 22 также устанавливается высокий логический уровень. Транзистор 11 открывается, а на транзистор 9 через логический элемент И 24 поступает сигнал с выхода ШИМ 6. Таким образом, образуются два- канала: канал подзаряда конденсатора 3 через резистор 8 и транзистор 9 и канал подзаряда дросселя 2 через транзистор 1 и транзистор 11. Диод 12 осуществляет развязку обоих каналов.

При равенстве токов дросселя и нагрузки на выходе релейного элемента 18 устанавливается низкий логический уровень, на выходе логического элемента И 22 также устанавливается низкий логический уровень, транзистор 11 закрывается, а сигнал с вы5

5

хода ШИМ 6 больше не может проходить на вход транзистор 9. Функцию стабилизации выходного напряжения вновь берет на себя регулирующий транзистор 1.

Формула изобретения

Импульсный стабилизатор напряжения, содержащий регулирующий транзистор.

0 включенный между входной клеммой и iie|i- вым выводом дросселя фильтра, замыкпю- щий диод, подсоединенный между первым выводом дросселя фильтра и общей uiMiioii, конденсатор фильтра, включенный между выходной клеммой и общей щиной, усилитель рассогласования по напряжению, одним входом подключенный к выходной клемме, а другим входом подсоединенный к источнику опорного напряжения, широтно-импульсный модулятор, одним входом подключенный к

0 выходу усилителя рассогласования по напряжению, а другим входом подсоединенный к генератору пилообразного напряжения, первый дополнительный транзистор, вк.чючеи- ный последовательно с резистором между входной и выходной клеммами, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет повышения быстродействия и обеспечения динамической стабильности при включении и скачкообразных изменениях тока нагрузки, в него введены дополнительный диод, второй и третий дополнительные транзисторы, два датчика тока, суммирующий усилитель рассогласования по току, датчик производной тока дросселя, четыре релейных элемента, пять логических элементов И, логический элемент И-НЕ и логический элемент НЕ, причем дополнительный диод включен между вторым выводом дросселя фильтра и выходной клеммой, второй дополнительный транзистор - параллельно дросселю фильтра и дополнительному диоду, третий дополни0 тельный транзистор - между сзбшей точкой дросселя с дополнительным диодом и общей щиной, первый датчик тока включен в цепь дросселя фильтра и подсоединен к одному входу усилителя рассогласования по току, второй датчик тока включен в цепь нагрузки и подсоединен к другому входу усилителя рассогласования по току, выход усилителя рассогласования по току подключен к входам первого и второго релейных элементов, выход датчика производной тока дросселя подключен к входам третьего и четвертого релейных элементов, выход первого релейного элемента подключен к одному входу логического элемента И-НЕ и одному входу первого логического элемента И, выход второго релейного элемента подключен к одному

5 входу второго логического элемента И, выход третьего релейного элемента подключен к другому входу второго логического элемента И, выход четвертого релейного элемента подключен к другому входу логичес0

5

5

0

кого элемента И-НЕ и другому входу первого логического элемента И, выход широт- но-импульсного модулятора подключен к одному входу третьего и четвертого логических элементов И и через логический элемент НЕ подсоединен к одному входу пятого логического элемента И, выход логического :элемента И-НЕ подключен к другому входу третьего логического элемента И, выход кото- iporo подключен к входу регулирующего

транзистора, выход второго логического элемента И подключен к входу третьего дополнительного транзистора и другому входу четвертого логического элемента И, выход которого подключен к входу первого дополнительного транзистора, выход первого логического элемента И подключен к другому входу пятого логического элемента И, выход которого подключен к входу второго дополнительного транзистора.

Изобретение относится к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной апнаратуры. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем повышения быстродействия и обеспечения динамической стабильности при включении и скачкообразных изменениях тока нагрузки. При включении регулирующий транзистор 1 по сигналу широтно-импульсно- го модулятора (ШИМ) 6 подключает DLC- фильтр к входному напряжению. При достижении выходным напряжением заданного уровня ШИМ 6 выключает регулирующий транзистор 1 и по сигналу датчиков тока 13 и 14 и датчика 16 производной тока дросселя 2 блокирования периодически шунтирует дроссель 2 до момента снижения его тока до заданного уровня. При резком увеличении тока нагрузки блок управления по сигналам упомянутых датчиков 13, 14 и 16 подключает дроссель 2 через транзисторы 1 и 11, а конденсатор 3 - через транзистор 9 и резистор 8 к входной клемме. ил. (Л 00 ю 00