Импульсный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1989 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электро- технике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в системах электропитания уст- ройств промьшшенной автоматики, радиоэлектронной аппаратуры и бытовой техники.

Целью изобретения является повьше- ние надежности и качества выходного напряжения.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясня ющке его работу.

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения (ИСН) содержит транзисторный ключ 1, DL-фильтр 2 и двухтактный преобразователь 3 напряжения с выходным трансформатором 4. Транзисторный ключ через входную обмотку датчика 5 импульсного тока подключен коллектором к первой входной клемме, а эмиттером через дроссель 6 ВЪ-фильт- ра 2 - к средней точке первичной об- выходного трансформатора 4. Выходные концы первичной обмотки трансформатора 4 соединены с коллекторами транзисторов 7 и 8 преобразователя напряжения. Эмиттеры транзисторов 7 и 8 объединены между собой и подключены к второй входной клемме. Диод 9 DL-фильтра 2 включен между эмиттером транзисторного ключа 1 и второй входной клеммой. Вторичная обмотка выходного трансформатора подключена к выходным клеммам через выпрямитель 10.

В систему управления стабклизато- ра входят датчик 5 импульсного тока, генератор 11 прямоугольных импульсов, делитель 12 чистоты на два, регулирующий усилитель 13, компаратор гер 15 с инверсными RS-входами, ло- гический элемент 2И 16, импульсные трансформаторы 17 и 18 и элементы5 составляющие датчик импульсного тока2 трансформатор 19 тока, шунтирующий диод 20 и операционный усилитель 21, охваченный отрицательной резистивной связью.

Регулирующий усилитель 13 по цепи входов подключен первым входом к ис-: точнику опорного напряжения, а вто рым - к выходной клемме. Выход усилителя соединен с одним из входов компаратора. Второй вход компаратора . подключен к выходу датчика 5 импульсного тока. Выход компаратора 14 сое- динен с инверсным К входом RS-тригге- ра 15. Инверсный З-вход RS-триггера объединен с выходом генератора 11, входом делителя 12 частоты и одним из входов логического элемента 2И 16. Второй - вход логического элемента 16 соединен с выходом триггера 15, а выход логического элемента 16 подключен через импульсный трансформатор 18 к управляющей цепи транзисторного ключа 1. Выходы делителя 12 частоты подключены к управляющим, входам транзисторов 7 и 8 через импульсный трансформатор 17. . .

Питание системы управления осуществляется от маломощного источника . 22 напряжения, выпо.гн иного на сетевом трансформаторе, диодном мостовом вьшрямителе и двух емкостных фильтрах При наличии питающей сеТи переменного тока силовая часть стабилизатора подключается к ней через выпрямитель и емкостный фильтр (на фиг. 1 указаны пунктирной линией). При необходимости источник 22 может быть заменен уст устройством запуска, совмещенным с до дополнительным источником на выходе трансформатора 4,

Импульсный стабилизатор постоянного Напряжения работает следующим образом.

Первоначально подается напряжение для питания системы управления путем подключения маломощного источника 22 к питающей сети. С появлением напряжения возбуждается генератор 11. Импульсами с выхода генератора пере-.. ключается делитель 12 частоты и напря жение с его выходов поочередно прикладывается к входным полуообмоткам импульсного трансформатора 17. Напряжением с вторичных полуобмоток тран сформатора 17 поочередно открываются транзисторы 7 и 8 преобразователя 3 напряжения. Опорным напряжением регулирующий усилитель 13 переводится в состояние максимального выходного е сигнала положительной полярности.Под действием этого сигнала компаратор

14устанавливается в единичное состояние по выходу. Одновременно с возбуждением генератора. 11 RS-триггер

15переводится в единичное состояние по выходу нулевым сигналом генератора 11, воздействующим на инверсный 5-вход.

В моменты появления единичных импульсов на выходе генератора 11 на входах логического элемента 2И 16 со совпадают по времени единичные сигналы и на выходе последнего выделяются сигналы положительной полярности,которые поступают на вход транзисторного ключа 1 через импульсный трансформатор 17. В результате транзисторный Q ключ открывается синфазно с импульсами генератора.

Силовая часть ИСН подключается к питающей сети постоянного тока непосредственно, а к сети переменного тока - через вспомогательный выпрямитель и емкостный фильтр.

После подачи питающего напряжения на силовую часть стабилизатора в момент появления единичного сигнала .на ,0 выходе генератора 11 открывается транзисторный ключ 1. Через датчик 5 тока, транзисторньй ключ 1, дроссель 6 ВЪ-фильтра 2, одну из полуобмоток вы- ,ходкого трансформатора 4 и один из 25 транзисторов преобразователя 3 напряжения, например транзистор 7, начинает протекать ток. Ток из первичной полуобмотки трансформатора 4 трансформируется во вторичную обмотку и через выпрямитель 10 замыкается в цепь нагрузки. Темп нарастания тока (момент времени t, на фиг. 2) определяется величиной индуктивности дрос- дросселя 6 DL-фильтра 2 и разностью напряжений входом и выходом 35 стабилизатора.

По мере нарастания тока пропорционально ему увеличивается сигнал с датчика 5 тока. При нарастании тока

,-40

45

до заданного уровня на входе компара тора 14 сравниваются по величине вход ные сигналы, а именно сигнал с датчика 5 тока и сигнал с выхода регулирующего усилителя 13. При незначитель ном превьшении током заданного уровня происходит переключение компаратора 14 в нулевое состояние по выходу (момент времени t). Нулевой сигнал поступает на инверсный R-вход триггера 15 и последний переключается в нулевое состояние по выходу. На вы- х.оде логического элемента 2И 16 появляется сигнал низкого зфовня, ко- торьй через импульсный трансформатор 18 надежно запирает транзисторный ключ 1. В результате прерьшается входной ток датчика 5 тока и на его выходе появляется сигнал отрицатель50

55

-н

л

Q

,0 , 25 35

40

45

0

5

ной полярности, соответствзтощий размагничиванию сердечника трансформатора 19 тока.

Сигналом с датчика 5 тока формиро- ванно переключается компаратор 14 в единичное состояние по выходу. Единичный сигнал с выхода компаратора 14 не изменяет состояние триггера 15. Одновременно с запиранием транзисторного ключа 1 ток, протекающий по обмоткам дросселя 6 и выходного трансформатора, замыкает цепь диода 9 и начинает уменьшаться по величине. Темп спада тока определяется величи- ; ной индуктивности дросселя 6 и выходного напряжения ИСН. Через полпериода (момент времени t,) на вы- ходе генератора 11 появляется нулевой сигнал, который устанавливает триггер 15 в единичное состояние по выходу. При этом состояние сигнала на выходе логического элемента 2И 16 не изменяется и силовая часть стабилизатора сохраняет предьщущее состояние. Ток в силовой цепи продолжает снижаться по величине. Через полперио-. да ( момент времени t) на выходе генератора 11 появляется единичный сигнал, который переключает делитель 12 частоты и поступает на второй вход логического элемента 2И 16. В результате вновь открьшается транзисторный ключ 1 и одновременно переключаются транзисторы преобразователя напряжения. Диод 9 DL-фильтра закрывается, а ток, протекающий через транзисторный ключ 1 и дроссель 6, коммутируется из первой полуобмотки выходного трансформатора ,во вторую и начинает вновь нарастать. Ток из второй полуобмотки выходного транс- Форматора трансформируется во вторичную обмотку и через выпрямитель 10 замыкается в цепь нагрузки.

Далее работа устройства происходит аналогично описанной. В результате ток ограничивается на данном уровне -независимо от величины нагрузки (ИСН) и может надежно работать даже при коротком замыкании в цепи нагрузют или в преобразователе напряжения.

Нагрузка стабилизатора носит активно-емкостный характер. По мере заряда конденсаторов в цепи нагрузки выходное напряжение начинает сравниваться по величине с опорным. Следовательно на выходе регулирующего усилителя 13 уменьшается выходное напря5147

жение, а пропорционально ему ток.стабилизатора. Далее наступает состояние динамического равновесия, при котором выходное напряжение равно опорному, а ток стабилизатора равен току нагрузки. При изменении величины нагрузки стабилизатор практически без- инерционно приводит ток в состояние равновесия, а именно, не более, чем

за период частоты генератора, I

Таким образом, транзисторный ключ 1 с ВЬ-фильтром 2, управляемый по сигналам датчика 5 импульсного тока, фактически выполняет функции регулируемого источника постоянного тока и поэтому обеспечиавет высокое качество выходного напряжения.

Датчик импульсного тока работает следуюпщм образом.

Импульс входного тока из первичной обмотки трансформируется во вторичную и замыкается в цепь резистив- ной обратной связи операционного усилителя 21. Выходное напряжение усилителя пропорционально входному тбку За счет подключения вторичной обмотки трансформатора 19 тока в входу уси- лителя 21 сердечник трансформатора перемагничивается предельно-минимальньпч напряжением, равным падению напряжения от тока на активном сопротивлении вторичной обмотки трансфор- матора 19, Входное напряжение операционного усилителя 21 практически равно нулю. Поэтому в процессе преобразования входного тока в выходное напряжение трансформатор 19 тока имеет минимальное значение тока намагничивания и, соответственно, датчик тока обладает высокой точностью преобразования. В момент обрыва входного тока при закрывании транзистор- ного ключа ток намагничивания трансформатора 19 тока трансформируется во вторичную обмотку и замыкается через шунтирунщий диод 20.

816

Формула изобретения

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные транзисторный ключ, DL-фильтр и двухтактный усилитель мощности, первым входом подключенные к первой входной клемме, а выходом через выходной трансформатор, вьшрямитель и фильтр соединенные с выходными клеммами, генератор и делитель частоты, соединенные последовательно, регулирующий усилитель,Г первый вход которого под :.п:ючен к выходным клеммам, второй вход соединен с источником эталонного напряжения, а выход подключен к первому входу компаратора, выход делителя частоты подсоединен к управляющим входам двухтактного усилителя мощности чере первый импульсный трансформатор, RS-триггер, выход которого подключен к первому входу элемента 2И, выход которого через второй импульсный трансформатор связан с управляющим входом транзисторного ключа, о т- личающийся тем, нто, с целью повьшения надежности и качества выходного напряжения, в него введен датчик импульсного тока, а входы RS-триггера вьтолнены инверсными, причем датчик тока входом включен между второй входной клеммой и вторым входом последовательно соединенных транзисторного ключа, DL-фильтра и двухтактного усилителя мощности, а выходом подключен к второму входу компаратора и S-вход RS-триггера, соединен с выходом генератора и вторым входом элемента 2И, а R-вход соединен с выходом компаратора, датчик тока включает в себя трансформатор тока, первичная обмотка которого подсоединена к входам датчика тока, а вторичная обмотка, зашунтированная диодом,подсоединена к входам усилителя, выход которого подключен к вьгходу датчика тока.

Изобретение относится к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Целью изобретения является повышение надежности и качества выходного напряжения. Транзисторный ключ 1 включается по сигналу генератора 11, поступающему на вход RS - триггера 15. Выключение транзисторного ключа 1 происходит в момент равенства напряжений регулирующего усилителя 13 и датчика импульсного тока 5, входом включенного последовательно с транзисторным ключом. Импульсы напряжения, формируемые транзисторным ключем, сглаживаются дросселем 6 DL - фильтра 2 и через двухтактный усилитель мощности 3 передаются в нагрузку. 2 ил.