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

Изобретение относится к электротех- ншсе и может быть использовано в качестве вторичных источников электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет повьш1ения быстродействия, надежности и обеспечения дистанционного управления включением.

На чертеже приведена структурная схема стабилизатора.

Стабилизатор содержит регулирующий транзистор 1, LCD-фильтр, содержащий дроссель 2, конденсатор 3,и диод 4, суммиру ощий усилитель 5 рассогласования по напряжению, широтно- импульсный модулятор (ФМ) 6, генератор 7 пилообразного напряжения, резистор 8, дополнительные транзисторы

9-11, дополнительный диод 12, первый датчик 13 тока дросселя, второй датчик 14 тока нагрузки, су мирующий усилитель 15 сигнала рассогласования токов дросселя и нагрузки, релейные элементы 16,17, логические элементы НЕ 18 - 20, логические элементы И 21 - 23, логические элементы ИЛИ 24 - 26, логический элемент Р 1ЛИ-НЕ 27 и формирователь 2В импульсов.

Регулирующий транзистор 1 включен между входной клеммой и первым выводом дросселю 2, который через диод 4 подключен к общей шине и через дополнительный диод 12 к первому выводу конденсатора 3 и-нагрузке. Второй вывод конденсатора подключен к обгцем шине. Суммирующий усилитель 3 входами соединен с выходной клеммой i; тсточником

tisi

00 IsS О 1чЭ

КУ

Опорного напряжения. Выход суммирующего усилителя 5 подключен к первому входу иЛ-М 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, Второй дополнительный транзисто р 10 включен между общей точкой дросселя 2 и дополнительного диода 2 и общей шиной,Третий дополнительный транзистор 11 включен параллельно дросселю 2. Первый датчда: 13 тока включен в цепь дросселя и подсоеди-: нен к одному входу усилителя 15 рас.- согласования по току, второй датчик 14 тока включен в цепь нагрузки и подсоединен к другому входу усилите- ля 15 рассогласования, но току, выход которого подключен к входам первого 16 и второго 17 релейных элементов, выход релейного элемента 16 через логический элемент НЕ 18 подклю чен к первому входу логического элемента ИЛИ-НЕ 27, первому входу первого логического элемента И 21 и первому входу второго логического эгле- мента И 22, выход релейного элемента 17 подключен к второму входу логического элемента ИЛ1-1-НЕ. 27, второму входу второго логического элемента И 22 и через второй логический элемент

та И 23, выход третьего логического элемента ИЛИ 26 подключен к управляю щему входу регулирующего транзистора 1, выход третьего логического элемента И 23 подключен к управляющему входу первого дополнительного транзистора 9, выход первого логического элемента ИЛИ 24 подключен к управляющему входу второго дополнительного- транзистора 10, выход логического элемента ИЛИ-НЕ 27 подключен к управляющему входу третьего дополнительного транзистора 11,

Импульсный стабилизатор напряжени работает следующим образом,

В исходном состоянии должно быть подано напряжение питания стабилизатора и питание ШИМ 6, генератора 7 пилообразного напряжения, суммирз о- щих усилителей 5, 15, релейных элементов 16, 17, логических элементов и опорное ршпряжение. Все транзисторы находятся в закрытом состоянии, так как на их управляющих входах - нулевые напряжения. Токи дросселя и нагрузки равны :нулю, поэтому на выходе релейных элементов 16 и 17 - также нулевые напряжения. Релейные элементы 16 и 17 обладают небольшой зоной нечувствительности, и на их выходе появляется единичное напряжение, когда разность токов нагрузки и дросселя превышает по абсолютной ве

Изобретение относится к вторичным источникам питания радиоаппаратуры. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет повышения быстродействия, надежности и обеспечения дистанционного управления включением. Цель достигается за счет применения определенного алгоритма включения дополнительных транзисторов при запуске. Этот алгоритм обеспечивается с помощью новой логической схемы, которая обеспечивает быстрое нарастание выходного напряжения при включении. Это происходит за счет разделения контуров заряда дросселя и конденсатора. В результате ток дросселя на всем интервале запуска остается меньше тока нагрузки. 1 ил.

19 - к второму входу первого логи-- личине пороговый уровень, исключаюческого элемента И,21, выход ШИМ 6 подключен к первому входу третьего логического элемента И 23, третьему входу логического элемента ИЛИ-НЕ 27 и третьему входу первого логического 40 элемента И/.2 , дополнительный вход стабилизатора подключен к четвертому входу первого логического элемента И 21, третьему входу второго логического элемента И, 22, через третий д логический элемент НЕ 20 - к первому входу первого логического элемента ИЛИ 24 и через формирователь 28 импульсов - к первому входу второго логического элемента ИЛИ 25, выход первого логического эЛемента И 21 подключен к первому входу третьего логи-г ческого элемента ИЛИ 26, выход второго логического элемента И 22 подключен к вторым входам первого - 55 третьего логических элементов ИЛИ 24 26, выход второго логического элемента ИЛИ 25 подключен к второму входу третьего логического злеменщий их срабатывание от шумовых воздействий. За счет наличия опорного напряжения на одном из входов ШИМ 6 модулятор находится в режиме насыщения и на его выходе единичное напря жение.

При подаче единичного напряжения формирователь 28 формирует импульс, который через логический элемент ЮШ 25 и логический элемент И 23 пос тупает на управляющий вход дополнительного транзистора 9 и открывает его выходное напряжение, соответственно ток нагрузки начинают возрастать о Как только этот ток превысит зону нечувствительности релейного элемента 17, на выходе последнего ус танавливается единичное напряжение, в то время как на выходе релейного элемента 16 сохраняется нулевое напр жение, соответственно на выходе логического элемента НЕ 18 - единичное напряжение, В результате на всех трех входах логического элемента И 2

щий их срабатывание от шумовых воздействий. За счет наличия опорного напряжения на одном из входов ШИМ 6 модулятор находится в режиме насыщеi ния и на его выходе единичное напряжение.

При подаче единичного напряжения формирователь 28 формирует импульс, который через логический элемент ЮШ 25 и логический элемент И 23 поступает на управляющий вход дополнительного транзистора 9 и открывает его выходное напряжение, соответственно ток нагрузки начинают возрастать о Как только этот ток превысит зону нечувствительности релейного элемента 17, на выходе последнего устанавливается единичное напряжение, в то время как на выходе релейного элемента 16 сохраняется нулевое напряжение, соответственно на выходе логического элемента НЕ 18 - единичное напряжение, В результате на всех трех входах логического элемента И 22

5-I

устанавливаются единичные напряжения, на выходе также устанавливается единичное напряжение,, которое через логический элемент ИЛИ 26 открывает регулирующий транзистор 1 и через логический элемент ИЛИ 24 дополнительный транзистор 10, В результате об- разуются два независимых контура - заряда конденсатора 3 через резистор 8 и дополнительный транзистор 9 и заряда дросселя 2 через регулирующий транзистор 1 и дополнительньй . транзистор 10. Постоянная времени заряда конденсатора выбирается мень- ше постоянной времени заряда дросселя, чтобы- на всем интервале запуска ток нагрузки превьшал ток дросселя. Одновременно единичное напряжение с выхода логического элемента И 22 че- рез логический элемент ИЛИ 25 и логический элемент И 23 поступает на управляющий вход дополнительного транзистора 9, блокируя выход формирователя 28, Таким образом, длитель- ность импульса формирователя 28 должна обеспечить нарастание, тока нагрузки сверх зоны чувствительности и срабатьгоание логического элемента И. 22, Поскольку, постоянная времени заряда конденсатора 3 выбирается меньшей постоянной времени заряда дросселя 2,то ток нагрузки (и соответственно выходное напряжение) раньше достигают номинального значения, чем .ток дросселя, ими 6 переходит в линейньй режим работы и через дополнительньй транзистор 9 осуществляют стабилизацию выходного напряжения,, в то время как транзисторы 1 и 10 остаются в открытом состоянии и заряд дросселя продолжается,

По окончании заряда дросселя 2, которое определяется равенством то- ков дросселя .и нагрузки, открьгоает- ся дополнительный диод 12 и на выходе релейного элемента 17 устанавливается нулевое напряжение. На выходе ло гютескогЪ элемента И 22 также устанавливается нулевое напряжение, которое приводит к закрыванию дополнительных транзисторов 9 и 10, На выходе логических элементов НЕ 18 и 19 - единичные напряжения, поэтому сигнал с выхода 11ШМ 6 через лог1-1ческий элемент И 21 и логический элемент ИЛИ 26 поступает на вход регулирующего транзистора ,,который берет на себя функцию стабилизации выходного напряжения.

626

При скачкообразном увеличении тока нагрузки переходньй процесс протекает таким же образом, как и при запуске стабилизатора. Разность токов нагрузки и дросселя приводит к появлению единичного, сигнала на выходе релейного элемента 17, который устанавливает единичньй сигнал на выходе логического элемента И 22, Это в свою очередь приводит к открыт -по регулирующего транзнстора 1, дополнительных транзисторов 9 и JO, причем на транзистор 9 поступает сигнал с выхода ШИМ 6, Этот транзистор осуществляет стабилизацию выходного напряжения, пока ток дросселя 2 не сравняется с током нагрузки, как при запуске стабилизатора,

При скачкообразном уменьшении тока нагрузки срабатьшает релейный элемент 16 и на его выходе устанавливается единичное напряжение. Па выходе релейного элемента 17 - нулевое напряжение, В результате на первых двух входах логического элемента ИЛИ-ПЕ устанавливаются нулевые напряжения, на выходе - логически инвертированный сигнал ШИМ, который поступает на управляющий вход дополнительного транзистора 11, Так как на выходе логических эле ентов И 21 и 22 - нулевые напряжения, то транзисторы 1 9 и 10 закрыты. Дроссель 2 отдает избыточную энергию нагрузке, причем ШИМ 6 осуществляет при этом стабилизацию выходного напряжения. При выравнивании токов дросселя и нагрузки на выходе обоих релейных .элементов устанавливаются нулевые напряжения, транзистор 11 закрывается и передает функцию стабилизации выходного напряжения регулир тощему транзистору 1,

Для отключения стабилизатора достаточно установить нулевое напряжение на дополнительном входе V,, что приводит к установлению нулевых напржений на выходе логических элементов 21 и 22 и- закрьшанию всех транзисторов. Дополнительный вход может быть использован также в качестве элемента схемы защиты.

Таким образом, в данном стабилизаторе уменьшено (по сравнен1во с прото типом) время запуска за- счет разделения цепей заряда конденсатора и дросселя. Кроме того, в предлагаемом

10

стабилизаторе при запуске ток дросселя не превышает тока нагрузки (в прототипе ток дросселя при запуске может в 1,5,,.2 раза превышать ток нагрузки)J что повышает надежность устройства. Введенный дополнительный вход можно использовагь для ди- стандионного управления или в качестве элемента защиты, Б то же время стабилизатор сохраняет, как и прото- Ti-rn, высркую динамическую стабильность во всех переходных режимах. Это позволяет использовать стабилизатор в устройствах, требующих высокого

быстродействия, надежности и динамичес - кой стабильности, как, например, в устройствах вычислительной.техншси.

Формула изобретения 20

Импульсный стабилизатор напряжения, содержащий регулирующий транзистор, включенный между входным выводом и первым вьшодом дросселя фильтра, за- 25 мыкающий диод, подсоединенный между первым выводом дросселя фильтра и общей шиной, первый датчик тока, включенный в депь дросселя, конденрелейные элементы подключенные к выходу усилителя рассогласования по току, первый логический элемент НЕ, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональнь1х возможностей за счет повьшгения быстродействия, надежности и обеспечения дистанционного управления включением, введены второй и третий логические элементы НЕ, четырехвходовый и трех- входовый догические элементы И, три логических элемента ИЛИ, трехвходо- вый логический элемент ИЛИ-НЕ, формирователь 1-мпульсов и дополнительный вход, третий дополнительный транзистор подсоединены параллельно х:.. дросселю фильтра, выход первого релейного элемента через второй логический элемент НЕ подключен к первому входу четырехвходового логического элемента И, первому входу логического элемента ИЛИ-НЕ и первому входу трехвходового логического элемента И, вькод второго релейного элемента подключен к второму входу логического элемента ИЛИ-НЕ, второму входу трехвходового логического элемента И и через третий логический элемент

сатор фильтра, включенный между выход-30 НЕ - к второму входу четырехвходового

логического элемента И, выход широтно-импульсного моду.лятора подключен также к третьему входу четырехвходового лог ического элемента И и третьему входу логического элемента ИЛИ-НЕ, дополнительный вход подключен к четвертому входу четырехвходового логического элемента И,третьему входу трехвходового логического элемента И, через первый логический НЕ - к первому входу первого логического элемента ИЛИ и че- рез формирователь иьтульсов - к. первому входу второго логического элемента ИЛИ, выход четырехвходового логического элемента,И подключен к первому входу третьего логического элемента ИЛИ, выход трехвходового логического элемента И подкл очен к второму входу первого логического элемента ИЛИ, второму, входу второго ла- гического элемента ИЛИ и второму входу третьего логического элемента ИЛИ, выход второго логического элемента ИЛИ подключен к второму входу первого элемента И, выход первого логического элемента ИЛИ подключен к управляющему входу первого логическог го элемента ШШ, к управляющему вхоным выводом и общей шиной, дополнительный диод, включенный между вторым выводом дросселя и выходным выводом, второй датчик тока, включенный в цепь нагрузки, yci-шитель рассогласо- вания по напряжению, одним входом подключенный к выходному выводу, а другим входом подклоченный к источнику опорного напряжения, широтно-импульс- ный модулятор, одним входом подклю- ченный к выходу усилителя рассогласо- ,вания по напряжению, а другим входом подсоединенный к выходу генератора пилообразного напряжения, первый дополнительный транзистор, включенный последовательно с резистором между входным и выходным выводами и управляющим входом подсоединенный к выходу первого логического -элемента И, первый вход которого подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, второй, дополнительный транзистор, включенный между общей точкой дросселя с дополнительным диодом и общей шиной, третий дополнительный транзистор,. усилитель рассогласования по току, подключенный одним входом к первому датчику тока, вторым входом - к второму датчику тока, первый и второй

0

0

5

релейные элементы подключенные к выходу усилителя рассогласования по току, первый логический элемент НЕ, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональнь1х возможностей за счет повьшгения быстродействия, надежности и обеспечения дистанционного управления включением, введены второй и третий логические элементы НЕ, четырехвходовый и трех- входовый догические элементы И, три логических элемента ИЛИ, трехвходо- вый логический элемент ИЛИ-НЕ, формирователь 1-мпульсов и дополнительный вход, третий дополнительный транзистор подсоединены параллельно х:.. дросселю фильтра, выход первого релейного элемента через второй логический элемент НЕ подключен к первому входу четырехвходового логического элемента И, первому входу логического элемента ИЛИ-НЕ и первому входу трехвходового логического элемента И, вькод второго релейного элемента подключен к второму входу логического элемента ИЛИ-НЕ, второму входу трехвходового логического элемента И и через третий логический элемент

НЕ - к второму входу четырехвходового

логического элемента И, выход широтно-импульсного моду.лятора подключен также к третьему входу четырехвходового лог ического элемента И и третьему входу логического элемента ИЛИ-НЕ дополнительный вход подключен к четвертому входу четырехвходового логического элемента И,третьему входу трехвходового логического элемента И, через первый логический НЕ - к первому входу первого логического элемента ИЛИ и че- рез формирователь иьтульсов - к. первому входу второго логического элемента ИЛИ, выход четырехвходового логического элемента,И подключен к первому входу третьего логического элемента ИЛИ, выход трехвходового логического элемента И подкл очен к второму входу первого логического элемента ИЛИ, второму, входу второго ла- гического элемента ИЛИ и второму входу третьего логического элемента ИЛИ, выход второго логического элемента ИЛИ подключен к второму входу первого элемента И, выход первого логического элемента ИЛИ подключен к управляющему входу первого логическог го элемента ШШ, к управляющему входу второго дополнительного транзистора, выход логического элемента ИЛИ- НЕ подключен к управляющему входу третьего дополнительного транзистора, j.

выход третьего логического элемента ИЛИ подключен к управляющему входу регулирующего транзистора.