Комбинированный стабилизирующий источник питания Советский патент 1989 года по МПК G05F1/563 

ел to

со

N3

; Изобретение относится к области электро- 1 ехники и может быть применено, напри- Siep, в импульсных стабилизаторах постоян- liioro напряжения.

I Целью изобретения является снижение уровня высокочастотных импульсных помех И динамических потерь при постоянной йастоте коммутации ключевого регулирующе- элемента комбинированного стабилизирую- |щего источника питания. j На чертеже представлена функциональ- ая схема предлагаемого устройства. I Комбинированный стабилизирующий ис- гочник питания состоит из импульсного (стабилизатора и непрерывного стабилизато- |ра. Ключевой регулирующий элемент 1 им- |пульсного стабилизатора соединен последо- |вательно с индуктивным элементом 2 ре- зонансного LC-контура 3, датчиком 4 тока |резонансного контура, LCD-фильтром 5 низ- |кой частоты и нагрузкой 6. Цепь, состоя- |щая из последовательно соединенных регу- |Лирующего элемента 7 непрерывного ста- |билизатора и датчика 8 тока, подключена параллельно выходным выводам источника. I Первый блок 9 управления входом подклю- I чен к выходным выводам источника, а : ВЫХОДОМ - К управляющему входу регу- ; лирующего элемента 7 непрерывного стаби- i лизатора. Второй блок 10 управления вхо- i дом соединен с выходом датчика 8 тока. i Резонансный LC-контур 3 содержит регулируемый индуктивный элемент 2 с одной рабочей и двумя встречно-последовательно включенными обмотками управления. Узел : 11 управления индуктивностью индуктивного элемента 2 резонансного LC-контура 3 выполнен на транзисторе и выпрямительном мосте. Канал управления по току ключевого регулирующего элемента 1 включает третий блок 12 управления, вход которого соединен с выходом датчика 4 тока, а выход - с управляющим входом ключевого регулирующего элемента 1, к которому подключен также выход задающего генератора 13 тактовой частоты. Крайние выводы цепи встречно-послеловательно вклю ценных обмоток управления соединены между собой и подключены к первому выводу диагонали по переменному току выпрямительного моста, второй вывод которого соединен с общей точкой обмоток управления. Диагональ по постоянному току выпрямительного моста соединена с силовыми выводами транзистора, управля:оа1,ий вход которого подключен к выходу второго блока К) управления. Ключевой регулирующий элемент служит для периодического подключения входного источника к нагрузке. Датчик 4 тока служит для контроля тока, протекающего через клк)чев(;й регулирующий элемент 1, и может быть Впшол- нен на резисторе или трансформаторе тока. Дат- К 4 тока может быть включен в

0

5

0

5

0

6

0

5

цепь рабочей обмотки индуктивного элемента 2, как это показано на чертеже, или последовательно с конденсатором резонансного LC-контура 3 между общей шиной и соответствующей обкладкой конденсатора.

Резонансный LC-KOHT.yp 3 служит для преобразования формы тока и состоит из индуктивного элемента 2 с регулируемой индуктивностью, конструктивно может быть выполнен на броневом ферритовом сердечнике (чащечного типа). Рабочая обмотка индуктивного элемента устанавливается по всей длине центральных стержней броневого фер- ритового сердечника. Встречно-последовательно включенные обмотки управления охватывают рабочую обмотку и устанавливаются между укороченными центральными стержнями броневого ферритового сердечника. Регулирование индуктивности осуществляется изменением электрического тока, протекающего через две встречно-последовательно включенных обмотки- управления.

LCD-фильтр 5 низкой частоты служит для сглаживания пульсаций выходного напряжения и состоит из дросселя L, конденсатора С и рекуперационного диода VD. Непрерывный стабилизатор напряжения параллельного типа служит для отработки пульсаций тока в нагрузке 6. Первый блок 9 управления может быть выполнен на дискретных элементах и на интегральных микросхемах.

Второй блок 10 управления служит для выделения и усиления среднего значения сигнала, снимаемого с второго датчика 8 тока. Блок 10 может быть реализован на дискретных элементах и на интегральных микросхемах.

Третий блок 12 управления служит для контроля уровня сигнала, снимаемого с первого датчика 4 тока, и выработки отключающего сигнала для ключевого регулирующего элемента 1. Блок 12 может быть реализован на дискретных элементах и на интегральных микросхемах.

Задающий генератор 13 тактовой частоты служит для подачи синхронизирующих сигналов включения ключевого регулирующего элемента 1. Задающий генератор может быть выполнен как на дискретных элементах, так и на интегральных микросхемах.

Устройство работает следующим образом.

При подаче входного напряжения С/вх вступает в работу задающий генератор 13 тактовых импульсов, который подает отпирающий импульс на управляющий вход ключевого регулирующего транзистора 1. В результате этого транзистор 1 открывается. Ток, ппотекающий через ключевой ре- гулируюш.ий элемент 1, имеет «колоколо- образную форму, амплитуда и длительность которого определяется параметрами резонансного LC-контура 3.

По окончании заряда конденсатора резонансного контура 3 ток через ключевой регулирующий транзистор 1 спадает до нуля и сигналом с блока 12 управления происходит запирание транзистора 1. Энергия, накопленная конденсатором резонансного контура 3, в процессе его разряда передается через СО-фильтр 5 нагрузку 6. Поскольку частота переключения ключево го регулирующего элемента 1 постоянна, то для стабилизации среднего значения напряжения на нагрузке б при любых дестабилизирующих факторах необходимо соответствующим образом изменять длительность включенного состояния ключевого регулирующего элемента 1. Длительность интервала открытого состояния транзистора 1 равна времени заряда конденсатора резонансного контура 3 и поэтому для изменения длительности этого интервала необходимо менять параметры индуктивности ин10

15

дуктивностью, а следовательно, непрерывное изменение значения индуктивности внутри заданного для данной регулируемой индуктивности диапазона.

Так, при увеличении выходного напряжения под действием любых дестабилизирующих факторов происходит увеличение среднего значения тока через датчик 8 тока. По действием возросщего выходного сигнала блока 10 управления транзистор узла 11 управления индуктивностью приоткроется, в результате чего индуктивность рабочей обмотки индуктивного элемента 2 снижается. При этом сокращается длительность заряда конденсатора резонансного LC-контура 3, а следовательно, и интервала открытого состояния ключевого регулирующего элемента 1 до такой величины, чтобы изменение средне о значения напряжения на нагрузке не превышало заданной статической ошибки. Этим обеспечивается

дуктнвного элемента 2 резонансного LC- 20 стабилизация выходного напряжения по меконтура. Значение индуктивности индуктивного элемента 2 определяется непрерывным сигналом, поступающим по цепи обратной связи с выхода датчика 8 тока непрерывного стабилизатора на вход транзистора узла 11 управления индуктивностью. Выделение сигнала ошибки по току непрерывного стабилизатора, формирование непрерывного управляющего сигнала и усиление его по мощности происходит во втором блоке

году широтно-импульсного регулирования.

Таким образом, в устройстве, содержащем резонансный ключ, реализован метод 25 щиротно-импульсного регулирования с целью стабилизации выходного напряжения.

Устройство по сравнению с прототипом, имеет ряд существенных преимуществ.

При постоянной частоте коммутирования автоматически обеспечиваются практически

10 управления. В том случае, когда тран- 30 нулевые коммутационные потери в ключевом

зистор узла 1I управления индуктивностью заперт, ЭДС, индуцируемые в обмотках управления индуктивного элемента 2, будут взаимно компенсироваться, так как равны по величине и противоположны по знаку, а

регулирующем элементе, а также существенно снижается уровень коммутационных высокочастотных помех. Это позволяет повысить КПД и надежность устройства, существенно улучшить массогабаритные поконцы обмоток закорочены. Результирующий 35 казатели устройства из-за упрощения инженерных решений по борьбе с помехами, улучшаются условия электромагнитной совместимости устройства с другой аппаратурой.

поток управления будет равен нулю. При этом все витки рабочей обмотки сцеплены с основным магнитным потоком и индуктивность рабочей обмотки будет максимальна. В случае насыщения транзистора узла 11 управления индуктивностью токи, возникающие от ЭДС обмоток управления индуктивного элемента, замыкаются через выпрямительный мост. Магнитные потоки обмоток управления будут максимальны, что приведет к насыщению одного из центральных стержней броневого феррито- вого сердечника и изменению контура протекания основного потока. В результате с основным магнитным потоком будет сцеп- ленг лищь част ь витков рабочей обмотки.

40

Формула изобретения

Комбинированный стабилизирующий источник питания, содержащий импульсный и непрерывный стабилизаторы, причем импульсный стабилизатор состоит из ключево- 45 го регулирующего элемента, первый силовой вывод которого подключен к входному выводу, и LCD-фильтра, выход которого соединен с выходными выводами, а непрерывный стабилизатор состоит из регулирующего элемента, датчика тока и первого блоДанный режим будет характеризоваться50 ка управления, при этом цепь, состоящая

минимальным значением индуктивности ра-из последовательно соединенных регулируюбочей обмотки.щего элемента и датчика тока, подключеВ установившемся режиме работы вона параллельно выходным выводам, с котовсем диапазоне медленного изменения вход-рыми соединен вход первого блока управленого напряжения и токя нзгрузки сигна-ния, вы.ходом подключенного к управляющелом с блока 10 управления цепи обрат- му входу регулирующего элемента, второй

ной связи обеспечивается активный режимблок упр авления. входом соединенный с выработы транзистора узла 11 управления ин-ходом датчика roica. задающий генератор

дуктивностью, а следовательно, непрерывное изменение значения индуктивности внутри заданного для данной регулируемой индуктивности диапазона.

Так, при увеличении выходного напряжения под действием любых дестабилизирующих факторов происходит увеличение среднего значения тока через датчик 8 тока. По действием возросщего выходного сигнала блока 10 управления транзистор узла 11 управления индуктивностью приоткроется, в результате чего индуктивность рабочей обмотки индуктивного элемента 2 снижается. При этом сокращается длительность заряда конденсатора резонансного LC-контура 3, а следовательно, и интервала открытого состояния ключевого регулирующего элемента 1 до такой величины, чтобы изменение средне о значения напряжения на нагрузке не превышало заданной статической ошибки. Этим обеспечивается

году широтно-импульсного регулирования.

Таким образом, в устройстве, содержащем резонансный ключ, реализован метод щиротно-импульсного регулирования с целью стабилизации выходного напряжения.

Устройство по сравнению с прототипом, имеет ряд существенных преимуществ.

При постоянной частоте коммутирования автоматически обеспечиваются практически

нулевые коммутационные потери в ключевом

регулирующем элементе, а также существенно снижается уровень коммутационных высокочастотных помех. Это позволяет повысить КПД и надежность устройства, существенно улучшить массогабаритные показатели устройства из-за упрощения инженерных решений по борьбе с помехами, улучшаются условия электромагнитной совместимости устройства с другой аппаратурой.

40

Формула изобретения

Комбинированный стабилизирующий источник питания, содержащий импульсный и непрерывный стабилизаторы, причем импульсный стабилизатор состоит из ключево- го регулирующего элемента, первый силовой вывод которого подключен к входному выводу, и LCD-фильтра, выход которого соединен с выходными выводами, а непрерывный стабилизатор состоит из регулирующего элемента, датчика тока и первого блока управления, при этом цепь, состоящая

таК)Товой частоты, отличающийся тем, что, с Целью снижения уровня высокочастотных им|1ульсных помех и дннамических потерь пр постоянной частоте коммутации ключе- Boifo регулирующего элемента, в него вве- де1 канал регулирования по току ключе- BOJ-0 регулирующего элемента, а импульс- ньш стабилизатор снабжен резонансным /.фконтуром с регулируемым индуктивным элементом с одной рабочей обмоткой, включенной между вторым силовым выводам ключевого регулирующего элемента и входом LCD-фильтра, и двумя встречно- паследовательно соединенными обмотками управления и узлом управления индуктивностью индуктивного элемента резонансного LC-контура, выполненным на транзисторе и выпрямительном мосте, причем крайние выводы упомянутой цепи встречно-последовательно включенных обмоток управле- нря соединены между собой и подключены к| первому выводу диагонали по переменному току выпрямительного моста, второй вывод которой соединен с общей точкой обмоток управления, диагональ по постоянному току выпрямительного моста соединена с силовыми выводами транзистора, управляющий вход которого подключен к выходу второго блока управления, канал управления по току ключевого регулирующего элемента выполнен в виде третьего блока управления и датчика тока резонансного LC-контура, включенного в цепь рабочей обмотки индуктивного элемента или последовательно с конденсатором резонансного LC-контура между общей шиной и соответствующей обкладкой конденсатора, при этом

5 указанный третий блок управления входом соединен с выходом датчика тока резонансного LC-контура, а выходом - с управляющим входом ключевого регулирующего элемента, к которому подключен также выход задающего генератора тактовой часто0 ты.

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в импульсных стабилизаторах постоянного напряжения. Цель изобретения - снижение уровня высокочастотных импульсных помех и динамических потерь при постоянной частоте коммутации ключевого регулирующего элемента. При изменении выходного напряжения происходит изменение среднего значения тока через датчик 8 тока. Под действием выходного сигнала блока 10 управления изменяется проводимость транзистора узла 11 управления, в результате чего изменяется индуктивность индуктивного элемента 2, а это приводит к изменению интервала открытого состояния регулирующего элемента (РЭ) 1 до такой величины, чтобы изменение среднего значения напряжения на нагрузке 6 не превышало заданной статической ошибки. Этим обеспечивается стабилизации выходного напряжения по методу широтно-импульсного регулирования. Постоянство частоты коммутации РЭ 1 обеспечивает задающий генератор 13, причем коммутация происходит при нулевом токе через РЭ 1. Это приводит к снижению коммутационных потерь и помех. 1 ил.