Повышающий импульсный стабилизатор напряжения Советский патент 1990 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к источникам вторичного электропитания и может быть использовано для питания различной радиоэлектронной аппаратуры.,

Целью изобретения является повышение стабильности выходного напряжения за счет обеспечения инвариантности коэффициента стабилизации к величине нагрузки.

На чертеже представлена схема по- вьшающего импульсного стабилизатора напряжения.

Стабилизатор содержит первый тран- зистор 1, дроссель 2, первый диод 3, датчик Д тока дросселя, второй.транзистор 5, второй диод -6, конденсатор 7, датчик 8 тока нагрузки, резистор 9, третий диод 10, первый 11 и второй

12множительные элементы, суммирующий усилитель 13, широтно-импульсный модулятор 14,- генератор 15 пилообразного напряжения и релейный элемент 16

Первый транзистор 1 включен между входным выводом стабилизатора и первы выводом дросселя 2, который через первый диод 3 соединен с общей шиной.- Второй вывод дросселя 2 через датчик

4тока соединен с первым вьгаодом второго транзистора 5 и первым выводом второго диода б. Второй вывод диода 6 подсоединен к первому выводу конденсатора 7 и через датчик 8 тока подсоединен к выходному выводу стабилизатора. Вторые выводы транзистора

5и конденсатора 7 подсоединены к . общему выводу стабилизатора. Первый вывод резистора 9 подсоединен к входному выводу стабилизатора, а второй вывод через третий диод 10 --к общей точке диода 6 и конденсатора 7. Первый множительный элемент 11 входами подсоединен к датчику 8 тока и выходному выводу стабилизатора, а выходом - к первому входу второго множительного элемента 12, второй вход которого соединен с выходом датчика

4 тока. Суммирующей усилитель 13 соединен входами с выходным выводом стабилизатора, источником опорного напряжения и и выходом второго множительного элемента 12 ,-Широтно-им- пульсньй модулятор 14 соединен входами с выходом суммирующего усилителя

13и выводом генератора 15 пилообразного напряжения, а выходом - с управ- лякицим входом транзистора 5. Релейный элемент 16 подсоединен к выходно

0

5 0

му выводу стабилизатора и выходом - к управляющему входу транзистора 1.

Множительные элементы 11 и 12 могут быть реализованы на микросхемах типа К525ПС2 или к 525ПСЗ, причем множительный элемент 11 вьшолняет функцию деления, а множительный элемент 12 - функцию умножения. Трехвходовый суммирующий усилитель 13 может быть реализован на микросхеме.К140УД17.

Повышаюв;ий импульсный стабилизатор напряжения работает следующим образом.

При включении стабилизатора оба транзистора 1 и 5 включены, поскольку на выходе релейного элемента 16 устанавливается высокое напряжение, и сигнал рассогласования на выходе усилителя 13 максимален, широтно-импульсный модулятор 14 находится в состоянии насьш1ения. Ток дросселя 2 начинает нарастать и одновременно происходит заряд конденсатора 7 че- рез дополнительную цепочку, включающую резистор 9 и диод 10. Выходное напряжение достигает значения

и

eiix,

и

R

3

5

0

5

0

где

3

сопротивление резистора 9; сопротивление диода 10 в открытом состоянии; RH сопротивление нагрузки. Дальнейшее нарастание выходного напряжения до номинального значения осуществляется за счет энергии, накапливаемой в дросселе 2 после вхождения широтно-импульсного модулятора 14 в зону линейной работы. При отсутствии цепочки из резистора 9 и диода 10 имеет место задержка нарастания выходного напряжения на время нахождения широтно-импульсного модулятора в состоянии насьщения. Кроме того, при скачкообразном увеличении тока нагрузки (набросе нагрузки) дополнительная цепочка препятствует уменьшению выходного напряжения ниже величины и g(,,x .

При скачкообразном уменьшении то-- ка нагрузки (сбросе нагрузки) избыточная энергия дросселя 2 вызывает большой выброс выходного напряжения. В предлагаемом устройстве как только выходное напряжение превышает номинальное значение на некоторую величину 4Ubiix:,, срабатывает релейный элемент 16 и выключает транзистор 1. Тем самым отключается первичный источник питания, прекращается подача энергии в дроссель, и выброс выходного напряжения существенно уменьшается.

В законе управления широтно-им- пульсным модулятором 14 присутствует составляющая, пропорциональная току дросселя 2, снимаемая с датчика 4 тока дросселя, что позволяет повысить общий коэффициент усиления контура обратной связи, а следовательно, коэффициент стабилизации. Для того, чтобы при этом в статической ошибке исключить составляющую, зависящую от нагрузки стабилизатора (так как не обеспечивается инвари- антность коэффициента стабилизации к нагрузке), весовой коэффициент пр составляющей тока дросселя реализован зависящим от нагрузки, т.е. формируется закон управления вида

Е и,„ к, и

в

- K,(R,)

ЧР

где и

и

К

оп вИх

ЗР

опорное напряжение; выходное напряжение; ток дросселя; постоянный коэффициент;

K (R )- коэффициент, пропорцио- нальный сопротивлению

. нагрузки.

При этом первый множительный элемент 11 осуществляет операцию делени выходного напряжения на ток нагрузки (снимаемый с датчика 8 тока), т.е. вырабатывает сигнал пропорциональны сопротивлению нагрузки. Второй множительный элемент 12 осуществляет операцию умножения этого сигнала на сигнал, пропорциональный току дросселя 2. В суммирующем усилителе 13 осуществляется окончательное формирование управляющего сигнала, который вместе с развертывающим сигналом генератора 15 пилообразного напряжения подаётся на входы широтно-импульсно- го модулятора 14. При изменении тока нагрузки пропорционально изменяется, ток дросселя и обратно пропорционально - коэффициент К(К„) так, что составляющая KI(RH)- остается неизменной. Тем самым обеспечивается инвариантность выходного напряжения к величине сопротивления нагрузки и повьшается статическая стабильность

10

15

20

25

30

яй

35

40

45

50

55

выходного напряжения без ухудщения динамических свойств стабилизатора.

Транзистор 1, диод 3, дроссель 2 стабилизатора могут работать в режиме предварительного понижающего стабилизатора.

Таким образом, изобретение позволяет повысить стабильность выходного напряжения повышающего импульсного стабилизатора напряжения.

Формула изобретения

Повышайщий импульсный стабилизатор напряжения, содержаш й последовательно включенные дроссель, датчик тока дросселя и диод, причем дроссель свободным выводом подключен к входному выводу, а также регулирующий транзистор, включенньш между общим выводом и точкой соединения датчика тока.дросселя и диода, второй вывод которого через конденсатор соединен с общим выводом, суммирующий усилитель, подключенный первым и вторым входами соответственно к выходно гу выводу и источнику опорного напря же- ния, широтно-импульсный модулятор, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам суммирующего усили1еля и генератора пилообразного напряжения, при этом выход широтно-импульсного модулятора соединен с управляюпдим входом регулирующего транзистора, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности выходного напряжения за счет обеспечения инвариантности коэффициента стабилизации к величине нагрузки, в него введены датчик тока нагрузки, первый множи- тельный элемент, осуществляющий функцию деления, и второй множительный элемент, кроме того, суммируюш 1Й усилитепь снабжен третьим входом,, соединенным с выходом второго множительного элемента, при этом датчик тока нагрузки включен между вторым выводом диода и выходным выводом, входы первого множительного элемента соединены соответственно с выходом датчика тока нагрузки и с выходным выводом, а входы второго множительного элемента соединены соответственно с выходом первого множительного элемента и с выходом датчика тока дросселя.

Изобретение относится к источникам вторичного электропитания и может быть использовано для питания различной радиоэлектронной аппаратуры. Целью изобретения является повышение стабильности выходного напряжения путем обеспечения инвариантности коэффициента стабилизации к величине нагрузке. Множительный элемент 11, делящий выходное напряжение на ток, снимаемый с датчика 8 тока нагрузки, вырабатывает сигнал, пропорциональный величине нагрузки. Этот сигнал умножаетсяв множительном элементе 12 на сигнал, снимаемый с датчика 4 тока дросселя 2. Суммирующий усилитель 13 окончательно формирует управляющий сигнал, который вместе с развертывающим сигналом генератора 15 пилообразного напряжения подается на входы широтно-импульсного модулятора 14. Тем самым обеспечивается инвариантность выходного напряжения к величине сопротивления нагрузки и повышается стабильность выходного напряжения. 1 ил.