Импульсный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1991 года по МПК G05F1/56 

фИ

19

15

#57

216

7 I

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания различной радиоэлектронной аппаратуры. Целью изобретения является уменьшение уровня пульсаций выходного напряжения путем увеличения максимальной частоты коммутаций. Цель достигается за счет действия отрицательной обратной связи (ООС)s создаг. 5 3 .1в О «э

о

18

НФ

17

-0о

оэ

Фиг 1

ваёмой током разряда конденсатора 19. ООС обеспечивает поддержание постоянства степени насыщения ключевого транзистора 1. При этом предотвращается увеличение времени выключения клюИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано преимущественно для питания радиоэлектронной аппаратуры общего применения, в частности для питания блоков ЭВМ.

Цель изобретения - уменьшение уровня пульсаций выходного напряжения путем увеличения максимальной частоты коммутации.

На фиг. 1 представлена принципи- альная электрическая схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений, поясняющие принцип его работы.

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения (фиг. l) содержит ключевой транзистор 1 ъ 01,Офильтр 2 в составе дросселя 3 с основной 4 и дополнительной 5 обмотками, возвратного диода 6 и конденсатора 1, Имеются также делитель 8 напряжения, компаратор 9, источник 10 опорного напряжения, первый резистор 11 и первый конденсатор 12.

При этом коллектор и эмиттер транзистора 1 подключены соответственно к входному выводу и к входу DLC-фильтра 2, т.е. к катоду диода 6, К выходу фильтра т.е. параллельно конденса- тору 7), соединенному с выходным вы- водом, присоединен вход делителя 8 напряжения, выход которого соединен с первым входом компаратора 9, к второму входу которого подключен источник 10 опор- ного напряжения. Один вывод обмотки 5 дросселя 3 соединен с базой ключевого транзистора 1.

Кроме того, стабилизатор содержит четыре диода 13-16, второй 17 и тре- тий 13 резисторы, второй конденсатор 19 и дифференцирующую цепочку 20. При этом второй вывод обмотки 5 соединен с эмиттером ключевого транзистора 1. Выход компаратора 9 через диод 13, включенный в проводящем направлении, подключен к входу дифференцирующей цепочки 20, который через резистор 11 соединен с общей шиной. Выход цепочки

чевого транзистора I, что позволяет повысить максимальную частоту его коммутации и как следствие уменьшить уровень пульсаций выходного напряжения. 2 ил.

$

0 5

д

.fl 45

,..

5

5

20 через конденсатор 12 подключен к базе ключевого транзистора 1 и к катоду диода 14, анод которого подключен к эмиттеру ключевого транзистора 1, к базе которого подключен анод диода 15. Катод последнего через резистор 17 соединен с общей шиной и через конденсатор 19 подключен к аноду диода 16, который через резистор 18 подключен к отводу основной обмотки 4 дросселя 3. При этом катод диода 16 присоединен к коллектору ключевого транзистора 1, а обмотки 4 и 5 дросселя 3 соединены согласно.

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения (фиг. 1) работает следующим образом.

В исходном состоянии в момент включения первичного источника питания конденсатор 7 еще не успел зарядиться, и выходное напряжение стабилизатора, равное напряжению Е-, на конденсаторе 7, еще равно нулю (фиг. 2а).

8этих условиях на выходе компаратора

9появляется импульс Eg напряжения логической единицы, который через диод 13- подается на вход дифференцирующей цепочки 20 (фиг. 2б). На выходе цепочки 20 появляется кратковременный положительный импульс EgQ, который получается в результате дифференцирования импульса E«j (фиг. 2в), Импульс Eg-поступает на базу транзистора 1 через конденсатор 12, транзистор отпирается и через .него и основную обмотку 4 дросселя 3 начинается заряд конденсатора 7. Диод 6 при этом заперт. Конденсатор 19 заряжается напряжением, которое существует на отводе обмотки 4. Ток Цп заряда конденсатора 19 положительной полярности протекает по цепи: отвод обмотки 4 - резистор 18 - конденсатор F9 - резистор 17 - конденсатор 7. Диоды 14-16 при этом заперты.

На обмотке 5 создается напряжение Г, которое поступает на базу транзистора 1 и удерживает его в открытом состоянии после окончания положительного импульса u. v« . ot д), При этом под действием напряжения Еу создается ток I , который протекает по цепи: левый вывод об- мотки 5 - промежуток база-эмиттер ключевого транзистора 1, правый вывод обмотки 5е Напряжение Е между коллектором и эмиттером у открытого транзистора 1 под действием напряжения Eg уменьшается (фиг. 2г). Как только напряжение Е, станет меньшим, чем напряжение Е (- Д° которого ранее зарядился конденсатор 19, происходит отпирание диодов 14-16, В результате конденсатор 19 начинает разряжаться, причем ток разряда протекает по цепи: верхняя обкладка конденсатора 19 - диод 16 - промежуток коллектор-эмиттер открытого транзистора 1 - диод 14, за- шунтированный обмоткой 5 - диод 15 - нижняя обкладка конденсатора 19 (фиг. 2е) , Часть тока 1|о протекает через обмотку 5 и создает на ней падение напряжения, приложенное к промежутку эмиттер-база ключевого транзистора таким образом, что ток уменьшается. Ток 1 при этом тем больше, чем меньше величина сопротивления насыщения у транзистора 1, т.е. чем больше степень его насыщения.

Таким образом, ток 1 разряда конденсатора, уменьшая величину тока |, создает отрицательную обратную связь. Ее действие обеспечивает поддержание постоянства степени насыщения транзистора 1, например, при колебаниях температуры окружающей среды и/или вариациях амплитуды импульсов Еу на базе. Тем самым предотвращается увеличение времени выключения транзистора 1, например, при повышении температуры окружающей среды.

В момент, когда выходное напряжение Е достигнет заданного номинала ЕИОМ , напряжение на выходе делителя 8, пропорциональное Е7, становится равным опорному напряжению источника 10. В этот момент на выходе компаратора 9 формируется отрицательный перепад напряжения Eg, после дифференцирования в цепи 20 на ее выходе появляется отрицательный импульс Ego, которым форсированно запирается транзистор 1 (фиг. 2в, д). Под действием ЭДС самоиндукции, возникающей в индуктивности обмотки 4, отпирается ди16368356

Е (фиг. 2 в,од 6, и энергия из указанной индуктивдиод 6 в кон10

15

20

25

ности передается через денсатор 7.

Достигаемое при совокупном действии отрицательной обратной связи н отрицательного импульса Eg0 уменьшение времени выключения транзистора 1 позволяет повысить максимальную частоту коммутации при работе с большими токами нагрузки. Как следствие, уменьшается уровень пульсаций.

Формула изобретения

Импульсный стабилизатор постоянно- го напряжения р содержащий ключевой транзистор, коллектор которого подключен к входному выводуs а эмиттер - к входу DLC-фмльтра, выход которого соединен с выходным выводом, делитель напряжения, включенный между выходным выводом и общей шиной, выход которого соединен с одним из входов компаратора, другой вход которого подключен к источнику опорного напряжения, первый резистор и первый конденсатор, при этом дроссель 0 С фильтра выполнен двухобмоточным с основной

30 и дополнительной обмотками, причем дополнительная обмотка одним выводом соединена с базой ключевого транзистора, а основная обмотка включена между входом и выходом 01 С-фильтра1 отлич ающий ся тем, что, с целью уменьшения уровня пульсаций выходного напряжения путем увеличения максимальной частоты коммутации, в него введены четыре диода, второй

д0 и третий резисторы, второй конденсатор, а также дифференцирующая цепочка, а основная обмотка дросселя DLC- фильтра снабжена отводом, при этом второй вывод дополнительной обмотки

45 дросселя 01С фильтра соединен с

эмиттером ключевого транзистора, выход компаратора через первый диод, включенный в проводящем направлении, подключен к входу дифференцирующей

50 цепочки и через первый резистор к общей шине, выход дифференцирующей цепочки через первый конденсатор подключен к базе ключевого транзистора и к катоду второго диода, анод котосс рого подключен к эмиттеру ключевого транзистора, к базе которого подключен анод третьего диода, катод которого через второй резистор соединен с общей шиной и черс з второй конденса35

диод 6 в кон

5

0

5

ности передается через денсатор 7.

Достигаемое при совокупном действии отрицательной обратной связи н отрицательного импульса Eg0 уменьшение времени выключения транзистора 1 позволяет повысить максимальную частоту коммутации при работе с большими токами нагрузки. Как следствие, уменьшается уровень пульсаций.

Формула изобретения

Импульсный стабилизатор постоянно- го напряжения р содержащий ключевой транзистор, коллектор которого подключен к входному выводуs а эмиттер - к входу DLC-фмльтра, выход которого соединен с выходным выводом, делитель напряжения, включенный между выходным выводом и общей шиной, выход которого соединен с одним из входов компаратора, другой вход которого подключен к источнику опорного напряжения, первый резистор и первый конденсатор, при этом дроссель 0 С фильтра выполнен двухобмоточным с основной

0 и дополнительной обмотками, причем дополнительная обмотка одним выводом соединена с базой ключевого транзистора, а основная обмотка включена между входом и выходом 01 С-фильтра1 отлич ающий ся тем, что, с целью уменьшения уровня пульсаций выходного напряжения путем увеличения максимальной частоты коммутации, в него введены четыре диода, второй

0 и третий резисторы, второй конденсатор, а также дифференцирующая цепочка, а основная обмотка дросселя DLC- фильтра снабжена отводом, при этом второй вывод дополнительной обмотки

5 дросселя 01С фильтра соединен с

эмиттером ключевого транзистора, выход компаратора через первый диод, включенный в проводящем направлении, подключен к входу дифференцирующей

0 цепочки и через первый резистор к общей шине, выход дифференцирующей цепочки через первый конденсатор подключен к базе ключевого транзистора и к катоду второго диода, анод котос рого подключен к эмиттеру ключевого транзистора, к базе которого подключен анод третьего диода, катод которого через второй резистор соединен с общей шиной и черс з второй конденса5

тЬр подключен к аноду четвертого диода, который через третий резистор подключен к отводу основной обмотки дросселя DLC- i№ibTpa( причем катод

а н

о

% о

1

п п п г

гтт

четвертого диода присоединен к кол- лектору ключевого транзистора, а дополнительная и основная обмотки дросселя OLC-фильтра соединены согласно.