Ключевой стабилизатор напряжения с повышением выходного напряжения Советский патент 1991 года по МПК G05F1/613 

о

СП

4ь 00 О ГС

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в устройствах электропитания радиоаппаратуры, средств связи.

Цель изобретения - повышение надежности и расширение области применения за счет снижения пусковых токов, обеспечения устойчивого и плавного включения в широком диапазоне изменения входных и выходных напряжений.

На Фиг о 1 представлена структурная схема ключевого стабилизатора напряжения (КСН); на фиг.2 - один из вариантов выполнения КСН; на фиг.З - процесс вхождения устройства в рабочий режим.

Стабилизатор (фиг01) содержит входной фильтр 1, накопительный дрос1 сель 2, регулирующий элемент 3, коммутирующий диод 4, фильтрующий конденсатор 5, умножитель 6 напряжения, подключенный к коммутирующему диоду 4, первый токоограничивающий резистор 7 коммутирующий каскад 8, подключенный выходом к управляющему входу регулирующего элемента 3, второй токоограничивающий резистор 9, подключенный между выходом узла 10 и управляющим входом коммутирующего каскада 8, инвертор 11, подключенный между выходом узла 10 и входом времязадающей цепи 12, дифференциальный усилитель 13, составленный из транзисторного каскада-14, источника 15 опорного напряжения и делителя 16 выходного напряжения, первый ключевой каскад 1 подключенный между общей шиной и источником 15 опорного напряжения, второй ключевой каскад 18, подключённый между общей шиной и делителем 16 выходного напряжения, управляемый мультивибратор 19, входы которого подключены к транзисторному кас каду 14 дифференциального усилителя 13, выходной фильтр 20, включенный между выходом умножителя 6 напряжения и выходным выводом, вспомогательный источник 21 питания и гасящий резистор 22.

Работа стабилизатора пояснена временными диаграммами на фиг.З. При поступлении на вход фильтра 1 входного напряжения U (фиг.За) вспомо

г,1тельный источник 21 формирует напряжение, поступающее для питания узла 10 задержки и инвертора 11. При этом от момента С подачи входного

0

5

0

5

0

35

40

50

55

напряжения до момента t нарастания напряжения на элементах узла 10 задержки до порогового значения в интервале времени tQ - t , пропорциональном постоянной времени узла 10 задержки, на его выходе формируется напряжение логической единицы, поступающее через второй токоограничитель- ный резистор 9 на вход коммутирующего каскада 8, открывая его. Таким образом, регулирующий элемент 3 в это время (t0 - t,) будет закрыт, напря-. жение U,.p на коллекторе регулирующего элемента 3 равняется Unv. Закрыва л

ние регулирующего элемента 3 с момента поступления напряжения вызвано необходимостью предотвращения его открывания на время, обусловленное временем вхождения мультивибратора 19 в нормальный автоколебательный режим в момент запуска (фиг,36), тем самым исключаются токовые перегрузки входных элементов, а также устройств первичного питания.

Инвертор 11 с момента времени t формирует на его выходе напряжение логического нуля, следовательно, на входы ключевых каскадов 17 и 18 напряжение не подается, в результате каскады 17 и 18 будут закрыты, обесточивая тем самым управляющие цепи мультивибратора 19, т.е. на время запуска дифференциальный усилитель 13 отключается от- мультивибратора 19 по управляющим связям, генерирование мультивибратора 19 происходит на низкой частоте с периодом колеба ния Тп с большой скважностью. Напряжение иклмна коллекторе левого плеча мультивибратора показано на фиг.36. Следовательно, за интервал t0 - t, производятся подготовка мультивибратора 19 к запуску регулирующего элемента 3 (фиг.Зв). Импульсы, поступающие с мультивибратора 19 на каскад 8, не изменяют его состояния и состояние регулирующего элемента 3 (фиг.Зв) в указанном интервале времени. Поэтому выходное напряжениеивЬ11С стаби- лизатора в данном интервале равно и &ц (фиг.Зг). На диаграмме (фиг.Зд) показано изменение тока потребления 1П. Скачок пускового тока 1Пс в первый момент обусловлен зарядом входных конденсаторов, далее до t( обусловлен только сопротивлением нагрузки и вы ходным напряжением UBb)X.

При достижении напряжения на входе узла 10 задержки порогового уровня в момент времени t, на его выходе формируется напряжение логического нуля, которое не мешает прохождению импульсов мультивибратора 19 для запуска регулирующего элемента 3, на выходе инвертора 11 - напряжение логической единицы, которое заряжает конденсатор RC-цепи 12, т.е. открывание каскадов 17 и 18 происходит с задержкой на интервал времени t, - t.Таким образом, мультивибратор 19 продолжает работать на той же низкой частоте с периодом Т- с большой скважностью до момента времени й2(фиг.3б). Соответственно, с момента времени t, до tЈ регулирующий элемент 3 начинает переключаться с той же частотой (фиг.Зв), выходное напряжение увеличивается пропорционально частоте и скважности переключения (фиг.Зг). Скачок пускового тока 1ПХ хс в интервале времени t , - t, (фиг.Зд) обусловлен индуктивным сопротивлением X, дросселя 2, включенного в это время параллельно питающей сети, и емкостным сопротивлением Хс при дозаря- де конденсаторов умножителя 6 и выходного фильтра 20. При достижении напряжения на конденсаторе RC-цепи 12 уровня, достаточного для открывания каскадов 17 и 18, источник 15 опорного напряжения и делитель 16 напряжения подключаются к общей шине через открытые ключевые каскады 17 и 18. С этого времени tg мультивибратор 19 переходит в режим автоматического управления с установившейся час тотой переключения, значительно превышающей частоту пускового режима (Туст с Тп) . Выходное напряжение с момента t нарастает до расчетного установившегося значения Ug.(y цеТ , ток потребления плавно переходит в установившееся значение Ifjucr.

Дальнейшая работа стабилизатора является обычной для установившегося режима стабилизаторов работы со схемой управления на мультивибраторе и дифференциальном усилителе.

Ключевой стабилизатор напряжения с повышением выходного напряжения может быть выполнен, как показано на фиг.2.

Введение отключения дифференциального усилителя от мультивибратора обеспечивает более устойчивое и плав

ное включение стабилизатора, исключает токовые перегрузки входных силовых элементов и выходных, элементов устройств первичного питания.

Формула изобретения

Ключевой стабилизатор напряжения с повышением выходного напряжения, содержаний включенные последовательно входной фильтр, накопительный дроссель и коммутирующий диод, причем вход входного фильтра соединен с входным выводом, регулирующий элемент, включенный между точкой соединения накопительного дросселя и коммутирующего диода и общей шиной, фильтрующий конденсатор, включенный

Q между свободным выводом коммутирующего диода и общей шиной, первый токо- огракичительный резистор, подключенный одним выводом к точке соединения коммутирующего диода с фильтрующим конденсатором, а другим - к управляющему выводу регулирующего элемента, коммутирующий каскад, подключенный к управляющему входу регулирующего элемента, управляемый мультивибратор , подключенный выводами питания к выходу входного фильтра, двумя выводами управления - к выходным выводам дифференциального усилителя, а выходом - к управляющему входу коммутирующего каскада, умножитель напряжения, под5 ключенный входными выводами к выводам коммутирующего диода, выходным выводом через выходной фильтр - к ч выходному выводу, вспомогательный источник питания, подключенный выводами питания к выходу входного фильтра, при этом входы дифференциального усилителя подключены соответственно к выходам источника опорного напряжения и делителя выходного напряжения, отличаю щий- с я тем, что, с целью повышения на- .дежности и расширения области использования путем снижения пусковых

5

0

0

5

токов, обеспечения устойчивого и плавного включения в широком диапазоне изменения входных и выходных напряжений, в него введены узел задержки, инвертор, времязадающая цепь, первый и второй ключевые каскады, второй токоограничительный резистор и гася- ший резистор, при этом вход узла задержки подключен к выходу вспомогательного источника питания, а через

второй токоогран ичивающий резистор - к управляющему входу коммутирующего каскада, вход инвертора подключен к выходу узла задержки, а выход через времззадающую цепь - к управляющим входам первого и второго ключевы каскадов, причем силовые выводы первого ключевого каскада подключены к первому входному выводу источника опорного напряжения и общей шине,

ГёРт

Put.Z

силовые выводы второго ключевого каскада подключены к первому входному выводу делителя выходного напряжения и общей шине, а гасящий резистор включен между выходным выводом умножителя напряжения и выводом питания дифференциального усилителя, к которому подключены вторые входные выводы источника опорного напряжения и делителя выходного напряжения.

н

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания радиоаппаратуры и средств связи. Целью изобретения является повышение надежности и расширение области использования за счет снижения пусковых токов, обеспечения устойчивого и ллавного включения в широком диапазоне входных и выходных напряжений. Устройство выполнено по схеме с параллельным регулирующим элементом 3, умножителем 6 напряжения, подключенным к коммутирующему диоду 4. Управление регулирующим элементом 3 производится при помощи мультивибратора 19, на управляющие входы которого подаются сигналы с выхода дифференциального усилителя 13. На период включения стабилизатора мультивибратор 19 при помощи ключевых каскадов 17, 18 отключается от дифференциального усилителя 13, что обеспечивает устойчивое и плавное включение стабилизатора, исключает токовые перегрузки его элементов. 3 ил. i (Л С