Ключевой стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1991 года по МПК G05F1/573 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника вторичного электропитания.

Цель изобретения - повышение надежности путем обеспечения защиты стабилизатора от токовых перегрузок и снижение пульсаций выходного напряжения.

На фиг.1 представлена схема стабилизатора; на фиг.2 и 3 - диаграммы напряжений, поясняющие его принцип действия.

Ключевой стабилизатор постоянного напряжения содержит последовательно включенные в силовую шину регулирующий элемент LCD-фильтр 2, генератор 3 прямоугольных импульсов, первый 4 и второй 5 триггеры Шмитта, инвертор 6, элемент И- НЕ 7. триггер 8 защиты, сумматор 9, одним из входов соединенный с управляющим входом стабилизатора 10, делитель 11 напряжения, а также последос ательно соединенные стабилитрон 12 и резистор 13. Выход генератора 1 импульсов подключен к первому входу первого триггера 4 Шмитта и через инвертор 6 - к S-входу триггера 8 защиты, R- и D-входы которого подключены к общей шине, С-вход - к выходу второго триггера 5 Шмитта, а выход-к первому входу элемента И-НЕ 7, выход которого подключен к управляющему входу регулирующего элемента 1, а второй вход - к выходу первого триггера 4 Шмитта, второй вход которого подключен к выходу сумматора 9, первый вход которого подключен к выходу LCD-фильтра, а второй - к управляющему входу стабилизатора 10. Делитель 11 напряжения включен между выходом регулирующего элемента 1 и общей шиной, а его выход соединен с входами второго триггера 5 Шмитта. Анод стабилитО vj

СЛ 00 XI

рона 12 соединен с общей шиной, второй вывод резистора 13 - с входом регулирующего элемента 1, а выводы питания всех цифровых элементов - с катодом стабилитрона 12 (для упрощения показана запитка только одного элемента).

Стабилизатор работает следующим образом.

Генератор 3 импульсов вырабатывает отрицательные импульсы (фиг.2а), поступающие на первый вход первого триггера 4 Шмитта, в качестве которого используется элемент микросхемы 564ТЛ1. На второй вход первого триггера 4 Шмитта поступает сигнал с выхода сумматора 9 на двух резисторах, в котором суммируются напряжения на управляющем входе 10 стабилизатора (Uy) и на выходе устройства (Увых). Если эта сумма не превышает верхнего порога (Una) срабатывания триггера 4 Шмитта, то на его выходе установлен потенциал логической единицы, который устанавливает выход элемента И-НЕ 7 с открытым выходом в состояние логического нуля при условии, если защита от токобой перегрузки не сработала и на выходе триггера 8 установлен потенциал логической единицы. При этом регулирующий элемент 1 открыт и напряжение Е шины питания поступает в LCD-фильтр 2, в результате чего напряжение на выходе стабилизатора и, следовательно, на первом входе триггера 4 Шмитта растет (фиг.26). В моменты времени ti, т.з, ts напряжение на первом входе триггера 4 Шмитта достигает его верхнего порога срабатывания и он перебрасывается в нулевое состояние (фиг.2в), закрывая элемент 7 и регулирующий элемент 1, после чего напряжение на выходе стабилизатора снижаясь, поддерживается за счет энергии, запасенной в емкости и индуктивности фильтра 2.

В моменты t2, t4, te на второй вход триггера 4 поступают отрицательные импульсы с генератора 3, перебрасывающие триггер 4 в единичное состояние (фиг.2в) несмотря на то, что напряжение на его первом входе не достигло его нижнего порога (Упн) срабатывания. Принудительный переброс триггера 4 импульса ми генератора 3 позволяет получить уровень пульсаций выходного напряжения значительно ниже величины гистерезиса триггера 4 Шмитта. Причем уровень пульсаций снижается с повышением частоты генератора 3.

Поскольку порог срабатывания триггера 4 зависит or напряжения его питания, то оно стабилизируется с помощью стабилитрона 12 и резистора 13. Для согласования по уровню сигналов этим же напряжением запитываются остальные цифровые элементы, которые по соображениям потребления и быстродействия целесообразно выбирать из серии 564.

Работа стабилизатора в режиме блокировки при токовой перегрузке на выходе иллюстрируется диаграммами, изображенными на фиг.З, которые до момента п токовой перегрузки соответствуют диаграммам фиг.2. В момент t на втором входе триггера

0 4 Шмитта устанавливается нулевой потенциал (фиг.Зб), а на его выходе - единичный. Ток, протекающий через транзистор регулирующего элемента 1 и индуктивность фильтра 2, начинает расти, и при некотором его

5 значении транзистор начинает выходить из режима насыщения. При этом в момент ts на входе второго триггера 5 Шмитта напряжение снижается до его нижнего порога срабатывания (фиг.Зд) и D-триггер 8

0 перебрасывается в нулевое состояние (фиг.Зж), а элемент И-НЕ 7 в единичное состояние (фиг.Зг), выключая регулирующий элемент 1.

В момент tg на S-вход триггера 8 посту5 лает короткий положительный импульсе выхода инвертора 6 (фиг.Зг), который устанавливает триггер 8 в единичное состояние (фиг.Зж), что приводит элемент И-НЕ 7 в нулевое состояние, разрешающее включе0 ние элемента 1. В этот момент, благодаря индуктивности фильтра 2 ток нарастает постепенно и транзистор еще насыщен. При этом напряжение на входе триггера 5 пре5 вышает верхний порог его срабатывания, перебрасывая его в нулевое состояние (фиг.Зе). Далее регулирующий элемент 1 опять начинает выходить из режима насыщения, и в момент tio процесс повторяется

0 аналогично моменту te.

При снятии токовой перегрузки (в момент tn) процесс установления напряжения на выходе возобновляется в момент ш при поступлении импульса с выхода генератора

5 3 через инвертор 6, который устанавливает триггер 8 защиты в единичное состояние, разрешающее нормальную работу стабилизатора.

Минимальное время включения регули0 рующего элемента 1 определяется длительностью импульса генератора 3, которую выбирают такой, чтобы при минимальной нагрузке она не превысила требуемое время открытого состояния регулирующего эле5 мента 1 на каждом такте работы стабилиза- т.ора для обеспечения необходимого выходного напряжения.

Обеспечение защиты от токовых перегрузок и автоматическое восстановление работоспособности после устранения перегрузки позволяют повысить надежность стабилизатора, а его принцип функционирования обуславливает малый уровень пульсаций выходного напряжения.

Формула изобретения Ключевой стабилизатор постоянного напряжения, содержащий последовательно включенные в силовую шину регулирующий элемент и LCD-фильтр, первый триггер Шмитта и последовательно соединенные стабилитрон и резистор, причем анод ста- билитрона подключен к общей шине, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем обеспечения защиты от токовых перегрузок, а также снижения пульсаций выходного напряжения, в него введе- ны генератор прямоугольных импульсов, элемент И-НЕ с открытым выходом, сумматор, делитель напряжения, второй триггер Шмитта, триггер защиты и инвертор, при этом выход генератора импульсов подклю-

чен к первому входу первоготриггера Шмитта и через инвертор - к S-входу триггера защиты, R- и D-входы которого подключены к общей шине, С-вход - к выходу второго триггера Шмитта, а выход - к первому входу элемента И-НЕ, выход которого подключен к управляющему входу регулирующего элемента, а второй вход - к входу первого триг- гера Шмитта, второй вход которого подключен к выходу сумматора, первый вход которого подключен, к выходу LCD- фильтра, а второй - к управляющему входу стабилизатора, делитель напряжения включен между выходом регулирующего элемента и общей шиной, а его выход соединен с входами второго триггера Шмитта, кроме того, выводы питания цифровых элементов подключены к катоду стабилитрона, а второй вывод резистора соединен с входным выводом регулирующего элемента.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника вторичного электропитания. Цель изобретения - повышение надежности путем обеспечения защиты стабилизатора от токовых перегрузок, а также снижение пульсаций выходного напряжения. В устройство, содержащее регулирующий эле- мент,1 СО-фильтр и триггер Шмитта, введены генератор прямоугольных импульсов, элемент И-НЕ с открытым выходом, второй триггер Шмитта, триггер защиты и инвертор. Импульсы, вырабатываемые генератором, обеспечивают переключение регулирующего элемента до момента достижения выходным напряжением уровня нижнего порога срабатывания триггера Шмитта При токовой перегрузке переключается второй триггер Шмитта, воздействие выходного сигнала которого обеспечивает опрокидывание триггера защиты и тем самым запирание регулирующего элемента. После устранения токовой перегрузки с приходом очередного импульса с генератора происходит самовозврат устройства в рабочее состояние. 3 ил. Ю С

(

Ј

в

8

Фиг.1

6

8

t.

V

ФигЗ

Фиг.2

t9 10

t