Импульсный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1991 года по МПК G05F1/569 

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

Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности путем обеспечения защиты от короткого замыкания в нагрузке с последующим самозапуском, ограничения тока включения и одновременного повышения КПД.

На чертеже представлена функциональная схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения.

Стабилизатор содержит включенные между входным и выходным выводами последовательно соединенные регулирующий блок 1 и LCD-фильтр 2, резистивный датчик (делитель) 3 напряжения, включенный между выходным выводом и общей шиной, управляющий блок 4, один вход которого соединен с выходом делителя 3, источник 5 питания управляющего блока с отключающим входом, выход которого соединен с вто- рым входом управляющего блока 4, выходом подключенного к управляющему входу регулирующего блока 1, соединенные последовательно резистивный датчик 6 тока, пиковый детектор 7, компаратор 8, усилитель 9 мощности, интегрирующую цепочку 10, пороговый каскад 11, источник 12 тока с двумя выходами и транзисторный ключ 13, выход которого соединен с отключающим входом источника 5, а также диодный фильтр 14, защитный диод 15 и токоограничивающий двухобмоточный

о

00

ю ю

00

ю

дроссель 16. причем первичная обмотка дросселя 16 включена между диодом LCD- фильтра 2 и общей шиной и зашунтирована последовательной цепочкой из защитною диода 15 и датчика 6 тока, а вторичная обмотка дросселя 16 включена между общей шиной и входом диодного фильтра 14.

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом. Схема импульсного стабилизатора представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования. Управляющий блок 4 осуществляет непрерывное сравнение выходного напряжения стабилизатора с опорным, задаваемым источником 5 питания управляющего блока, и содержит дифференциальный усилитель, один вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а второй вход - к выходу дели теля 3 напряжения на выходе стабилизатора, и пороговый элемент на базе триггера Шмитта. Триггер Шмитта срабатывает в момент, когда сигнал ошибки достигает определенной величины.

Точность поддержания выходного напряжения определяется напряжением срабатывания и отпускания триггера Шмитта и коэффициентом усиления дифференциального усилителя. Импульсы с выхода блока 4 открывают и закрывают регулирующий блок 1. В течение времени открытого состояния регулирующего блока рабочий ток (ток нагрузки) протекает от источника входного напряжения через дроссель LCD-фильтра 2. В течение времени закрытого состояния регулирующего блока ток нагрузки протекает от дросселя LCD-фильтра через первичную обмотку токоограничивающего дросселя 16, защитный диод 15 и диод LCD-фильтра 2.

Выражение тока через резистивный датчик 6 тока в операторной форме lR(PHPPL/RtPL

Соответственно, значение тока через резистивный датчик 6 тока, как функции времени

lR(P) где IP - рабочий ток стабилизатора;

г L/R, где L - индуктивность токоограничивающего дросселя;

Р - сопротивление резистивного датчика тока.

Таким образом, через резистивный датчик 6 тока протекает импульс экспоненциального спадающего рабочего тока Время протекания рабочего тока через реэистив- ный датчик тока приблизительно на поря док меньше, чем время закрытого состояния регулирующего блока 1 Мощность, выделяемая в резистивном датчике 6 тока

P1-1/2I2P Rti/T,

где ti время протекания импульса рабоче- го тока;

T {to+t3) - период работы ключа регулирующего блока;

to - время открытого состояния регулирующего блока;

01з - время закрытого состояния регулирующего блока.

Мощность, выделяемая в резистивном датчике тока, включенном в силовую шину стабилизатора RtoVT.

Отношение мощностей Р2 и Pi P2/Pl 2to/ti,

т.е. мощность, выделяемая в датчике тока описываемого устройства, приблизитель- 0 но на два порядка меньше, чем в известных устройствах. При каждом отпирании регулирующего блока в течение времени рассасывания неосновных носителей в базе диода LCD-фильтра, когда напряжение на диоде 5 еще мало, на первичной обмотке токоограничивающего дросселя 8 формируются пря- моугольные импульсы положительной полярности, амплитуда которых равна входному напряжению стабилизатора, а дли- 0 тельность пропорциональна выходному току стабилизатора.

На вторичной обмотке токоограничивающего дросселя 16 возникают отрицательные относительно общей шины импульсы 5 напряжения, поступающие на вход диодного фильтра 14. Напряжение с выхода диодного фильтра 14 обеспечивает питание компаратора 8 и усилителя 9 мощности.

0Импульсы напряжения отрицательной

полярности, амплитуда которых пропорциональна току нагрузки стабилизатора, с резистивного датчика 6 тока поступают на вход пикового детектора 7. При перегрузке по

5 току или коротком замыкании на выходе стабилизатора на вход компаратора 8 поступает напряжение, достаточное для срабатывания последнего.

На выходе компаратора формируются

0 импульсы, вызывающие срабатывание усилителя 9 мощности.

В течение времени открытого состояния усилителя 9 происходит заряд конденсатора интегрирующей цепочки 10 от источника

5 входного напряжения и от напряжения с выхода диодного фильтра 14. Интегрирующая цепочка имеет малое значение постоянной времени заряда и большое значение постоянной времени разряда.

-i ЧЯКрМ /H iJHt ./4

б Л OK rl -5. JHH TПри напряжении, равкпм fj ц лг- „i- срабатывания порогового а -vx ; ; i i следний включает источник 2 юкс : :ie вого выхода которого от источника нхичиргг, напряжения напряжение поступает - пер вый вход управляющего блока з со -юрого выхода -на управляющий в у о/1, трдущс п, ного ключа 13. Транзисторный кл/ / ,-f тирует источник 5 питании у. ртгг. змщеги блока, благодаря чему закрывается чы -д ной ключ триггера упр.ч ч- и,т i блока 4 и, как следствие, экры° -г; -т v лирующий блок 1,

Одновременно источник 1 - вает входной транзистор j. . t. ного усилителя управляйте благодаря чему выходное , билизатора снижается до H,II ЧКГЛОЧР- ЧИЭЛЬНО. При ОТСутСГБ. : М -

источником тока и вхо/ п , блока 4, когда закрывание оегучипу блока происходит только ел срн л пм транзисторного ключа 13,выходное напряжение стабилизатора ;о Hvr° f- экспоненциально В результате ь ограничения рабочего ток л или кг рот ко замыкания увеличивается рррмя пу ния тока через регулирук ;--1 /ш/ и следствие,его перегрев

В предлагаемом устр.ч r.r- e tv1 ограничения рабочего тпк , - р короткого замыкания в г определяемом постоянны v да конденсаторов ри овп и ,

интегрирующей цепочки , возрастание выходного нппг я лизатора от нуля до знзче- ия /

го величиной порога ,,} компаратора 8.

После срабатывания компзо 1 p j Я происходит снижение выходного nntJ ,;г ния до нуля. Регулирующий блок -яь,,г н течение времени, определяемо о nor-oqt. ной времени разряда интегриоуюшей це почки 10. При устранении перефузки по току или короткого замыкания нз ot ходе стабилизатора последний автоматически переходит в режим стабилизации, гак как исчезает напряжение на выходе ш коного детектора, и компаратор, усилитель мищк сти, пороговый каскад, истг1 чи ri.)- транзисторный ключ скачкообразна зк/м ваются, а регулирующий блок откоывам;

В схеме описанного стзоилиэагопа .у щественным образом снижена величина броска сквозного тока через регулирую.ции

|.Ж уМН(Ц.1ЛРМ| { f)pO - L-v(Vi4

5

О

5

1 iKMM oftpci Oi Дг г НЧЯ C t W i С i jr Мз ПОЗВОЛЯЯ ч )f fcji. Пь 4itf iliiyai-SUl НЯДРЖНОСГ1 ИМПу,1ЬС -ЫХ СТсЭОиПИТ Т11рОВ С

,1.1 V позиционные регулированием рмулэ изобре рниц 1,мгтул ,сный стаи низаюр гюси яннсго Ti Tpp -,ения содержащий последорзтельно о- оч -мные межлу входным и ЧЫАОДНЫМ . воаями регупирующии блo и LCD- ф. резистив ы.1 делитель напражения,

- ч К ( МРЖДУ ВЫХОДНЫМ ЬЫООДОМ И ;(7 JPM ЛИНС Й С CO JM 10ННЫЙ С

о, м входом управляющего б мка, выхо- соединенного с управлчю |) 1м входом )f - г блока, а вторым нх ,;ом - с гычод1 i источника питания ун авляюи1его лок& отключающим входом тзкя-е резиго;)ный ключ, чгс, с. целью 1:ч- иной надежности ооткою за- )щим самоза- F,ключения и КПД Р него ии дв /обмо

т. , ЙОДНЫЙ

Т , иные с ив1 .и детех- .wu о и ин ;-,1П ег кад и

pi ЧТ ОМ

i - ни ieч шине

,) -418, последо 3 И (. Г 1 В Н Ы М

: «и г . i Jr) 4iy вторич- i-iy o6f 01 ,а гокоо р }ничивающего дроссе- ял рхлюченз меж ,у шиной и входом /гюдно о Фмпь ра ш. соединенного с в имнюи усилитепч мощности, пш-пвыи детектор, диодный фильтр, компярягор пороговый каскяд источник TOKd с двумя ВЫАОДЭМИ и транзисторный ключ обшими точками соединены с общей шиной и интегрирующая цепочка, пороговый каскад и источник тока с дв/мя выходами з ход ним и питающими шинами соединены с входным выводом, кроме то- и i - ;)вый выход источника тока соединен с лериым входом управляющего блока, второй - с управляющим входом транзи- ciof.-ного кпюча, выход которого подключен к отключающему входу источника питания угфзчля ощрго блока

л

, ,ц.С

1 1.1 И

ГЭ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника электропитания. Цель - повышение эксплуатационной надежности путем обеспечения защиты от короткого замыкания в нагрузке с последующим самозапуском, ограничения тока включения и одновременного повышения КПД. Устр-во построено по классической схеме компенсационного типа с последовательным регулирующим блоком В устр-во введены пиковый детектор, компаратор, усилитель мощности, интегрирующая цепочка, пороговый каскад, источник тока с двумя выходами и ключевой элемент. Эти узлы соединены последовательно с ре- зистивным датчиком тока, последовательно с которым соединен также введенный защитный диод. Введен также токоограничи- вающий двухобмоточный дроссель и диодный фильтр, включенный последовательно с одной обмоткой этого дросселя выходом подключенный к входу усилителя мощности. Выход ключевого элемента соединен с отключающим входом источника питания управляющего блока. Благодаря этому в аварийных режимах с управляющего блока снимается питание, а после снятия аварии схема самовосстанавливается. 1 ил. со с