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

фиг.1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к источнику вторичного электропитания, и может найти применение в системах питания автоматики и вычислительной техники.

Целью изобретения является повышение надежности работы стабилизатора в системе стабилизатор - потребитель путем ограничения пускового тока и перенапряжений на выходе стабилизатора при включении в сеть, сбросе тока нагрузки или броске напряжения на входе стабилизатора.

На фиг.1 изображена функциональная схема ключевого стабилизатора постоянного напряжения; на фиг.2-4 - временные диаграммы, поясняющие его работу соответственно при включении в сеть, сбросе тока нагрузки, броске входного напряжения.

Стабилизатор содержит ключевой регулирующий элемент 1, триггер 2 Шмитта, LCD-фил ьтр 3, усилител ь 4 постоя много тока (УПТ), делитель 5 выходного напряжения, входные выводы 6 и 7, предназначенные для подключения первичного источника постоянного напряжения, выходные выводы 8 и 9, предназначенные для подключения нагрузки, вывод 10 для подключения блока опорного напряжения, вывод 11 для подключения источника питания триггера Шмитта и УПТ(+иВх2). Ключевой регулирующий элемент 1, LCD-фильтр З, включены по- следовательно между входным б и выходным 8 выводами, к входу ключевого регулирующего элемента 1 подключен выход триггера 2 Шмитта, вход его соединен с выходом УПТ 4, один из входов которого соединен с выводом 10 блока опорного напряжения, второй вход - с выходом делителя 5 выходного напряжения, который подключен между выходными выводами 8 и 9 стабилизатора. В устройство введена последовательно соединенная RC-цепь 12, подключенная между входом триггера 2 Шмитта и выводом 8 стабилизатора.

Стабилизатор работает следующим образом.

При подключении стабилизатора в момент времени ti (фиг.2а) к сети входного напряжения UBX (при отсутствии RC-цепи 12) напряжение.на выходе стабилизатора отсутствует (U вых 0), поэтому на входе LCD- фильтра формируются импульсы напряжения Оф (фиг.26) большой длительности, вследствие этого выходное напряжение ивых содержит продолжительный выброс „напряжения, обусловленный большим пусковым током через ключевой регулирующий элемент 1 и элементы LCD-фильтра З, а также переходными процессами на выходе стабилизатора из-за колебательного характера обмена электроэнергией между реактивными элементами (L и С) LCD-фильтра З

(фиг.2в).

При наличии дополнительной RC-цепи 12 в момент времени ц подачи входного напряжения UBX на выходе стабилизатора появляется выброс напряжения в виде ко0 роткого положительного импульса (пика), при этом происходит лавинообразный заряд конденсатора RC-цепи 12 и его более медленный разряд через входное сопротивление триггера 2 Шмитта. В результате на

5 входе LCD-фильтра З формируются импульсы напряжения с монотонно увеличивающейся длительностью и частотой (фиг. 2г), а напряжение на выходе стабилизатора ивых нарастает плавно по экспоненциальному

0 закону с постоянной времени RC-цепи 12 (фиг.2д). Выбором номиналов конденсатора С и резистора RC-цепи 12 определяется и регулируется крутизна и время нарастания выходного напряжения ивых, т.е. практиче5 ски можно обеспечить отсутствие перерегулирования выходного напряжения в переходном процессе начального запуска стабилизатора. За счет увеличения времени нарастания выходного напряжения и плавного

0 запуска стабилизатора исключается бросок пускового тока через ключевой регулирующий элемент 1 и элемент LCD-фильтра З.

В установившемся режиме при постоянном сопротивлении нагрузки напряжение

5 на выходе стабилизатора поддерживается на уровне, определяемом действием цепи обратной связи - делителя 5 выходного напряжения и усилителя 4 постоянного тока. В момент времени сброса тока нагрузку

0 (фиг.За) напряжение на входе стабилизатора Увых начинает возрастать, так как энергия, накопленная вдросселе LCD-фильтра З, идет на заряд конденсатора этого фильтра. При этом на выходе дифференцирующей це5 пи формируется положительный короткий импульс напряжения, превышающий напряжение срабатывания триггера Шмитта, что приводит к опрокидыванию триггера Шмитта и закрыванию ключевого регулиру0 ющего элемента 1. После чего конденсатор RC-цепи разряжается через входное сопротивление триггера 2 Шмитта, триггер возвращается в исходное состояние. Таким образом с момента времени формируются

5 импульсы напряжения уменьшающейся длительности и частоты (фиг.Зб). В интервале времени tz - ts (фиг. Зв) под действием сигнала обратной связи, поступающего с выхода усилителя 4 постоянного тока на вход триггера 2 Шмитта, обеспечивается

точная стабилизация выходного напряжения Увых стабилизатора. При этом на входе LCD-фильтра З с момента времени t2 начинается формирование импульсов 1)ф с уве- личивающейся длительностью и частотой (фиг.Зб), а напряжение на выходе стабилизируется в момент времени ta (фиг.Зв, кривая I). На кривой II (фиг.Зв) показано изменение выходного напряжения стабилизатора VBbix. при сбросе тока нагрузки для слу- чая, когда в схеме стабилизатора отсутствует RC-цепь 12.

При кратковременном броске входного напряжения, обусловленного нестационарными процессами в первичной сети, ключе- вой стабилизатор работает следующим образом.

В момент времени ц броска входного напряжения (фиг.4а) на выходе стабилизатора появляется выброс напряжения в виде короткого положительного импульса (пика), при этом происходит быстрый заряд и более медленный разряд конденсатора RC-цепи б через входное сопротивление триггера 2 Шмитта. В результате на входе LCD-фильт- ра 3 в интервале времени ti - 12 (фиг.4б) формируются импульсы напряжения Уф с резко уменьшающейся длительностью и частотой. С момента времени окончания действия броска входного напряжения DBX на входе LCD-фильтра З осуществляется обратный процесс - формирование импульсов с-увеличивающейся длительностью и частотой, что является результатом дифференцирования спада броска напряжения RC-цепью 12 и действием сигнала обратной связи с выхода усилителя 4 постоянного тока на вход триггера 2 Шмитта. При этом напряжение на выходе Увых стабилизируется п момент времени t: (фиг.4о, криплч I). la кривой II (фиг.4в) показано изменение выходного напряжения стабилизатора при броске входного напряжения Unx. когда п схеме стабилизатора отсутствует RC-цепь 12.

В результате устройство позволяет не только ограничить пусковой ток через регулирующий элемент, но и устранить выбросы выходного напряжения при сбросе нагрузки либо при кратковременном броске входного напряжения. При этом напряжение на выходе изменяется плавно с постоянной времени RC-цепи 12. В итоге это обеспечивает повышение надежности стабилизатора нагрузки в работе.

Формула изобретения

Ключевой стабилизатор постоянного напряжения, содержащий последовательно включенные между входным и выходным выводами ключевой регулирующий элемент и LCD-фильтр, триггер Шмитта, выход которого соединен с входом ключевого регулирующего элемента, а вход - с выходрм усилителя постоянного тока, первый вход которого подключен к делителю постоянного выходного напряжения, а другой вход - к источнику опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы путем ограничения пускового тока и перенапряжений на выходе при включении в сеть, сбросе тока нагрузки или броске напряжений на входе, в него введена состоящая из последовательно соединенного конденсатора и резистора RC- цепь, включенная между входом триггера Шмитта и выходным выводом.

U,

t/fir

а)

Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам вторичного электропитания. Цель- повышение надежности работы путем ограничения пускового тока и перенапряжений на выходе при включении в сеть, сбросе тока нагрузки или броске напряжения на входе. Устройство содержит ключевой регулирующий элемент 1, триггер 2 Шмитта, LCD-фильтр З, усилитель 4 постоянного тока, делитель 5 выходного напряжения, входные выводы 6 и 7, выходные выводы 8 и 9, вывод 10 для подключения опорного напряжения, вывод 11 для подключения источника питания триггера 2 Шмитта и усилителя 4. В устройство введена RC-цепь 12, подключенная между входом триггера 2 Шмитта и выводом 8. При включении устройства в сеть, сбросе тока нагрузки или броске напряжения на входе из-за колебательного характера обмена электроэнергией между реактивными элементами LCD-фильтра З на выходе появляется выброс напряжения, который, проходя через введенную RC-цепочку, выдает сигнал, меняющий длительность и частоту включения триггера 2, который в свою очередь управляет ключевым регулирующим элементом. В результате на входе LCD-фильтра З формируются импульсы напряжения с монотонно изменяющимися длительностью и частотой, а напряжение на выходе изменяется плавно с постоянной времени RC-цепи 12. 4 ил. щ Ё

t,

ii tz i