Импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока Советский патент 1992 года по МПК G05F1/569 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при реализации вторичного электропитания электро- и радиоаппаратуры,

Цель изобретения - повышение надежности в работе и уменьшение массы и габаритов.

На фиг.1 представлена функциональная схема импульсного стабилизатора напряжения постоянного тока с нагрузкой в виде синхронного тактируемого преобразователя напряжения; на фиг,2 - преобразователь напряжения, вариант; на фиг.З - блок плавного запуска; на фиг.4 - временные диаграммы сигналов, иллюстрирующие работу стабилизатора и преобразователя.

Описываемый импульсный стабилизатор содержит силовой узел 1 (фиг.1) с регулирующим органом 2 и DLC-фильтром З. датчик 4 тока, датчик 5 напряжения, элемент И 6, триггер Шмитта 7, сумматор 8, компаратор 9, формирователь 10 импульсов, узел 11 управления с блоком 12 плавного запуска, генератором 13 пилообразного напряжения, усилитель 14 сигнала рассогласования и широтно-импульсный модулятор 15. Преобразователь 16 постоянного напряжения в прямоугольное переменное является нагрузкой стабилизатора.

vj

О

VI

О

о ю

управляется компаратором 17 и имеет защиту в виде компаратора 18. На выходе преобразователя 16 включен силовой трансформатор 19, вторичные обмотки которого через последовательно включенные блок 20 выпрямителей и блок 21 фильтров подключены к канальным потребностямi электроэнергии. Силовое питание витоком- плексз осуществляется от первичного источника 22 питания. Регулирующий орган 2 и DLC-фильтр З силового узла 1 включены последовательно между выводами для подключения первичного источника 22 питания и питающим входом преобразователя 16. Входы датчиков 4 и 5 тока и напряжения соединены с выходом DLC-фильтра З. Выход элемента И 6 через формирователь 10

мпульсов подключен к входу управления регулирующего органа 2. а один из входов - выводу триггера Шмитта 7. Сигнальный ;-ход узла 11 управления соединен с выхо- ..см датчика 5 напряжения, а основной высд - с другим входом элемента И 6. Сигнальный вход компаратора 9 соединен с ь:содзми для подключения первичного ис- точника 22 питания, а выход - с первым

-с-дом сумматора В и пускоостановочным сводом узла 11 управления. Второй вход сумматора 9 подключен к выходу датчика 4 тока, а РЫХОД - к входу триггера Шмитта 7. В-од компаратора 17 соединен со вспомо- гзтельным выходом узла 11 управления, а выход - с управляющим входом преобразователя 16. Вход компаратора 18 подключен к выходу датчика 5 напряжения, а выход- к блокирующему входу преобразователя 16. В узле 11 управления выход блока 12 плавного запуска соединен с первым входом усилителя 14 сигнала рассогласования, второй вход которого подключен к выходу дат- чнкз 5 напряжения. Выход генератора 13 пилообразного напряжения, являющийся вспомогательным выходом узла 11, и выход усилителя 14 сигнала рассогласования соединены с соответствующими входами ши- ротно-импульсного модулятора 15, выход которого использован в качестве основного выхода узла 11.

Преобразователь 16 постоянного напряжения в прямоугольное переменное (Фиг.2) содержит инвертор 23, J, k-триггеры 24 и 25, элементы ЗИ-НЕ 25 и 27, транзисторные ключи 28 и 29. Вход инвертора 23 v. счетный вход триггера 25 соединены с выходом компаратора 17. Выход инвертора 23 подключен к счетному входу триггера 24, выходы которого соединены с J, k-входами триггера 25 и с первыми вводами элементов ЗИ-НЕ 26 и 27. Вторые входы последних подключены к соответствующим выходам

триггера 25, третьи входы - к выходу компаратора 18, а выходы - к управляющим входам трензисторных ключей 28 и 29.

Блок 12 плавного запуска узла 11 управления состоит из транзистора 30 (фиг.З). нерегулируемого резистора 31. регулируемого резистора 32 и конденсатора 33. Эмиттер транзистора 30 и первая обкладка конденсатора 33 соединены с соответствующими полюсами источника эталонного напряжения 0,5-1 В, а коллектор и вторая обкладка подключены к входному потенциальному выводу усилителя 14 сигнала рассогласования и одному из выводов резистора 31. Другой вывод резистора 31 соединен с промежуточным выводом резистора 32, крайние выводы которого подключены к полюсам источника опорного сигнала V0n.

Устройство работает следующим образом.

При включении, в первоначальный момент времени, напряжение на выходе первичного источника 22 питания, нарастая. еще не превышает 0,7 от номинального уровня, а на выходе компаратора 9 присутствует сигнал, соответствующий открытому состоянию транзистора 30 в блоке 12 плавного запуска.

Через открытый транзистор .30 на первый вход усилителя 14 сигнала рассогласования поступает небольшое отрицательное напряжение 0,5-1 В, а на второй вход - сигнал обратной связи по напряжению с выхода датчика 5, равный нулю. Вследствие этого выходной сигнал усилителя 14 также находится на нулевом уровне, отсутствуют положительные импульсы на выходе широт- но-импульсного модулятора 15 и выхода формирователя 10. При этом регулирующий орган 2 закрыт, отсутствует напряжение на питающем входе и выходе преобразователя 16 и в канальных нагрузка.

При превышении выходным напряжением первичного источника 22 0.7 номинального уровня изменяется полярность выходного сигнала компаратора 9, который через сумматор 8 подает команду на переключение триггера Шмитта 7 в состояние с Лог,Г нэ выходе. При этом в блоке 12 плавного запуска закрывается транзистор 30 и конденсатор 33 плавно заряжается отисточ- ника Von через резисторы 31 и 32 до заданного уровня, установленного движком резистора 32. Темп изменения выходного сигнала блока 12 (напряжения на конденсаторе 33) определяется сопротивлением резистора 31 и емкостью конденсатора 33. При плавном изменении напряжения на первом выходе усилителя 14, а также напряжения UK (фиг.4), на его выходе появляются

положительные импульсы на выходе широт- но-импульсного модулятора 15, длительность которых изменяется плавно от нуля до установившегося значения (в течение нескольких секунд). Эти импульсы через элемент И 6 и формирователь 10 поступают на управляющий вход регулирующего органа 2. Плавно увеличивается длительность открытого состояния последнего, вследствие чего происходит плавное нарастание напряжения на конденсаторе DLC-фильтра З и выходах стабилизатора, преобразователя 16, трансформатора 19, блока 20 выпрямлений и блока 21 фильтров. Плавное изменение выходного сигнала усилителя 14 обусловлено плавным изменением сигнала задания от блока 12 плавного пуска и малым рассогласованием входных сигналов усилителя 14, обеспеченным быстродействием контура регулирования напряжения в стабилизаторе. При этом за счет плавного увеличения длительности порций тока через дроссель DLC-фильтра З исключаются большие амплитуды зарядного тока в первоначальный момент включения устройства.

В установившемся режиме работы стабилизатора .усилитель 14, сравнивающий заданное и фактическое напряжение на входе преобразователя 16. осуществляет стабилизацию питающего уровня.

Импульсы управления формируются широтно-импу.-1ьснь. м модулятором 15 при превышении си нйлом на ьыходе усили я 1ч пилссбрззного напряжения генератора 13. 8ы однол сигнал генератора 13 :юсгу- пает также Б компаратор 17. который формирует синхронизирован -1 ые с частотой генератора 13 узкие импульсы UIT управления преобразователем 16.

В преобразователе 15 постоянного на- г ряжения в прямоугольное переменно с помощью инвертора 23, J, к-трнггерсв 24 и 25 и элементов ЗИ-НЕ 26 и 27 при воздействии импульсов Ui с выхода компаратора 17 формируются импульсы LJ26 и U27 управления транзисторными ключами 28 и 29, характеризующиеся наличием временной выдержки Дг (несколько микросекунд) между отключением предыдущего и включением следующего транзисторного ключа. Указанная выдержка служит для исключения сквозных токов через транзисторные ключи 28 и 29 в моменты коммутации, что позволяет уменьшить установленную мощность и электрические потери в ключах. Применение высокой рабочей частоты в преобразователе 16 позволяет уменьшить массу и габариты транзистора 19 и устройства в целом.

Поступающее на питающий аход преобразователя 16 постоянное стабилизированное напряжение преобразуется им в переменное напряжение прямоугольной формы, которое далее подается на г.ервичную обмотку трансформатора 19, выпрямляется блоком 20 выпрямителей, сглаживается блоком 21 фильтров и подводится к канальным нагрузкам.

В режиме к.з., происшедшем в любой

точке цепи от выхода стабилизатора до канальных нагрузок, или при превышении допустимого тока стабилизатора сигнал датчика 4 тока, воздействуя на сумматора 8, изменяет выходное состояние триггерз Шмиттэ 7 из Лог.Г в Лог.О. При этом на выходе элемента И 6 устанавливается Лог.О и через формирователь 10 снимаются управляющие импульсы с регулирующего органа 2. Последний закрывается, уменьтая до нуля напряжение на выходе стабилизатора и всех последующих функциональных узлов.

В аварийном режиме, при выход из строя регулирующего органа 2 (ззкоро хя),

напряжение Уз на конденсаторе DLC- i u-- тра быстро повышается. При дсстичет-.и этим напряжением селичины, состоетст5у- ющей максимально допустимому я u л ч :«; о напряжени.р в кэмзльных H,vp, ..-, ,.з с-чяется пол рнс; ь .;- Ь;ь ч.ч . компаратора 18 с г.пмс.иь-о viev-.-t- r:i: . .. 25 и 27 ,ч .-ьсс™ ,;. 0,..вателе 1S прегp

В режиме кг.оТ , -рсм г-иой ГЛ . С--гй

проездки нгпрг е -чи.- ,-,,. 0.7 о :, .- нзльнзго урсвнч; ь гм; р . -. ,-:то-м. -:е 22 компар-г-тор 9 фсрмиру; нЗ ;, с р-.воющий транзистор ЗС бмС-кз 2 ска. При этом на Б/ОД усиль ,еля 14 .- ;;зется

сигнал t. 0 5-1 Ь, вылодной г. / r з,- усп- лителя 1-2 гзменя;-с нулевс; :; -; ьн снимяютсч ,:мг. у п; - плснич С ; -:т/ л: - рующегс оргзнг 2. наг,Р:.ОМ:Ч: .-:; стабилизатора и в кзнлгьн -х к а груз; - спадает до нуля. После Е сстанорлеьня напряжения источника 22 (выше G, 7 от

номинального уроЕнч) сигнал с выхода ком- пзр-чтора 9 закрывает ipiicvciop 3G и -срез cywaiop 8 подает комй, на БКЛКУ-сние

триггера 11;мигга 7 (в состояние Лег.Г на выходе). Происходит п эеноо. нарастание напряжения на стабилизатора и в к.. на; ы-bix негрузках как и в перзоначаль- иь й MjN .ehT включен;1я устрсГ.ств.

О с р мула из о б р с т е н и я

.. Ll - .n v л ь с п ь: Г, CTc,Cn/ t:33Tcp напряжена, я г .сстсяпнсго 3t.c,, . р Аащнг. рсгули- руюи;;.(Л орган и DLC-yiviL.-p, Бк..0 --гннь:е пэсг;дсзЈ,тельно межд,- оь.:-ол;и.-,и д .я подключения первичного источника питания и нагрузки, датчики тока и напряжения, входы которых соединены с выходом DLC-фильт- ра, элемент И, выход которого подключен к цепи управления регулирующего органа, а один из входов - к выходу триггера Шмитта. узел управления, сигнальный вход которого соединен с выходом датчика напряжения, а выход - с другим входом элемента И. о т л и - чающийся тем. что, с целью повышения надежности в работе, в него введены компаратор и сумматор, а узел управления снабжен луско- остановочным входом, причем сигнальный вход компаратор соединен с выводами для подключения первичного источника питания, а выход - с первым входом сумматора и пускоостэновочным входг.м узлэ упрэвле- ;;я, второй вход сумматора подключен к

выходу датчика тока, а выход - к входу триггера Шмитта.

2. Стабилизатор напряжения по п.1, о т ли чающийся тем, что, с целью

уменьшения массы и габаритов, узел управления включает в себя блок плавного запуска, генератор пилообразного напряжения, усилитель сигнала рассогласования и ши- ротно-импульсный модулятор, причем выход блока плавного запуска соединен с первым входом усилителя сигнала рассогласования, второй вход которого подключен к выходу датчика напряжения, выходы генератора пилообразного напряжения и усили

теля сигнала рассогласования соединены с соответствующими входами широтно-им- пульсного модулятора, выход которого использован в качестве выхода узла.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель - повышение надежности работы. В импульсный, стабилизатор напряжения, снабженный защитами по току и от перенапряжений на выходе, введены компаратор и сумматор, з узел управления выполнен с пускоостановочным входом. Это позволяет при минимальном конструктивном дополнении реализовать еще защиту от чрезмерных провалов входного напряжения. При этом релейным воздействием на регулирующий орган полностью снимается напряжение с выхода стабилизатора. Кроме того, в данном случае предотвращаются нежелательные переходные процессы Б нагрузке при начальном включении устройства в работу. В узле управления предусмотрен блок плавного запуска, обеспечивающий уменьшение индуктивности дросселя стабилизатора и усглног. -.енной мощности ключевого регулирующего органа. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. (/ С

фиг.1

И

/7

ЪЕ

с

Фие.2