Импульсный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1992 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Известен импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий силовой транзисторный ключ в цепи силовой шины с DLC-фильтром (с дросселем-трансформатором), через другую обмотку котррого осуществляется управление согласующим транзистором со схемы измерительно-усилительного узла, вход которого через резисторный делитель подключен к выходу источника.

Недостатком такого импульсного стабилизатора является ограниченный диапазон, сложность и низкая надежность.

Наиболее близким по технической сущности является импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий силовой транзисторный ключ на составном транзисторе, DLC-фильтр с дросселемтрансформатором в коллекторной цепи, эмиттер через датчик тока подключен к общей шИне, база через резистор смещения к шине питания и к коллектору транзистора управления того же ипа проводимости, эмиттер последнего подключен к общей шине, а база через блок управления к резисторному делителю, операционный усилитель обратной связи, питание на который через выпрямитель подается с отдельной обмотки дросселя-трансформатора, инвертирующий вход усилителя через резисторный делитель обратной связи усилител1я подключен к выходу DLC-фильтра и нагрузке, другой конец делителя - к выходу операционного усилителя, параметрический опорный источник на стабилитроне.

Однако, этот импульсный стабилизатор Имеет малый диапазон стабилизируемого выходного напряжения и тока нагрузки, для обеспечения стабильности выходного напряжения должен работать только на постоянную нагрузку, имеет сложную схему и низкую надежность.

Цель .изобретения - расширение диапазона стабилизируемых напряжений и токов нагрузки с одновременным упрощением, а также повышение надежности и уменьшение времени готовности при повторном включении.

Поставленная цель достигается тем. что в предлагаемый стабилизатор постоянного напряжения дополнительно введен входной резистивный делитель напряжения, к которому подключен неинвертирующий вход операционного усилителя обратной связи, выход которого подключен к неинвертирующему входу дифференциального каскада на транзисторах, инвертирующий вход последнего подключен к опорному источнику, а выход через конденсатор подсоединен к общей шине и к одному концу первого резйстивного делителя ключа, при этом тип проводимости транзисторов дифференциального каскада противоположного типа проводимости транзистора управления.

Кроме того, введен RC-интегратор задержки и последовательная цепь из трех коммутирующих диодов, причем конденсатор интегратора одним выводом подключен к общей шине, а резистор и параллельно с ним соединенный коммутирующий диод катодом подклкэчены к выводу питания операционного усилителя обратной связи, выход RC-интегратора задержки подключен к катоду второго коммутирующего диода, анод которого подключен к неинвертирующему эходу усилителя, к которому подсоединен катод третьего коммутирующего диода, анод которого подключена инвертирующему входу операционного усилителя обратной связи.

На чертеже показана электрическая схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения.

Стабилизатор содержит силовой ключ 1 на составном транзисторе. Коллектор его через DLC-фильтр 2 с дросселем-трансформатором 3 через выходные выводы 4 подключен к входному выводу 5, эмиттер через датчик тока на резисторе 6 подключен к общей шине, база через резистор 7 смещения - к входному выводу 5 и к коллектору транзистора 8 управления. Эмиттер последнего подключен к общей шине, а база через блок 9 управления (например, на интегральном компараторе) к резистивному делителю 10, один конец которого подключен к эмиттеру силового ключа 1, другой через конденсатор 11 к общей шине и к выходу дифференциального каскада 12 на транзисторах. Инвертирующий вход последнего подключен к опорному источнику 13, а неинвертирующий вход подключен к выходу операционного усилителя 14 обратной связи, выводы питания которого через выпрямитель 15 соединены с дополнительной обмоткой дросселя трансформатора 3. При этом инвертирующий вход операционного усилителя обратной связи 14 подключен к делителю 16 обратной связи усилителя. Один конец делителя 16 подсоединен к выходу операционного усилителя -14, а другой к точке соединения дросселя трансформатора 3 и выходного вывода 4. На входе стабилиза-, тора между входным выводом 5 общей шиной включен резистивный делитель 17, к которому подсоединен неинвертирующий вход усилителя 14, а между выводом питания усилителя 14 и общей шиной, конденсатором к посу1едней включен RC-интегратор 18 задержки, причем между выводом питания усилителя 14, выхрдом интегратора 18, неинвертирующим и инвертирующим входом усилителя включена последовательная цепь из диодов 19,20,21, анодами в сторону инвертирующего входа операционного усилителя 14.

Стабилизатор работает следующим образом.

При подаче питания на вход в первый момент питание усилителя 14с выпрямителя 15 отсутствует, на конденсаторах 18,11 схемы нулевое напряжение. Через резистор 7 смещения, силовой ключ 1 открыт, и ток с положительного входного вывода начинает протекать через выходные выводы 4, дрос-. сель 3, ключ 1 и датчик тока на резисторе б на общую шину. При достижении напряжением на датчике тока (через делитель 10) порогового значения отпирания транзистора 8 управления, последний открывается и закрывает ключ 1. Ток в цепи ключа 1 и DLC-фильтра 2 прекращается. Энергия, накопленная в сердечнике дросселя-трансформатора 3 в виде напряжения самоиндукции на его обмотках выделяется через диод DLC-фильтра 2 в нагрузку, подключенную к выходным выводам 4 и одновременно через вы прямитель 15 на усилитель 14, интегратор 18 и дифференциальный каскад 12 на транзисторах.

Через несколько циклов работы силового ключа 1 срвместно с блоком 9 управления как на нагрузке, так и на конденсаторе выпрямителя 15 цепи усилителя 14 накопится достаточный для работы потенциал напряжения питания. Разность напряжений на входном выводе 5 и выходном выводе 4 такова, что через делители .16 и 17 по выходам усилителя 14 должен быть постоянно нарастающий положительный потенциал напряжения (относительно общей шины). Но конденсатор интегратора 18, медленно заряжаясь через свой резистор и резисторы делителей 16,17, через коммутирующие диоды 20,21 удерживает некоторое время разность напряжений между входами усилителя 14 такой, что инвертирующий вход имеет более положительное напряжение, и выход усилителя 14 будет в дальнейшем по времени менять потенциал выхода от уровня напряжения общей шины до уровня положительного значения, равного напряжению по выходу опорного источника 13 до момента, когда на обоих входах дифференциального каскада 12 будут близкие уровни напряжения. При. этом произойдет замыкание контура управления (захват) отрицательной обратной связи выходным напряжением по цепи точка соединения выходного вывода 4 с дросселем-трансформатором 3, делитель 16 усилителя 14, дифференциальный транзисторный каскад 12, конденсатор 11. На последнем выделится напряжение, величина которого пропорциональна ошибке выходного напряжения, приведенного (через коэффициент передачи, определяемый делителями 16 и 17) к выходу усилителя 14 и опорного напряжения, установленного в источнике 13. Усиленная дифференциальным каскадом 12 величина напряжения ошибки рассогласования выделяется на конденсаторе 11 и через делитель 10 сравнивается с потенциалом на датчике тока. Воздействуя через делитель 10 на блок 9 управления, суммарный потенциал от ошибки рассогласования управляет амплитудой импульсов тока ключа 1 таким образом, что напряжение на выходном выводе 4 удерживается в заданных пределах Ошибки управления по цепи отрицательной обратной связи, которая при предложенном включении может быть очень малой величины, в том числе и при выходном напряжении на выходном выводе 4 в сотни вольт.

При выключении устройства за счет коммутирующего диода 19 потенциал конденеатора интегратора 18, который при работебудет равен напряжению цепи питания усилителя 14, быстро разрядится на нагрузку, то есть усилитель 14 и дифференциальный каскад 12. Стабилизатор снова готов для повторного включения и при включении, надежно и быстро через ключ 1 с блоком 9

5 управления, форсированно, с предельным ограниченным током, за несколько циклов выйдет на рбжим стабилизации выходного напряжения, как описано выше при гтервом включении.

0 Предлагаемая схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения имеет по сравнению с прототипом следующие преимущества:

позволяет стабилизировать выходные

5 напряжения в широком диапазоне, определяемом только допустимым напряжением силового транзисторного ключа 1, при лЮбом токе нагрузки от минимальных значений в миллиамперы до десятков ампер, то

0 есть допустимого тока ключа п рактически от нуля. Одновременно, стабильность выхОдного напряжения не зависит от величины . тока нагрузки и параметров элементов, так как обратная связь берется непосредственно с нагрузки и при использовании в делителях прецизионных резисторов, что и делается всегда на практике, с учетом предложенного включения операционного усилителя, непосредственно выделяющего

0 ошибку отклонения выходного напряжения с большой точностью;

. имеет более высокую надежность и простую реализацию как управления силовым ключом, так и схемы обратной связи, так как

5 все элементы работают при малых уровнях напряжений, кроме силового ключа, имеют простые связи, пригодные для реализации (кроме дрорселя на выходе) на любых отечественных ЭРЭ, включая интегральную тех0. нологию и микросборки;

наличие введенного RC-интегратора задержки подачи входного напряжения на усилитель 14 позволяет быстро выйти на режим установленного напряжения стабилизации, так как нарастание тока в нагрузке осуществляется форсированно ограниченными по величине импульсами тока до момента, заданного опорным напряжением уровня сравнения, приведенными к выходу

0 усилителя через делитель напряжения входа и обратной связи. Такой .режим роста выхрдного напряжения обеспечивается также за счет коммутирующих диодов 20 и 21, ибо через делители на входы усилителя подается сразу полное напряжение, равное входному, а за счет диодов 20, 21 разница напряжений (последние связаны с напряжением на конденсаторе интегратора) на входах усилителя такова, что на инвертирующем входе напряжение всегда

Изобретение относится к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Целью изобретения является расширение диапазона стабилизируемых выходных напряжений и токов нагрузки с одновременным упрощением.повышением надежности и уменьшением времени готовности при повторном включении. Ток, протекающий через силовой ключ 1 на составном транзисторе, обеспечивает накопление энергии в дросселе 3. Величина тока дросселя 3 ограничивается блоком 9 управления из условия обеспечения требуемой cтaбильнoctи выходного напряжения путем сравнения напряжений, пропорциональных току дросселя 3. входному, выходному и эталонному напряжениям. Скорость увеличения выходного 'напряжения при включении задается интегратором 18 и коммутирующими диодами 20.21. Уменьшение времени готовности при повторном включении обеспечивается шунтированием В1ремя- задающего двухполюсника интегратора 18 обратно включенным диодом 19.1 з.п.ф-лы. 1 ил.^^fe