Релейно-импульсный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1992 года по МПК G05F1/56 H02M3/337 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Известен стабилизируюпий конвертор, содержащий двухтактный регулируемый транзисторный преобразователь с выходным трансформатором, через выходные выпрямитель и фильтр связан- - ный с выходными выводами, формирователь импульсов, выходами соединенный с управляющими входами двухтактного регулируемого транзисторного преобразователя, задаюг(ин генератор одно- полярных прямоугольных импульсов, выход которого подключен к входу формирователя пилообразного однополярного сигнала, усилитель обратной связи,

первый вход которого подключен к выходным выводам, второй вход - к выходу источника опорного напряжения, а вывод к первому входу шротно-им- пульсного модулятора, выход которого подключен к первому входу триггера, второй вход которого подключен к выходу компаратора, в который для повышения КПД и снижения уровня электромагнитных помех путем исютючения одностороннего подмагничивания выходного трансформатора, дополнительно введены датчик тока, сумматор, узеп согласования, выходной сигнал которого прямопропорционален входному сигналу делитель частоты на два, формирователь фиксированной navTbt и узел совпадения, причем выходной трансферXI(Л

со

,0

; О

матор подключен к выходу двухтактного регулируемого преобразоватепя через датчик тока, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом формирователя пилообразного однополярного сигнала, а выход-с вторым входом ши- ротно-импульсного модулятора и первым входом компаратора, второй вход кото- рого через узел согласования связан с выходными выводами, а третий синхронизирующий вход компаратора соединен с третьим синхронизирующим входом ши- ротно-имиульсного модулятора и под- ключей к выходу задающего генератора, соединенному с входами делителя частоты на два и формирователи фиксированной паузы, выходы которых подключены соответственно к первому и вто- рому входам узла совпадения, третий вход которого подключен к выходу триггера, а выходы - к соответствующим входам формирователя импульсов. (См.авторское свидетельство СССР V 1473040, Н 02 М 3/337, 1987).

Недостатком этого стабилизирующего конвертора является сложность конструкции (большое количество элементов с их связями и узлы требующие настройки, например, формирователь паузы, формирователь пилообразного однополярного сигнала).

Известен также стабилизированный конвертор, содержащий задающий генератор, первый выход которого через двоичный счетчик подключен к первым входам первых двух логических элементов И, выходы которых через двухтактный усилитель мощности, силовой трансформатор, выпрямитель и фильтр подсоединен к выходным выводам и к первому входу релейного элемента, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, первый триггер, первый вход которого подключен к первому выходу двоичного счетчика, а выход - ко второму входу первого логического элемента И, второй триггер, первый вход которого соединены с вторым выходом двоичного счетчика, второй вход - с выходом реверсивного счетчика, а выход - с ВТОРЫМ входом второго логического элемента И первый вход реверсивного счетчика подключен к выходу третьего логического элемента И, второй вход реверсивного

счетчика - к выходу четвертого логического элемента II, первый вход треть

его логического элемента II соединен с выходом первого логического элемента И, первый вход четвертого логического элемента И соединен с выходом второго логического элемента И, а вторые входы третьего и четвертого логических элементов И подключены к первому выходу задающего генератора, в котором, с целью повышения надежности и КПД путем симметрирования импульсов двухтактного усилителя мощности по полупериодам, введен Д-триггер, которого подключен к выходу релейного элемента, счетный вход - к второму выходу задающего генератора, а выход - ко второму входу первого триггера (см,авторское свидетельство СССР № 1489543, Н 02 М 3/335,

1987).

Недостатком этого стабилизированного конвертора является также сложность KOi-струкции. Необходимы два счетчика и три триггера0

Наиболее близким к предлагаемому релейно-имиульсному стабилизатору постоянного напряжения по технической сущности и достигаемому результату является релейно-импульсный стабилизатор напряжения постоянно го тока, содержащий последовательно соединенные низкочастотный выпрямитель с фильтром, вход которого соединен с выводами для

подключения первичной сети переменного тока, двухтактный преобразователь постоянного напряжения с силовым трансформатором и высокочастотный выпрямитель, выход -котороео соединен с выводами для подключения нагрузки, усилитель сигнала рассогласования, первый вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, а второй вход - к выходу высокочастотного

выпрямителя, релейный элемент, вход которого соединен с выходом усилителя сигнала рассогласования, а выход - с первым входом первого элемента И, генератор прямоугольных импульсов, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И и первым входом второго элемента И, усилитель мощности, входы которого подключены к выходам третьего и четвертого элементов И} а выходы - к управляю щм входам двухтактного преобразователя постоянного напряжения, счетчик п импульсов, счетный вход которого соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов, счетчик п/2 импульсов, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента И, первый триггер, подключенный счетным входом к выходу первого элемента И,

R-входом к выходу n-счетчика импульсов, инвертирующим выходом - к R-вхо- ду счетчика п/2 импульсов, инвертор,

ных импульсов, усилитель мощности, входы которого подключены к выходам элементов И, а выходы - к упраяляюпси входам двухтактного преобразователя постоянного напряжения, счетчик, ЭЛР мент И-НЕ, выход которого подключен к первым входам элементов И, триггер счетный вход которого подключен к вывходом подключенный к выходу О счётЧО Х°ДУ элемента И-НЕ, а выходы - к со- чика п/2 импульсов, а выходом - к пер- ответствцлощим вторым входам элемен- вым входам третьего и четвертого элементов И, второй триггер, счетный вход которого подключен к выходу

J5

инвертора, неинвертирующий выход - к второму входу третьего элемента И, инвертирующий выход - к второму входу четвертого элемента И, в который, с целью ) повышения КПД стабили, затора путем формирования симметричной работы двухтактного преобразователя постоянного напряжения по пол. ному гистерезисному циклу силового трансформатора, введен третий триггер, подключенный счетным входом к выходу первого элемента И, R-входом - к инвертирущему выходу первого триггера, неинвертирующим выходом - ко второму входу второго элемента- И, инвертирующим выходом - к R-входу

iсчетчика п импульсов (см.авторское

.свидетельство СССР, № 1488767, G 05 F 1/56, 1987).

Данный релейно-импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока хотя частично и устраняет недостатки известных транзисторных преобразователей, но он также сложен по конструкции из-за большого количества логических элементов

Целью изобретения является упрощение.

Поставленная цель достигается тем, что в релейно-импульсный стабилизатор постоянного напряжения,- содержащий последовательно соединенные низкочастотный выпрямитель с фильтром, вход которого соединен с выводами для подключения первичной сети переменного тока, двухтактный преобразователь постоянного напряжения с силовым трансформатором и высокочастотный выпрямитель, выход которого соединен с выводами для подключения нагрузки, компаратор, первый вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, второй вход - к выходу высокочастотного выпрямителя с фильтром, генератор прямоуголь20

25

30

тов И, для упрощения выход компаратора подключен к входу предварительной записи счетчика, счетный вход ко торого соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов, выходы всех разрядов счетчика подключены к входам элемента И-НЕ, а все информационные входы счетчика подключены к выводу для подключения положительного полюса ис точ ни ка пит а ния.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена схема релен- но-импульсного стабилизатора постоянного напряжения.

Релейно-им гульсный стабилизатор постоянного напряжения содержит после довательно соединенные низкочастотный выпрямитель с фильтром 1, вход которого соединен с выводами для подключения первичной сети переменного тока двухтактный преобразователь 2 постоян ного напряжения с силовым трансформатором 2.1 и транзисторами 2,2, 2.3, 35 и высокочастотный выпрямитель с фильт ром 3, выход которого соединен с выводами для подключения нагрузки, компаратор 4, первый вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, второй вход - к выходу высокочастотного выпрямителя с фильтром, генератор прямоугольных импульсов 5, усилитель мощности 6, входы которого подключены к выходам элемен- дс тов И 7, 8, а выходы - к управляющим входам двухтактного преобразователя постоянного напряжения, счетчик 9, элемент И-НЕ 10, счетный триггер 11,

ВХОД КОТОРОГО ПОДКЛЮЧИ К В1ГХОДУ

50 элемента И-НЕ, а прямой и инверсный выходы к соответствующим первым входам элементов И 7 и 8, вторые входы которых соединены с выходом элемента И-НЕ 10, причем выход компаратора 4 подключен к входу предварительной записи счетчика 9. счетный вход которого соединен с выхоломгенератора прямоугольных импульс on г , выходы всех разрядов счетчигчЛ подключены

40

55

ных импульсов, усилитель мощности, входы которого подключены к выходам элементов И, а выходы - к упраяляюпсим входам двухтактного преобразователя постоянного напряжения, счетчик, ЭЛР- мент И-НЕ, выход которого подключен к первым входам элементов И, триггер, счетный вход которого подключен к выО Х°ДУ элемента И-НЕ, а выходы - к со- ответствцлощим вторым входам элемен-

J5

0

5

0

тов И, для упрощения выход компаратора подключен к входу предварительной записи счетчика, счетный вход которого соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов, выходы всех разрядов счетчика подключены к входам элемента И-НЕ, а все информационные входы счетчика подключены к выводу для подключения положительного полюса ис точ ни ка пит а ния.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена схема релен- но-импульсного стабилизатора постоянного напряжения.

Релейно-им гульсный стабилизатор постоянного напряжения содержит последовательно соединенные низкочастотный выпрямитель с фильтром 1, вход которого соединен с выводами для подключения первичной сети переменного тока, двухтактный преобразователь 2 постоянного напряжения с силовым трансформатором 2.1 и транзисторами 2,2, 2.3, 5 и высокочастотный выпрямитель с фильтром 3, выход которого соединен с выводами для подключения нагрузки, компаратор 4, первый вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, второй вход - к выходу высокочастотного выпрямителя с фильтром, генератор прямоугольных импульсов 5, усилитель мощности 6, входы которого подключены к выходам элемен- с тов И 7, 8, а выходы - к управляющим входам двухтактного преобразователя постоянного напряжения, счетчик 9, элемент И-НЕ 10, счетный триггер 11,

ВХОД КОТОРОГО ПОДКЛЮЧИ К В1ГХОДУ

0 элемента И-НЕ, а прямой и инверсный выходы к соответствующим первым входам элементов И 7 и 8, вторые входы которых соединены с выходом элемента И-НЕ 10, причем выход компаратора 4 подключен к входу предварительной записи счетчика 9. счетный вход которого соединен с выхоломгенератора прямоугольных импульс on г , выходы всех разрядов счетчигчЛ подключены

0

5

к входам элемента И-НЕ 10, выход которого дополнительно подключен к стробирующему входу компаратора. Все информационные входы счетчика 9 под- ключены к выводу для подключения положительного полюса источника питания через резистор 12„

Релейно-имиульсный стабилизатор постоянного напряжения работает еле- дующим образом

При подаче питающего напряжения логические элементы схемы устанавливаются в произвольные состояния„ Допустим, счетчик 9 устанавливается в одно промежуточное свое состояние и на выходе элемента И-НЕ 10 высокий потенциал, который поступает на с тробируюций вход компаратора 4 и на

первые входы элементов 7 и 8. Допус- тим, триггер 11 установился в положение, когда на его инверсном выходе нул.евой потенциал. В этом случае на выходе элемента И 7 появляется высокий потенциал, который через усили- тель мощности 6 открывает транзистор 2.2 и на выходе высокочастотного выпрямителя с фильтром 3 появляется на пряжение, которое поступает на один из входов компаратора 4, но так как на стробирующем входе компаратора высокий потенциал, то на его выходе тоже высокий потенциал (не зависимо от величины входного напряжения), который поступает на вход предвари- тельной записи счетчика 9, разрешая работу в режиме счета импульсов, которые поступают на вход прямой счет с генератора прямоугольных импульсов 5. При заполнении счетчика 9 когда на его выходах устанавливается высокий потенциал на выходе элемента И-НЕ 10 - низкий потенциал, который закрывает транзистор 2.2 и разрешает компаратору 4 произвести сравнение выходного напряжения с опорным. Допустим, что выходное напряжение, снимаемое с высокочастотного выпрямителя с фильтром 3, ниже опорного, В этом

случае на выходе компаратора 4 остае

ся высокий потенциал, разрешая дальнейшую работу счетчика 9 в режиме прямого счета импульсов. Через время Т (период колебания генератора прямоугольных импульсов) с приходом очередного импульса счетчик 9 переключается, на его выходах установятся нулевые потенциалы, на выходе элемента И-НЕ 10установится высокий потенциал,

который блокирует компаратор 4 и переключает триггер 11 в другое устойчивое состояние, т.е. на инверсном его выходе появляется высокий потенциал, который через усилитель мощности 6 открывает другой транзистор 2.3 преобразователя. При этом на выходе двухтактного преобразователя напряжения 2 формируется импульс дли Тген(п-1), где п тельностью ТИАДП число импульсов счета.

При поступлении на вход прямого счета счетчика 9 следующих импульсов все процессы повторяются, т.е. на выходах элементов И 7 и 8 формируются парафазные импульсы, которые поступают на вход усилителя мощности 6 и через него на управляющие входы преобразователя 2.

Частота преобразования при этом равна

ар

2пТ

ген

5

0

5

При достижении выходным напряжением на высокочастотном выпрямителе с фильтром 3 уровня, больше опорного, ничего не произойдет, так как компаратор 4 блокирован высоким потенциалом, снимаемым с выхода элемента И-НЕ 10. После окончания формирования импульсов, когда оба транзистора 2.2 и 2.3 закрыты, компаратор 4 формирует нулевой потенциал, который поступает на вход предварительной записи счетчика 9 и происходит запись высокого потенциала с информационных входов на выходы счетчика, тем самым блокируя закрытое состояние транзисторов 2.2 и .2030 Как только напряжение на первом входе компаратора 4 станет меньше опорного, на выходе компаратора 4 появляется высокий потенциал и переключает счетчик 9 в режим счета импульсов. Далее все процессы повторяются, т.е. преобразователь 2 будет работать по полному гистере- зисному циклу перемагничивания силового трансформатора (за исключением первого импульса в момент запуска). Предлагаемый релейно-импульсный стабилизатор постоянного напряжения по сравнению с прототипом, проще по конструкции, благодаря введению новых связей: подключению выхода компаратора к входу предварительной записи счетчика, счетный вход которого соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов, выходы всех разрядов счетчика подключены к входам элемента И-НЕ, выход которого дополнительно подключен к стообирукпцему входу компаратора, а все информационные входы счетчика подключены к выводу для подключения положительного полю™ са источника питания„ Простота конструкции позволяет повысить надежность работы и снизить себестоимость изготовления стабилизатора,

Формула изобретения

Релейно-импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные низкочастотный выпрямитель с фильтром, вход которого соединен с выводами для под-2Q ключения первичной сети переменного тока, двухтактный преобразователь постоянного напряжения с силовым трансформатором и высокочастотный выпрямитель с фильтром, выход которого 25 соединен с выводами для подключения нагрузки, компаратор, первый вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, второй вход - к выходу высокочастотного выпрями- 30 теля с фильтром, генератор прямоуголь0

5

Q 5 0 ных импульсов, усилитель мощности, входы которого подключены к выходам первого и второго элементов И, а выходы - к управляющим входам двухтактного преобразователя постоянного напряжения, счетчик, счетный триггер, прямой и инверсный выходы которого подключены к первым входам соответственно первого и второго элементов И, отличающийся тем, что, с целью упрощения, в него введен элемент И-НЕ, компаратор снабжен строби- рующим входом, а в качестве счетчика использован счетчик, имеющий счетный вход, вход предварительной записи и информационные входы, причем выход компаратора подключен к входу предварительной записи счетчика,

счетный вход которого соединен с выходом генератора прмяоугольньгх импульсов, выходы всех разрядов счетчика подключены к входам элемента И-НЕ, выход которого подключен к вторым входам первого и второго элементов И, к входу счетного триггера и к строби- рующему входу компаратора, а все информационные входы сметчика подключены к введенному выводу для подключения положительного полюса источника питания.

Использование: в источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Сущность изобретения: устройство содержит низкочастотный выпрямитель с фильтром 1, двухтактный преобразователь 2 постоянного напряжения, высокочастотный выпрямитель с фильтром 3, компаратор 4, генератор 5 прямоугольных импульсов, усилитель 6 мощности, логические элементы И 7,8, счетчик 9, логический элемент И-НЕ 10, счетный триггер 11. Устройство отличается простотой благодаря введению новых связей: подключению счетчика 9 к генератору 5, компаратору 4, элементу И-НЕ 10 и к выводу для подключения положительного полюса источника питания , а также подключению выхода элемента И-НЕ 10 к входу триггера 11 и стробирующему входу компаратора 4. 1 ил. (/)

Iуу

Г$

I

у ij

o+U8b/X

+ Uon