Высокочастотный импульсный регулятор постоянного напряжения Советский патент 1992 года по МПК G05F1/56 

Использование: в источниках электропитания с высокой частотой преобразования. Сущность изобретения: регулятор 4 содержит ключевой регулирующий элемент

- ./

Изобретение.относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания, и может быть использовано для питания аппаратуры устройств связи, автоматики и вычислительной техники.

Известен стабилизатор постоянного напряжения, содержащий ключ и дроссель LC- фильтра, включенный последовательно в одну из питающих шин. Конденсатор фильтра подключен к выходу стабилизатора, ди- од включен между точкой соединения ключа и дросселя фильтра и вторым проводом силовой цепи.

Известен импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий ключ и дроссель LC-фильтра, включенный последовательно в одну из питающих шин, в котором конденсатор фильтра подключен к выходу стабилизатора, а один из диодов включен последовательно с дополнитель- ным дросселем между точкой соединения ключа основного дросселя фильтра и вторым проводом силовой шины. Второй диод включен между дополнительным отводом от основного дросселя и вторым проводом си- ловой шины.

Известен импульсный стабилизатор, содержащий включенные последовательно в одну из питающих шин ключевой элемент и основной дроссель LC-фильтра, в котором конденсатор подключен к выходным клеммам, параллельно которым подключены входы блока управления, выход которого соединен с управляющим входом ключевого элемента, а цепочка из последовательно включенных элементов: первого диода, дополнительного дросселя, дополнительного источника питания включена параллельно второму диоду. Недостатками описанных технических решений является необходи- мость для достижения высокого КПД, введения дополнительных элементов в силовую часть, что приводит к снижению надежности и увеличению габаритов устройства.

Наиболее близким к изобретению явля- ется импульсный стабилизатор, который содержит соединенный последовательно ключевой элемент и LC-фильтр, разрядный элемент подключен к входу LC-фильтра. Блок управления входом соединен с выход- ными выводами, а его выход подключен к управляющим входам регулирующего и разрядного элементов. Блок управления состоит из компаратора, дополнительного источника, источника опорного напряже- ния, узла защиты от перегрузок по току. Недостатком данного технического решения является то, что оно не учитывает реаль- ных свойств силовых полевых транзисторов. При использовании известных полевых транзисторов в качестве ключевого разрядного элемента, инверсно направленный ток замыкается через p-n-структуру, инерционные свойства которой соизмеримы с параметрами полупроводниковых диодов.

Цель изобретения - повышение КПД и надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в высокочастотный импульсный регулятор постоянного напряжения, содержащий соединенные последовательно между входными и выходными выводами ключевой регулирующий элемент и LC-фильтр, ключевой разрядный элемент, выполненный на полевом транзисторе, подключенный к входу LC-фильтра, блок управления, входом соединенный с выходными выводами, первым выходом - с управляющим входом ключевого регулирующего элемента, а вторым выходом - с управляющим входом ключевого разрядного элемента, причем блок управления состоит из компаратора, первый вход которого подключен к источнику опорного напряжения и дополнительного источника питания, блок управления снабжен логическим элементом И-НЕ, импульсным модулятором, узлом задержки, первым и вторым ключами, имеющими различный тип проводимости, причем первый вход логического элемента И-НЕ соединен с выходом компаратора, второй вход подключен к выходу импульсного модулятора, соединенному с входом узла задержки, а выходом - к управляющим входам первого и второго ключей, вход импульсного модулятора использован в качестве входа блока управления, а выход узла задержки, соединенный с вторым входом компаратора, использован в качестве первого выхода блока управления, кроме того, первый ключ через дополнительный источник питания, полярность напряжения включения которого является запирающей для ключевого разрядного элемента, подключен параллельно к второму ключу, силовые выводы которого использованы в качестве второго выхода блока управления, а в качестве полевого транзистора ключевого разрядного элемента использован полевой транзистор со статической индукцией.

На фиг,1 изображена блок-схема предлагаемого импульсного регулятора; на фиг.2 изображены эпюры токов и напряжений, пясняющих работу регулятора.

Импульсный регулятор имеет 1 - ключевой регулирующий элемент; 2 - дроссель LC-фильтра; З - ключевой разрядный элемент, выполненный на полевом транзисторе со статической индукцией; 4 - рнденсатор LC-фильтра; Б - блок управления; 6 - источник опорного напряжения; 7 - компаратор; 8 - логический элемент И-НЕ; 9 - импульсный модулятор; 10 -узел задержки; 11 - дополнительный источник питания; 12 - первый ключ; 13 - второй ключ; 14 - общая шина для входного и выходного напряжения.

Нафиг.2 приняты следующие обозначения: 1 - напряжение на выходе импульсного модулятора; 2 - напряжение на входе клю- чевого регулирующего элемента; 3 - напряжение на выходе ключевого регулирующего элемента; 4 - напряжение на выходе компаратора; 5 - напряжение на выходе логического элемента И-НЕ; 6 - напряжение на входе ключевого разрядного элемента; 7 - напряжение на выходе ключевого разрядного элемента; И - ток, протекающий через электронный ключ,

Предлагаемое устройство (см. фиг, 1) со- стоит из соединенных последовательно биполярного транзистора 1, который выполняет роль ключевого регулирующего элемента и LC-фильтра 2, 4, полевого транзистора со статической индукцией 3, кото- рый выполняет роль ключевого разрядного элемента и подключен к входу LC-фильтра. Блок управления 5 входом соединен с выходными выводами. Один выход блока управления 5 соединен с переходом база-эмиттер биполярного транзистора, а другой выход блока управления 5 соединен с затвором-истоком полевого транзистора со статической индукцией 3, Блок управления 5 состоит из источника опорного напря- жения 6, компаратора 7, логического элемента И-НЕ 8, импульсного модулятора 9, устройства задержки 10, дополнительного источника питания 11 и двух ключей 12, 13 выполненных на биполярных транзисто- pax различной проводимости. Вход импульсного модулятора 9 соединен с выходными выводами устройства. Выход импульсного модулятора 9 соединен с входом устройства задержки 10 и с одним из входов логическо- го элемента И-НЕ 8. Выход устройства задержки 10 соединен с переходом база-эмиттер биполярного транзистора 1 и одним из входом компаратора 7. Второй вход компаратора 7 соединен с источником опорного напряжения 6. Выход компаратора 7 соединен с другим входом логического элемента И-НЕ 8. Выход логического элемента И-НЕ 8 соединен с базами первого и второго ключей 12, 13, которые выполнены на биполярных транзисторах различной проводимости. Первый ключ 12 через дополнительный источник питания 11, полярность напряжения которого является запирающей для ключевого разрядного элемента 3, подключен параллельно к второму ключу 13, силовые выводы которого использованы в качестве второго выхода блока управления.

Регулятор работает следующим образом.

При подаче отпирающего сигнала управления с выхода импульсного модулятора 9 логический элемент И-НЕ мгновенно отпирает первый ключ 12, а к затвору полевого транзистора со статической индукцией 3 прикладывается запирающее напряжение дополнительного источника 11. Отпирающий сигнал ключевого регулирующего элемента 1 поступает с выхода импульсного модулятора 9 с задержкой, учитывающей инерционность ключевого разрядного элемента 3. В момент отпирания ключевого регулирующего элемента 1 ключевой разрядный элемент 3 заперт, а ток нагрузки протекает по цепи: плюс входного источника питания, ключевой регулирующий элемент 1, дроссель 2 LC-фильтра, нагрузка и общая шина регулятоора 14. При подаче запирающего сигнала на ключевой регулирующий элемент 1 происходит процесс рассасывания избыточного заряда биполярного транзистора и в течение этого времени ключевой регулирующий элемент 1 открыт. После запирания ключевого регулирующего элемента ток нагрузки замыкается по цепи: дроссель 2 LC-фильтра, нагрузку, ключевой разрядный элемент 3, который работает в инверсном режиме при запирающем напряжении на затворе. На интервале протекания инверсного тока происходит уменьшение до нуля запирающего напряжения на затворе полевого СИТ-транзистора 3, что приводит к снижению сопротивления сток-исток. Таким образом, за счет использования СИТ- транзистора 3 в инверсном режиме, при запирающем напряжении на затворе, как прибора который не накапливает заряд, удалось устранить сквозные токи при отпирании ключевого регулирующего элемента 1, тем самым повысить КПД и надежность устройства в целом.

Формула изобретения

Высокочастотный импульсный регулятор постоянного напряжения, содержащий соединенные последовательно между входными и выходными выводами ключевой регулирующий элемент и LC-фильтр, ключевой разрядный элемент, выполненный на полевом транзисторе, подключенный к входу LC- фильтра, блок управления, входом соединенный с выходными выводами, первым выходом - с управляющим входом ключевого регулирующего элемента, а вторым выходом - с управляющим входом ключевого разрядного элемента, причем блокуправ

ления состоит из компаратора, первый вход которого подключен к источнику опорного напряжения и дополнительного источника питания, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности, блок управления снабжен логическим элементом И-НЕ, импульсным модулятором, узлом задержки, первым и вторым ключами, имеющими различный тип проводимости, причем первый вход логического элемента И-НЕ соединен с выходом компаратора, второй вход подключен к выходу импульсного модулятора, соединенному с входом узла задержки, а выходом - к управляющим входам первого и второго ключей, вход импульсно

U

US.

J. О

: Г:-4i-4i

ц ч /

Л. 1

О

9

Ьб

U

- iji- -Uj П,1 у

.I ill I .

-U

5

го модулятора использован в качестве входа блока управления, а выход узла задержки, соединенный с вторым входом компаратора, использован в качестве первого выхода блока управления, кроме того, первый ключ через дополнительный источник питания, полярность напряжения включения которого является запирающей для ключевого разрядного элемента, подключен параллельно к второму ключу, силовые выводы которого использованы в качестве второго выхода блока управления, а в качестве полевого транзистора ключевого разрядного элемента использован полевой транзистор со статической индукцией.

4

JI

-и

;Т

4j-Н

I

TIL -Hi

I

I I

I I

1 I I

i- -U

I

-U