ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ Советский патент 1972 года по МПК G05F1/56 

Изобретение может быть использовано для питания стабильным напряжением различной радиоэлектронной аппаратуры.

Известны импульсные стабилизаторы напряжения, содержащие транзисторный регулирующий элемент, LC-фильтр, генератор тактовых импульсов, усилитель ностоянного тока и импульсный усилитель.

Недостатками известных устройств является запаздывание времени отработки сигнала ошибки по отношению к возмущениям входного напряжения и невозможность получения стабильного выходного напряжения при изменениях нагрузки.

Цель изобретения - увеличение быстродействия при изменении входного сигнала, а также расщирение диапазона изменений нагрузки.

Это достигается включением в устройство двух последовательных RC-цепочек, резисторы которых одним концом подключены к эмиттеру, регулирующего транзистора, а к точкам соединения резисторов и конденсаторов RC-цепочек анодами подключены по паре диодов. В каждой паре катод одного днода соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а другого - с коллектором усилителя постоянного тока. К другим выводам конденсаторов подключены анодами диоды, катоды которых соединены с базой транзистора импульсного усилителя, при этом к этим же выводам конденсаторов подключены катодами диоды, аноды которых связаны с общей шиной.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема двухконтурного импульсного стабилизатора постоянного напряжения: на фиг. 2, 3 и 4 даны временные эпюры напряжений, отображающне режим работы стабилизатора некоторого среднего и двух крайних (максимального и минимального) значений входного напряжения.

Двухконтурный импульсный стабилизатор (фиг. 1) содержит генератор тактовых нм5 пульсов /, вырабатывающий коммутирующие импульсы постоянной частоты, поступающие в точку соединения резистора 2 и емкости 4, а также резистора 3 и емкости 5 времязадающих RC-цепочек; силовой диод 6, включен0ный перед регулирующим органом последовательно со входным напряжением; отключающие диоды 7, 8, 9 и 10; времязадающие RC-цепочки, состоящие из резистора 2 и емкости 4 и резистора 3 и емкости 5, которые

25 соединены со входным напряжением через диод 6, с выходом генератора тактовых импульсов и с коллектором транзистора У/ усилителя постоянного тока через отключающие диоды 7, 8, 9 и 10 1т с базой транзистора 12 через развязывающие диоды 13, 14, 15 и 16:

базовые сопротивления 17, 18 и 19, обеспечивающие соответственно релсим отсечки транзисторов 20, 21 и 12 нри отсутствии тока базы; регулирующий орган на транзисторах 20 и 21, соединенный с выходом широтно-импульсного модулятора посредством сопротивления 22; импульсный усилитель на транзисторе 12, ключевой режим работы которого обеспечивается сопротивлением 22; емкость 23, подключенную параллельно коллектору транзистора // и общей шине {«земле), с целью подавления коммутационных помех; усилитель постоянного тока (УПТ), содержащий резистор 24, транзистор //, диод 25 и резистор 26; измерительный элемент, состоящий из диода 27 и резистора 28; клемму 29 вход двухконтурного импульсного стабилизатора постоянного напряжения; клемму 30- общую шину («землю) по отношению к входу и выходу; клемму 31 - выход двухконтурного импульсного стабилизатора постоянного напряжения.

Работа двухконтурного импульсного стабилизатора постоянного напряжения поясняется временными эпюрами фиг. 2, 3 и 4.

Принятые буквенные обозначения на временных эпюрах напряжений на фиг. 2, 3 и 4:

и а - напряжение на выходе «а генератора тактовых импульсов;

Us - напряжение на выходе «Ь генератора тактовых импульсов;

и с - напряжение на емкости 4;

и а - напряжение на емкости 5;

UK - напряжение на коллекторе транзистора 12;

бвх - входное напряжение (напряжение источника питания);

f/e - уровень выходного напряжения УПТ, соответствующий определенному значению сигнала ошибки основного канала; t - временная ось.

Пусть входное напряжение бвх равно некоторому среднему значению Овх.ср (см. фиг. 2). Генератор таг товых импульсов 1 генерирует на выходах а и b коммутирующие импульсы постоянной частоты независимо от величины входного напряжения.

В начальный момент «О импульс коммутации f/a (см. фиг. 2) подается на катод отключающего диода 7, полностью запирая его.

Разряженная емкость 4 стремится зарядиться до уровня входного напряжения U (см. фиг. 2), а ток заряда течет от плюса источника питания через силовой диод 6, сопротивление 2, емкость 4, развязывающий диод 16, база-эмиттерный переход транзистора 12 на минус источника питания.

Заряд емкости 4 продолжается до тех пор, пока напряжение на ней не достигнет f/e- уровня выходного нанряжения УПТ. С этого момента времени /ф (см. фиг. 2) напряжение на емкости 4 фиксируется отключающим диодом 9 на постоянном уровне U и остается таковым до момента времени i.

в момент времени /i запирающий импульс коммутации генератора тактовых импульсов / снимается, отключающий диод 7 ничем не заперт, и емкость 4 с малой постоянной времени быстро разряжается по цепи: отключающий диод 7, генератор тактовых имнульсов /, транзистор которого при этом работает в режиме ключа, и развязывающий диод 13. В момент времени /2 снова появляется положтельный импульс коммутации, и все повторяется, приобретая периодический характер.

В интервале времени от «О до «/.ф , когда течет ток заряда емкости 4, транзис5 тор 12 открыт, а напряжение на его коллекторе UK равно нулю.

В интервале времени от /ф до /i ток заряда емкости 4 равен нулю из-за фиксации напряжения емкости 4 на уровне потенциал базы транзистора 12, благодаря относительно небольшой величине сопротивления 19, равен потенциалу эмиттера, чем и обеспечивается режим отсечки транзистора 12; на эпюре UK (см. фиг. 2) интервалу времени от ф до /1 соответствует положительный импульс - закрытое состояние транзистора 12. Итак, изменение напряжения на емкости 4 от нуля до уровня фиксации 6 соответствует ток заряда емкости 4 и нулевое значение напряжения базы транзистора 12 (режим насыщения его), а положительному значению напряжения на коллекторе транзистора 12 соответствует нулевое значение тока заряда емкости 4.

Работа времязадающей цепочки, состоящей из резистора 3 и емкости 5, будет происходить совершенно аналогично описанному выше, но только со сдвигом на величину длительности тактового импульса по выходу «а генератора тактовых импульсов 1.

Ясно, что развязывающие диоды 13, 16 и 14 и 15 канализируют токи разряда емкостей 4 и 5 мимо база-эмиттерного перехода транзистора 12, а токи заряда, наоборот, канализируют через база-эмиттерный переход транзистора 12, осуществляя в то же самое время взаимную развязку, а именно: зарядный ток одной емкости и разрядный ток другой - не Q имеют общего встречного пути, хотя и эти два процесса и протекают в одно и тоже время.

Таким образом, удается вынести управляющие зарядные токи емкостей 4 -л 5 на один 55 общий импульсный усилитель, используя временное разделение этих токов на длительность тактовых импульсов La и UB (см. фиг. 2).

Наклон экспоненциальной кривой заряда 0 емкостей 4 и 5 становится круче, если входное напряжение равно своему максимальному значению U вк УМ. max (см. фиг. 3). Поскольку же уровень выходного нанряжения УПТ остается таклм же, как и в предыдущем случае, то момент фиксации напряжения на 65 емкостях 4 и 5 будет наступать быстро

/е И Ua (см. фиг. 3). Эго ведет к тому, что транзистор 12 практически запирается почти на все время, открываясь лишь на незначительные моменты времени из-за конечной величины крутизны фронтов тактовых импульсов.

При минимальном значении входного напряжения /вх f/Bx. min наклон кривой емкостей 4 и 5 становится более пологим U и UA (фиг. 4) и момент фиксации напряжения на емкостях 4 и 5 так и не наступает, ограничиваясь длительностью тактовых импульсов f/a и UB (см. фиг. 4) генератора тактовых импульсов. В результате, транзистор 12 практически будет все время открыт UK (см. фиг. 4), закрываясь лишь на незначительные моменты времени из-за конечной крутизны фронтов тактовых импульсов.

Предмет изобретения

Импульсный стабилизатор напряжения, содержащий транзисторный регулируюш,ий

элемент, LC-фильтр, генератор тактовых импульсов, усилитель постоянного тока и импульсный усилитель, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия при измененин входного сигнала, а также расширения диапазона изменений нагрузки, в устройство введены две последовательные RC-цепочки, резисторы которых одним концом подключены к эмиттеру регулирующего транзистора, а к точкам соединения резисторов и конденсаторов упомянутых RC-ценочек анодами, подключены по два диода, катоды которых соединены соответственно с двумя выходами генератора тактовых имнульсов и с

коллектором усилителя постоянного тока, к другим выводам конденсаторов подключены анодами диоды, катоды которых соединены с базой транзистора импульсного усилителя, при этом к этим же выводам конденсаторов

подключены катодами диоды, аноды которых связаны с общей шиной.

%J- -n

ЧОЧ LJ

25

Фиг 1 ,1 .i 4-1-Уе y,j

ffffl

,. .L.;,,1j,, . 41 21 I

Фиг.5

Ub 0

-f - f -A - -

itorn ri/ tt

I Лx Т I T xl ,

U (iI tm I I I 1 I I I I

„ЖЙЖП,

У;

/;P 2 ,2

(

Фиг.Ц