Импульсный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1979 года по МПК G05F1/58 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания различных радиотехнических установок, устройствах связи и автоматики, вычислительной и из1мерительной технике.

Известен импульсный стабилизатор пос. тоянного напряжения, содержащий регулирующий элемент и фазосдвигающие RC-цепочки 1. .

Недостатком изв1бстного стабилизатора является ограниченность пределов изменения фазового угла.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий генератор пилообразного напряжения, узел сравнения, первый вход которого соединен с первым выходом генератора пилообразного напряжения, а второй подключен к выходу узла обратной связи, один вход которого соединен с выходом, а другой служит для подключения к источнику опорного напряжения, симметричный триггер со счетным входом, подключенный входом через узел синхронизации ко второму выходу генератора пилообразного напряжения, коммутатор,

управляющие входы которого подключены к выходам симметричного триггера, сигнальный вход к выходу узла сравнения, а выходы - к входу усилителя мощности с трансформатором, ко вторичной обмотке которого подключен выпрямитель с фильтром, соединенный с выходом 2.

Недостатком известного стабилизатора является его низкая надежность из-за того, что при прекращении работы симметричного триггера происходит авария в усилителе

0 мощности.

Целью изобретения является повышение надежности стабилизатора путем защиты усилителя мощности от аварии при прекращении работы симметричного триггера.

Для этого импульсный стабилизатор пос5тоянного напряжения, содержащий генератор вилообразного напряжения, узел сравнения, первый вход которого соединен с первым выходом генератора пилообразного напряжения, а второй подключен к выходу, узла обратной связи, один вход которого соединен с выходом, а другой служит для подключения к источнику опорного напряжения, симметричный триггер со счетным входом, подключенный входом через узел синхронизации ко второму выходу генератора пилообразного напряжения, коммутатор управления, входы которого подключены к выходам симметричного триггера, сигнальный вход - к выходу узла сравнения, а выходы - к входу усилителя мощности с трансформатором, ко вторичной обмотке которого подключен выпрямитель с фильтром, соединенный с выходом, снабжен узлом защиты, который выполнен на двух транзисторах противоположного типа проводимости, база первого из которых через первый резистор соединена с выходом узла сравнения и через второй резистор - с коллектором второго транзистора, коллектор первого транзистора соединен ссигнальным входом коммутатора и через третий резистор - с щиной питания, к которой подключен также эмиттер второго транзистора, база которого через резистор соединена с общим приводом стабилизатора, к которому подключен также эмиттер первого транзистора и выпрямитель, выход которого подключен между базой и эмиттером второго транзистора, и трех конденсаторах, один из которых подключен между базой и эмиттером второго транзистора, а каждый из двух других конденсаторов подключен между соответствующими входным выводом выпрямителя и выходом симметричного триггера. На чертеже изображен импульсный стабилизатор постоянного напряжения, принЙипиальная электрическая схема. Импульсный стабилизатор постоянного напряжения содержит генератор I пилообразного напряж ения, первый выход которого подключен к инвертирующему входу узла 2 сравнения, а второй - через узел 3 синхронизации к счетному входу симметричного триггера 4, выходы которого подключены к управляющим входам коммутатор а. 5. Выходы коммутатора подключены к усилителю 6 мощности, имеющему выходной трансформатор 7. Ко вторичной обмотке трансформатора 7 подключен выпрямитель с фильтром 8, к вьтходу которого подключается нагрузка и усилитель 9 обратной связи. К этому усилителю подключено также и опорное напряжение. Выход усилителя 9 подключен к неинвертирующему входу узла 2 сравнения. Между выходом узла сравнения и сигнальным входом коммутатора 5 включен узел 10 защиты, содержащий транзисторы 11 (типа п-р-п) и 12 (типа р-п-р), j)e3ncTOpbi 13-16, выпрямительный мост 17 и конденсаторы 1820. База транзистора 11 через резистор 13 соединена с выходом узла 2 сравнения и через резистор 14- с коллектором транзистора 12. Коллектор транзистора И подключен к: сигнальному входу коммутатора 5 и через нагрузочный резистор 15 - к щине питания. К этой, же щине подключен эмиттер транзистора 12. База транзистора 12 через резистор 16 соединена с общим проводом стабилизатора и эмиттером транзистора 11. К базе и эмиттеру транзистора 12 подключен выход выпрямительного моста 17 и конденсатор 18. Входные выходы выпрямительного моста через конденсаторы 19 и 20 подключены к выходам триггера 4. Импульсный стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом. От генератора 1 на узел 2 сравнения поступает пилообразное напряжение, а на узел 3 синхронизации - импульсы обратного хода этого генератора. Синхронизирующие импульсы, снимаемые с ,выхода узла синхронизации, подаются на счетный вход симметричного триггера 4, изменяя его состояние от импульса к импульсу. Триггер 4 управляет работой коммутатора 5 таким образом, что сигнальный вход коммутатора при каждом переключении триггера попеременно подключается то к первому, то ко второму входу усилителя 6 мощности. Усилитель мощности нагружен на выходной трансформатор 7. Возникающие на его вторичной обмотке двухполярные импульсы выпрямляются и фильтруются выпрямителем с фильтром 8. Его выходное напряжение, явля.ющееся одновременно и выходным напряжением стабилизатора, поступает на нагрузку и на неинвертирующий вход усилителя 9 обратной связи. На инвертирующий вход этого усилителя подается опорное напряжение. Усилитель 9 обратной связи выдает на узел 2 сравнения напряжение, пропорциональное разности выходного напряжения стабилизатора и опорного напряжения с коэффициентом пропорциональности, равным коэффициенту усиления этого усилителя. На выходе узла сравнения образуются прямоугольные импульсы, длительность которых определяется соотнощением величин напряжений, воздействующих на оба его входа. Импульсы узла сравнения поступают на коммутатор через узел 10защиты. Во время воздействия положительных импульсов узла сравнения на базу транзистора 11через резистор 13 происходит насыщение этого транзистора и напряжение на его коллекторе принимает значение, близкое к нулю. Резисторы 13 и 15 ограничивают соответственно ток базы и коллектора транзистора 11. Во время паузь между импульсами узла сравнения транзистор 11 закрывается и напряжение на его коллекторе становится равным величине напряжения питания узлов стабилизатора. Импульсы с коллектора транзистора 11 подаются на сигнальный вход коммутатора 5. Таким образом, если транзистор 12заперт (в этом состоянии он находится в течениевсего времени нормальной работы триггера) и не влияет на работу транзистора II, то последний является инвертором импульсов узла сравнения. Поэтому для сохранения требуемой для нормальной работы стабилизатора взаимосвязи между направлением изменения длительности импульсов на сигнальном входе коммутатора и знаком отклонения выходного напряжения стабилизатора от заданного значения требуется изменить фазировку входных напряжений узла сравнения, пилообразное напряжение подается на инвертирующий вход узла сравнения а напряжение обратной связи - на неинвертирующий.

При нормальной работе триггера переменное напряжение с его выходов через конденсаторы 19 и 20 поступает на выпрямительный мост 17, выпрямляется им, фильтруется конденсатором 18 и прикладывается к переходу база-эмиттер транзистора 12 в направлении, противоположном проводимости перехода, в результате чего транзистор 12 находится в запертом состоянии.

В случае остановки триггера прекратится изменение потенциалов его выходов, напряжение на входе выпрямительного моста 17 станет равным нулю, транзистор 12 откроется за счет протекания тока от источника питания стабилизатора через резистор 16 и переход база-эмиттер транзистора 12. Через диоды выпрямительного моста 17, включенные параллельно переходу база-эмиттер, ток не идет, ибо количество последовательно включенных п-р переходов выпрямительного МОСТа в 2 раза больше, чем по ходу базового тока транзистора. Транзистор 12 вхо.дит в режим насыщения и подключает базу транзистора 11 через резистор 14 и свой переход эмиттер-коллектор к шине питания узлов стабилизатора. Вследствие этого транзистор 11 такженасыщается, и напряжение на. его коллекторе становится близким кнулю, причем это состояние транзистора 11 уже не зависит от наличия импульсов на выходе узла сравнения и на сигнальный вход коммутатора, а значит, и на оба входа усилителя мощности напряжение не подается, что приводит к прекращению работы усилителя мощности, а не к его аварии.

После восстановления работы триггера транзистор 12 снова запирается, и транзистор 11 опять начинает работать в режиме инвертора импульсов узла сравнения, а коммутатор, управляемый триггером, как и прежде начн&т коммутировать импульсы, поступающие с коллектора транзистора 11 попеременно на оба входа усилителя мощности, и стабилизатор продолжит работу.

Итак, введенный в импульсный стабилизатор узел защиты обеспечивает подачу импульсов напряжения (тока) на вХод коммутатора только во время работы триггера, узла синхронизации и генератора пилообразного напряжения, что исключает аварию усилителя мощности при остановке триггера.

Это выгодно отличает данный стабилизатор от известных, так как позволяет улучщить его эксплуатационные показатели, уменьшить количество возможных неисправностей, а следовательно, и повысить надежность стабилизатора.

Формула изобретения

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий генератор пилообразного напряжения, узел сравнения, первый вход которого соединен с первым выходом генератора пилообразного напряжения, а второй подключен к выходу узла обратной связи, один вход которого соединен с выходом, а другой служит для подключения к источнику опорного напряжения, симметричный триггер со счетным входом, подключенный входом через узел синхронизации ко второму выходу генератора пилообразного напряжения, коммутатор, управляющие входы которого подключены к выходам симметричного триггера, сигальный вход - к выходу узла сравнения, а выходы - к входу усилителя мощности с трансформатором, ко вторичной обмотке которого подключен выпрямитель с фильтром, соединенный с.выходом,

J отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности стабилизатора путем защиты усилителя мощности от аварии при прекращении работы симметричного триггера, стабилизатор снабжен узлом защиты, который выполнен на двух транзисторах противоположногб типа проводимости, база первого из которых через первый резистор соединена с выходом узла сравнения и через второй резистор - с коллектором второго транзистора, коллектор первого транзистора соединен с сигнальным входом коммутатора и

5 через третий резистор - с шиной питания, к которой подключен также эмиттер второго транзистора, база которого через резистор соединена с общим проводом стабилизатора, к которому подключен также эмиттер первого транзистора, и выпрямитель, выход которого подключен между базой и эмиттером второго транзистора, и трех конденсаторах, один из которых подключен между базой и эмиттером второго транзистора, а каждый из двух других конденсаторов подключен

5 между соответствующими входным выводом выпрямителя и выходом симметричного триггера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

. Александров Ф. И. и Сиваков А. Р. Импульсные преобразователи и стабилизаторы, М., «Энергия, 1970, с. 19, рис. 1 -10.

2. Авторское свидетельство СССР № 517014, кл. G 05 F 1/56.

Опорное напЬ/1 кениё