Импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока Советский патент 1980 года по МПК G05F1/64 H02M3/335 

НОМ транзисторе, между первой базой которого и эмиттером включен первый резистор, между эмиттером и второй базой - койденсатор, при .этом базы одноперехьдного „транзистора через второй резистор подключены к цепям питания генератора стробимпульсов, а параллельно второму резистору через дифференцирующую RC-цепочку подключен переход база -эмиТтер согласующего транзистора, коллектор которого связан с выходом Источника опорного иапрйжения.

На фиг 1 представлена схема импульсного стабилизатора напряжения постоянного тока.

Между его {входом и выходом последовательно переход эмиттер - коллектор ключевого транзистора 1, фильтр 2, состоящий из дросселя 3, конденсатора 4 и дёмпфёриого диода 5, преобразователя иапряжёнИя 6 с генератором прямоугольного напряжения 7 и трансформатором 8 и выйрямитель 9. Генератор прямоугольного напряжения 7 представляет собой триггер со счетным входом, подключеинЬ1М к дополнитёльной обмотке 10 дросселя 3 фильтра 2.,

Переход эмиттер - база ключевого транзистора 1 подключен К выходу щйротиоимпульсного модулятора 11, один вход которого через резистор 12 подключён к истоцнйку опорного напряжения 13, в данном случае состоящему нз последовательно включенных резистора 14 и стабилитрона 15, а второй вход подключен к выходу генератора пилообразного напряжения 16, состоящего из последовательно включеиных (со эхода на выход) конденсатора 17, выйрямнтельяогО Mocta 18 н резистора 19. reHepiaTopa пилообразного напряЫйия ЙОДключе к обмотке 20 трансформатора 8. В задающей генераторе 21, представляющем собой генератор строб-нмпульсов, между одной из баз однопёреходногО трайзйс тора 22 и его эмиттером вклЮчеи резистор 23, а между эМиттёром и второй базой однрпереходного транзистора включен к(н-1 дёнсатор 24. Базы одНОперёходнЬ1рО транг зистора через резистор 25 подклк)чены к входным зажимам источника 11ита1нйя. Резистор 25 Ьдй6в| ёМённоПоДКл1бчен к выходу генер атора строб-импульсОв, который. через дифференцирующую КС-Цёпочку 26, выполненную на конденсаторе 27 и резисторе 28, подклк)чен к переходу база -эмитTejp согласующего транзистора 29. Переход коллектор-эмиттер этого транзистора подключен параллельно Опорному вхОду шйротно-импульсного модулятора 11, соединенному через резистор 12 с выхоДом и тЬчника опорного напряжения 13.

На фиг. 2 приведены эпюры характерных точек схемы предложенного импульсного стабилизатора, где 30 -выходные стробимпульсЫ задающего гёйератора 21; 31-

опорное напряжение на опорном входе широтно-импульсного модулятора 11; 32 -напряжение на Выходе ключевого транзистора 1 (на общей точке его коллектора и фильтра 2) во время запуска до того момента, когда выходное напряжение ключевого стабилизированного .источника питания, нарастая после вк ;ючения, еще не достигло номинального значения; 33 - синхроимпульсы, снимаемые с дополнительной обмотки 10 для синхронизации генератора 7 во время запуска источника питания; 34 - напряжение генератора 7 между обоими его симметричными между собой выходами; 35-выходное напряжение генератора пилообразного напряжения 16 в установирщеь:ся режиме; 36 -опорное напряжение, наложенное на пилообразное напряжение генератора 16; 37 -напряжение на выходе ключевого транзистора в установивщемся режиме.

При пОдаче на стабилизатор первичной сети открывается ключевой транзистор 1, и начинается заряд конденсатора 4 фильтра 2 через транзистор 1 и дроссель 3. Одновременно начинают работу источник опорного напряжения 13 и задающий генератор 21.

Выходные импульсы задающего генератора 21 (см. эпюру 30 на фиг. 2) через дифференцируюхцую цепочку 26 поступают на переход база - эмиттер транзистора 29, открывая его на время действия импульса на этОт переход. Так как переход коллектор - эмиттер этого транзистора подключен к опорному входу щиротно-импульсного Модулятора. 11, к которому через резистор 12 подключен выход источника опорного напряжения 13, то опорное напряжение, снимаё1йре со стабнлитрона 15, на входе ши р6ТнЬ-импуЛьсногО модулятора будет иметь ВИД, представленный эпюрой 31 фиг. 2, т. е. Ни время наличия строб-импульса задаюuiero генератора 21 напряжение на опорном входе щиротно-импульсного модулятора будет исчезать (наличию этого напряжения соответствует отрицательный уровень относитгелЬ|НО ШйИы «+ первичной сети), а так как при отсутствии опорного напряжения на входе широтйо-импульсйого модулятора всегда будет закрыт и ключевой транзистор, то импульсы на Коллекторе транзистора (относите-льно шины «- первичной сети) иметь вид, показанный эпЮрой 32 фиг. 2. Поскольку при закрывании транзистора 1 происходит разряд конденсатора 4 фиЛьтра 2 через Дроссель 3 и Демпфериый диод 5, то на время закрытого состояния трайзйстора 1 на обмотке 10 дросселя 3 возникает иМпульс (см. фиг. 2, эпюра 33), который поступает на счетный вход генератора (триггера) 7, в результате чего он перебрасывается Каж;дый раз при поступлении оче рёДйого импульса (см. эпюру 34 на фиг. 2). Амплитуда импульсов на дополнительной обмотке дросселя, начиная с момента включения источника пихания и до момента установления режима работы источника питания,возрастает по экспоненциальному закону (за счет нарастания по такому же закону напряжения на конденсаторе 4). Поэтому триггер 7 может начать работу не с первого импульса, если его амплитуда будет недостаточной для синхронизации триггера, а с любого последующего. Синхронизация триггера может осуществляться и непосредствённО от коллектора ключевого транзистора I. Выбор конкретного варианта синхронизации - от дополнительной обмотки дросселя или непосредственно от ключевого транзистора-определяется тем, как наиболее удобно согласовывать вход используемого триггера с источшгком синхроимпульсов, исходя из требуемых их полярности и амплй-гудь. Прямоугольное напряжение триггера 7 возбуждает преобразователь напряжения 6, выходное напряжение которого, также прямоугольное, подается на выпрямитель 9 и далее на выход источника .питання. Во всех возможньтх вариантах выполнения преобразователя напряжения 6, когда первичная обмотка трансформатора 8 подключена к генератору прямоугольного Напряжения 7 непосредственно или если требуется больщая выходная мощность, йежду генератором прямоугольного напряжения 7 и трансформатором 8 установлен усилитель мощности. Этот преобразователь, как и во всех известных ключевых источниках питания, имеющих преобразователь, при смене полуПериодов генератора прямоугольного напряжения 7 коммутирует выходное напряжение фильtpa к различным обмоткам (полуобмоткам) трансформатора 8, превращая его на вторичных обмотках в напряжение переменного тока. Получаемое с одной ий вторичных обмоток няпрйжение вЫпряМляется выпрямите.;гем 9 и подается на выход стабилизатора, т. е. чя нагрузку.

При работе преобрязо ятеля напряжения 6 возникает прямозгОлыте напряжёкие /и на обмотке 20 трансформатора 8. Это может быть как обмотка трансформатора, включеннО -О Между генера тбрОМ прямоугольного напряжекйя (усилителем мощности) и вьтггрямОТёлеи, так и обмотка выходного тран ф орматора преобразователя развяякй. В. первом случае обратная связь на широтмо-импульсный модулятор будет осуществляться с обмотки выходного трансформатора преобразователя напряжения, во втором случае - непосредственно с выхода стабилизатора. Появившееся при включении источника питания пряибугШейбё йапряжение: на обмотке 20 вьтзовет работу генератора пилообразного напряжения 16, и на резисторе 19 возникнут 1мпульсьт Пилообразного напряжения (см.эпюру 35 на фиг. 2). При сравнении этого напряй:ёния с опорным напряжением в широтно-импульсном мщуляторе II .формируются импульсы управления работой ключевого транзистора: моментам времени, когда напряжение «пилы превыщает опорное напряжение, cOotBeTCTByeT за крытое состояние ключевого транзистора и, наоборот, моментам времени, когда напряжение «пилы меньще опорного напряжения, соответствует открытое ёостояние ключевого

транзистора. Для наглядности на эпюру 35 (фиг. 2) наложено опорное напряжение- эпюра 36 - на котором имеются также характерные для Предложенного стабилизатора провалы (отрицательное опорное

напряжение проваливается к нулю), обусловленные работой согласующего транзистора 29, связанного с генератором стробимпульсов 21. Итак по мере нарастания

8ЫХОДнОгО напрЯ} сения стабилизатора начинается увелнченне амплитуды напряжения «пилы и изменение скважности работы ключевого транзистора, регулирование которой со стороны широтно-импульсного модулятора осуществляется так, чтобы

напряжение на выходе стабилизатора установилось, а затем и Поддерживалось на заданном уровне. С этого момента начинается стабилизация выходного напряжения стабилизатора, в процессе которой при

изменении величины напряжения первичной сети или тока нагрузки автоматически изменяется скважность (щирина) импульсов ключевого транзистора (см. эпюру 37 на фиг. 2), т. е. изменяется тот момент времени (относительно момента закрывания ключевого транзистора), когда ключевой транзистор откроется ;после паузы тока через этот транзистор. Но при любой скважности работы ключевого транзистора моменты закрывания этого транзистора не зависят от динамики стабилизации и строго совпадают С генерацией строб-импульсов задающим генератором 21, так как при каждое eiro импульсе происходит провал

опорного напряжения, закрывание ключевого транзистора, переброс триггера, релаксация, генератора пилообразного иапряжени я (когда напряжение «пилы очень бь1стро принижает свое максимальное значение и затем медленно уменьшается), а больщим значеииям напряжения «пилы опятьтаки соответствуют паузы тока через ключевой транзистор. Поэтому, как и задающий генератор прототипа, триггер заявленного стабилизатора работает независимо от величины напряжения сети и тока нагрузкИ: переброс триггера всегда происходит синхронно со строб-импульсами задающего генератора и передним фронтом импульса

напряжения на рьтходе ключевого транзистора при его закрывании независимо от длительности паузы прохождения тока через него: Незначительной (при запуске стабилизатора, когда она определяется длительностью строб-импульса) или произ, .„«KSKKS

.1

744525 . , . -- u ,й,--,л---.ч.-« -1--- - -- sii;ib;: - Гj; ;K. волыюи взавис1Гй9с-п5 от динамики работы Стабилизатора после его запуска. В случае надобности коэффициеит стабилизации может быть повышен путем под ключсния к широтно-импульсйбму модулятору цеп н прямой компенсирующей связи оТ дополнительной обмоткН дросселя фильтра, В этом случае дроссель может Две дополнительные обмотки: одну для синхронйзаций триггера; а другую для цепи прямой компенсирующей связи. Из изложенного принципа работь( аявленнОго Стабилизатора слеДует, что импуль- сы задающего строб-геНератора при ЙС-правнрсти щиротно-импульсного модулято; ра и ключевого транзистора прОхбДят черй эти узльт и синхронизируюттриггер. Поэто- му, если возникнет отказ какого-либотранBifCtopa щйроТйр-импульсного модулятора илй ключевого транзистора вследствие про iбpя 0 нем или обрыва какого-либо егоэлектрода, импульсь на дополнительной обмбт- кё Дроссёля, как. и на выходе клю його трайзистора, исчезнут, и синхронизация, триггера прекратится. В результате прекраТИТ работу преобразователь напряжения 6, и передача энергии на вторичные обмотки, а значит и на выход источнй1 й ВДРГ§°нЖ, прекратится. При пробое ключев&гбтранзистора поднимется лищь напряжение на выходе фильтра, увеличившись до уровня напряз - еиия первичной сети, но так как ,|рсобразователь нагфяжеййя сразу жё Ъ рестайет работать, напряжение на вьгходе сгабклнзатора спадет до нуля, что предотвратит превыщеннй напряжения на выходе стабилизатор я, ,а знаш т в6§ШйЙоШ ьиесения в питания повреждений. При вьшлючении стабилизатора тотчас же прекратит работу задающий генератор и его строб-импульсы больще не будут поступать й-й широтно-импульсныи модулятор, в результате чего, как уже ясно из вышесказанного, триггер остановится и передачи энергии от конденсатора фильтра на нагрузку прекратится. Это и обеспечивает быстрое спадание напряжения на выходе стабтлизатора независимо от величины ЭЕ-герги, накопленной койденсатором фильтра. Точно Tfiji же быстро исчезнет выходное иапряженпе стабилизатора при пробое ключевого транзистора за счет йемедленной остановки триггера. ....: - - - .;-;;а-.. Дополнительное преимущество заявлен. ного стабилизатора состоит в том, что р нем легко осуществить дистайциойное управле 1ше в.ключением и вьшлючением без отклю fflf gf ttfo lKa питания напряжения пе|)вичной сети. Для этого достаточно сорвать колебания Задающего генератора, лишив его питающего напряжения иЛй от-: влйчйв строб-импульсы от согласующего транз стора 29, замыкая накоротко внешними цепями дистанционного .управления. Напрймер, резистор 28, установленный па.SAij,.. , -

лйчй- лчгзг .;

8 раллельно переходу база - эмиттер согласующего транзистора. Эти и другие возможные виды дистанционного управления стабили:затора основаны на принципе такого изменения состояния егб CJteMU, liptyKbtopOM исчезнут импульсы на выходе ключевого транзистора. Конкретный вид управления выбирается исходя из условия наиболее удоб15огь согласования узлов заявлеиного.стабилизатора с элемен аш дистанциойного; управления. С выхода предлагаемого стабилизатора, как и с выхода многих; из известнь1х аналоГйчнйх устройствТйЩкёт7снйматьсяйетолько постОяйное напряжение, но и переменное прямоугольной формы, частота, которого равна частоте работы преобразователя напряжения. В этом случае нагрузка подключается непосредственно к одной из вторичных обмоток трансформатора преобразователя напряжения.: ,; . . Формула изобретения I. Импульсньш стабилизаторнапряжения постоян ного тока, содержащий последовательно включенный между входньши и выхЙдйьши клем1угами ключевой транзистор, LCD-фильтр, преобразователь постоянного напряжения с генератором прямоугольного напряжения и выходным трансформаторой, вход которого соединен с выходом сглаживающего фильТ{)а, выпрямитель, вход которого соед1:нен с вторичной обмоткой выходйого трансформатора, а выход -с вы-; ходнйми клеммами, широтно-ймпульсный модулятор, вь ходом соединенный . с управляющим входом ключевого транзистора, генератор пилообразного напряжения, вход которого подключен к дополнительной обмоткезь1хоДнЬгЬ трансформатора, а выход - к первому вход широтно-ймпульсного модулятора, второйвход которого соединей с выходом источника опорного напряЖения, отл и.ча ющийся тем, что, с цеЛЬЮ предотвращения повышения его выходного напряжения при пробое ключевого транзистора без применения устройства защиты, в .качестве генератора прямоугольного напряжейия преобразователя постоянного напряжения; йспользовай триггер со счетньШвходом, подключенным к дополнительной обмотке дросселя сглаживающего фильтра. . 2. Стабилизатор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени. спадания выходного напряжения при выключении питания, дополнительно ваедеи генератор строб-импульсов, по цепям пйтания соединенный свходными клеммами, а выход генерагорй связан с вторым выходом Щиротно-импульсного модулятора. 3. Стабилизатор по.пп. 1 и 2, отличающийся тем, что генератор строб-импульсов выполнен на однопереходцрм транзисторе, между первой базой которого и эмиттером включен первый резистор, между эмиттером и второй базой - конденсатор, при этом базы однопереходного транзистора через второй резистор подключены к цепям питания генератора строб-им744525

10

пульсов, а параллельно второму резистору через дифференцируюпдую RC-цепочку подключен переход база -эмиттер согласующего транзистора, коллектор которого соединен с выходом источника опорного напряжения.

1