Импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока Советский патент 1980 года по МПК G05F1/56 

I

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, во вторичных источниках питания телевизионных приемников.

Известны стабилизированные источники питания, содержащие составной транзисторный ключ, LCD-фильтр, частотно- или широтноимпульсный модулятор, усилитель рассогласования с двумя входами, один из которых подключен к источнику опорного напряжения, а другой - к резистивному делителю выходного напряжения 1.

Основными недостатками таких схем являются ухудшенные характеристики переключения ключей (из-за повышенного падения напряжения на них уменьшается КПД) и сильное излучение радиопомех даже в условиях экранировки, что сказывается на работе приемной радиоаппаратуры (полная экранировка исключается ввиду нарушения теплового режима).

Для улучшения характеристик переключения применяют различные способы подпитки транзисторных ключей, но все они усложняют схему импульсного стабилизатора.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий транзисторный ключ, соединенный управляющим входом с выходом двухкаскадного предусилятеля сигналов на транзисторах разной проводимости, LCD-фильтр, включенный мезеду выходом транзисторного ключа и выводами для подключения нагрузки, частотно-импульсный модулятор на базе мультивибратора на лавинном транзисторе, выход которого соединен со входом двухкаскадного предусилителя сигналов, балансный усилитель рассогласования, выходом подключенный через буферный каскад усиления ко входу частотноимпульсного модулятора, а входами - к источнику опорного напряжения и резистивному делителю выходного напряжения 12.

Цель изобретения - упрощение схемы импульсного стабилизатора при сохранении вы20сокого КПД (более 90%) и снижение уровня радиопомех.

Указанная цель достигается тем, что в импульсном стабилизаторе напряжения постоян- 3иого тока, содержащем транзисторный ключ, соедшшшгый управляющим входом с выходом двухкаскадиого {тредусилнтеля сигналов на транзисторах разной проводимости, ЬСО-филы}, включенный между выходом транзисторного ключа и выводами для подклю чения нагрузки, частотно-импульсный модулятор на базе мультивибратора на лавтпюм транзисторе, выход которого соед1шен со пхоРОМ двухкаскадного предусилителя сигналов, балансный усилитель рассогласования, выходом подключенный через буферный каскад усилени ко входу частотно-импульсного модулятора, а входами - к источнику онорного напряжения и резнстивному делителю выходного Иапряжетш, в дроссель LCD-фильтра введена дополнительная обмотка, соединяющая коллектор силового ключа с эмиттером нредусилителя, а база лавзшного транзистора частотно11мпульсного модулятора соединена через конденсатор и резисторы с коллектором одного и базой другого транзисторов предусилителя. На чертеже приведена принципиальная схема устройства. Устройство содержит транзисторный ключ 1, соединенный управляющим входом с выходом двухкаскадного предусилителя на транзисторах 2, 3 разной проводимости. Эмиттер транзисторного ключа 1 через переключатель 4 рода работ соединен с основными равновитковыми обмотками 5, 6 накопителя энергии-дрос селя 7 LCD-фильтра и с ключевым диодом 8, который заидащен от коротких выбросов от обмотки дросселя конденсатором 9 небольшой емкости. Между выходными шинами стабилизатора включена основная емкость фильтра ковденсатор 10. С потенциометра 11 резистивного делителя выходного напряжения, который включает также резисторы 12, 13, часть выходного напряжошя подается на один из входов балансн го усилителя 14 рассогласования. Его второй вход Соединен с источником опорного напряже1шя на стабилитроне 15 и резисторе 16. Меж коллекторами транзисторЬв балансного усилителя 14 рассогласования включен транзистор 17, выполняющий роль зарядного резистора дл времязадающего конденсатора 18 частотно-импульсного модулятора 19, собранного по схеме обьпиого мультивибратора на одном лавинном транзисторе 20, и включающем в себя также . ключевой диод 21, токозадающий резистор. 22 и нагрузочш.ш резистор 23. С последнего СИГНУЛ поступает на базу .фанзистора 3 двухкаск ного предусилителя. Дополнительная обмотка 24 дросселя 7 включена ме:кду эмиттером транзистора 2 пред усил1ителя и коллектором транзисторного клю ча 1, который также соещшен с положительно шиной источника питания. Токаограничнва ю1дие резисторы 25 и 26 включены между коллектором транзистора 3 и базой транзистора 2, а их общая точка через конденсатор 27 соединена с базой лавшшого транзистора 20. Токоограничивающий резистор 28 включен между коллектором транзистора 2 и базой транзисто,ра 1, защищая от перегрузок транзистор 2. Элементы 29-34 необходимы для обеспечения работоспособности устройства. Стабилизатор работает следующим образом. Если переключатель 4 (контакты реле или тумблер) стоит в положении, как изображено на чертеже, то устройство представляет собой стабилизатор последовательного типа с вьщачей выходного напряжения величиной меньще входного, а если в противоположном - то параллельного типа с вьщачей любого выходного напряжения (больще, равно или менъще входного). Рассмотрим первый вариант; После подачи питающего напряжения током резистора 22 диод 21 смещается в прямом направлении и после появления напряжения на стабилитроне 15 перекашиваются плечи балансного усилителя 14, что приводит к открытию транзистора 17, током которого через руководящий диод 21 заряжается конденсатор 18. По мере повышения потенциала на нем при определенном уровне наступает лавинный пробой транзистора 20, последний открывается и находится открытым до тех пор, пока не перезарядится конденсатор 18 током резистора 22. С нагрузочного резистора 23 импульс тока поступает в базу транзистора 3, который тут же открывается, вслед за ним открываются транзисторы 2 и1. Выходной импульс тока с эмиттера транзистора 1 через обмотку 5 заряжает конденсатор 10 и поступает на нагрузку стабилизатора, одновременно намагничивая сердеч1ИК дросселя 7. Трансформируемое дополнительной обмоткой 24 напряжение через транзистор 2 подпитывает базу транзистора 1, увеличивая степень его насыщения, что приводит к уменьшению падения напряжения на участке коллектор-эмиттер и повышению К1Щ. С самозакрыванием транзистора 20 (после перезаряда конденсатора 18) закрываются и транзисторы 3, 2 и транзисторный ключ 1, сердечник дросселя 7 размапшчивается, напряжение на его обмотке 5 через диод 8 поддерживает) . ток в нагрузке стабилизатора. Конденсатор 18 вновь начинает заряжаться током транзистора 17 и Щ1кл повторяется. Как только напряжение на нагрузке достигает заданного уровня, в системе устанавливается Динамическое равновесие (чем больше ток Нагрузки - тем выше частота следования выходных импульсов °с транзисторного ключа 1 57 и наоборот). Для формирования необходимой крутизны фронтов выходных импульсов (из-, вестно что чем круче фронт импульсов, тем шире снектр гармонических составляющих у прямоугольного импульса и он минимален у колоколообразных импульсов) применяют цепочку отрицательной обратной связи, для чего база лавинного транзистора 20 через конденсатор 27 и резисторы 25, 26 соединена соот ветственно с коллектором и базой транзисторов 3 и 2. При этом отрицательный импульс с общей точки резисторов 25, 26 поступает на базу лавинного транзистора, уменьшая индуцир ванный в базе положительный заряд, и тем самым растягивая во времени процесс лавинного пробоя, что и приводит к необходимой коррекции формы и длительности фронта выходного импульса, что снижает уровень радиопомех от работающего стабилизатбра. В принципе работа устройства во втором варианте (по схеме параллельного стабилизато ра) не очень сильно отличается от рассмотрен ного случая, только надо учитывать, что при открывании транзисторного ключа 1 происходат намагничивание дросселя 7 по обмотке 6, а передача энергии в нагрузку при размагничивании сердечника производится только от обмотки 5, ввиду чего КПД устройства нескол ко снижается (в первом варианте передача энергии на нагрузку осуществляется как во время формирования выходного импульса, так и в паузе, а во втором - только в паузе Таким образом, предлагаемый импульсный стабилизатор позволяет упростить схему при сохранении высокого КПД и С{шзить уровень излучаемых помех, что дает возможность применить его для портативных радиоприемных устройств, питающихся как от сети, так и автономных низковольтных источников тока. Формула изобретения Импульсный стабилизатор напряжения постоbffloro тока, содержащий транзисторный кгаоч, Ьоединенный управляющим входом с выходом двухкаскадного предусшштеля сигналов на транзисторах разной проводимости, LCO-фильтр, включенный между выходом транзисторного ключа и выводами для подключения нагруз ки, частотно-импульсный модулятор на базе мультивибратора на лавинном транзисторе, выход которого соединен со входом двухкаскадного предусилителя сигналов, балансный усилитель рассогласования, выходом подключенный через буферный каскад усиления ко входу частотно-импульсного модулятора, а входами к источнику опорного напряжения и резистнвному делителю выходного напряжения, о т личающийся тем, что, с целью упрощения схемы при сохранении высокого КПД и снижения уровня излучаемых при работе- радаопомех, в дроссель LCD-фнльтра введена дополнительная обмотка, соединяющая коллектор силового ключа с змиттером указанного предусилителя, а база лавинного транзистора частотно-импульсного модулятора соединена через конденсатор и резисторы с коллектором одного и базой другого транзисторов предусилителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 586442, кл. G 05 F 1/58, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР № 405108, кл. G 05 F 1/56, 1971.