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

1

Изобретение ОТНОСИТСЯ к промьинленной электронике и может быть использовано для питаиия радиотехнических систем связи, оптических квантовых генераторов и измерительных систем. 5

Известны импульсные стабилизаторы напряжения постоянного тока И, 2.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению являет-10 ся импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока 2, который содержит ключевой элемент, включенный последовательно между входной кпегллой и входом LCD сглаживающего фильтра S выход которого подключен к выходным клеммам, задающий генератор, усилитель обратной связи, вход которого соединен с выходными клеммами, а выход - с первым входом первого регене-20 ративного узла сравнения, второй вход указанного регенеративного узла сравнения соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, вход которого соединен с первым делителем напря-25 жения на резисторах, соединенного с входными клеммами, выход регенеративного узла сравнения соединен с первым входом ключевого элемента, и управляющий ключевой элемент, выход которого О

подключен параллельно конденсатору генератора пилообразного напряжения, а вход - через второй делитель напряжения к выходу ключевого элемента.

Основным недостатком стабилизатора напряжения является малое значение коэффициента сглаживания на низких частотах при больших значениях коэффициента уменьшения напряжения. В этих режимах длительности открытого состояния ключевого элемента становятся сравнимыми по величине с ошибкой системы управления по времени включения, и необходимый закон модуляции длительности нарушается.

Целью предлагаемого устройства является увеличение коэффициента сглаживания напряжения при работе ставилизатора напряжения с большим коэффициентом уменьшения напряжения.

Указанная цель достигается тем, что в импульсном стабилизаторе напряжения постоянного тока задающий генератор выполнен в виде генератора пилообразного напряжения и подключен выходом к первому регенеративному входу дополнительно введенного второго регенеративного узла сравнения,аыход которого соединен со вторым входом ключевого элемента,а к другому входу второго регенеративного узла сравнения под ключен выход дополнительно введенного сумматора, один из входов которого соединен с источником опорного напряже,ния а другой вход соединен с выходом фазовращателя, вход которого через третий делитель напряжения на резисторах и конденсатор соединен с входными клеммами. Сущность предлагаемого устройства заключается в том, что время открыто го состояния ключевого элемента опре деляется величиной мгновенного значе ния напряжения на выводах источника питания, так что вольтсекундная площадь импульсов постоянна. Для устранения низкочастотной составляющей на выходном ЬСС-фильтре изменяется величина задержки открытия ключевого элемента от момента срабатывания зад 4ющего генератора. Величина задержки зависит от величины переменной составляющей напряжения на выводах источника питания, смещенного по фазе на угол, обеспечивающий максимальное уменьшение низкочастотной составляющей в выходном напряжении стабилизатора. На фиг. 1 приведена электрическая схема стабилизатора; на фиг. 2 приве дены диаграммы мгновенных значений напряжений на элементах стабилизатора. Кгаэчевой элемент 1 включен между положительной входной клеммой и одним из выводов дросселя 2 LCD сглажи вающего фильтра. Второй вывод дроссе ля 2 соединен с положительной выходной клеммой. Конденсатор 3-сглаживающего фильтра подключен параллельно входным клеммам, а разрядный диод 4 подключен параллельно сглаживакяцему дросселю 2 и выходным клеммам. Система управления стабилизатора состоит из задающего генератора 5, который обеспечивает включение ключевого элемента 1 с заданной частото Сигнал на отключение ключевого элеме та 1 вырабатывается регенеративной схемой б сравнения, которая срабатывает при равенстве напряжения на ген раторе 7 пилообразного напряжения опорному напряжению на выходе усилителя 8 отрицательной обратной связи. Восстановление нулевого потенциала на конденсаторе генератора пилообраз ного напряжения осуществляется с помощья управляемого ключа 9, который включен параллельно конденсатору генератора 7 пилообразного напряжения Состояние управляемого ключа 9 определяется напряжением которое снимается со второго делителя напряжения на резисторах 10 и 11, включенных между отрицательным выводом источник питания и выводом ключевого элемента 1. Заряд накопительного конденсатора генератора пилообразного напряжения определяется коэффициентом деления напряжения первого делителя на резисторах 12 и 13, который подключен к выводам источника питания. Задающий генератор 5 выполнен в виде генератора пилообразного напряжения и подключен к одному из входов второго регенеративного узла 14 сравнения, выход которого соединен с первым вхо дом ключевого элемента 1. К другому входу регенеративного узла 14 сравнения подключен выход сумматора 15, к одному из входов которого подключен источник 16 опорного напряжения, а к другому входу подключен выход фазовращателя 17. Вход фазовращателя 17 соединен через третий делитель напряжения на резисторах 18 и 1У и конденсатор 20 с выводами источника питания. На фиг. 2 приведены диаграмма мгновенных значений пилообраз.ного напряжения 21 на выводах задающего генератора и диаграмма мгновенных значений напряжения 22 на выходе сумматора, на которых отмечены моменты срабатывания регенеративного узла 14 сравнения и открытия ключа 1. Приведены диаграмма 23 мгновенных значений напряжения на входных клеммах, диаграмма 24 мгновенных значений напряжения на разрядном диоде и диаграмма 25 мгновенных значений напряжения на выходных клеммах. Предлагаемый стабилизатор работает следукхцим образом. Пилообразное напряжение 21 на выходе задающего генератора 5 сравнивается с напряжением 22 на выходе сумматора 15 с помощью второго регенеративного узла 14 сравнения. В момент равенства этих напряжений вырабатывается сигнал На включение ключа 1. До Ьтого момента ток нагрузки протекает через LCD-фильтр 2, 3, диод 4 и напряжение на выходе ключа 1 равно нулю. Конденсатор 7 генератора пилообразного напряжения закорочен через ключ 9. В момент включения ключевого элемента 1 положительная входная клемма подключается к общей точке соединения сглаживаницего дросселя 2, диода 4 и резистора 10. Диод 4 закрывается, что вызЕлвает увеличение напряжения на резисторе 11. Напряжение с резистора 11 подводится к ключу 9 и открывает его. Начинается заряд конденсатора генератора 7 пилообразного напряжения. В момент равенства напряжений на конденсаторе генератора 7 и на выходе усилителя 8 отрицательной обратной связи первый регенеративный узел сравнения вырабатывает сигнал на выключение ключевого элемента 1. : Увеличение напряжения питания вызывает увеличение напряжения на резисторе 13, что вызывает увеличение скорости заряда конденсатора генератор4 7 пилообразного напряжения, и тем самым достигается стабилизация выходного напряжения. Увеличение выходного напряжения вызывает увеличение напряжения на входе усилителя 8 отрицательной обратной связи, что приводит к уменьшению по величине на ряжения на выходе усилителя отрицательной обратной связи, подаваемого на регенеративный.узел сравнения. Это приводит к уменьшению времени за ряда конденсатора генератора пилообразного напряжения, уменьшению време ни включенного состояния ключа 1 и, следовательно, к стабилизации выходного напряжения. . Если в напряжении питания нет переменной составляющей, то напряжение .на выходном выводе ключевого элемента 1 будет иметь вид импульсов с неизменной амплитудой, равной напряжению питания, с постоянной частотой следования и с постоянной длительностью, которая меньше периода повто рения импульсов во столько раз, во сколько выходное напряжение стабилизатора меньше напряжения источника питания. Если в напряжении источника питания содержится переменная состав лякнцая (фиг. 2, кривая напряжения 23 то длительность импульсов изменяется При увеличении мгновенных значений напряжения источника питания из-за наличия переменной составляющей увеличивается скорость заряда конденсат ра генератора пилообразного напряжения, что приводит к уменьшению време ни включенного состояния ключа 1. Де литель на резисторах- 12, 13 обеспечи вает уменьшение длительности импульсо пропорционально увеличению напряжени на выводах источника питания и тем самым поддерживается постоянство вол секундных площадей в каждом импульсе напряжения на вьлводе ключевого элемента 1 и, следовательно, неизмен ность постоянной составляющей за каж дый период частоты задающего генератора 5. , Компенсация переменной составляющей в напряжении, на выходном LCBфильтре достигается изменением времени задержки включения ключевого элемента 1. Напряжение на выходе сумматора 15 (фиг. 2, кривая напряжения 22) сравнивается с напряжением пилы задающего генератора 5 (фиг. 2, кривая напряжения 21) с помощью второго регенеративного узла 14 сравнения. Опорное напряжение с источника 16 и переменное напряжение с фазовращателя 17, которое по величине пропорционально переменной составляющей источника питания, о спечивают зависимость задержки/от величины переменной составляющей. Модуляция фазы импульсов позволяет компенсировать как ошибки ключа, так и ошибку метода, которая приводит к появлению в выходном напряжении составляющей, опережаквдей низкочастотную составляющую входного напряжения. Предлагаемое устройство позволяет значительно уменьшить пульсации выходного напряжения стабилизаторов напряжения, работающих с большим коэффициентом уменьшения напряжения. Предложение позволяет получатьнеобходимый допустимый уровень пульсаций при ограниченных объемах и массе входных и выходных LCD-фильтров стабилизатора. Формула изобретения Импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий ключевой элемент, включенный последовательно между входной клеммой и входом LCD сглаживающего фильтра, выход которого подключен к выходньв клеммам, задающий генератор, усилитель обратной связи, вход которого соединен с выходными клеммами, а выход - с первым входом первого регенеративного узла сравнения, второй вход указанного регенеративного узла сравнения соединен с выходом генератора пилообразного напряжения , вход которого соединен с первым делителем напряжения на резисто рах, соединенного с входнь -1и клеммами, выход первого регенеративного узла срагнения соединен с первым входом ключевого элемента, и управляющий ключевой элемент, выход которого подключен параллельно конденсатору генератора пилообразного напряжения, а вход через второй делитель напряженияк выходу ключевого элемента, отличающийся тем, что, с целью увеличения коэффициента сглаживания напряжения стабилизатора, указанный задакиций генератор выполнен в виде генератора пилообразного напряжения и подключен выходом к первому входу дополнительно введенного второго регенеративного узла сравнения, выход которого соединен со вторым входом ключевого элемента, а к другому входу второго регенеративного узла сравнения подключен .выход дополнительно введенного сумматора, один из входов которого соединен с источником опорного напряжения, а другой вход соединен с выходом фазовращателя, вход которого через третий делитель напряжения на резисторах и конденсатор соединен с входной клеммой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Чиженко И.М. и др. Основы преобразовательной техники. М., Высшая школа, 1974, р. 12 - 8, с. 383-384. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке W 2629945/07, кл. G 05 F 1/56 от 12.06.78.

1

V