Ключевой стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1980 года по МПК G05F1/58 

Данное устройство относится к преобразовательной технике, в частности ко вторичным источникам питания, и может быть использовано для стабилизации постоянного напряжения в различных радиотехнических устройствах. Извес.тны ключевые стабилизаторы, на пряжения, содержащие автогенератор и пре образовательные ячейки, каждая из которых состоит из последовательно соединенных усилителя мощности, трансформатора, выпрямителя, фильтра, причем входы одных усилителей мощности соединены со входом автогенератора, а других усилителей мощности соединены со входом автогенератора через ключевые регуляторы, состоящие из последовательно соединенных ключевого элемента и фильтра, причем выходы преобразовательных ячеек соедине-. ны последовательно,; а выходы автогенератора подключены к управляющим входам усилителей мощности преобразовательных ячеек ij. Однако из-за фазности управления усилителями мощности преобразовательных ячеек возникают значительные пульсации на входе и выходе устройства, а при изменении входного напряжени КПД уменьнается и увеличиваются пульсаций. Наиболее близким к предлагаемому является ключевой стабилизатор напряжения, содержащий автогенератор и преобразовательные ячейки, каждая из которых состоит из последовательно Соединенных усилителей мощности, трансформатора, выпрямителя, фильтра, причем входы одних усилителей мощности соединены со входом автог енератора, и шинами питания, а других усилителей мощности соединены со входом автогенератора через ключевые регуляторы, состоящие из последовательно соединенных ключевого и фильтра, причем выходы преобразовательных ячеек соединены последовательно а выходы автогенератора подключены к управляющим входам усилителей мощности преобразовательных ячеек . 3 .78 Недостатками известного ключевого стабилизатора напряжения явтиются высокие пульсации выходного и входного напря жения и низкий кпд. Цель изобретения - снижение пульсаций выходного и входного напряжения и повышение КПП. Цель достигается тем, что в устройство состоящее из автогенератора и преобрн зовательных ячеек, каждая ,из которых состоит из последовательно соединенных усилителя мощности трансформатора, выпрямителя, фильтра, причем входы одних усилителей мощности соединены со входом автогенератора, и шинами питания, а др.у- хих усилителей мощности соединены со входом автогенератора через ключевые ре гуляторы, состоящие из последовательно соединенных ключевого элемента и фильтра, причем выходы преобразовательных ячеек соединены последовательно, введены ключи, транзисторы, генераторы импульсов, преобразователь напряжения в код, обмотка, выход автогенератора соединен с управляющим входом первого усилителя Мощности, а обмотка, расположенная на каждом трансформаторе преобразовательной ячейки, кроме последнего, подсоединена к управляющему входу усилителя мощности последующей преобразовательной ячейки, два параллельно соединенных ключа включены между управляющим входом ключево го элемента ключевого регулятора и щиной питания, а два транзистора включены паралеильно управляющим входам двух клю чей, причем управляющие входы, ключей соединены с выходом генератора импульсов, а транзисторов - с выходом преобразователя напряжения в код, вход которого и вход генератора импульсов соединены с шинами питания. Ма фиг, 1 представлена схема ключевого стабилизатора напряжения; на фиг. 2 пульсации выходного напряжения. Предлагаемое устройство состоит из автогенератора 1 и преобразовательных ячеек 2, 3, 4, 5, каждая из которых содержит последовательно соединенные усилитель 6 мощности, трансформатор 7, выпрямитель 8, фильтр 9,причем входы уси литетш 6 мощности преобразовательных ячеек 2, 3, 4 соединены со входом автогенератора 1, а усилителя 6 мощности преобразовательной ячейки 5 соединены со входом автогенератора 1 через ключевой регулятор 1О, состоящий из последов тельно соединенных ключевого элемента 11 -И фильтра 12, причем выходы преобразовательных ячеек 2, 3, 4, 5 соедине3последовательно, выход автогенератора ны 1 соединены с управляющим входом первого усилителя 6 мощности преобразовательной ячей1 и 2, а обмотка расположенная на каждом трансформаторе преобразовательной ячейки 2,3,4 подсоединена к управляющему входу усилителя 6 мощности последующей преобразовательной ячейки, два параллельно соединенных ключа 13 и 14 включены между управляющим входом ключевого элемента 11 ключевого регулятора Ю и щиной питания, а два транзистора 15 и 16- включены параллельно управляющим входам ключей 13 и 14, причем управляющие входы последних соединены с выходом генератора 17 импульсов (например мультивибратора), а транзисторов 15 и 16 - с выходом преобразователя Т8 напряжения в код, вход которого со входом генератора 17 импульсов подключен ко входу. Устройство работает следующим образом. При подключении ключевого стабилизатора напряжения к постоянному напряжению автогенератор 1 вырабатывает прямоугольные импульсы, открывающие и закрывакдцие ключи усилителя 6 мощности преобразовательной ячейки 2. Из-за неидеальности фронтов выходного напряжения и . инерционности диодов выпрямителя, пульсации выходного напряжения на выходе фильтра имеют .вид, показанный на фиг. 2 (l/- l). Управляющее напряжение на вход усилителя 6 мощности преобразоватеттьной ячейки 3 поступает с задержкой относительно управляющего напряжения автогенератора 1 на величину время задержки сигнала при прохождении через усилитель б мощности преобразовательной ячейки; время задержки сигнала при прохождении через трансформатор 7 преобразовательной ячейки. ,В. результате этого-провалы выходного напряжения (пульсации) на выходе фильтра 9 преобразовательной ячейки сдвинуты по оси времени на величину t- (фиг. 2 vv-v а).. . Таким образом, общее напряжение пуль саций на выходе устройства равно по величине напряжению пульсаций на выходе одной преобразовательной ячейки (фиг.2 У - ), Для удовлетворения равенства ил,; еобходимо, чтобы - Г/Побш... -це - период следования провалов напряжения на выходе фипьтра ГоЬШ, общее копичество преобразова|тепьных ячеек. Стабилизация выходного напряжения пр исходит следующим образом. При низком входном напряжении ключе вой элемент 11 ключевого регулятора Ю полностью открыт, так как ключи 13 и 1 управляются в противофазе от генератора 17 импульсов и представляют собой горо кое замыкание, а транзисторы 15 и 16 закрыты сигналами, снимаемыми с дов преобразователя 18 напряжения в код (обычный единичный код). При повышении входного напряжения с выхода ПНК, напр мер, на управляющий вход транзистора 15 поступает открывагсщее напряжение и клю 13 закрывается. Скважность работы клю чевого эпемента 11 ключевого регулятор 10 становится равной 0,5. На выходе кдючевого регулятора 1О напряжение равно 0,5 Un,. .При дальнейшем росте входного напряжения закрывается ключ 14 и ,на выходе ключевого регулятора Ю напряжеш1е становится равным О. Количество преобразовательных ячеек с ключевыми регуляторами выбирается из требуемого дискрета стабиш-1зации. Если общее выходное напря кение равно .. , -ЦЫУ о5ш,.и2,|5(1., ,--де Ue,j)iy- выходное напряжение одной треобразовательной ячейки, то точность поддерживания выходного напряжения бу дет равна - ВымГ2При стабилизации выходного напряжения пульсации выходного напряжеьщя не изменяются. Ввиду того, что при переключении ключей усилителей 6 мощности преобразовательных ячеек возникает сквозной ток повышенной величины, а фазное управление только усиливает бросок тока, то задержка управления усилителей 6 мощ ности на величину С позволяет значительно сократить пульсации входного напряжения. Причем вход ПНК может быть подсоединен не только ко входу, но и выходу устройства, а в количестве генератора 17 импульсов могут быть использованы дополнительньте выходы автогенератооа 1. 7 36 Изобретение позволяет сократить выходные емкости фильтров в h paajулучшить форму потребляемого тока, повысить КПД, ключевого стабилизатора, а также уменьшить вес и габариты всего устройства в цепом. Формула изобретения Ключевой стабилизатор постоянного напряжения, содержал1Ий автогенератор и преобразовательные ячейки, каждая из которых состоит из последовательно соеди « Ь1Х усилители мощности, трансформа-. °P« выпрямителя и фипьтра, причем входьт одних усилителей мощности соединены со входом автогенератора и шинами питания, а других усилителей мощности соединены .со входом автогенератора через ключевые регуляторы, состоящие из поспедоватедьно соединенных ключевого элемента и фильтра, причем выходы преобразовательных ячеек соединены последовательно друг с другом, отличающийся тем, что, с цепью снижения пульсаций выходного и входного напряжения и повышения КПП, в него введены ключи, транзисторы, генераторы импульсов, преобра- зоватепь напряжется в код, обмотка, при зтом выход автогенератора соединен с управляющим входом первого усилителя мощности- а обмотка, расположенная на каждом трансформаторе, кроме последнего. поасоедннена к управляющему входу усидителя мощности последующей преобразонагельной ячейки, причем два параллельно соединенных ключа включены eжay управляющим входом ключевого эпемента регулятора и шиной питания, а два транзистора включены параллельно управляющим входам двух ключей, при этом управляющие бходы ключей соединены с выходом генератора импульсов, а транзисторов с выходом преобразователя напряже;11ий в код, вход которого и вход генератора импульсов соединены с шинами питания. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе , 1. Ромаш Э. Транзисторные преобразователи в устройствах питания радиоэлектронной аппаарутры. М., Энергия, 1975, с. 141.. 2.МОНН В. С. Стабилизированные транисторные преобразователи. М., Энергия, 1972, с. 277, рис. 8-12а.