Непрерывно-ключевой стабилизаторНАпРяжЕНия пОСТОяННОгО TOKA Советский патент 1981 года по МПК G05F1/56 

Изобретение отуосится к электротехнике и может быть использовано для электропитания устройств автоматики и вычислительной техники, Известен непрерывно-импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока, в котором непрерывный стабили -затор включен последовательно с импульсным стабилизатором,что вызывае необходимость специальных цепей запуска стабилизатора l . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является непрерывно-импульсный стабилизатор напряжения, содержащий источник пит ния, ключевой регулирующий транзистор Д1С - сглаживающий фильтр, схему управления ключевым транзистором непрерывный стабилизатор напряжения постоянного тока с последовательным регулирующим транзистором и схемой управления, выходы которого включены параллельно выходам ключевого стабилизатора, а также резистррный датчик тока непрерывного стабилизатора. Причем одна шина питания выполнена общей, а вторая подключена непосредственно ко входу ключевого стабилизатора и через резистивный датчик тока непрерывного стабилизатора, включенный на входе схем yjir равлания ключевого/стабилизатора ко входу неарерывного стабилизатора напряжения. Этот непрерывно-импульсный стабилизатор обеспечиваэт получение высоких значений параметров, таких как КПД, выходная мощность, коэффициент стабилизации Г23 Существенным недостатком данного стабилизатора, влияющим на качествен-, ные показатели, является (нгиЛичие резисторного датчика тока непрерывного стабилизатора. В процессе работы этого стабилизатора ток непрерывного стабилизатора изменяется от некоторо о своего минимсшьного значения до максимальн6г 6,и на резистор-ном датчике тока создается падение напряжения, величина которого меняется, что приводит к изменению наряжения на входе непрерывного стабилизатора. Причем с увеличением тока н-епрерывного стабилизатора напряжения на его входе уменьшается. В результате этого во входном напряжении непрерывного стабилизатора появляется дсполни- ельная переменная составляющая с частотой работы ключевого стабилизатора, которая передается на выход и приводит к появления в выходном напряжении

непрерывно-импульсного стабилизатора лульсаций с частотой работы ключевого стабилизатора,что ухудшает качественные характеристики устройства.

Цель изобретения - уменьшение уровня пульсаций выходного напряжения и упрощение схемы.

Поставленная цель достигается тем что в непрерывно-ключевой стабилизатор напряжения постояннс го тока, содержащий ключевой регулирующий транзистор, входной силовой зажим которого подключен непосредственно к одной из входных клемм, а выходной иловой в.ывод через flLC сглаживагоощй фильтр - к одной из выходных клемм, схему управления ключевым транзисто4 ом, выход которого соединен с его управляющим входом,непрерывный стаби Лизатор напряжения постоянного тока с последовательным регулирующим тран зистором, выходы которого включены параллельно выходам ключевого стабилизатора, и схему управления непрерывным стабилизатором напряжения, вход которой подключен к выходным клеммам, а выход - к управляющему входу последовательного регулирующег транзистора, введен оптоэлектронный прибор, фотоприемник которого соединен сО входом схемы управления ключевым транзистором, а светоизлучатель через резистор включен между входным зажимом ключевого регулирующего транзистора и входом непрерывного стабилизатора напряжения, параллельно упомянутому резистору включен переход база-эмиттер дополнительно введенного транзистора, коллекторно-эмиттерный переход которого подключен параллельно светоизлучателю оптоэлектронного прибора и резистора.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого непрерывноимпульсного стабилизатора напряжения

Непрерывно-импульсный стабилизатор включает в себя ключевой стабилизатор 1 напряжения и непрерывный , стабилизатор 2.

Ключевой стабилизатор 1 содержит ключевой регулирующий транзистор 3, эмиттер которого (вход ключевого стабилизатора) подключен к одной из входных шин, а коллектор через Д1Ссглаживающий фильтр 4 подключен к выходу стабилизатора,а база - к выходу схемы 5 управления ключевым транзистором, представляющим собой пороговый элемент (например, триггер Шмитта) .

Непрерывный стабилизатор 2 напряжения компенсационного типа включает в себя последовательный регулирующий транзистор 6 и схему 7 управления непрерывным стабилизатором, содержащую сравнивающий элемент (например дифференциальный усилитель). Один из . входов схемы управления подключен к источнику опорного сигнала И

(например стабилитрону), а второй к выходу стабилизатора. Выход схемы

7управления подключен к базе регулирующего транзистора 6.

На входе схемы 5 управления ключевым транзистором включен фотоприемник 8 оптоэлектронного прибора 9, светоизлучатель 10, (например фотодиод), который через резистор 11 вклчен между входом ключевого стабилизатора и коллектором регулирующего, тразистора 6 непрерывного стабилизатора 2. Параллельно светоиэлучателю ГО и; резистору 11 включен переход коллектор-эмиттер транзистора 12, переход база-эмиттер которого включен параллельно резистору 11.

Непрерывный и ключевой стабилизаторы имеют общую шину и их выходы подключены параллельно нагрузке Т,., Непрерывно-ключевой стабилизатор напряжения работает следующим образом.

При включении входного напряжения ключевой регулирующий транзистор 3 закрыт. Ток непрерывного стабилизатора 2 стремится к значению, определяемому нагрузкой стабилизатора Кц. С увеличением тока непрерывного стабилизатора возрастает ток, протекающий через светоизлучатель 10, и вызывает его свечение.

Световая энергия светоизлучателя воспринимается фотоприемником 8 включенным на входе схемы 5 управле ния ключевым транзистором.

Яркость свечения светоизлучателя возрастает с увеличением протекающего через него тока, и при определенном значении тока непрерывного стабилизатора 2 срабатывает схема 5 управления, которая включает ключевой транзистор 3.

Одновременно с этим, за счет падения напряжения на резисторе 11, создаваемым током, протекающим через светоизлучатель 10, открывается транзистор 12, обеспечивающий путь протекания тока непрерывного стабилизатора при дальнейшем его увеличении, минуя светоизлучатель.

8результате этого ток через светоизлучатель ограничивается на уровне, достаточном для включения и поддержания открытым ключевого транзистора а основной ток непрерывного стабилизатора, необходимый для поддержания неизменного напряжения на выходных згикимах, протекает через открытый транзистор 12.

После включения.ключевого транзистора 3 в нагрузку через ключевой транзистор 3 и дроссель дис сглаживающий фильтр начинает протекать ток, и на выходе непрерывного стабилизатора устанавливается требуемое выходное, напряжение. Ток через непрерывньлй стабилизатор начинает уменьшаться, а следовательно, уменьшается ток через светоизлучатель и уменьшается яркость его свечения, и при определенной яркости свечения светоизлучателя схема 5 управления запирает ключевой транзистор З.Пос-. ле запираниЯ ключевого транзистора в нагрузку продолжает поступать ток обусловленный разрядом индуктивности сглаживающего фильтра через отсекающий диод Д.По мере разряда индуктивности ток разряда уменьшается,а ток через непрерывный стабилизатор возрастает так,что суммарный ток в нагрузке остается неизменным.Ток через непрерывный стабилизатор увеличивается до тех пор, пока вновь не сработает схема 5 управления и не произойдет повторное включение ключевого транзистора 3. Цикл повторяется, и в устройстве устанавливаются устойчивые автоколебания.

При отключенной нагрузке или при минимальном токе нагрузки ключевой стабилизатор отключен, и работает только непрерывный стабилизатор. При большой выходной мощности за счет выбора порогов срабатывания схемы управления ключевым транзистором среднее значение тока непрерывного стабилизатора можно обеспечить неизменным и незначительным. Потери мощности в непрерывном стабилизаторе при этом незначительны и вместе с потерями мощности в ключевом стабилизаторе составляют потери, определяющие КПД непрерывно-ключевого стабилизатора, которые могут быть такого же порядка, как и ключевого стабилизатора (85-95%) . Качественные показатели непрерывно-ключевого стабилизатора (стабильность, пульсации выходного напряжения, выходное сопротивление) определяются схемой непрерывного стабилизатора и являются такими же, как и в обычном непрерывном стабилизаторе напряжения постоянного тока.

Введение в непрерывно-ключевой стабилизатор напряжения оптоэлектронного устройства позволяет упростить управление ключевьпл транзистором в соответствии с изменением тока через непре1%1вный стабилизатор.

Кроме того, введение транзистора, переход база-эмиттер которого включе параллельно резистору, соединенному последовательно со светоизлучатепем, а переход эмиттер-коллектор - параллельно светоизлучателю и резистору, позвсутяет ограничить ток, протекаюошй через светоизлучатель и тем самым уменьшить величину переменной составляющей входного напряжения непрерывного стабилизатора и уменьшить уровень пульсаций выходного напряжения, т.е. улушчить качественные характеристики непрерывно-ключевого стабилизатора.

10

Формула изобретения

Непрерывно-ключевой стабилизатор напряжения постоянного тока, содержа51ЦИЙ ключевой регулирующий транзистор, входной силовой зажим которого подключен непосредственно к одной из входных клемм, а выходной силовой вывод через дис сглаживающий фильтр 0к одной из выходных клемгл, схему управления ключевым регулирующим транзистором, выход которой соединен с его управляющим входом, непрерывный стабилизатор напряжения постоянного тока с последовательным регули5рующим транзистором, выходы которого подключены параллельно выходам ключевого стабилизатора, и схему управления непрерывным стабилизатором на-г пряжения, вход которой подключен к

0 выходным клеммам, а выход - к управляющему входу последовательно регулирующего транзистора, отличающийся тем, что, с целью упрощения схемы и уменьшения уровня пуль5саций выходного напряжения, он снабжен оптоэлектронным прибором, фотоприемник которого соединен со входом схемы управления ключевым транзистором, а светоизлучатель через резис0тор включен между входным зажимом ключевого регулирующего транзистора и входом непрерывного стабилизатора напряжения, параллельно резистору включен переход база-эмиттер дополнительно введенного транзистора, пе5реход коллектор-эмиттер которого подключен параллельно светоизлучателю оптоэлектронного прибора и резистора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

0

1.Авторское свидетельство СССР № 463957, кл. Q 05 Г 1/58, 1972.

2.Китаев В. Е. и др . Электропитание устройств связи. М., Связь,

1975, с. 205, рис. 8-25.

W , ii...-. .., 798765