Импульсный стабилизатор постоянногоНАпРяжЕНия Советский патент 1981 года по МПК G05F1/58 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к имнульсным стабилизаторам наиряжения постоянного тока, и нредназначено для нспользовання в аппаратуре связи и вычислительной технике. Известен импульспый стабилизатор напряжения, содержащий силовую и управляющую части, причем в состав унравляющей части входят усилитель сигнала рассогласоваиия, источник опорного напряжения, модулятор длнтельностн импульсов и тактовый генератор 1. Его недостатком является то, что при обрыве цени обратной связи возможно значительное возрастание выходного напряжения, а также появление всплесков выходного напряжения ири включении. Наиболее близким к изобретению но технической сущности является имнульсный стабилизатор напряжения, содержащий включенные последовательно в выходную щнну регулирующий транзистор и дроссель иитегрирующего фильтра, генератор пилообразного напряжепия, выход которого подключен к первому входу модулятора длительности имиульсов, второй вход которого соединен с выходом усилителя сигналов рассогласования, один из входов усилителя соединен с делителем выходного напряжеппя а другой вход - с источником опорного напряжения, параллельно которому подсоедннен резнсторный делитель, средняя точка которого нодключена через конденсатор к общей щнне 2. В данном стабилизаторе рещеиы вопросы ограничения выходного напряження, улучшения качества переходного нроцесса нрп включенни. Однако нелннейность начального участка вольт-амперной характернстикн введенного для этой цели диода ие позволяет без ухудщення стабильности ограничивать значение выходного напряжения на уровне, близком к номинальному значенню. Действительно, для того, чтобы ограничить значение выходного нанряженпя до уровня, близкого к номинальному, необходимо устаиовить такое соотнощение нлеч резисторного делителя, при котором напряжение в средней точке делнтеля будет блнзко к напряжению на выходе уснлителя. Прн этом наличие в вольт-амперной характеристике реального днода заметного переходного участка от полностью запертого к полностью открытому состоянню не позволяет в данном устройстве без ухудщення качества стабилизации ограннчить выходное напряжение в случае обрыва цепи обратной связи до уровня, близкого к иоминальному.

В то же время существует ряд радиоэлектронных устройств, не допускаюш.их незначительного повышения питающего напряжения, причем макспмалыю допустимое значение питаюи1,его напряжения находится вблизи номинального значения. Примером такого устройства является СВЧ-генератор на диоде Ганна. Его рабочая точка находится на падающем участке вольт-амперной характернстики вблизи нижнего зиачения, что соответствует определенному напряжению на диоде Ганна. Для устойчивости и стабильной работы генератора необходима высокая стабильность этого наиряжения. Увеличение напряжения на диоде Ганна приводит к резкому возрастанию тока через диод, так как вторая восходящая, ветвь вольт-ампериой характеристики диода Ганиа имеет больщую крутизну. Значительное увеличение тока через диод Ганна приводит к его тепловому пробою.

Таким образом, для питаиия подобных устройств требуются источники, обладающие высокой стабильностью, отсутствием всплесков напряжения ири включении и возможностью точно устанавлнвать уровень ограничения зиачения выходного напряжения вблизи номинального значения ири аварийных режимах.

Целью изобретения является ограничение выходного напрялсения стабилизатора на уровне, близком к номинальному, прн обрыве цепи обратной связи.

Поставленная цель достигается тем, что в импульсном стабилизаторе напряжения, содержащем включенные последовательно в выходную щину регулирующий транзистор и дроссель интегрирующего фильтра, генератор пилообразного наиряжения, выход которого нодключен к первому входу модулятора длительности импульсов, второй вход которого соедииен с выходом усилителя сигнала рассогласования, один из входов усилителя соедииен с делителем выходного напряжения, а другой вход - с источником оиорнаго напряжения, параллельно которому подсоединен резисторный делитель, средняя точка которого через конденсатор нодключена к общей шине, выходы модуляторов длительности имиульсов подключены к разным входам схемы И, выход которой иодключен к базе регулирующего транзистора, ири этом первый вход доиолиительного модулятора соедииеи с выходом генератора иилообразиого наиряжения, а второй вход - со средней точкой резисторного делителя.

На чертеже иредставлена схема импульсного стабилизатора наиряжеиия. Его силовая часть состоит из регулирующего транзистора 1 и интегрирующего фильтра 2. Управляющая часть состоит из усилителя 3 сигнала рассогласования, входы 4 и о которого подключены соответственно к делителю выходного напряжения и источкику опорного напряжепия, а выход соединен с входом 8 модулятора 9 длител1 ности миульсон, другой вход 10 которого соединен с выходом генератора 1 1 иил(юбразного папряжеппя н 12 модулятора 13 длительности импульсов. Вход 14 модулятора 13 соединен со средпеГ) точкой резисторного делителя 15-16 напряжения, который IS свою очередь подключен к выходу источника опорного напряжения 7. К одному из плеч резисторного делителя напряжения к резистору 16, нодключен конденсатор 17. Выходы модуляторов 9 н 13

длительности импульсов подключены к входам 18 н 19 схемы И 20, выход которой соединен с базой регулирующего транзистора 1. Стабилизатор напряжения имеет входную клемму 21, выходную клем.му 22 и общую клемму 23.

Стабилизатор напряжения работает следуюихим образом.

При нормальной работе на входы 10 и 12

модуляторов 9 и 13 ггодается пилообразное напряжение с генератора 11. На вход 8 модулятора 9 подается усиленный сигнал рассогласования, представляющий собой ири отсутствии возмуи1ающих воздействий

некоторое значение постояниого напряжения. Это напряжение вырабатывается усилителем 3 сигиала рассогласования, иа входы 4 и 5 которого подается соответственно напряжение, значение которого проиорционально значению наиряжения с выхода 22 стабилизатора, и опорное напряжение.

На вход 14 модулятора 13 иодается наиряжеиие со средней точки резисторного

делителя напряжения 15-16, значение которого устанавливается в зависимости от того, на каком уровне необходимо ограничить величину выходного нанряжения стабилизатора.

Модулятор 9, сравнивая пилообразное напряжение и условный сигнал рассогласования, формирует управляющие импульсы оиределенной длительности. Модулятор 13, сравнивая пилообразное

нанряжение н напряжение со средней точки резисторного делителя 15-16, формирует имиульсы, длительность которых постоянна и соответствует заданному уровню ограничения выходного напряжения стабилизатора, но всегда больше, чем длительность управляющих импульсов с выхода модулятора 9 при нормальной работе.

Обе иоследовательности импульсов с выходов модуляторов 9 и 13 поступают на

входы 18 и 19 схемы И 20, логически суммируются и поступают на базу регулиру;ощего траизистора 1. Схема И формирует имиульсы, длительность которых равна меньшей но величине длительности имиульсов, иостуиающих на входы схе.мы Н.

Таким образом, при нормальной работе стабилизатора длительность управляющих имиульсов на базе уиравляющего транзистора 1 равна длительности имнульсов, формируемых модулятором длительности импульсов 9. В выходном фильтре 2 происходит выпрямление и сглаживание импульсов входного напряжения, в результате чего на выход 22 поступает постоянное напряжение. В случае у 5еличения (уменьшения) значения входного напряжения значение выходного напряжения также стремится увеличиться (уменьшиться), что приводит к увеличени:о (уменьшению) разности значений напряжений на входах 4 и 5 усилителя 3. Это в свою очередь приводит к уменьшению (увеличению) длительности управляюш,их импульсов на выходе модулятора 9, а следовательно, и на входе схемы И 20, чем и осупдествляется стабилизация выходного напряжения.

При обрыве цепи обратной связи, т. е. при отключении делителя 6 от выходной клеммы 22, значение напряжения на входе 4 усилителя падает до нуля. При этом сигнал рассогласования становится равным значению онорного напряжения, подаваемого на вход 5 усилителя 3, а на его выходе значение напряжения увеличивается до максимального, превышающего напряжение в средней точке делителя 15 -16. При этом длительность формируемых модулятором 9 импульсов оказывается больше длительности имиульсов, формируемых модулятором 13, и длительность управляющих импульсов на базе ключевого транзистора 1 становится равной длительности импульсов, формируемых модулятором 13. Таким образом производится ограничение значения выходного напряжения на любом заданном уровне и предотвращается его нарастание свыше заданного предела.

При включении стабилизатора напряжения конденсатор 17 начинает заряжаться через плечо делителя 15-16. Благодаря этому в первый момент после включения стабилизатора значение напряжения на входе 14 модулятора 13 меньше напряжения на входе 8 модулятора 9 и близко к нулю. Управляющие импульсы на выходе модулятора 13, а следовательно, и на базе регулирующего транзистора 1 отсутствуют. По мере заряда конденсатора 17 значение напряжения на входе 14 модулятора 13 плавно увеличивается, что вызывает плавное увеличение длительности управляющих импульсов, плавное увеличение значения выходного напряжения и, как следствие, отсутствие подъемов выходного напряжения, вызванных перерегулированием.

После окончания переходного процесса конденсатор 17 оказывается заряженным до своего установившегося значения, напряжение на входе 14 модулятора 13 становится больще напряжения на входе 8

модулятора 9 и управление регулирующим транзистором производптся импульсами с выхода модулятора 9. Конденсатор 17 не оказывает никакого 1 :1ИЯ1П1Я па дипямпческие свойства стабилизатора.

Сигнал рассогласования с выхода усилителя и напряжение ограничения этого сигнала со средней точки резисторного делителя поступают по псзависпмым друг от

друга цепям па входы соответствующих модуляторов длительности импульсов. Логическое суммированне этих сигналов производптся лишь в схеме «И, в результате чего полностью исключено влияние этих

сигналов друг па друга. Это дает возможность задать уровень ограничения сколь угодно блнзким к уровню сигнала рассогласования, а следовательно, ограннчить выходное напряясение стабилизатора на

уровне, близком к номинальному значению. Это в свою очередь позволяет исключить установку специальной схемы защиты от превышения выходного напряжения.

Следует отметить, что силовая часть

предлагаемого импульсного стабилизатора,

кроме иредставленного варианта, может

быть выполнена как по однотактной, так и

по двухтактной схеме.

При выполнении силовой части по двухтактной схеме управляющая часть изменяется соответствующим образом, т. е. вводится счетный триггер, который формирует две последовательности управляющих импульсов, и вторая схема И.

Предлагаемый стабилизатор напряжения может быть с успехом исиользован в аппаратуре дальней связи и другой апнаратуре, требующей высоконадежного источника электропитання и не допускающей существенного повышенпя значений питающих напряжений.

По схеме предлагаемого стабилизатора напряжения изготовлены макетные образцы, всесторонние испытания которых подтвердили высокие эксплуатационные показатели устройства.

Формула изобретения

Пмпульсный стабнлпзатор постоянного

напряжения, содержащий включенные последовательно в выходную шину регулирующий транзистор и дроссель интегрирующего фильтра, генератор пилообразного напряжения, выход которого подключен к

первому входу модулятора длительности импульсов, второй вход которого соединен с выходом усилителя сигналов рассогласования, один из входов усилителя, соединен с делителем выходного напряжения, а другой вход - с источником опорного напряжения, параллельно которому подсоедпнен резпсторнып делитель, с зедняя точка которого подключена через конденсатор к общей щине, отличающийся тем, что, с

целью ограничения выходного напряжения

7

на уровне, близком к помпналыюму змачени при of pbiijc HCiiii оПр:г:ио связи, до11олиите: ьпо 15иедсиы модудятпр д.лптслыюстн имну.п сп-; 1 схема li, коичсм

ВЫ.ХОДЫ лЮДуЛЯТОрОП ДЛИТСЛЫ-КХУГи 11М1 1Ьсов подключены к разным вход.ам ехемы И, выход которой нодключен к базе регулирующего транзистора, при этом liepijbiM вход дополннтельиого модулятора соедннеи с выходом генератора ннлообразиог;) нанрясо средней точкой

PicTOiHHKH информации, принятые во вниманне нри эксиертизе

1,Авторское свидетельство СССР Л 515101, кл. G 05F 1/56, 1973,

2.Авторское евидетельство СССР по заявке Afc 2569307/24-07, кл. G 05F 1/58 10,01,78.

Г-1.1у : faH--J 1 :,-р4

//i

ii