Ключевой стабилизатор напряжения Советский патент 1981 года по МПК G05F1/56 

(54) КЛЮЧЕВОЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к ключевым или релейным стабилизаторам напряжения, и может быть использовано, например, в источниках питания радиоэлектронной аппаратуры.

Известен ключевой стабилизатор напряжения, содержащий последовательно включенные коммутирующий элемент, дроссель фильтра, диод и цепь обратной связи, состоящую из сравнивающего и опорного элементов, усилителя постоянного тока и импульсного модулятора 1.

Однако в известной схеме постоянная составляющая тока нагрузки проходит через дроссель фильтра, что вызывает насыгДение материала сердечника и приводит к значительным габаритам дросселя фильтра, а также значительным потерям в нем.

Наиболее близким к предлагаемому является ключевой стабилизатор напряжения, содержащий первый коммутирующий элемент, подсоединенный одним выводом к входной клемме, а другим через DLC фильтр к выходной клемме и блок обратной связи. Включающий последовательно соединенные узел сравнения, усилитель постоянного тока и пороговый элемент, входом подсоединенный к выходной клемме 2.

Недостатками этого стабилизатора яяляются низкие удельные массо-объемныо показатели, обусловленные размерами дросселя фильтра, работающего с подмагничиванием и невысокий КПД из-за протекания сквозного тока в коммутирующем элементе. Цель изобретения - улучшение удельных массо-объемных характеристик и КПД ключевого стабилизатора напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в ключевой стабилизатор напряжения введены второй коммутирующий элемент, диод, разрядный коммутирующий элемент, триггер со счетным входом и две ячейки И, а дроссель DLC фильтра снабжен дополнительной обмоткой, причем второй коммутирующий элемент подключен одним выводом к входной клемме, а другим к первому выводу диода и через дополнительную обмотку DLC фильтра к выходной клемме, вторые выводы диода и замыкающего диода DLC фильтра соединены между собой и через разрядный коммутирующий элемент подсоединены к общей шине, выход порогового элемента подключен к счетному входу триггера, входам ячеек И и управляющему выводу разрядного коммутирующего элемента выходы ячеек И соединены соответетвенно с управляющими выводами первого и второго коммутирующих элементов. На чертеже приведена схема предлагаемого ключевого стабилизатора напряжения. Ключевой стабилизатор напряжения содержит коммутирующие элементы 1 и 2, и диоды 3 и 4, подключенные симметрично относительно средней точки обмотки 5 дросселя, соединенной с выходной клеммой. Между выходной клеммой и общей тиной включена нагрузка 6 и конденсатор 7. Разрядный коммутирующий элемент 8 соединяет диоды 3 и 4 с общей щиной. Выходная клемма подключена к входу узла 9 сравнения, выход которого через усилитель 10 постоянного тока и пороговый элемент, 11 соединен со счет,ным входом триггера 12, входами ячеек И 13 и 14 и управляющим выводом разрядного коммутирующего элемента 8. Выводы ячеек И 13 и 14 соединены соответственно с управляющими входами коммутирующих элементов 1 и 2. Ключевой стабилизатор напряжения работает следующим образом. Если напряжение на нагрузке 6 ниже опорного, то пороговый элемент 11 открыт, и на его выходе низкий уровень напряжения. Соответственно закрыт разрядный коммутирующий элемент 8 и открыт один из коммутирующих элементов 1 или 2 (в зависимости от положения триггера 12), например 1. Ток в половине обмотки 5 индуктивности нарастает,и происходит заряд емкости конденсатора 7 фильтра, и как только напряжение на нагрузке превысит опорное напряжение, сработает узел 9 сравнения и через УПТ 10 закроет пороговый элемент 11. На выходе порогового элемента 11 появится высокий потенциал, который через одну из схем И 13 или 14 закроет ранее открытый коммутирующий элемент 1 и откроет разрядный коммутирующий элемент 8. В момент закрывания коммутирующего элемента 1 на индуктивности возникает ЭДС самоиндукции, минусом приложенная к катоду диода 3, и через открытый ключ 8 поддерживающая ток в нагрузке 6. По мере уменьщения тока, вызванного ЭДС самоиндукции, и вследствие разряда конденсатора 7 фильтра через нагрузку 6 напряжение на последней становится меньще опорного: снова срабатывает элемент 9 сравнения и через УПТ 10 открывает пороговый элемент II. На выходе порогового элемента 11 потенциа.т меняется с высокого на низкий. Этот перепад вызывает опрокидывание триггера 12, срабатывает схема И 14, открывается коммутирующий элемент 2 и закрывается разрядный коммутирующий элемент 8. Теперь ток заряда конденсатора 7 протекает через коммутирующий элемент 2, правую полуобмотку 5 дросселя и нагрузку 6. Ток в правой полуобмотке плавно нарастает, за счет индуктивности дросселя, и напряжение на нагрузке повыщается, достигая опорного. Далее процесс повторяе-гся. Ключевой стабилизатор напряжения работает в релейном режиме, поэтому частота коммутации определяется током нагрузки и напряжением питания схемы. Предлагаемая схема в сравнении с известной позволяет исключить постоянное подмагничивание дросселя фильтра током нагрузки стабилизатора, что позволяет улучщить удельные массо-объемные характеристики устройства, а также повысить его КПД за счет исключения сквозного тока через коммутирующие элементы и диоды во время рассасывания носителей в базах последних. Формула изобретения Ключевой стабилизатор напряжения, со держащ-; й первый коммутирующий элемент подсоединенный одним выводом к входной клемме, а другим через DLC фильтр к выходной клемме и блок обратной связи, включающий последовательно соединенные узел сравнения, усилитель постоянного тока и пороговый элемент, входом подсоединенный к выходной клемме, отличающийся тем, что, с целью улучщения удельных массо-объемных характеристик и КПД, в него введены второй коммутирующий элемент, диод, разрядный коммутирующий элемент, триггер со счетным входом и две ячейки И, а дроссель DLC фильтра снабжен дополнительной обмоткой, причем второй коммутирующий элемент подключен одним выводом к входной клемме, а другим к первому выводу диода и через дополнительную обмотку DLC фильтра к выходной клемме, вторые выводы диода и замыка,ющего диода DLC фильтра соединены между собой и через разрядный коммутирующий элемент подсоединены к общей щине, выход порогового элемента подключен к счетному входу триггера, входам ячеек И и управляющему выводу разрядного коммутирующего элемента, выходы ячеек И соединены соответствено с управляющими выводами первого и второго коммутирующих элементов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Полянин К. П. Интегральные стабилизаторы напряжения. М., «Энергия, 1979, с. 8, рис. 1-3 а. 2.Авторское свидетельство СССР № 505014, кл. G 05 F 1/56, 1976.