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

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания средств автоматизации и вычислительной техники .

Известны ключевые стабилизаторы напряжения, содержащие ключевой элемент, входом подключенный к входной клемме, а управляющим -входом - к выходу блока управления, вход которого подключен к выходным ,параллельно которым подключен конденсатор 1 и 2 .

Недостаток указанных стабилизаторов обусловлен применением ключевого принципа стабилизации напряжения и заключается в увеличении пульсаций напряжения на нагрузке или массо-габаритных показателей фильтра при заданном коэффициенте пульсаций, при увеличении разности номиналов входного и выходного напряжений стабилизатора. Кроме того входной источник питания нагружается большим током (в несколько раз большим тока нагрузки) при заряде емкости конденсатора фильтра.

Цель изобретения - уменьшение пульсаций выходного напряжения и токов заряда емкости выходного фильтра

ключевого стабилизатора постоянного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что между выходом ключевого элемента и выходной клеммой включен дополнительный конденсатор, по величине емкости меньшей, чем у выходного конденсатора, с параллельно подсоединенным дополнительным ключевым эле0ментом, управляющий вход которого подключен к выходу блока управления в противофазе с основным ключевым элементом.

На фиг.1 представлена схема пред5лагаемого стабилизатора;на фиг.2 графики, поясняющие принцип работы стабилизатора.

Стабилизатор напряжения содержит источник 1 постоянного напряжения,

0 к которому последовательно подсоединены внутренние сопротивления 2 источника 1 постоянного напряжения и ключа 3, ключ 3, конденсатор 4 с параллельно подключенным ключом 5

5 и нагрузка 6 с параллельно включенным конденсатором 7 выходного фильтра. Вход блока 8 управления подключен параллельно нагрузке 6, а выход к ключам 3 и 5. При этом блок 6 упDравления обеспечивает работу ключей 3 и 5 в противофазе, и стабилизация напряжения на нагрузке осуществляетс по цепи обратной связи с нагрузки б через блок 8 управления на ключи 3 и 5. Стабилизатор работает следующим эбразом. При подаче входного напряжения U напряжение U на нагрузке б отсутствует и блок 8 управления включает ключ 3 и отключает ключ 5. При этом происходит заряд емкостей конденсаторов 4 и 7 через сопротивление 2 . После заряда емкостей конденсаторов 4 и 7 ток по цепи не протекает и на емкостях 4 и 7 устанавливаются напряжения, сумма которых равна входному напряжению Ц .После этого блок 8 управления отключает ключ 3 и включает ключ 5. Емкость 7 разряжается на нагрузку G, а емкость 4 через ключ 5. После разряда емкости конденсатора 7 на нагрузку 6 до заданного напряжения процесс повторяется. Сделанное допущение, что нагрузка б не влияет на заряд емкостей кон денсаторов 4 и 7 незначительно отраж ется на точности расчета, но позволя ет более наглядно представить работу фильтра. На фиг. 2 показаны графики изменения напряжений в процессе работы стабилизатора напряжения для частотного случая: емкость конденсатора 4 меньше емкости конденсатора и постоянная времени заряд-разряд емкости конденсатора 4 меньше постоянной времени заряд-разряд ёмкост конденсатора 7. При подаче входного напряжения Uxt (момент времени to) через емкост конденсаторов 4 и 7 протекает ток з ряда. Так как постоянная времени заряд емкости конденсатора 4 меньще посто янной времени заряда емкости конден сатора 7, то емкость конденсатора 4 заряжается быстрее емкости конденса тора 1, что и определяет момент вре мени t , фиксирующий снижение заряд ного тока до нуля, и распределение напряжений на емкостях конденсаторов 4 и 7 соответственно равны U и.у , приче.м и ид + и ;В момент времени t, блок S управления отключает ключ 3 и включае ключ 5. Так как постоянная времени разряда емкости конденсатора 4 мень постоянной времени разряда емкости конденсатора 7, то емкость конденса тора 4 через ключ 5 разряжается до нуля (момент времени t). в то врем как емкость конденсатора 7 разряжае ся на нагрузку 6 до напряжения и. После разряда емкости конденсато 4 блок 8 управления отключает ключ и включает ключ 3 (например,в момент времени 1„).Так как емкость конденса тора 7 заряжена до напряжения и, то за время заряда емкости конденсатора 4 (от tj до tj.) она заряжается до напряжения Uа емкость конденсатора 4 - до напряжения .причем сохраняется равенство U U + U. сохраняется равенство U В дальнейшем работа стабилизатора происходит аналогичным образом. Так как время разряда емкости конденсатора 4 определяется только внутренним сопротивлением ключа 5 и является величиной постоянной, то среднее напряжение на нагрузке Уц регулируется моментом времени окончания разряда емкости конденсатора 7 на нагрузку 6 до заданного напряжение. Таким образом, амплитуда напряжения на емкости конденсатора 7 изменяется в процессе работы стабилизатора напряжения при воздействии.дестабилизирующих факторов от и ,о Uy . Так как напряжение U7 на емкости конденсатора 7 составляет часть входного напряжения U стабилизатора, то и амплитуда пульсаций напряжения U7 на емкости конденсатора 7 всегда меньше амплитуды входного напряжения и , а значит меньше и пульсации напряжения на нагрузке по сравнению с известным стабилизатором. Уменьшение потребляемых токов от источника постоянного напряжения во время заряда емкостей объясняется известной формулой зависимости тока заряда от емкости и скорости изменения напряжения f - dUc с - dt где i - ток заряда емкостей конденсаторов 4 и 7 ; с - эквивалентная емкость последовательно соединенных емкостей конденсаторов 4 и 7 ; скорость изменения напряжения эквивалентной емкости. Формула. -изобретения Ключевой стабилизатор напряжения, содержащий основной ключ, входом подключенный к входной клемме, а управляющим входом - к выходу блока управления, вход которого подключен к выходным клеммам, параллельно которым подключен основной конденсатор, отличающийся тем, что, с целью уменьшения пульсаций выходного напряжения и токов заряда .емкости конденсатора фильтра, между выходом и выходной клеммой включен введенный дополнительный конденсатор, величина емкости которого меньше, чем у основного конденсатора, параллельно дополнительному конденсатору подсоединен введенный

ключ, управляющий вход которого подключен к выходу блока управления в противофазе с основным ключевым элементом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Александров Ф.И., Сиваков А,Р. Импульсные преобразователи и стабилизаторы. Л., Энергия, 1970, с. 12, рис.1,3.

2.Грейвер Е.С. Ключевые стабилизаторы напряжения постоянного тока.

М., Связь, 1970, с. 10, рис. 1,3.

У/L

и г.2