Импульсный стабилизатор постоянногоНАпРяжЕНия Советский патент 1981 года по МПК G05F1/56 H02M3/335 

- :

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании вторичных источников питания для радиоэлектронной аппаратуры.

Известны импульсные стабилизаторы напряжения, содержащие двухтактный регулируемый преобразователь с выходным трансформатором, усилитель ;Обратной связи, соединенный с выходом стабилизатора, два широтно-импульсных модулятора, каждый из которых одним входом соединен с выходом .усилителя обратной связи, а другим с выходом генератора пилообразного напряжения, задающий генератор, формирователь сигналов, связанный с входами двухтактного преобразова-теля. Вход формирователя соединён с выходом широтно-импульсного моду.лятора. В этих устройствах нгшряжвние пилообразной формы с выхода с6ответствуиицего генератора пилообр зного напряжения сравнивается на входе соответствующего широтно-импульсного модулятора с выходным напряжением усилителя обратной связи, и в моменты равенства их величин на выходе широтно-импульсных модуляторов вырабатываются импульсы, изменяющие

состояние соответствующего ключа двухтактного преобразователя Cl Недостатком известных импульсных

- стабилизаторов является несимметричность икшульсов управления двухтактным преобразователем в каждом полупериоде, ;следствием чего является одностороннее насыщение сердечника

1д выходного трансформатора и увеличение токов через транзисторы iipeo6paзователя.

Наиболее близким к предлагаемому является импульсный стабилизатор пос- тоянного напр}1жения, содержащий двухтактный регулируекый преобразователь с выходным трансформатором, двухтгистный формирователь импульсов, связанный с управляющими вход-ами регулн руемого преобразователя, задающий

20 генератор, . генератор пилообраз ного напряжения, вход которого соединен с выходом задёцсщего генератора, усилитель обратной «связи, связанный с выходом преобразоват еля, i широтно25импульсный модулятор, одним входом соединенный с выходом усилителя обратной связи, а другим - с выходом . генератора пилообразного напряжения, и элемент синхронизац, вход кото30рого соединен с выходом задгиощего

генератора, а выходы связаны со входами формирователя импульсов Г2 . Недостатком известного стабилизатора является увеличение потерь в транзисторах преобразователя и снижение надежности в режиме больших пульсаций на выходе импульсного стабилизатора и при, переходных процессах, что обусловлено несимметричностью импульсов на выходе широтно-импульсного модулятора из-за пульсаций на выходе усилителя обратной связи.

Цель изобретения - повышение коэффициента полезного действия и надежности стабилизатора.

Указанная цель достигается тем, что импульсный стабилизатор постоянного напряжения снабжен повторителем импульсов и триггером, один вход которого подключен : выходу широтноимпульсного модулятора, другой - с первым выходом элемента синхронизации , а выход - с первым входом формирователя импульсов, со вторым выходом элемента синхронизации и с управляющим входом повторителя импульсов, выход которого соединен со вторым входом формирователя импульсов, причем задакхдий генератор снабжен дополнительньдми выходами, которые соединены с зажимами питания повторителя импульсов.

Один из вариантов выполнения .повторителя импульсов и его связи с блокс1ми стабилизатора состоит в том что задающий генератор снабжен тремя дополнительными выходами со средней точкой, два из которых являются противофазными, а третий - выходом постоянного тока. Повторитель импулсов содержит выходной усилитель, ключевой элемент, операционный усилитель , первый- и второй генераторы линейного изменяющего напряжения, управлякядий вход первого генератора соединен с управляющим входом повторителя импульсов, а выход - с первы входом операционного усилителя, второй вход которого соединен с выходом второго генератора, зажим питания которого через диод, а вход-,зашунтированный ключевым элементом через резистор, связан с выходом операционного усилителя, выход которого связан с выходом повторителя импульсов через выходной усилитель, зажим питания которого, и управляющ вход.ключевого элемента подключены противофазным выходам заданлдего генратора, третий дополнительный выход которого соединен с зажимом питания первого генератора, а общая точка с общим зажимом питания всех блоков повторителя импульсов.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого 31мпу ль с но го стабилизатора; на фиг. 2 - схема повторителя импульсов; на фиг. 3 - временные диаграммы.

Предлагаемый стабилизатор содержит источник 1 переменного напряжения, выпрямители 2 и 3, соответственно входной и выходной, фильтры 4, 5, регулируемый двухтактный преобразователь 6, транзисторы 7, 8, конденсаторы 9, 10, трансформатор 11, нагрузку 12, усилитель 13 обратной связи, источник 14 эталонного напряжения, широтно-импульсннй модулятор

15, .генератор 16 пилообразного напряжения, триггер 17, формирователь 18 импульсов, задающий генератор 19, элемент 20 синхронизации, повторитель 21 импульсов, вход 22 повторителя импульсов, выход 23 повторителя- импульсов , входы 24, 25j 26 питания, общая точка 27, генераторы 28, 29 линейно изменяющегося напряжения, операционный усилитель 30, входы 31 и 32 операционного усилителя, электронный ключ 33, выходной усилитель

34,транзисторы 35-39, резисторы 4050,конденсатоЕил 51 и 52, диоды 53, 54 и 55.

Выход преобразователя (нагрузка 12) связан с одним из входов усилителя 13 обратной связи, другой вход которого соединен с выходом источника 14 эталонного напряжения, а выход - с одним из входов модулятора 15, другой вход которого соединен с выходом генератора 16, выход модулятора 15 соединен с выходом триггера 17, выход которого соединен с формирователем 18, другой вход которого соединен с выходом 23 повторителя 21 импульсов. Синхронизирующий вход триГгера 17 и вход 22 повторителя 21 импульсов соединены с синхронизирующим элементом 20, вход которого также, как и вход генератора 16 и входы 24, 25 и .26 повторителя 21 импульсов, соединены с выходом задающего генератора 19. Выходы формирователя 18 соединены с управляющими входами преобразователя 6. Вход 22 повторителя импульсов 21 (фиг.2) является входом генератора 28. Выход генератора 28 соединен со входом 32 операционного усилителя 30.

Генератор 28 линейно изменяющегос напряжения построен на транзисторе

35,резисторах 40 и 41, конденсаторе

51.Управляющий вход второго генератора 29 через резистор 44 соединен

с выходом операционного усилителя 30 и с коллектором транзистора 36 электронного ключа 33. Вход питания генератора 29 через диод 54 и резистор 46 соединен с выходом операционного усилителя 30. Выход генератора 29 соединен с входом 31 операционного усилителя 30.

Генератор 29 построен на транзисторе 37, резисторах 44-46, диоде 54, конденсаторе 52. Вход электронного ключа 33 через диод 53 и резистор 42 соединен с питающим входом 25 генератора-повторителя импульсов 21. В состав электронного ключа входят транзистор 36, диод 53, резисторы 42 и 43. Вход выходного усилителя соединен с выходом операционного усил теля 30. В состав выходного усилите р4 входят транзиЙторы 38 и 39, рези торы 47-50, диод 55. Входы 24-26 пи тания повторителя 21 импульсов соединены с соответствующими выходами задающего генератора 19 (фиг.1). аисодное напряжение преобразователя 6 поступает через выпрямитель 3 и фильтр 5 на нагрузку 12. в усил теле 13 обратной связи происходит сравнение выходного напряжения стабилизатора с напряжением эталонного источника 14. Выходные напряжения усилителя .13 обратной связи и генератора 16 (напряжение которого вырабатывается только в первые полупе риоды задающего генератора 19) срав ниваются в модуляторе 15. Шлходной сигнал модулятора 15 поступает на вход триггера 17, на другой вход которого поступают синхронизируюцие импульсы с выхода элемента 20 синхр низации. Выходной сигнгш триггера 17 поступает иа формирователь 18, которой обеспечивает управление тра зисторами 7 и 8 преобразователя 6 в первом поттупериоде работы задающе го генератора 19. Одновременно выходной сигнал триггера 17, поступае на вход 22 повторителя 21 импульсов В интервале времени O-tj транзистор 35 генератора 28 згшерт. Конденсатор 51 заряжается через питакяций вход 26 и резистор 41. В этом интервале времени конденсатор 52 генератора 29 заряжается через диод 54, резистор 46 с выхода операционного усилителя 30. Изменение напряжения на кон денсаторе 52 следует за именением нгшряжения на конденсаторе 51. В результате урЬвни напряжений конденсаторов 52 н 51 в промежутке 0-t| получаются практически одинаковыми. В интервале формирования импульса модулятора t вход 22 генератора 28 поступает импульс, транзистор 35 отпирается, конденса тор 51 разряжается. При этом, поскольку на вход 32 операционного усилителя 30 напряжение не поступает (конденсатор 51 разряжен, то полярность на выходе операционного усилителя 30 меняется с положительной иа otpицaтeльнyю. Диод 54 при этом предотвращает поступление напряжения отрицательной полярности на конденсатор 52, и в интервале t --у- иапряжение на нем остается практически, на том же уровне, что ив момент ti . . Транзистор 36 электронного ключа 33 в первом полупериоде открыт напряжением, поступающим на питающий вход 25, чем предотвращается ложное отпирание транзистора 37 от различных помех. Во втором полупериоде транзистор 35 заперт (импульс модулятора отсутствует), конденсатор 51 снова заряжается и на вход 32 операционного усилителя 30 снова поступает напряжение. На вход 31 операционного усилителя 30 поступает напряжение конденсатора - Ucj- В момент t напряжение на конденсаторе 51 достигает уровня напряжения Uj,, полярность на выходе опе зационного усилителя 30 меняется. При этом на базу транзистора 37 поступает отпиранадее напряжение и конденсатор 52 разряжается. Поскольку выход операционного усилителя связан с базой транзистора 38, то на коллекторе транзистора 39, т.е. на выходе 23 повторителя 21 импульсов во втором полупериоде, в интервале t,-T формируется импульс управления, длительность которого получается равной длительности сигнала модулятора, формируемого в первом полупериоде. Таким образом на вход формирователя 18 и в первом и во втором полупериодах поступают одинаковые по длительности импульсы управления, вне зависимости от величины сигнала обратной связи во втором полупериоде. Ложное отпирание транзистора 37 во втором полупериоде в интервале -j- - 1„ предотвращается благодаря тому, что в этом интервале он заперт нащ}яжением операционного усилителя 30, полярность которого в этом интервале отрицательная. в начале каждого полупериода на базу транзистора 35 поступает отпиреисщий и шульс от элемента 20 синхронизации, при котором конденсатор 51 разряжается и обеспечивается подготовка генератора 28 к следующему циклу. в случае формирования в первом полупериоде нескольких прерывистых импульсов DMM в зависимости от сигнала обратной связи (например при воздействии помех) 1ФИ Vf т V (пятый полупериод иа фиг.3) на выходе триггера 17 формируется один управляющий импульс, длительность которого определяется иаяалснм первого импульса ШИМ и концом последнего. Для этого режима иа выходе повторителя импульсов вырабатывается один импульс той ve длительности, что и иа выходе триггера. Таким образом обеспечиваются одинаковые длительности управляющих импульсов на вхое формирователя 18, чем исключается подмагничивание трансформатора и увеличение токов трацеисторов преобразователя и транзисторов двухтактных усилителей мощности, повышаются КПД и надежность.

Формула изобретения

1. Импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий двухтактный регулируемый преобразователь с выходным трансформатором, двухтактный формирователь импульсов, связанный с управляющими входами регулируемого преобразователя, задающий генератор, генератор пилообразного напряжения, вход которого соединен с выходом задающего генератора, усилитель обратной связи, связанный с выходом преобразователя, широтно-импульсный модулятор, одним входом соединенный с выходом усилителя обратной связи; а другим - с выходом генератора пилообразного напряжения и элемент синхронизации, вход которого соединен с выходом задающего генератора, а выходы -связаны со входгили формирователя импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента полезного действия и надежности, он снабжен повторителем импульсов и триггером один вход которого подключен к выходу широтно-импульйного модулятора, другой соединен с первым выходом элемента синхронизации, а выход - с первым входом формирователя импульсов, со вторым выходом элемента синхронизации и с управляющим входом повторителя импульсов, выход которого соединен со вторым входом формирователя импульсов, причем задающий генератор снабжен дополнительными

выходами, которые соединены с зажимами питания повторителя импульсов. 2. Стабилизатор по п.1, отличающийся тем, что задающий генератор снабжен тремя дополнительными выходами со средней точкой, два из которых являются противофазными, а третий - выходом постоянного тока, повторитель импульсов содержит выходной усилитель, ключевой элемент, операционный усилитель, первый и второй генераторы линейного изменяющегося напряжения, управляющий вход первого генератора соединен с управляющим входом повторителя импульсов, а выход - с первым входом операционного усилителя, второй вход которого соединен с выходом второго генератора, питания которого через диод, а вход зашунтированный ключевым элементом, через резистор, связан с выходом операционного усилителя, выход которого связан с выходом повторителя импульсов через выходной усилитель, зажим питания которого, и управляквдий вход кллче5 вого элемента подключены к противофазным выходам задающего генератора третий дополнительный выход которого соединен с зажимом питания первого генератора, а общая точка - с общим зажимом питания всех блоков повторителя импульсов. .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Сборник. Электронная техника 5 в автоматике. Под РеД-Ю-И.Конева.

М., Советское радио, 197J, вып. 4,

с. 29, рис. 1.

2.Авторское свидетельство СССР .№479101, кл. G 05 F 1/64, 1973.