Непрерывно-ключевой источник электропитания Советский патент 1982 года по МПК G05F1/56 

(5) НЕПРЕРЫВНО-КЛОЧЕВОЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам элек тропитания радиоэлектронной аппаратуры и электротехнических систем. Известен непрерывно-ключевой ста« билизатор напряжения, содержащий непрерывный и ключевой стабилизаторы llj Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является непрерывно-ключевой стабилизатор напряжения, содержащий последовательно соединенные ключевой элемент LCD-фильтр, регулирующий элемент непрерывного действия, схему сравнения, уЬилитель постоянного тока, один из выходов которого соединен с управляющим электродом регулирующего элемента непрерывного действия, а вход - с выходом схемы сравнения, дат чик тока, фильтр цепи управления ключевого стабилизатора и широтно-импульсный модулятор i 2. Недостатком данных устройств является то, что при малом значении noстоянной времени и, соответственно, коэффициента сглаживания фильтра цепи управления ключевого стабилизатора оно теряет устойчивость от возмущений, возникающих в выходной и входной цепях. Завышение в целях обеспечения устойчивости схемы постоянной времени фильтра цепи управления ключевого стабилизатора приводит к повышению динамической и статической нестабильности и снижению КПД устройства при изменениях тока нагрузки, что обусловлено инерционностью фильтра. Цель изобретения - повышение устойчивости и улучшение качества регулирования непрерывно-ключевого источника электропитания. Поставленная цель достигается тем, что в непрерывно-ключевой источник электропитания, состоящий из импульсного и непрерывного стабилизаторов, причем ключевой элемент импульсного стабилизатора соединен пЪследовательно с ЦЮ-фильтром, цепь, состоящая из последовательно соединенных регулирующего элемента непрерывного стабилизатора и датчика тока, подключен параллельно выходным выводом источ ника, блок сравнения входом подключен к выходным выводам источника, а выходом - к входу усилителя постоянного тока, выход которого под ключен к управляющему входу регулиру ющего элемента непрерывного стабилизатора, а датчик тока через параллел но подключенный к его выводам фильтр соединен со входом широтно-импульсно го модулятора, выход которого подклю чей к управляющему входу ключевого стабилизатора, введены блок управления и регулируемое сопротивление, причем один вывод регулируемого сопроти.вления подключен к одному из выводов датчика тока, второй вывод регулируемого сопротивления через .фильтр подключен к дополнительному входу широтно-импульсного -модулято а, а управляющий вход через блок управления - к дополнительному выходу усилителя постоянного тока. На чертеже представлена функциональная схема непрерывно-импульсного источника электропитания. Источник содержит последовательно соединенные ключевой элемент 1, ЬСЮ-фильтр 2, регулирующий элемент непрерывного стабилизатора 3, блок сравнения., усилитель постоянного тока 5, один из выходов которого соединен с управляющим электродом регулирущего элемента непрерывного стабилизатора, а вход - с выходом блока сравнения, датчик тока 6, фильтр 7 цепи управления ключевого стабилизатора, широтно-импульсный модулятор 8, блок управления 9 и регулируемое сопротивление 10, примем один вывод последнего соединен с выходом датчика тока, второй - с дополнительным входом широтно-импульсного модулятора, а управляющий вход через блок управления с дополнитель ным выходом усилителя постоянного то ка. Непрерывно-импульсный источник электропитания работает следующим рбразом. В статическом режиме работы, при отсутствии возмущающих воздействий всякие изменения выходного напряженил непрерывно-ключевого источника электропитания передаются для их обрабо.тки по цепи обратной связи не прерывного стабилизатора, состоящей из блока сравнения 4 и усилителя постоянного тока 5, на линейный регулирующий элемент 3 и по цепи управления импульсного стабилизатора, состоящей из фильтра 7 и широтно-импульсного модулятора 8, на ключевой элемент 1, Среднее значение тока, протекающего через регулирующий элемент 3 непрерывного стабилизатора, и среднее значение выходного напряжения устройства поддерживается на заданном уровне изменением длительности замкнутого состояния ключевого элемента 1. Постоянная времени Тф и, соответственно, коэффициент сглаживания Ксг фильтра 7 задается сигналом, снимаемым с блока управления 9 и поступающим на регулируемое сопротивление 10 (в качестве регулируемого сопротивления может служить транзистор). Тф RC, где R, С - активное сопротивление и емкость фильтра 7. f экe, Хс Л/N . К, где , - емкостное сопротивление конденсатора и эквивалентная нагрузка фильтра 7. Причем, постоянная времени Тф устанааливается минимально возможной, т. е. таким, чтобы обеспечить работоспособность устройства на границе зоны устойчивости. Обеспечение в статическом режиме работы устройства минимального значения постоянной времени Тф позволяет снизить инерционность фильтра 7, и следовательно, повысить быстродействие импульсного стабилизатора. При этом изменения тока нагрузки отрабатываются быстрее импульсным стабилизатором и на регуПирующем элементе 3 непрерывного стабилизатора рассеивается меньшая мощность, что ведет к повышению КПД стабилизатора. При наличии возмущений как по входу, так и по выходу стабилизатора величина сигнала, снимаемого с дополнительного выхода Усилителя постоянного тока 5, может превысить заданную величину динамической нестабильности. Это приведет к появлению на выходе блока 9сигнала, который поступит на управляющий вход регулируемого сопротивления 10. При этом возрастет величина активного

сопротивления регулируемого сопротивления 10 и соответственно постоянная времени Тф, что приводит к расширению области устойчивой работы стабилизатора и предотвращает возник новение автоколебательного режима устройства.

Таким образом, введение в непрерывно ключевой источник электропитания блока управления 9 и регулируемого сопротивления 10 позволяет повысить динамическую устойчивость и КПД стабилизатора в статическом режиме работы, что достигается изменением постоянной времени цепи управления импульсного стабилизатора в зависимости от величины нестабильности выходного напряжения устройства. Кроме того, повышение быстродействия импульсного стабилизатора за счет обеспечеыия в статическом и динамическом режимах работы устройства минимально возможного значения постоянной времени Тф позволяет повысить качество регулирования выходного напряжения стабилизатора.

Формула изобретения

Непрерывно-ключевой источник элекропитания, состоящий из импульсного

и непрерывного стабилизаторов причем ключевой элемент импульсного стабилизатора соединен последовательно с ЬСЮ-фильтром, цепь, состоящая из последовательно соединенных регулирующего элемента непрерывного стабилизатора и датчика тока, подключена паг раллельно выходным выводам источника блок сравнения входом подключен к выходным выводам источника, а выходом к входу усилителя постоянного тока, выход которого подключен к управляющему входу регулирующего элемента непрерывного стабилизатора, а датчик тока через параллельно подключенный к его выводам фильтр соединен с входом широтно-импульсного модулятора, выход которого подключен к управляющему входу ключевого стабилизатора, отличающийся, тем, что, с целью повышения устойчивости, КПД и уменьшения динамической нестабильности, в него введены блок управления и регулируемое сопротивление, причем один вывод регулируемого сопротивления подключен к одному из выводов датчика тока, второй вывод регулируемого сопротивления через фильтр подключен к дополнительному входу широтно-импульсного модулятора, а управляющий вход через блок управления - к дополнительному выходу усилителя постоянного тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Китаев В. ., Захаров Л. Ф. Анализ устойчивости непрерывно-импульсных стабилизаторов с ШИМ. Электросвязь, 1980, № 3, с. .