Импульсный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1982 года по МПК G05F1/56 

( 5 ) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ

Иэобратение относится к электротехнике, а именно к вторичным источ никам питания. Известен преобразователь постоян ного напряжения, который состоит из дросселя, включенного последовател но с нагрузкой, конденсатора фильтр включенного параллельно нагрузке, переключающего устройства, содержащего диод, включенный между дросселем и нагрузкой, реле напряжения и дополнительные ключи Cl. Недостатками этого преобразовате ля являются снижение коэффициента полезного действия при уменьшении тока нагрузки, низкий коэффициент стабилизации, а также сложность, обусловленная наличием реле тока. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является импульсный стабилизатор постойнного напряжения, содержащий соединенные последовательно дроссель и диод, включенные между первым входным и первым выходным выводами, конденса-тор, подключённый к выходным выво- ; дам, транзистор, включенный между точкой соединения дросселя с диодом, и объединенными вторым входным и вторым выходным выводами, входом соединенный с выходом компаратора, первый вход которого подключен к выходу первого делителя напряжения, соединенного с, входными выводами, а второй вход - к первому выходному выводу генератора напряжения треугольной формы, источник опорного напряжения и цепь обратной связи Г2. Недостатками известного стабилизатора являются пониженная надежность в результате возможной перегрузки транзистора при переходных процессах и недостаточное качество выходного напряжения, т. к. возможны выбросы напряжения при включении стабилизатора. Целью изобретения является повышение надежности путем исключени 1 . . .39 перегрузки транзистора при переход-Л ных процессах и повышение качества энергии на выходе стабилизатора путем устранения выбросов напряжения ,при включений, Доставленная цели достигается тем, что в импульсный стабилизатор введен дополнительный кон енсатор, включенный между выходом первого делителя и выходом указанного источника опорнсэго напряжения, и второй делитель, состоящий из трех резисторов, причем вход второго делителя подключен между выходом источника опорного напряжения и вторым вход-. ным выводом стабилизатора, вход первого делителя напряжения подключен между первым входным выводом и первым выходом второго делителя напряже ния, второй выход которого соединен с вторым входным выводом генератора треугольной формы, а цёНь обратной связи подключена через введенный диод между первым выходным выводом и выходом первого делителя напряжения. На фиг. 1 представлена элеКтричес кая принципиальная схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения; на фиг. 2 - временные диаграммы поясняющие работу стабилизатора. Импульсный стабилизатор пq|cтoяннo го напряжения содержит соединенные последовательно дроссель 1 и диод 2, включенные между первым входным 3 и первым выходным 4 зажимами, конденса тор 5, подключенный к выходным выводам, транзистор 6, включённь1й между точкой соединения дросселя 1 с Диодом 2 и объединенными вторым входным и вторым выходным выводами 7,.входом соединенный с выходом компаратора 8, первый вход а которого подключен к выходу первого делителя напряжения, выполненного на резисторах 9 м Ю, соединенногр. с входными Выводами 3 и 7 стабилизатора, а второй ход б - к первому выходному зажиму генератора 11 напряжения треугольной фор МЫ,.источник 12 опорного напряжения и цепь 13 обратной связи, дополнител ный конденсатор 14, включенный между выходом первого делитеЛя напряже ния, содержащего резисторы 9 и 10, и выходом источника 12 опорного напряжения, и второй делитель 15 напряжения, выполненный на трех резисторах 16, 17 и 18, причем вход второго делителя напряжения подключен между выходом источника 12 опорного 8. напряжения и вторым входным выводом 7 стабилизатора, а цепь 13 -обратной связи подключена через введенный ди од 19 между первым выходным выводом 4 стабилизатора и выходом первого делителя напряжений. , Преобразователь работает следующим образом. С. генератора 11 треугольного напряжения снимается напряжение Ug (фиг. 2), имеющее в своем составе периодическую составляющую треугольной формы и постоянную составляющую, полученную путем связи генераторэ 11 треугольного напряжения с источником . 12 опорного напряжения через второй делитель 15 напряжения,-.и подается на один из входов компаратора 8, а на другой вход подает-ся с резистора 10 напряжение обратной связиЧуфиг.2), поступающее с выхода стабилизатора через цепочку 13 обратной связи. На выходе KOMnaptaTopa 8 формируются управляющие ИМПУЛЬСЫ прямоугольной формы , фронты которых совпадаютс мо- ., ментами равенства напряжения Ua и Us (фиг. 2) на вхо/Цах коМпаратора 8. Управляющие импульсы с .выхода компаратора 8 поступаютна базу транзис то(эа 6 и периодически открывают и закрывают его, а на коллекторе тр анзйстора 6 формируются импульсы напряжения прямоугольной формы и-цСфиг. 2). Когда транзистор 3 открыт, к дроссеЛЮ; 1 приложено входное напряжение и происходит нарастание протекающего через Д(эрссель . Т тока 1 (фиг. 2) период времени (.ft) и накопление, .в нем энергии. В момент закрытия транзистора 6 на дросселе 1 возникает ЭДС самоиндукции, которая открывает диод 2, и накопленная дросселем Т энергия в виде .убывающего тока расходуется на под заряд конденсатора 5 фильтра. Выходное напряжение Ug(,ix повышается (фиг;. 2, период времени ). Затем транзистор 6 рткрьшается (Дроссель 1 опять начинает накапливать эйергию, а конденсатор 5 начинает разряжаться вр в.нешнюю нагрузку, а вь1Ходное напряжение Ugj iy-понижаться (фиг. 2, период времени ) Далее транзистор б закрывается, и все повторяется. Эти периодические лонижения и повышения выходного напряжения представляют собой пульсацию на выходном напряже|Нии стабилизатора, которая может :быть сведена до сколь у.годно малой величины путем увеличения емкости конденсатора 5 фильтра. Если под действием возмущающих факторов среднее значение выходного напряжения стабилизатора изменится, то через цепочку 13 обратной связи это изменение поступит на компаратор 8, скважность управляющих импульсов с ее выхода тоже изменится, и .выход-ноё напряжение стабилизатора вернется к прежнему значению с учетом ошиб ки ре гулировани1Ч, Увеличение тока, потребляемого внешней нагрузкой, сопровождается уменьшением выходного напряжения в пределах линейной .зоны регу;|Ирования определяемой размахом напряжения тре угольной формы на входе компаратора 8 и увеличением длительности управляющих импульсов, открывающих транзистор 6. Когда, транзистор 6 открыт, ток через него линейно нарастает, причем скорость нарастания ограничивается индуктивностью дросселя 1. В реальном дросселе 1 при достижении протекающим через негр током некоторого максимального значения поступает насыщение дросселя 1, резко падае егр индуктивность, а для транзистора 6 наступает режим короткого замыкания . Ограничение тока через транзистор 6 и одновременно максимального тока нагрузки осуществляется путем ограни чения длительности управляющих импульсов с выхода компаратора 8, откр вающих транзистор 6. Для этого со второй ступени второго делителя 15 напряжения, содержащего резисторы 16 17.,и 18, через резистор 10 подается на вход компаратора 8 постоянное напряжение, величина которого выбирает ся такой, чтобы получить с выхода ко паратора 8 управляющие импульсы максимально допустимой длительности, при которой ток через открытый транзистор 6 еще не превышает своего мак симально допустимого значения. Если теперь ток внешней нагрузки станет увеличиваться, выходное напряжение начнет уменьшаться, закроет введенны диод 15 и дальнейшее уменьшение выхо ного напряжения перестанет увеличивать длительность управляющих импуль сов, а максимально допустимый ток через транзистор 6 вследствие этого будет ограничен. При этом и выходной ток преобразователя (ток нагрузки) будет ограничен из-за ограничения 98.4 тока транзистора 6, стабилитрон, входящий в цепочку 13 обратной связи, служит,для увеличения ее коэффициента передачи. Увеличение стабильности выходного напряжения стабилизатора обусловлено тем, что изменения входного напряжения подаются через резистор 9 на резистор 10, а с него - на компаратор 8, который изменяет скважность управляющих импульсов, поступающих на транзистор 6 таким образом, что при этом энергия, запасаемая дросселем 1 и отдаваемая им в нагрузку, не меняется, а значит и выходное напряжение . стабилизатора также не изменится. При включении стабилиза гора .начинает заряжаться конденсатор 1, это напряжение заряда конденсатора 1 подаётся на резистор 10, ас него на компаратор 8, который под действием этого напряжения изменяет по апериодическому закону скважность управляющих импульсов, поступающих на Транзистор 6, при этом энергия, запасаемая дросселем- 1 и.отдаваемая им в нагрузку, тоже нарастает по апериодичес.кому закону, а выходное напряжение на конденсаторе 5 фильтра, возрастает до ус- тановившегося значения плавно и без выбросов перерегулирования. Устройство позволяет получить повышение стабильности выходного напряжения без увеличения коэффициента усиления в контуре обратной связи и без введения корректирующих цепей для повышения устойчивости. Обеспечение плавного запуска предлагаемого устройства и отсутствие выбросов перерегулирования выходного напряжения позволяют повысить надежность функционирования устройств, которые будут от него питаться, особенно электродвигателей, так как в этом случае снижается величина пускового тока электродвигателя,меньше изнашиваются щетки и якорь. Формула изобретения Импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий соединенные последовательно дроссель и диод, включенные между первым входным и первым выходным выводами, конден- сатор, подключенный к вы-ходным выводам, транзистор, включенный между точкой соединения дросселя с диодом ,7 и объединенными вторым входным и вторым выходным выводами, входом соединенный с выходом компаратора, первый вход которого подключен к выходу первого делителя напряжения, .соединенного с входными выводами, а второй вход - к первому выходному выводу генератора напряжения tpeyron ной формы, источник опорного напряжения и цепь обратной связи, о т личёющийся тем, что, с цепью повышения надежности путем исклю чения перегрузки транзистора при переходных процессах и повышения качества энергии на выходе стабилизатора путем устранения выбросов напряже ния при включении импульсного стабилизатора, в него введен дополнительный конденсатор, включенный между вы ходом первого делителя и выходом ука-20 занного источника опорного напряже- № 8 ния, и второй делитель, содержащий три резистора, причем вход второго делителя подключен между выходом источника опорного напряжения и вторым входным выводом стабилизатора, вход первого делителя напряжения подключен между первым входным выводом и первым выходом второго делителя напряжения, второй выход которого соединен с вторым входным выводом генератора треугольной формы, а цепь обратной связи подключена через введенный диод между первым выходным выводом и выходом первого делителя напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент ФРГ № 2Qkkk5S, кл. G 05 F 1Л8,- 1972. 2. Авторское свидетельство СССР . кл. б 05 F 1/56, 1975.

Фшг.