Импульсный стабилизатор постоянного напряжения

 

ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий между вход(шм и выходи вы одами первый ключ с нйзкочастотньш интегрирушЕИМ выходным фильтром и соедиценный парсшлельно с ним второй ключ с высокочастотным интегрирующим выХОДНЁА4 фильтром И усилитёль обратной связи, инвертирующим входом подключеншяй к выходному выводу, неинвертируккаим входом - к источнику опорно- . го напряжения, а выходом - кявинвертирующему входу компаратора-мо-. дулятора, инвертирующий вгсод которо .го соединен с выходом напряжения Шлообразной формы генератора колеба., НИИ, о т л;и ч а ю щи и с я тйм, что г с цегаью повьвиения КПД при скачкообразном увеличении тока нагрузки с сохранением высокрго качества выходного напряжения, в него введены дополнительный компаратор, неинверти рующим входом подключённый к выходу усилителя обратной связи, а инвертирующим входом к дополнительно введенному источнику опорного напряжения , триггер,, включающий вход которого соединен с выходом дополнительного компаратора, функциональный логический элемент для вырабатывания импульса при отсутствии сигнала с выхода компараторамодулятора на интервале времени, соответствующем периоду колебаний генератора, при этом выход функционального логического элемента соединен с выключающим яходом тригге- . ра, первый вход - -с выходсж напряжения прямоугольной формы генератора колебаний, а второй вход с выходом компаратора-модулятора к первыми вХодаьш введенных в устройство логических элементов ИЛИ и И, причем другие входы элементов ИЛИ и И, а также вход управления частотой генератора соединеюл с выхо дом Tp«rt«pa, выход элемента rant соединен с управляющим входом первоIгоКлюча , а выход элемен1 а И - с управляюв1им входом второго ключа.

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(59 6 05>1 56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ) -, :,::. н АВТорсНоМУ свищтельс. ГВу

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ, л (21 ) 3498144/24-07 (. 2) . 23.. 07. 82 (46) 07.11.83.Бзол. Р 41 (72) M.B.Kàïèòoíoâ, E.È.Ñòàð÷åíêî и П.П.Холопов (71) Ленинградский электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина) (53) 621 . 316 ° 722. 1 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 275361, кл. Ц 05 Р 1/56, 1980

2. Авторское свидетельство СССР.

Р 684527, кл. G. 05 F 1/56, 1977., (54)(57) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПО

СТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий между входным и выходным выводами первый ключ с низкочастотным интегрирующим выходным фильтром и соеди-ненный параллельно с ним второй ключ с высокочастотным интегрирующим выходным фильтром и усилитель обратной связи,. инвертирующим входом подклю- . ченный к выходному выводу, неинвартирующим входом — к источнику опорно- го напряжения, а выходом - к неин вертирующему входу компаратора-ьр«,: дулятора, инвертирующий вход которс .го соединен с выходом напряжения пилообразной формы генератора колеба».:; ний, отличающийся тем . что с целью повышения КцД при скач„.Я0„„А кообразном увеличении тока нагрузки с сохранением высокого качества выходного напряжения, в него введены дополнительный компаратор, неинвертирующим входом подключенный к выходу усилителя обратной связи, а инвертирующим входом к дополнительно введенному источнику опорного напряжения, триггер, включающий вход которого соединен с выходом дополнительного компаратора; функциональный логический элемент для вырабатывания импульса при отсутствии сигнала с выхода компараторамодулятора на интервале времени, соответствующем периоду колебаний генератора, при этом выход функцио- Я нального логического элемента соединен с выключающим входом триггера, первый вход — -с выходом напряжения прямоугольной формы генера» тора колебаний, а второй входс выходом компаратора-модулято" ра и первыми входами введенных в устройство логических элементов ИЛИ и И, причем другие входы элементов .

ИЛИ и И, а также вход управления частотой генератора соединены с выхо. дом триггера, выход элемента ИЛИ соединен с управляющим входом перво1 го ключа, а выход элемента И - с управляющим входом второго ключа.

1053090

Изобретение относится к электротехнике и может быть, использовано в блоках питания радиоаппаратуры, ЭВМ, 1устройств автоматики и других объектов °

Известны импульсные стабилизаторы постоянного напряжения (Ц .

Недостатком этих стабилизаторовявляется относительно низкий КПД при скачкообразном повышении тока нагрузки.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий между своим входом и выходом первый ключ с ниэ- 15 кочастотным интегрирующим фильтром и соединенный параллельно с ним второй ключ с высокочастотным интегрирующим фильтром, а также усилитель обратной связи, инвертирующий вход которого подключен к выходу устройства, неинвертирующий. — к первому источнику опорного напряжения, а выход - к неинвертирующему входу компаратора-модулятора, который своим инвертирующим входом соединен .с выходом генератора йапряжения пилообразной формы f2) .

Известное устройство имеет относительно низкий КПД. Это обусловлено тем, что для обеспечения высокого качества выходного напряжения как в статическом, так и в динами, ческом режимах, через высокочастотный ключ в нагрузку должна поступать значительная часть мощности,При 35 невысоком КПД высокочастотного ключа это снижает общий КПД устройства, поскольку высокочастотный ключ рабо,тает. "непрерывно".

Целью изобретения является повы- 4п шение КПД при скачкообразном увеличении тока нагрузки .с сохранением высокого качества выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, 45 что в импульсный стабилизатор постоянного. напряжения, содержащий между входным и выходным .выводами первый ключ с низкочастотным.интегрирующим выходным фильтром и соединенный параллельно с ним второй ключ с высокочастотным интегрирующим выходным фильтром и усилитель обратной связи, инвертирующим входом подключенный к выходному выводу, неинвертирующим входом - к источнику опорного напряжения, а выходом — к неинвертирующему входу компаратора-модулятора, инвертирующий вход которого соединен с выходом напряжения. пилообразной формы генератора коле- бО .баний, введены дополнительный компаратор, неинвертирующим входом подключенный к выходу усилителя обратной связи, а инвертирующим входом— к дополнительно введенному источни- б5 ку опорного напряжения, триггер, включающий вход которого соединен с выходом дополнительного компаратора, функциональный логический элемент для вырабатывания импульса при отсутствии сигнала с выхода компаратора-модулятора на интервале времени, соответствующем периоду коле баний генератора, при этом выход . функционального логического элемент соединен с выключающим входом триггера, первый вход — . с выходом напряжения прямоугольной формы генератора, колебаний, а второй вход — с выходом компаратора-модулятора и первыми входами введенных в устройство логических элементов ИЛИ и И, причем другие входы логических элементов ИЛИ и И, а также вход управления частотой генератора соединены с выходом, триггера, выход элемента ИЛИ соединен с управляющим входом. первого ключа; а выход элемента И— с управляющим входом второго ключа.

-На фиг.1 изображена функциональная схема импульсного стабилизато1 ра постоянного напряжения, на фиг.2временная диаграмма работы стабилизатора, (индексы при напряжениях соответствуют номерам узлов

У стройство содержит первый ключ 1 с низкочастотным выходным фильтром, второй ключ 2 с высокочастотным выходным фильтром, усилитель 3 обратной связи, инвертирующим входом 4 подключенный к выходному выводу стабилизатора, а неинвертирующим 5к источнику 6 опорного .напряжения.

Выход усилителя 3 подсоединен к неинвертирующему входу 7 дополнительного компаратора 8, инвертирующий вход 9 которого подключен.к второму источнику 10 опорного напряжения. Выход компаратора 8 подключен к включающему 5 -входу 11 триггера 12.

Отключающий R -вход 13 триггера 12 соединен с выходом 14 функционального логического элемента (ФЛЭ) 15, а выход триггера 12 соединен с входом управления (переключения) частотой генератора 16 колебаний и первыми входами элемента 17 (логическое HP и элемента 18 ((логическое

ИЛИ, вторые входы которых соединены с выходом 19 компаратора-модулятора 20 и входом 21 ФЛЭ 15.Вход 22

ФЛЭ 15 подключен к выходу 23 напряжения прямоугольной формы генератора 16, выход 24 напряжения пилообразной формы которого подключен к инвертирующему входу 25 %омпаратора-модулятора 20.

Неинвертирующий вход 26 компаратора-модулятора 20 соединен с выходом 27 усилителя 3. Выход логического элемента 17 соединен .с управляющим входом ключа 2, а выход логического элемента 18 — c управляющим входом ключа 1. Конденсатор 28, 1053090,подключенный параллельно выходу стабилизатора, является общим для низкочастотного и высокочастотного интегрирующих фильтров ключей 1 и 2 соответственно.

Устройство работает следующим об зазом.

При неизменной нагрузке на выходе стабилизатора напряжение на выходе . триггера 12 соответствует потенциа лу логического нуля, поэтому широтно-модулированные импульсы с выхода компаратора-модулятора 19 на управляющий вход ключа 2 не поступают {он находится в разомкнутом состоянии)и периодически замыкает- 15 ся и размыкается только ключ 1.. При этом генератор,16 вырабатывает низкочастотное пилообразное напряжение., и напряжение на выходе стабилизатора за счет действия обратной связи 2О через усилитель 3 и компаратор-модулятор 20 поддерживается постоянным и соответствующим величине на-, пряжения первого источника 6 опорного напряжения. {Этот этап работы. иллюстрируется временной диаграммой фиг. 2; интервал времени Π— t ), Работа импульсного стабилизатора на относительно низкой частоте (менее 50 кГц ) обеспечивает малые Зр динамические потери, поэтому КПД стабилизатора достаточно высок (90-95% . Для обеспечения низкого уровня. пульсаций выходного напряжения

- Цщ,„индуктивность низкочастотного интегрирующего фильтра должна быть значительной, что отрицательно сказывается на качестве переходного процесса при скачкообразном увеличении тока нагрузки.

При скачкообразном увеличении то- 40 ка нагрузки, 1ц (фиг.2а), в момент времени 1 ток в индуктивности низкочастотного Фильтра не может измениться достаточно быстро, поэтому на выходе стабилизатора появляется ; 4 провал выходного напряженияьУефиг.2и)

Как только напряжение на выходе усилителя ошибки 3 в результате скачкообразного возрастания тока нагрузки превысит величину напряжения второго источника 10 опорного напряжения, срабатывает компаратор 8 и переводит .выход триггера 12 в состояние с высоким логическим уровнем.

При этом ключ 1 перестает реагировать на импульсы, поступающие с выхо-5 да компаратора-модулятора 20, оставаясь замкнутым, а ток в индуктивности. ключа 1 начинает возрастать.

Недостающая мощность в нагрузку на.чинает поступать через ключ 2, индук-бО тивность интегрирующего фильтра которого может быть выбрана на порядок { и более) меньше индуктивности низкочастотного интегрирующего фильтра в ключе 1. Поскольку время переходного процесса пропорционально величине индуктивности интегрирующего фильтра, возрастание тока в индуктивности высокочастотного интегрирующего Фильтра происходит значительно быстрее, чем в индуктивности низкочастотного, .что существенно сокращает .:. время и амплитуду провала переходного процесса. Наличие широтно-модулированных импульсов на управляющем входе ключа 2 приводит к плавному нарастанию напряжения1 н„ после возникновения провала, что практически исключает перерегулирование на выходе стабилизатора.

Наличие высокого логического уровня на выходе триггера 12 переводит генератор 16 в режим работы с повышенной частотой, поэтому, несмотря на малую величину индуктивности фильтра в ключе 2, пульсации на выходе стабилизатора возрастают незначительно, а процесс накопления энергии в индуктивности идет значительно быстрее.

Поскольку ток в нагрузку поступает и через ключ 1, ток .в индуктивности ключа 2 нарастает, а ток в индуктивности ключа 2 начинает уменьшаться. (Этот процесс иллюстрируется временными диаграммами Т, Tq на фиг.2ж, з1 интервал времени 1 - 1

Наступает такой момент, когда вся необходимая мощность в нагрузку начинает поступать через ключ 1.

При этом на выходе компаратора-модулятора 20 исчезает последовательность широтно-модулированных импульсов, и на выходе ФЛЭ 15 появляется импульс, переводящий выход триггера 12 в состояние с низким логическим уровнем, что запрещает прохождение импульсов с выхода компаратора-модулятора 20 на управляющий вход ключа 2 (ключ 2 остается разомкнутым, снижает рабочую частоту генератора 16 и разрешает прохождение импульсов с выхода компаратора-модулятора 20 на вход управления ключа т.е. стабилизатор выходит на стационарный режим с высоким КПД и низким уровнем пульсаций, обусловленных соответствующим выбором параметров -низкочастотного интегрирующего фильтра. (На фиг.2 и пунктиром показан переходный процесс при отсутствии подавляющего провала выходного напряжения высокочастотного параллельного канала, сплошной линией — при наличии параллельного высокочастотного канала).

Таким образом, стабилизатор напряжения обладает высокой динамической стабильностью и высокими техникоэкономическими показателями за счет того, что дополнительный компаратор подключен к выходу усилителя ошиб ки, а высокочастотный параллельный

10 5 3090 канал подавлякнций провалы выходного напряжения и обладаюций в сравнении с ниэкочастотным-меньШим КПД (б0-65% против 90-95%) включается только на время переходного процесса, а в статическом режиме практически не потребляет энергии, что повышает суммарный

КПД устройства.

1053090 .Уу

® >sr

Э

Ъп и

Составитель 0.Овсянников

Редактор Т. Кушрышева Vexyep Т.Маточка Корректор p. Tsirap .

Заказ . 8871/46 Уираи 874 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.. 4/5

4 ° 4 филиал ППП "Патент", г. Умхород, ул. Проектная, 4