Импульсный стабилизатор постоянного напряжения

 

Изобретение относится к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Целью изобретения является расширение диапазона стабилизируемых выходных напряжений и токов нагрузки с одновременным упрощением.повышением надежности и уменьшением времени готовности при повторном включении. Ток, протекающий через силовой ключ 1 на составном транзисторе, обеспечивает накопление энергии в дросселе 3. Величина тока дросселя 3 ограничивается блоком 9 управления из условия обеспечения требуемой cтaбильнoctи выходного напряжения путем сравнения напряжений, пропорциональных току дросселя 3. входному, выходному и эталонному напряжениям. Скорость увеличения выходного 'напряжения при включении задается интегратором 18 и коммутирующими диодами 20.21. Уменьшение времени готовности при повторном включении обеспечивается шунтированием В1ремязадающего двухполюсника интегратора 18 обратно включенным диодом 19.1 з.п.ф-лы. 1 ил.^^fe

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s 6 05 F 1/56

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4829797/07 (22) 29.05.90 . (46) 15,02.92, 6еп. М 6 (71) Производственное объединение "Ижевский- электромеханический завод" (72) Ю.С. Федосимов и К.А. Иванов (53) 621.316.722.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1118982, кл. G 05 F 1/56, 1983.

Электронная техника в автоматике, вып.17, Радио и связь, 1986, с.126, рис.3. (54) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПО. СТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Целью изобретения является расширение диапазона стабилизируемых выходных напряжений и токов нагрузки с одновременным упрощением, Изобретение относится к электротехнике и может. быть использовано в устройствах электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Известен импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий сило. вой транзисторный ключ в цепи силовой шины с СИ С-фильтром (с дросселем-трансформатором), через другую обмотку котррого осуществляется управление согласующим транзистором со схемы иэмерительно-усилительного узла, вход которого через резисторный делитель подключен. к выходу источника.

Недостатком такого импульсного стабилизатора является ограниченный диапазон, сложность и низкая надежность. повышением надежности и уменьшением времени готовности при повторном включении. Ток, протекающий через силовой ключ

1 на составном транзисторе, обеспечивает накопление энергии в дросселе 3. Величина тока дросселя 3 ограничивается блоком 9 управления из условия обеспечения требуемой стабильности выходного напряжения путем сравнения напряжений, пропорциональных току дросселя 3, входному, выходному и эталонному напряжениям. Скорость увеличения выходного напряжения при включении задается интегратором 18 и коммутирующими диодами 20,21. Уменьшение времени готовности при повторном включении обеспечивается шунтированием времязадающего двухполюсника интегратора 18 обратно включенным диодом 19. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Наиболее близким по технической сущности является импульсный стабилизатор 4 постоянного напряжения, содержащий силовой транзисторный ключ на составном 3 транзисторе, 01 С-фильтр с дросселем- ) трансформатором в коллекторной цепи, ф эмиттер через датчик тока подключен к об-: (Л щей шине, база через резистор смещения— . к шине питания и к коллектору транзистора ф управления того же типа проводимости, а эмиттер последнего подключен к общей шине, а база через блок управления к резисторному делителю, операционный усилитель обратной связи, питание на который через выпрямитель подается с отдельной обмотки дросселя-трансформатора, инвертирующий вход. усилителя через резисторн ы и делитель обратной связи усилителя подключен к вы1712945 ходу DLC-фильтра и нагрузке, другой конец делителя — к выходу операционного усилителя, параметрический опорный источник на стабилитроне.

Однако, этот импульсный стабилизатор имеет малый диапазон стабилиэируемого выходного напряжения и тока нагрузки, для обеспечения стабильности выходного напряжения должен работать только на постоянную нагрузку, имеет сложную схему и низкую надежность.

Цель. изобретения — расширение диапазона стабилизируемых напряжений и токов нагрузки с одновременным упрощением, а, также повышение надежности и уменьшение. времени готовности при повторном включении, . Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемый стабилизатор постоянного йап ряжения до пол нител ьно введен входной реэистивный делитель напряжения, к которому подключен неинвертирующий вход операционного усилителя обратной связи, выход которого подключен к неинвертирующему входу дифференциального каскада на транзисторах, инвертирующий вход последнего подключен к опорному источнику, а выход через конденсатор подсоединен к общей шине и к одному концу первого резистивного делителя ключа, при этом тип проводимости транзисторов дифференциального каскада противоположного типа проводимости транзистора управления.

Кроме того, введен RC-интегратор за.держки и последовательная цепь из трех коммутирующих диодов, причем конденсатор интегратора одним выводом подключен к общей шине, а резистор и параллельно с ним соединенный коммутирующий диод катодом подключены к выводу питания операционного усилителя обратной связи, выход

RC-интегратора задержки подключен к катоду второго коммутирующего диода, анод которого подключен к неинвертирующему входу усилителя, к которому подсоединен катод третьего коммутирующего диода, анод которого подключен к инвертирующему входу операционного усилителя обратной связи, На чертеже показана электрическая схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения, Стабилизатор содержит силовой ключ 1 нэ составном транзисторе. Коллектор его через DLC-фильтр 2 с дросселем-трансформатором 3 через. выходные выводы.4 под. ключен к входному выводу 5, эмиттер через датчик тока на резисторе 6 подключен к общей шине, база через резистор 7 смещения — к входному выводу 5 и к коллектору транзистора 8 управления. Эмиттер последнего подключен к общей шине, а база через блок 9 управления (например; на интеграль5 ном компараторе) к резистивному делителю

10, один, конец которого подключен к эмиттеру силового ключа 1, другой через конденсатор 11 к общей шйне и к выходу дифференциального каскада 12 на транзи10 сторах. Инвертирующий вход последнего подключен к опорному источнику 13, а неинвертирующий вход подключен к выходу операционного усилителя 14 обратной связи, выводы питания которого через выпрями15 тель15соединены cäoïoëíèòåëüíîéобмоткой дросселя трансформатора 3. При этом инвертирующий вход операционного усилителя обратной связи 14 подключен к делителю 16 обратной связи усилителя. Один

20 конец делителя 16 подсоединен к выходу операционного усилителя 14, а другой к точке соединения дросселя трансформатора 3 и выходного вывода 4, На входе стабилиза-, тора между входным выводом 5 общей ши25 ной включен резистивный делитель 17, к которому подсоединен неинвертирующий вход усилителя 14, а между выводом питания усилителя 14 и общей шиной, конденсатором к последней включен RC-интегратор

30 18 задержки, причем между выводом питания усилителя 14. выходом интегратора 18, неинвертирующим и инвертирующим входом усилителя включена последовательная цепь из диодов 19,20,21, анодами в сторону

35 инвертирующего входа операционного усилителя 14.

Стабилизатор работает следующим образом.

При подаче питания на вход в первый

40 момент питание усилителя 14 с выпрямителя 15 отсутствует, на конденсаторах 18,11 схемы нулевое напряжение. Через резистор

7 смещения. силовой ключ 1 открыт, и ток с. положительного входного вывода начинает

45 протекать через выходные выводы 4, дроссель 3, ключ 1 и датчик тока на резисторе б на общую шину. При достижении напряжением на датчике тока (через делитель 10) порогового значения отпирания транзисто50 ра 8 управления, последний открывается и закрывает ключ 1. Ток в.цепи ключа 1 и

DLC-фильтра 2 прекращается. Энергия, накопленная в .сердечнике дросселя-трансформатора 3 в виде напряжения

55 самоиндукции íà его обмотках выделяется через диод DLC-фильтра 2 в нагрузку, подключенную к выходным выводам 4 и одновременно через выпрямитель 15 на усилитель 14. интегратор 18 и дифференциальный каскад 12 на транзисторах.

1712945

Через несколько циклов работы силового ключа 1 совместно с блоком 9 управления как на нагрузке, так и на конденсаторе выпрямителя 15 цепи питания усилителя 14 накопится достаточный для работы потенциал напряжения питания. Разность напряжений на входном выводе 5 и выходном выводе 4 такова, что через делители 16 и 17 по выходам усилителя 14 должен быть постоянно нарастающий положительный потенциал напряжения (относительно общей шины). Но конденсатор интегратора 18, медленно заряжаясь через свой резистор и резисторы делителей 16,17, через коммутирующие диоды 20,21 удерживает некоторое время разность напряжений между входами усилителя 14 такой, что инвертирующий вход имеет более положительное напряжение, и выход усилителя 14 будет в дальнейшем flo времени мЕнять потенциал выхода от уровня напряжения общей шины до уровня положительного значения, равного напряжению по выходу опорного источника 13 до момента, когда нэ обоих входах дифференциального каскада 12 будут близкие уровни напряжения. При этом произойдет замыкание контура управления (захват) отрицательной обратной связи выходным напряжением по цепи точка соединения выходного вывода 4 с дросселем-трансформатором 3, делитель 16 усилителя 14, дифференциальный транзисторный каскад 12, конденсатор 11. Нэ последнем выделится напряжение, величина которого пропорциональна ошибке выходного напряжения, приведенного (через коэффициент передачи, определяемый делителями 16 и 17) к выходу усилителя 14 и опорного напряжения. установленного в источнике 13. Усиленная дифференциальным каскадом 12 величина напряжения ошибки рассогласования выделяется на конденсаторе 11 и через делитель 10 сравнивается с потенциалом на датчике тока. Воздействуя через делитель 10 на блок 9 управления, суммарный потенциал от ошибки рассогласования управляет амплитудой импульсов тока ключа 1 таким образом, что напряжение на выходном выводе 4 удерживается в заданных пределах ошибки управления по цепи отрицательной обратной связи, которая при предложенном включении может быть очень малой величины, в том числе и при выходном напряжении на выходном выводе 4 а сотни вольт.

При выключении устройства за счет коммутирующего диода 19 потенциал конденсатора интегратора 16, который при ра6отебудет равен напряжению цепи питания усилителя 14, быстро разрядится на нагрузственных 3Р3, включая интегральную тех40. нологию и микросборки; наличие введенного. RC-интегратора эадержки подачи входного напряжения на усилитель 14 позволяет быстро выйти на режим установленного напряжения стаби45 лизации, так как нарастание тока в нагрузке осуществляется форсированно ограниченными по величине импульсами тока до момента, заданного опорным напряжением уровня сравнения, приведенными к выходу

50 усилителя через делитель напряжения входа и обратной связи. Такой, режим роста выходного напряжения обеспечивается также за счет коммутирующих диодов 20 и 21., ибо через делители на входы усилителя по55 дается сразу полное напряжение, равное входному, а за счет диодов 20, 21 разница напряжений (последние связаны с напряжением на конденсаторе интегратора) на входах усилителя такова, что на инвертирующем входе напряжение всегда

35 ку, то есть усилитель 14 и дифференциальный каскад 12. Стабилизатор снова готов для повторного включения и при включении, надежно и быстро через ключ 1 с блоком 9 управления, форсированно, с предельным ограниченным током, за несколько циклов выйдет на режим стабилизации выходного напряжения, как описано выше при первом включении.

Предлагаемая схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения имеет по сравнению с прототипом следующие преимущества: позволяет стабилизировать выходные напряжения.в широком диапазоне, определяемом только допустимым напряжением силового транзисторного ключа 1. при любом токе нагрузки от минимальных значений в миллиамперы до десятков ампер, то есть допустимого тока ключа и рактически от нуля. Одновременно, стабильность выходного напряжения не зависит от величины тока нагрузки и параметров элементов, так как обратная связь берется непосредственно с нагрузки и при использовании в делителях прецизионных резисторов, что и делается всегда на практике, с учетом предложенного включения операционного усилителя, непосредственно выделяющего ошибку отклонения выходного напряжения с большой точностью; имеет более высокую надежность и простую реализацию как управления силовым ключом, так и схемы обратной связи, так как все элементы работают при малых уровнях напряжений, кроме силового ключа, имеют простые связи, пригодные для реализации (кроме дросселя на выходе) на любых отече1712945

Ян

Составитель Ю. Опадчий

Редактор Н. Каменская Техред М.Моргентал Корректор О. Кравцова

Заказ 536 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушскэя наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 более положительно. Коммутирующий диод

19 при выключении быстро восстанавливает (практически до нуля) потенциал конденсатора интегратора. что-обеспечивает малое время восстановления схемы интегратора, необходимое для повторНого включения.

Формула изобретения

1.Импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий силовой ключ на составном транзисторе, коллектор которого через DLC-фильтр с дросселемтрансформатором и выходные выводы подключен к входному выводу, эмиггер через датчик тока подключен к общей шине, база подсоединена к входному выводу через резистор смещения и к коллектору транзистора управления того же типа проводимости, эмиттер последнего подключен к общей шине, а база через блок управления — к выходу первого резистивного делителя обратной связи, операционный усилитель обратной связи, выводы питания которого через выпрямитель соединены с дополнительной обмоткой дросселя-трансформатора, инвертирующий вход через один резистор второго резистивного делителя обратной связи подключен к выходу DLC-фильтра, а через второй резистор — к выходу операционного усилителя обратной связи, опорный источник, дифференциальный каскад на транзисторах, отличающийся тем, что, с целью расшйрения диапазона стабилизируемых выходных напряжений и токов нагрузки с одновременным упрощением, в него введен входной резистивный делитель напряжения, к выходу которого подключен неинвертирующий вход операционного усилителя обратной связи, выход которого подключен к нвинвертирующему входу дифференциального каскада на транзисто5 рах, инвертирующий вход последнего подключен. к опорному источнику, а выход подсоединен к общей шине через введенный конденсатор и к одному концу первого резистивного делителя обратной связи, 10 другой конец которого подсоединен к эмиттеру силового ключа, при этом тип проводимости транзисторов дифференциального каскада противоположен типу проводимости транзистора управления.

15 2.Стабилизатор по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения надежности и уменьшения времени готовности при повторном включении, в него введен RC-интегратор задержки и три

20 коммутирующих диода, причем RC-интегратор задержки включен параллельно выводам питания операционного. усилителя обратной связи, интегратор задержки подключен к общей шине, а параллельно реэи25 стору RC-интегратора задержки включен первый коммутирующий диод, анодом соединенный с общей точкой конденсатора и резистора RC-интегратора задержки, выход котбрдго подключен к катоду второго ком30 мутирующего диода, анод которого подключен к неин верти рующему входу операционного усилителя обратной связи, к которому подсоединен катод третьего коммутирующего диода, анод которого подклю35 чен к инвертирующему входу операционного усилителя обратной связи.