Стабилизированный источник постоянного напряжения

 

Изобретение относится к вторичным источникам питания радиоаппаратуры . Целью изобретения является повышение надежности в работе стабилизированного источника постоянного напряжения . Поставленная цель достигается стробированием селекторов 6,7, управляющих усилителем 8 мощности в начале тактовых интервалов для предотвращения режимов сквозных токов усилителя 8, а также путем стробирования сигналов управления усилителем 8 при уменьшении входного напряжения ниже заданного или при увеличении выходного напряжения выше заданного. 1 1 з.п. ф-лы, 18 шт. 00 со

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК.,б0„» 130 0 (5D 4 6 05 F 1, 56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3993639/24-07 (22) 23. 12.85 (46) 07.05.87. Бкл. Ф 17 (72) Г.А.маслов и А.А.Ходыкин (53) 62 1.316.722(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 548929, кл. G 05 F 1/56, 19?4.

Авторское свидетельство СССР

У 817696, кл. G 05 F 1/56, 1981. (54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к вторичным источникам питания радиоаппаратуры. Целью изобретения является повы— шение надежности в работе стабилизированного источника постоянного напряжения. Поставленная цель достигается стробированием селскторов 6,7, управляющих усилителем 8 мощности в начале тактовых интервалов для предотвращения режимов сквозных токов усилителя 8, а также путем стробирования сигналов управления усилителем

8 при уменьшении входного напряжения ниже заданного или при увеличении выходного напряжения выше заданного. 1

1 з.п. ф-лы, 18.ил.

1309012

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электроггитания апггарату— ры связи, автоматики и вычислительной техники. 5

Цель изобретения — гтовышение надежности работы стабилизированного источника постоянного напряжения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема стабилизированного ис- 10 точника постоянного напряжения; HB фиг. 2-4 — эпюры напряжений в характерных точках схемы; на фиг. 5 электрическая схема задающего генератора; на фиг. 6 — схема генератора пилообразного напряжения; на фнг.

7 — схема,пелителя частоты; на фиг.

8 — схема цепи обратной связи, на фиг. 9 — схема компаратора; на фиг.

10 — схема селекторов; на фиг. 11 — 20 схема усилителя мопшости; на фиг, 12— схема выпрямителя; на фиг. 13 — схема фильтра; на фиг. 14 — схема нульоргана; на фиг. 15 — схема RS-триггера, на фиг. 16 — схема блока установ?5 ки триггера; на фиг. 17 — схема порогового блока; на фиг. 18 — схема датчика напряжения сети.

Устройство содержит задающий генератор 1, генератор 2 пилообразного на-3О пряжения, делитель 3 частоты, цепь обратной связи, компаратор 5, селекторы 6 и 7, усилитель 8 мощности, выпрямитель 9, фильтр 10, нагрузку

11, нуль-орган 12, RS-триггер 13,, 35 блок l4 установки триггера, элемент

ЗИ-НЕ 15, пороговый блок 16 логический элемент ИЛИ 17, датчик 18 напряжения сети.

Усилитель 8 мощности, выпрямитель

9 и фильтр 10 составляют силовую часть схемы, остальные функциональные элементы — управляющую часть.

Задающий генератор 1 (фиг. 5) содержит микросхему 19, резисторы 20—

23, конденсаторы 24 и 25. Задаюгпий генератор 1 предназначен для получения последовательности импульсов (фиг. 2а). При необходимости частоту задающего генератора 1 можно изменять путем подбора величины емкос.ти конденсатора 24. Инвертор на логическом элементе и резисторе 23 уменьшает влияние делителя 3 частоты на параметры задающего генератора 1.

Генератор 2 пилообразного напряжения (фиг. 6) выполнен в виде интегрирующей RC-цепочки, на вход которой подается последовательность импульсов (фиг. 2г), а с выхода снимается пилообразное напряжение (фиг. 33) .

Делитель 3 частоты (фиг. 7) содержит микросхемы 26 и 27. Делитель 3 частоты выполнен на основе двоичного счетчика и предназначен для понижения частоты задающего генератора в

2, 4, 8, 16 раз, а также для формирования сдвинутых на 180 относительно друг друга тактирунпцих сигналов (фиг.,",e).

Цепь 4 обратной связи (фиг. 8) содержит операционный усилитель на микросхеме 28, на неинвертирующий вход которого подается опорное напряжение с делителей 29-31, а на инвертирующий — выходное напряжение. источника с лpлитег!pй Зс и 33 .

В результате сравнения напряжений на выходе усилителя формируется сигнал рассогласования (фиг. Згг), пропорциональный изменению выходного напряжения источника. Для обеспечения плавного нарастания выхоцного напряжения источника при его включении часть делителя шунтирована конценсатором.

Компаратор 5 (фиг. 9) выполнен на микросхеме 34 и предназначен для получения импульсов с изменяющейся длительностью (фиг. ЗК).

Селектор 6 (фиг. 10) содержит ло— гический элемент 35, транзистор 36, трансформатор 37. Логический элемент

35 предназначен для формирования импульсов управления (фиг. Зм), транзистор 36 — для их дальнейшего усиления, а трансформатор 37 — для гальванической развязки и трансформирования с целью получения управляющих сигналов транзисторами 38 и 39 усилителя 8 мощности (фиг. 11). Селектор

7 содержит логический элемент 35, транзистор 40, трансформатор 41 (фиг.

10). Логический элемент 35 предназначен для формирования импульсов управления (фиг. Зн), транзистор 40 для их дальнейшего усиления,а трансформатор 41 — для гальванической раз. вязки и трансформирования с целью по. лучения управляющих сигналов транзисторами 42 и 43 усилителя 8 мощности (фиг. 11).

Усилитель 8 мощности (фиг. 11) содержит транзисторы 38-43, трансформатор 44 45. Усилитель

8 мощности выполнен по мостовой cxe—

1309012

f0 ме и предназначен дпя преобразования постоянного напряжения источника питания в переменное прямоугольной формы с последующей его трансформацией понижающим (повышающим) трансформатором 44. Транзисторы 38-43 работают в противофазе в ключевом режиме.

Выпрямитель 9 (фиг. 12) содержит диоды 46-53, включенные по схеме двухполупериодного выпрямителя со средней точкой вторичной обмотки трансформатора 44 (фиг. 11). Выпрямитель 9 предназначен для преобразования двухполярных импульсов напря- f5 жения (фиг. 3p) снимаемых с вторичных обмоток трансформатора 44, в однополярные.

Фильтр 10 (Фиг. 13) содержит дроссель 54 и конденсаторы 55 — 68. Фильтр 20

10 выполнен в виде Г-образного LC— фильтра и предназначен для сглаживания выпрямленного выпрямителем 9 (фиг. !2) напряжения. Сглаженное фильтром 10 напряжение поступает для питания нагрузки 11 (фиг. 1).

Нуль-орган 12 (фиг. 14) содержит транзисторы 69 и 70, стабилитрон

7 1, микросхему 72. Нуль-орган 12 предназначен для формирования сигналаЗО логического нуля (уровень напряжения постоянного тока 0-0,4 В) на входе логического элемента KIH 17 в случае превышения выходным напряжением источника его заданного уровня. 35

RS-триггер 13 (фиг. 15) выполнен на микросхеме 73 и предназначен для управления источником. Прямой выход

Q RS-триггера подключен к третьим входам селекторов 6 и 7. Наличие сигнала логической единицы (уровень напряжения постоянного тока 2,4-4,0 В) на прямом выходе Q RS-триггера (фиг.

3h) соответствует выдаче источником выходного напряжения, а наличие логического нуля — запрету.

Блок 14 установки триггера (фиг.

16) содержит микросхему 74, RC-цепочку 75 и 76, диод 77 и дифференци- 5п рующую RC-цепочку 78 и 79. Блок 14 установки триггера предназначен для управления RS-триггером при включении источника. Перепад напряжения с логического нуля на логическую единицу дифференцирующей RC-цепочкой подается на вход микросхемы 80 (фиг. 15), в результате чего на S-входе RSтриггера формируется кратковременный уровень логического нуля, что Bl ль1вает его опрокидывание и появленис выходного напряжения источник».

Порсгговый блок 16 (фиг. 17) содержит микросхему 81, на неинвертирующий вход которой подается опорное напряжение с делителей 82 — 8, а на инвертирующий — сигнал с датчика 18 напряжения сети через делители 8) и 86. В результате сравнения напряжени 1 на выходе порогового блока 16 формируется сигнал логического нуля, который через логический элемент ИЛИ 17 и микросхему 87. (фиг. 15) воздействует на Rвход RS-триггера, что вызывает его опрокидывание и запирание транзисторов усилителя 8 мощности. Выходное напряжение источника становится равным нулю.

Датчик 18 напряжения сети (фиг.

18) содержит трансформатор 88, выпрямитель 89 и конденсатор 90. Датчик

18 напряжения сети предназначен для формирования сигнала, пропорциональ— ного величине напряжения питания источника.

Стабилизированный источник постоянного напряжения работает следующим образом.

После подачи сетевого питания на источник запускается задающий генератор 1, с выхода которого импульcíûé сигнал (фиг. 2п) поступает на вход делителя 3 частоты. Последний формирует равные по длительности полупериодов тактирующие импульсные сигналы, сдвио нутые по фазе на 180 относительно друг друга (фиг. ?.) е), а также импульсные сигналы (фиг. 2В, 5,г), поступающие на вход элемента ЗИ-HE 15.

Одновременно импульсный сигнал (фиг. 2I) поступает ка вход генератора

2 пилообразного напряжения, формирующего пилообразное напряжение (фиг.З ).

Это напряжение подается на неинвертирующий вход компаратора 5, на инвертирующий вход которого поступает через цепь 4 обратной связи сигнал (фиг. Зu) пропорциональный выходному напряжению источника. На выходе компаратора 5 формируются импульсы, длительность которых обратно пропорЦиональна выходному напряжению (фиг. 3 к). Элемент ЗИ-НЕ 15 осуществляет функцию формирования сигнала блокировки (фиг. 2ж) в виде логического нуля длительностью с в начале кажпого полупериода Т/2, чем гаран1309012 тируется наличие паузы между управляющими импульсами транзисторов усилителя 8 мощности, а значит исключается возможность появления сквозных" токов. Причем указанная пауза в предлагаемом источнике формируется с момента запуска задающего гене.— ратора 1 независимо от режима работы источника: режим включения источника, режим стабилизации, переходные режимы при сбросе (набросе) нагрузки, режим выключения, что положительным образом сказывается на увеличении надежности всего источника в целом.

Временные диаграммы (фиг. 4) поясняют 1-" работу стабилизированного источника постоянного напряжения в случае мак-. симального расширения импульсов уп— равления.

Таким образом, на разрешающие вхо- 20 ды селекторов 6 и 7 подаются тактирующие сигналы с делителя 3 частоты (фиг. 2,В) на входы управляющие широтно-модулированные сигналы с компаратора 5 (фиг. Зк), на входы блокировки от повьппенного и пониженного напряжения — сигнал логической единицы с прямого выхода Q RS-триггера

13 (фиг. Зл), а на входы блокировки режима сквозных токов — сигнал с выхода элемента ЗИ-НЕ 15 (фиг. ?ж). С выхода селекторов 6 и 7 управляющие сигналы (фиг. Злли 3 н соответственно) поступают на вход усилителя 8 мощности., который формирует напряже- 35 ние прямоугольной формы с разной полярностью. Выходное напряжение усилителя 8 мощности (фиг. 3p) через выпрямитель 9 и фильтр 10 поступает на выход источника для питания нагрузки

11.

Изменение выходного напряжения источника под действием дестабилизирующих факторов (например, изменение питающего сетевого напряжения, тока нагрузки) приводит к компенсирующему

его изменению длительности сигнала компаратора 5, что обеспечивает заданную стабильность выходного напряжения источника. 50

Подача управляющих сигналов (фиг.

Зм, н) с выхода селекторов 6 и 7»а вход усилителя 8 мощности должна происходить при сетевом напряжении не менее минимально необходимого. При меньшей величине сетевого напряжения возможен срыв стабилизации выходного напряжения источника из-за полного расширения импульсов управления, а также появление несформированных по амплитуде управляющих сигналов. При этом транзисторы усилителя 8 мощности могут выйти из несьпцения, в результате чего резко возрастает рассеиваемая на них мощность, повышается вероятность выхода их из строя и потому снижается надежность всего источника. Именно функцию запрета подачи управляющих сигналов на вход усилителя 8 мощности при сетевом напряжении менее минимально необходимого . выполняют вновь вводимые пороговый блок 16, логический элемент ИЛИ 17 и датчик 18 напряжения сети, При несоответствии сетевого напряжения его минимально необходимому значению пороговый блок 16 формирует сигнал, воздействующий через логический элемент ИЛИ 17 íà R-вход RSтриггера 13, что приводит к установлению на прямом выходе 0 RS-триггера

13 уровня логического нуля и отсутствию управляющих сигналов на входе усилителя 8 мощности. Данное состояние RS-триггера 13 сохраняется до тех пор, пока блок 14 установки триг-, гера не сформирует сигнал в виде кратковременного логического нуля не

S-вход RS-триггера 13, что приводит к его перебросу. При этом на прямом выходе Q RS-триггера 13 устанавливается уровень логической единицы (фиг. Зл), а значит на вход усилителя 8 мощности поступают управляющие сигналы (фиг. ЗМ,н) и на выходе источника появляется напряжение.

В случае превышения выходным напряжением источника допустимого уровня, определяемого величиной опорного напряжения U „, нуль †орг 12 через логический элемент ИЛИ 17 воздействует на R-вход RS-триггера 13, что приводит к его перебросу и отсутствию управляющих сигналов на входе усилителя 8 мощности. При этом выходное напряжение источника уменьшается до нуля.

Таким образом, повьппение надежности стабилизированного источника постоянного напряжения достигается эа, счет исключения возможности появления "сквозного" тока через транзисторы усилителя мощности и за счет исключения работы источника при сетевом напряжении питания менее минимально

1309012 необходимого, что возможно, например, при его включении.

Формула и э обретения

1. Стабилизированный источник постоянного напряжения, содержащий задающий генератор, выход которого соединен с входом делителя частоты, первый и второй выходы которого подключены к 10 разрешающим входам селекторов, управляющие входы которых подключены к выходу компаратора, а входы блокировки от пониженного и повышенного напряжения подключены к выходу RSтриггера, к первому входу компаратора подключен выход генератора пилообразного напряжения, выходы селекторов подключены через последовательно соединенные усилитель мощности, 20 выпрямитель и фильтр к выводам для подключения, нагрузки, соединенным че. рез цепь обратной связи с вторым входом компаратора, блок установки триггера, подключенный к S-входу

RS-триггера, нуль-орган, один вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а другой — к выводам

1 для подключения нагрузки, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности работы источниха, в него введены логический элемент

ЗИ-НГ, пороговый блок, датчик напряжения сети и логический элемент ИЛИ, причем три входа элемента ЗИ-НЕ соединены соответственно с третьим, четвертым и пятым выходами делителя частоты, а выход элемента ЗИ-НŠ— с входами блокировки режима сквозных токов двух селекторов, вход генератора пилообразного напряжения подключен к четвертому выходу делителя частоты, выход датчика напряжения сети соединен через пороговый блок с одним входом логического элемента ИЛИ, другой вход которого соединен с выходом нуль-органа, а выход логического элемента ИЛИ вЂ” с R-входом RS-триггера.

2. Источник постоянного напряжения по п. 1, отличающийся тем, что делитель частоты выполнен в виде четырех последовательно соединенных нетактируемых Т-триггеров и двух инверторов, при этом выход первого триггера подключен к первому выходу елителя частоты непосредственно, а через первый инвертор — к второму выходу делителя частоты, третий, четвертый и пятый выходы делителя частоты подключены к выходам соответственно четвертого, второго и третьего триггеров. 1309032

У,ю з.и

Pus.7

И

+ET 2

1309012 (Риа 12

1309012

1309012

Составитель A.Áîæåíîâ

Редактор Н.Тупица Техред В.Кадар Корректор Г.Решетник

Заказ 1798/41 Тираж 864 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4