Импульсный стабилизатор постоянного разнополярного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных электронных устр-вах с дифференциальной нагрузкой, требующих два разнополярных источника питания с общей шиной. Цель изобретенияповышение надежности путем обеспечения защиты от перегрузок по току. Устр-во содержит два транзисторных ключа, две формирующие цепи, перезарядный конденсатор, два коммутирующих диода, два токоограничи-вающих дросселя, два чувствительных элемента , два источника опорного напряжения , два компаратора, два суммирующих элемента, а также управляемый генератор, три делителя напряжения, два переключающих транзистора, коммутирующий транзистор, сумматор, два переключающих диода, генератор, стабилитрон , защитный диод, чувствительный транзистор, усилительный транзистор и два ограничительных резистора с соответствующими связями. Импульсное управление транзисторными ключами обеспечивает попеременный заряд накопительных конденсаторов до уровней стабилизации с высокой частотой коммутации. 1 нл. € (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

QO4 G 05 F 569

3gppp

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

%Чяв (21 ) 3944993/24-07 (22) 19.08,85 (46 ) 15.06.88. Бюл. М 22 (72) Е.П.Волков, В.И,Орехов, G,Н,Петров, А,В,Литвинов и О,Г.Никифорова (53) 621.316.722.1 (088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

11-. 1065839, кл. G 05 F !/56, 1982, Авторское свидетельство СССР

Ф 1321551, кл, G 05 F !/569, 1985. (54) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО РАЗНОПОЛЯРИОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных электронных устр-вах с дифференциальной нагрузкой, требующих два разнополярных источника питания с общей шиной. Цель изобретенияповышение надежности путем обеспечения защиты от перегрузок по току.

„„SU 403041 А I

Устр-во содержит два транзисторных ключа, две формирующие цепи, перезарядный конденсатор, два коммутирующих диода, два токоограничнвающих дросселя, два чувствительных элемента, два источника опорного напряжения, два компаратора, два суммирующих элемента, а также управляемый генератор, три делителя напряжения, два переключающих транзистора, коммутирующий транзистор, сумматор, два переключающих диода, генератор, ста— билитрон, защитный диод, чувствительный транзистор, усилительный транзистор и два ограничительных резистора с соответствующими связями. Импульсное управление транзисторными ключами обеспечивает попеременный .заряд накопительных конденсаторов до уровней стабилизации с высокой частотой коммутации, 1 ил, 1403041

Изобретение относится к электро- технике и может быть использовано в различных электронных устройствах с дифференциальной нагрузкой, требующих два разнополярных источника питания с общей шиной, н частности разрабатываемых с применением интегральных операционных усилителей и некоторых типов микропроцессоров. 1О

Цель изобретения — повышение надежности стабилизатора путем обеспечения защиты от перегрузок по току.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предла- 15 гаемого стабилизатора.

Стабилизатор содержит первый транзисторный ключ 1, который подключен коллектором к входу первой формирующей цепи 2, состоящей из дросселя 3 20 и последовательно соединенных диода 4 и накопительного конденсатора 5, который подключен параллельно выходу первой формирующей цепи 2, Катод диода 4 является положительным выходом импульсного стабилизатора, Вывод дросселя 3 соединен с коллектором первого транзисторного ключа 1, эмиттер которого соединен с общей шиной стабилизатора. Последовательно соецинен- 30 ные перезарядный конденсатор 6 и первый коммутирующий диод 7 подключены параллельно первому транзисторному ключу 1..Катод первого коммутирующего диода 7 соединен с общей шиной стабилизатора, а анод — с катодом диода 8 второй формирующей цепи 9, Анод диода 8 соединен с выходом второй формирующей цепи 9, параллельно которому подключен накопительный 10 конденсатор 10. Второй транзисторный ключ 11 коллектором подключен к входу импульсного стабилизатора, а эмиттером — к входу токоограничинающего дросселя 12 и катоду второго коммути-45 рующего диода 13, анод которого под- ключен к аноду первого коммутирующего диода 7. Выход токоограничивающего дросселя 12 соединен с коллекто ром первого транзисторного ключа 1.

Входы транзисторных ключей 1 и 11 соединены с выходами согласующих усилителей 14 и 15 ° Два источника 16 и 17 опорного напряжения и дна чувст. вительных элемента 18 и 19 включены попарно последовательно и параллельно выходам импульсного стабилизатора..

Их общие точки подключены к общей шине стабилизатора. Выходы чувствительных элементов 18 и 19 и источникон 16 и 17 опорного напряжения через соответствующие суммирующие устройства 20 и 21 подключены к входам компараторов 22 и 23 соответственно, Входы генератора 24 подключены к входу импульсного стабилизатора, а выходык аноду первого переключающего диода 25, катод которого соединен с катодом второго переключающего диода 26.

Анод диода 26 подключен к положительному выходу стабилизатора, Катоды переключающих диодов 25 и 26 соединены с одним из входов управляемого генератора 27. Два его других входа подключены к коллекторам переключающих транзисторов 28 и 29, эмиттеры которых соединены с общей шиной стабилизатора. Выходы управляемого генератора 27 подключены к входам соответствующих согласующих устройстн 14 и 15. Входы первого 28 и второго 29 переключающих транзисторов подключены к выходам делителей 30 и 31 напряжения соответственно, включенных между катодами переключающих диодов 25 и

26 и общей шиной стабилизатора. Вход первого переключающего транзистора 28 подключен к выходу компаратора 23, Параллельно входу второго переключаемого транзистора 29 включен коммутирующий транзистор 32, соединенный с общей шиной стабилизатора эмиттером, а входбм подключенный к выходу сумматора 33. Первый вход сумматора 33 соединен с выходом первого компаратора 22, а второй вход через первый ограничительный резистор 34 подключен к коллектору усилительного транзистора 35. Эмиттер усилительного транзистора 35 подключен к входу первой формирующей цепи 2, а базак входу третьего делителя 36 напряжения, включенного между эмиттером усилительного транзистора 35 и коллектором чувствительного транзистора 37»

Параллельно входу чувстнительного транзистора включен защитный диод 38, анод которого соединен с эмиттером чувствительного транзистора 37 и через второй ограничительный резистор

39 подключен к общей точке диода 4 и накопительного конденсатора 5 первой формирующей цепи 2. База чувствительного транзистора 37 соединена с анодом стабилитрона 40, катод которого подключен к коллектору первого транзисторного ключа 1.

1403041

Импульсный стабилизатор работает следующим образом.

Стабилизация выходных напряжений осуществляется путем импульсного управления транзисторными ключами 1 и 11, обеспечивающими полеременный заряд накопительных конденсаторов 5 и 10 до уровней стабилизации. Пусть в первый момент транзисторный ключ 10

1 закрыт, а транзисторный ll открыт.

Ток от входной сети через открытый транзисторный ключ II обмотки первого 12 и второго 3 токоограничивающих дросселей, а также диод 4 первой фор- 15 мирующей цепи 2 заряжает емкость накопительного конденсатора 5 до уровня стабилизации.Происходит заряд перезарядного конденсатора 6 через транзисторный ключ 11,токоограничивающий 20 дроссель 12 и первый коммутирующий диод до уровня, на 1, 5-2 В превышающего уровень заряда накопительного конденсатора. Напржкение с накопительного конденсатора 5 в номинальном режиме работы через переключающий диод 26 подается на управляемый генератор 27.

Во время выхода на номинальный режим работы при включении и во время короткого замыкания по положительному 30 выходу напряжение питания, меньшее выходного на 2-3 В, поступает с выхода генератора 24 через переключающий диод 25. После выхода наноминальный режим работы и в случае исчезновения короткого замыкания по положительному выходу стабилизатора питание управляемого генератора осуществляется от выходного напряжения стабилизатора, а вспомогательное напряже- 40 ние с выхода генератора отключается, (дополнительные выходы генератора 24 .могут быть. использованы для организации подпитки коллекторов транзисто.ров согласующих усилителей 14 и 15 45 для повышения КПД устройства). Во время выхода на номинальный режим работы напряжения с выходов первого 30 и второго 31 делителей напряжения открывают первый 28 и второй 29 пере- 50 ключающие транзисторы, которые предназначены для принудительного переключения управляемого генератора 27, а генератор 2 7 обеспечивает при этом естественное управление транзисторны- 55 ми ключами I.и 11 до выхода импульсного стабилизатора в режим стабилизации выходных напряжений. Разница между уровнями заряда переэарядного конденсатора 6 и накопительного конденсатора 5 не превышает 1,5-2 В, и схема зашиты от перегрузки и корот— кого замыкания не срабатывает. Управляемый генератор 27 через согласующие усилители 14 и 15 переключает транзисторные ключи и 11, Заряд, накопленный на перезарядном конденсаторе 6 при открытом тран-. зисторном ключе Il и закрытом транзисторном ключе 1, в момент открывания транзисторного ключа I и эапирания транзисторного ключа II через открытый транзисторный ключ I общую шину, накопительный конденсатор 10 и диод 8 второй формирующей цепи 9 перетекает на обкладки накопительного конденсатора 10. Энергия, накопленная в токоограничивающем дросселе

12, частично обеспечивает подзаряд перезарядного конденсатора 6 через второй коммутирующий диод 13 и накопительного конденсатора 10.

Через несколько десятков циклов напряжение на выходе накопительного конденсатора 5 достигает уровня стабилизации. Это напряжение замеряется чувствительным элементом 18, сравни- вается с напряжением источника 16 опорного напряжения. Разность этих напряжений с выхода суммирующего устройства 20 поступает на вход компаратора 22, усиливается и обеспечивает принудительное переключение управляемого генератора 2 7 путем подачи положительного сигнала с выхода компаратора 22 через сумматор 33 на вход коммутирующего транзистора 32.

Это напряжение отпирает коммутирующий транзистор 32, который в свою очередь, шунтируя вход второго переключающего транзистора 29, запирает

его. Управляющий генератор 27 переводит транзисторный ключ 1 в открытое состояние, а транзисторный ключ Il в закрытое. В результате напряжение на выходе накопительного конденсатора 10 также достигает уровня стабилизации. Это напряжение измеряется чувствительным элементом 19, сравнивается с напряжением источника 17 опорного напряжения на входах суммирующегоо устройства 21 ° Происходит сраб атывание компаратора 23, который подает часть отрицательного напряжения накопительного конденсатора 10 на выход первого делителя 30 напряжения, соединенного с входом первого пере1 403041 ключающего транзистора 28. При этом потенциал этой точки становится отрицательным относительно общей шины стабилизатора. Происходит эапирание

5 первого переключающего транзистора 28 и переключение управляемого генератора 27, который, в свою очередь, через согласующие усилители 14 и, переключает транзисторные ключи 1 и, 1. Транзисторный ключ 1! открывает ся, а транзисторный ключ l закрыва. ется. Далее цикл работы повторяется.

При возникновении короткого замыкания в номинальном режиме работы

„по выходу положительной полярности (!

, происходит быстрый разряд накопитель ного конденсатора 5. Так короткого, замыкания нарастает по экспоненте

; (He многовенно) из-за наличия B це, пи его действия двух дросселей 3 и

; . 12, т. е. напряжение на переэарядном, :конденсаторе убывает значительно . медленнее. Иэ-за быстрого увеличения ,разности напряжений на перезарядном 25, конденсаторе 6 и накопительном кон,денсоторе 5 происходит открывание чувствительного транзистора 37, так как разность указанных напряжений становится выше стабилизации стабили- -„

30 трона 40. Чувствительный транзистор

37 через делитель 36 напряжения вызывает отпирание усилительного транзистора 35, который, в свою очередь, :через первый ограничительный резис тор 34 и сумматор 33 вызывает отпира-! ! ние ко. мутирующего транзистора 32., Коммутирующий транзистор 32, сраба тывая, обеспечивает эапирание второго переключающего транзистора 29, 40 управляемый генератор 27 переключается в новое устойчивое положение, при котором обеспечивается запирание ранее открытого транзисторного ключа 11 и отпирание транзисторного ключа 1.

Срабатывание схемы защиты от короткого замыкания происходит достаточно быстро, и ток короткого замыкания не успевает превысить номинальный ток нагрузки на 15-207 и не приводит к насыщению сердечников первого 12 и

50 второго 3 токоограничивающих дросселей. В это время управляемый генератор 2 7 питается от выхода генератора

24 через переключающий диод 25. После запирания транзисторного ключа 11 и отпирания транзисторного ключа 1 про" исходит частично размагничивание сердечника дросселя 3 током короткого замыкания через открытъъй транэисторный ключ 1 и диод 4. При этом рассеи -. вается накопленная в нем электромаг— нитная энергия и он подготавливается к следующему циклу работы. Второй ограничитель резистор 39 служит для ограничения тока через чувствительный транзистор 37. Вместе с падением уровня напряжения на накопительном конденсаторе 5 несколько понижается уровень напряжения и на переэарядном конденсаторе 6, и его не хватает, чтобы довести напряжение на накопительном конденсаторе )О до уровня стабилизации. Управляемый генератор переключается уже не компаратором 23, а естественным путем, так как первый 28 и второй 29 переключающие транзисторы открыты напряжением с первого 30 и второго 3! делителей напряжения и не оказывают влияния на работу управляемого генератора 2 7, При возникновении короткого замыкания по обоим выходам суть работы защиты схемы от короткого замыкания фактически не меняется, за исключением того что перезарядный конденсатор разряжается до более низкого уровня. После исчезновения коротко— го замыкания схема импульсного стабилизатора самовосстанавливается и продолжает нормальную работу в номинальном режиме.

Формула изобретения

Импуль сный стабилизатор по стоянного разнополярного напряжения, содержащий первъ|й транзисторный ключ, коллектор которого подключен к входу первой формирующей цепи, состоящей из дросселя и последовательно соединенных диода и накопительного конденсатора, который подключен параллельно выходу первой формирующей цепи, причем катод диода является положительным Выходным ВыВОдОм, ВыВОд дрос селя соединен с коллектором первого транзисторного ключа, эмиттер которого соединен с общей шиной, последовательно соединенные переэарядный конденсатор и первый коммутирующий диод подключены параллельно первому транзисторному ключу, при этом катод первого коммутирующего диода соединен с общей шиной, а анод — с катодом диода второй формирующей цепи, анод которого соединен с Выходом! 40304! второй формирующей цепи, паралпельно которому подключен накопительный конденсатор, второй транзисторный ключ, коллектор которого подключен

5 к входному выводу, а эмиттер — к входу токоограничивающего дросселя и катоду второго коммутирующего диода, анод которого подключен к аноду первого коммутирующего диода, выход токоограничивающего дросселя соединен с коллектором первого транзисторного ключа, управляющие входы транзисторных ключей соответственно соединены с выходами согласующих у сипи» телей, два источника опорного напряжения и два чувствительных элемента .включены попарно последовательно и параллельно выходным. выводам, причем их общие точки подключены к общей шине, выходы чувствительных элементов и источников опорного напряжения через соответствующие первый и второй сумматоры подключены соответственно к входам первого и второго компараторов, управляемый генератор, первый и второй входы которого подключены.к коллекторам. переключающих транзисторов, эмиттеры которых соединены с общей шиной, выходы управля- З0 емого генератора подключены к входам соответствующих согласующих усилителей, базы переключающих транзисторов подключены к выходам соответственно первого и второго делителей напряжения, первые входы которых подключе35 ны к общей шине, при этом база первого переключающего транзистора подключена к выходу, второго компаратора, а параллельно база -эмиттерному пере40 ходу переключающего транзистора включен коммутирующий транзистор, соедипенный эмиттером с общей шиной, о тличающийся тем,что,с целью повышения надежности путем обеспечения защиты от перегрузок по току, в него введены третий сумматор, два переключающих диода, генератор, стабилитрон, защитный диод, чувствительный транзистор, усилительный транзистор, два ограничительных резистора и третий делитель напряжения, причем входы генератора подключены к входным выводам, а выл од — к аноду перваго переключающего диода, катод которого соединен с катодом второго переключающего диода, подключенного анодом к положительному выходному выводу, катоды переключающих диодов подключены к вторым входам первого и второго делителей напряжения и к третьему входу управляемого генератора, первый вход третьего сумматора подключен к выходу первого компаратора, а второй вход через первый ограничительный резистор подключен к коллектору усилительного транзистора, эмиттер которого подключен к входу первой формирующей цепи, а база — к выходу третьего делителя напряжения, включенного между эмиттером .усилительного транзистора и коллектором чувствительного транзистора, эмиттер которого подключен к аноду защитного диода, катод которого подключен к базе чувствительного транзистора и через стабилитрон к коллектору первого транзисторного ключа, кроме того, анод защитного диода через второй ограничительный резистор подключен к общей точке диода и накопительного конденсатора первой формирующей цепи.

140304 I

Составитель С.Горбачева

Редактор А.Огар Техред М..Ходанич КорреКТоР M,Màêñèìèøèíåö

Заказ 2859/39

Тираж 86б Подписное

ВНИИХИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

li3035, Москва, Ж-35, Раушская наб. д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Ifpëñêòíÿÿ, 4