Импульсный стабилизатор постоянного напряжения

 

Использование: при построении экономических стабилизированных вторичных источников питания различной радиоэлектронной аппаратуры. Сущность изобретения: стабилизатор содержит силовой ключ 1, DLC-фильтр, усилитель рассогласования 5, резистор обратной связи 6, источник опорного напряжения 7, компаратор 8, времязадающую цепочку 9, 10, диоды 11, 12, сглаживающий конденсатор 13, триггер 14, задающий генератор 15, логический элемент И 16. В стабилизаторе обеспечено резкое снижение выходного тока при перегрузке без использования датчика-тока в его составе, при этом значительно снижается мощность, рассеиваемая на силовых элементах стабилизатора, так что она не превышает мощности, рассеиваемой в нормальном режиме эксплуатации, повышена надежность стабилизатора. 2 ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 05 Р 1/56

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ы

1» (21) 4917477/07 (22) 11.03.91 (46) 30,01.93. Бюл. N. 4 (71) Главная астрономическая обсерватория

АН ЧССР (72) А.С. Делец (56) 1, Авторское свидетельство СССР

М 1205134, кл. G 05 F 1/573, 1984.

2. Левинзон С.В. Защита s источниках электропитания РЭА, M., Радио и связь, 1990, с, 77.

3, Фолкенберри Л. Импульсный стабилизатор со схемой управления на недорогих таймерах, — "Электроника", N27,,1980, с. 53-54. (54) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

„, . Ж„„1791801 А1 (57) Использование: при построении экономических стабилизированных втооичных источников питания различной радиоэлектронной аппаратуры. Сущность изобретения: стабилизатор содержит силовой ключ

1, OLC-фильтр, усилитель рассогласования

5, резистор обратной связи 6, источник опорного напряжения 7, компаратор 8, времязадающую цепочку 9, 10, диоды 11, 12, сглаживающий конденсатор 13, триггер 14, задающий генератор 15, логический элемент И 16. В стабилизаторе обеспечено резкое снижение выходного тока при перегрузке без использования датчика-тока в его составе, при этом значительно снижается мощность, рассеиваемая на силовых элементах стабилизатора, так что она не превышает мощности, рассеиваемой в нормальном режиме эксплуатации, повышена надежность стабилизатора. 2 ил.

1791801

25 ходу интегратора (1).

Изобретение относится к электротехник» и может быть использовано при постро ении экономических стабилизированных вторичных источников питания различной радиоэлектронной аппаратуры, Известен импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные датчик тока, Ф силовой "ключф.LCD-фильтр, точка соединения дросселя и конденсатора которого образует выход стабилизатора для подключения нагрузки, интегратор, один вход которого подключен к точке соединения силового ключа с дросселем LCD-фильтра, другой вход — к источнику опорного напря>кения, задающий генератор, два триггера и логический элемент И, выход задающего генератора соединен со входом первого триггера, выход которого подключен к установочному входу второго триггера и одному из входов логического элемента И, другой вход которого соединен с выходом второго триггера, а выход логического элемента И подключен к управляющему входу силового ключа, выход датчика тока подключен к узлу выделения токовых импульсов, выход которого соединен с первым входом сброса второго триггера, второй вход сброса этого триггера подключен к выНедостатком этого стабилизатора является то обстоятельство, что в режиме перегрузки мощность, рассеиваемая на силовом ключе, превышает мощность, рассеиваемую в нормальном режиме эксплуатации, т.к. при перегрузке данного стабилизатора он переходит в режим стабилизации тока с соответствующей выходной характеристикой (типа 2 в соответствии с (2)), что ведет к снижению надежности, увеличению массы, габаритов и сложности этого стабилизатора.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные в силовую шину датчик тока, силовой ключ с LCD-фильтр, точка соединения дросселя и конденсатора которого образуют выход стабилизатора для подключения нагрузки, усилитель сигнала рассогласования, один вход которого подключен к выходу стабилизатора, а другой вход — к источнику опорного напряжения, времязадающую цепочку, состоящую из последо вательно соединенных резистора и конденсатора, так что резистор подключен к силовой шине на входе стабилизатора, а конденсатор — к общему проводу разрядноI о ключа и комп,ратора. причем один вход компаратора и разрядный ключ подключены параллельно конденсатору времязадающей цепочки, а другой вход компаратора подключен к выходу усилителя рассогласования, задающий генератор, триггер и логический элемент И, выход задающего генератора соединен с установочным входом триггера и одним из входов логического элемента И, другой вход которого подключен к выходу компаратора, а выход логического элемента И подключен к одному из входов сброса триггера, выход которого подключен к управляющим входам разрядного и силового ключей, выход датчика тока соединен со входом узла выделения токовых импульсов, выход которого подключен к другому входу сброса триггера (3).

Рассматриваемый стабилизатор (3) выполнен с использованием интегрального таймера типа 555 (отечественный аналог—

100бВИ1). В приведенной характеристике технической сущности прототипа использована соответствующая функциональная схема как таймера, так и стабилизатора в целом. Причем в состав функциональной схемы таймера включены только его существенные признаки для данного предложения, Недостатком данного стабилизатора, так же как и предыдущего аналога, является повышенная мощность, рассеиваемая на его силовых элементах в режиме пере рузки, что ведет к снижению надежности, увеличению массы, габаритов и сложности этого стабилизатора. Дополнительная сложность рассматриваемого стабилизатора связана также с наличием специальных элементов, необходимых для защиты от перегрузок по току. Такими элементами являются датчик тока, выполненный в виде резистора, а также узел выделения токовых импульсов. Кроме того, на резистивном датчике тока выделяется дополнительная мощность, что снижает экономичность стабилизатора, а падение напряжения этом датчике с увеличением тока наг у- ., является дополнительным источником нестабильности выходного напряжения стабилизатора.

Цель изобретения — повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные силовой ключ и LCD-фильтр, точка соединения дросселя и конденсатора которого подключены к выходному выводу, усилитель рассогласования, один вхо 1которого подключен к выходному выводу, а другой — к источнику опорного напряжения, 1791801

10

30

50 компаратор и времязадающую цепочку, состоящую из резистора и конденсатора, подключенных одними выводами к одному из входов компаратора, другой вывод конденсатора подключен к общему проводу, а другой вход компаратора соединен с выходом усилителя рассогласования, задающий генератор, триггер и логический элемент И, выход задающего генератора соединен с установочным входом триггера и одним из входов логического элемента И, вход сброса триггера подключен к выходу компаратора согласно изобретению резистор обратной связи включен между выходным выводом и выходом усилителя рассогласования, резистор времязадающей цепочки подключен параллельно конденсатору этой цепочки, точка соединения силового ключа с LCDфильтром через первый диод подключена к точке соединения компаратора с времязадающей цепочкой, а через второй диод — к выводу питания усилителя рассогласования, дополнительно, между этим же выводом и общим проводом включен сглаживающий конденсатор, при этом другой вывод логического элемента И подключен к выходу триггера, управляющий вход силового ключа соединен с выходом логического элемента И, а свободный силовой вывод силового ключа подключен к входному.е ы воду.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет установить отличие зая вляемого технического решения, заключающееся в том, что прямоугольные импульсы напряжения с выхода силового ключа подаются через один диод на времязадающую цепочку, для формирования пилообразного напряжения на одном из входов сравнения компаратора, а через другой диод — на вывод питания усилителя рассогласования для формирования напряжения питания путем фильтрации импульсов сглаживающим конденсатором.

Наличие отличительных признаков в предлагаемом техническом решении в их указанной связи позволяет реализовать стабилизатор постоянного напряжения с защитой от перегрузки, так что рассеиваемая при этом мощность не будет превышать мощности, рассеиваемой в нормальном режиме, тем самым повышается надежность этого стабилизатора.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого стабилизатора напряжения, на фиг.2 — диаграмма его работы.

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения (фиг,1) содержит последовательно соединенные силовой ключ 1 и LCDфильтр, состоящий из диода 2, дросселя 3 и конденсатора 4, точка соединения которых образует выход стабилизатора для подключения нагрузки, К выходу стабилизатора псдключен также один иэ входов усилителя рассогласов;,ния 5 и резистор 6 обратной связи, к другому входу усилителя подключен источник 7 опорного напряжения, Выход усилителя соединен с одним из входов компаратора 8 и резистором обратной связи.

Между другим входом компаратора и общим проводом включена времязадающая цепочка, содер кащая параллельно соединенные ре истор 9 и конденсатор 10, Этот же вход через первый диод 11 подключен к точке соединения силового ключа и LCDфильтра. К этой же точке, через второй диод

12 подключен вывод питания усилителя рассогласования, а между общим проводом и выводом питания включен сглаживающий конденсатор 13, Выход компаратора подключен ко входу сброса триггера 14, вход установки которого соединен с задающим генератором 15 и одним из входов логического элемента И 16, другой вход которого подключен к выходу триггера. Выход логическсга элемента соединен с управляющим входом силового ключа.

Импульсный стабилизатор работает следующим образом.

Импульсы U» с выхода задающего генератора 15 поступают на установочный вход триггера 14 и один из входов логического элемента И-НЕ 16. При этом на время длительности этого импульса (to-t<) потенциал на выходе триггера U p фиксируется в первом устойчивом состоянии и не зависит от других управляющих сигналов. В течение этого периода времени силовой ключ 1 открыт. Начиная с момента, когда открывается силовой ключ (tz), через диоды 11, 12 заряжаются ксчденсатор 10 времязадающей цепочки Upc и сглаживающий конденсэ-гор 13. В нормальном режиме работы после окончания импульса с задающего генератора (t>) на выходе компэраторэ 8 поддерживается высокий потенциал, т.к. напряжение на конденсаторе 10 и, следовательно, на одном из входов компаратора (в момент t)) максимально возможное, а на другом входе — формируется усилителем рассогласования и имеет некоторое значение Upac El зоне регулирования и меньше чем URcmax При этом напряжение ча выходе триггера сохраняет свое значение и по окончании импульса задающего генератора закрывается силовой ключ, диоды 11, 12 и начинают разряжаться конденсаторы 10 и 13. Конденсатор 10 разряжается через резистор 9 времязадающей цепочки до тех пор, пока напряжение на нем не станет меньше на1791801

Un — 1 где (1 — е " ), гар

55 пряжения рассогласования О» (т2), В результате компаратор 8 опрокинется и установит триггер во второе устойчивое состояние, переводящее силовой ключ в открытое состояние (тг), которое сохраняется до прихода следующего тактового импульса (тз), который установит триггер опять в первое устойчивое состояние, а по окончании этого импульса силовой ключ закрывается (1 ). Далее процесс повторяется.

При изменении напряжения на выходе стабилизатора по какой-либо причине изменяется и сигнал рассогласования Upac, изменяя порог срабатывания компаратора и, B результате время, в течение которого открыт силовой ключ так, что напряжение на выходе стабилизатора стремится к исходному значению, равному в данном случае напряжению опорного источника 7.

С ростом тока нагрузки напряжение на выходе стабилизатора уменьшается из-за конечного значения коэффициента стабилизации, что в свою очередь ггриводит к увеличению напряжения рассогласования Upac и, следовательно, к увеличению тока, потребляемого усилителем рассогласования от источника питания, в данном случае сглаживающего конденсатора 13. Так как в течение закрытого состояния силового ключа (i1 — 12) закрыт и диод 12, то в конечном счете увеличение тока нагрузки приводит к увеличению тока разряда конденсатора 13 и, следовательно, к уменьшению напряжения питания усилителя рассогласования, что препятствует росту U»c. В этом случае напряжение на выходе стабилизатора поддерживается в заданных пределах только до некоторого максимально возможного тока нагрузки, а затем, из-за падения напряжения питания усилитель рассогласования не может обеспечить необходимую величину

Орви, что ведет к дальнейшему падению напряжения на выходе стабилизатора:

Ври соответствующей величине резисtQpB обратной связи 6 процесс развиваетсл лавинообразно, т,к. падение напряжения из выходе стабилизатора приводит к росту тека через этот резистор с выхода усилителя рассогласования и, следовательно, к еще болиыему падению напряжения питания и

Upac, В конце концов результатом перегрузки будет устойчивое состояние стабилизатора, при котором О»с так мало, что в течение пере@да тактовых импульсов (tg — ту) напряженна на времязадающей цепочке при разряде конденсатора 10 не может достигнуть амчения Upa при этом триггер фиксируетсм в первом устойчивом состоянии и не влияет на состояние силового ключа, т.е. размыкается цепь отрицательной обратной связи стабилизатора напряжения, В этом режиме силовой ключ управляется только по цепи; задающий генератор, логический элемент И, управляющий вход силового ключа, а время, в течение которого ключ открыт, равно длительности тактового импульсаа.

При коротком замыкании и в случае режима разрывных токов дросселя ток через силовой ключ определяется известным выражением где Ua - напряжение питания стабилизатора;

1, где — индуктивность и сопротивление потерь дросселя LC0-фильтра, Выбирая соответствующим образом napGM8Tpbl дросселя и длительность тактовых импульсов, можно ограничить амплитуду и среднее значение тока через силовой ключ при коротком замыкании так, чтобы мощность, рассеиваемая на силовом ключе в режиме перегрузки, не превышала мощности, рассеиваемой в нор . льном режиме, что возможно при условии, если средний ток при коротком замыкании намного меньше максимально возможного тока в нормальном режиме работы 1кз « I cp (2)

Для возврата стабилизатора в нормальныйй режим работы достаточно устранить перегрузку.

Резкое снижение выходного тока в предлагаемом стабилизаторе при перегрузке без использования датчика тока в его составе позволяет значительно снизить мощность, рассеиваемую на силовых элементах стабилизатора, так что она не будет превышать мощности, рассеиваемой s нормальном режиме эксплуатации стабилизатора, а это повышает эксплуатационную надежность стабилизатора, позволяет снизить его массогабаритные показатели при одновременном упрощении конструкции, Формула изобретения

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий соединенные последовательно силовой ключ и дроссель

DLC-фильтра, конденсатор которого включен между выходным выводом и общим проводом, а коммутирующий диод — между точкой соединения силового ключа и дросселя 1.И С-фильтра и общим проводом, усилитель рассогласования, один вход которого подключен к выходному выводу, а

1 91001

20 д ма

Составитель А,Волкова

Техред M.Ìîði åíòàë Корректор I-j.ü. ;.

Редаi ор

Заказ 15, Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 другой — к источнику опорного напряжения, компаратор и времязадающую цепочку, состоящую из резистора и конденсатора, общая точка которых подключена к первому входу компаратора, а свободный вывод конденсатора соединен с общим проводом, второй вход компаратора подключен к выходу усилителя рассогласования, триггер, логический элемент И и задающий генератор, выход которого соединен с установочным входом триггера и одним из входов логического элемента И, а вход сброса триггера подключен к выходу компаратора, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены первый и второй диоды, резистор обратной связи и сглаживающий конденсатор, причем свободный вывод резистора времязадающей цепочки соединен с общим проводом, точка соединения силового ключа с дросселем и коммутирующим диодом 01 С-фильтра

5 через первый диод подключена к первому входу компаратора, а через второй диод — к выводу питания усилителя рассогласования, который через сглаживающий конденсатор соединен с общим проводом, при 10 этом другой вывод логического элемента И подключен к выходу триггера, управляющий вход силового ключа соединен с выходом логического элемента И, свободный силовой вывод силового ключа подключен к

15 входному выводу, а резистор обратной связи включен между выходным выводом и выхолом усилителя рассогласования.