Импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт, санд-ву (51)М. Кл.з

G 05 F 1/56 (22) Заявлено 28.1178 (21) 2690129/24-07 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 15.1080.Бюллетень № 38 (5Ç) УДК 621. 316. .722.1 (088.8) Датаопубликованияописания 1 1080 (72} Авторы изобретения

Г. Л. Бенедиктов, П. М. Новикова, А. Е. Овчаренко н A. М. Пономарев

Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт имени В.И.Ульянова (Ленина) (71) Заявитель

Изобретение относится к промышленной электронике и может быть использовано для питания радиотехнических систем связи, оптических квантовых генераторов и измерительных систем. 5

Известны импульсные стабилизаторы напряжения постоянного тока (1), (2) .

Наиболее близким по технической . сущности к данному изобретению являет40 ся импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока (2), который содержит ключевой элемент, включенный последовательно между входной клеммой и входом LCD сглаживающего фильтра <5 выход которого подключен к выходным клеммам, задакщий генератор, усилитель обратной связи, вход которого соединен с выходными клеммами, а выход - c первым входом первого регене-20 ративного узла сравнения, второй вход указанного регенеративного узла сравнения соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, вход которого соединен с первым делителем напря-25 жения на резисторах, соединенного с входными клеммами, выход регенеративного узла сравнения соединен с первым входом ключевого элемента, и управляющий ключевой элемент, выход которогоЩ подключен параллельно конденсатору генератора пилообразного напряжения, а вход — через второй делитель напряжения к выходу ключевого элемента.

Основным недостатком стабилизатора напряжения является малое значение коэффициента сглаживания на низких частотах при больших значениях коэффициента уменьшения напряжения. В этих режимах длительности открытого состояния ключевого элемента становятся сравнимыми по величине с ошибкой системы. управления по времени включения, и необходимый закон модуляции длительности нарушается.

Целью предлагаемого устройства является увеличение коэффициента сглаживания напряжения при работе стабилизатора напряжения с большим коэффициентом уменьшения напряжения.

Указанная цель достигается тем, что в импульсном стабилизаторе напряжения постоянного тока заданхаий генератор выполнен в виде генератора пилообразного напряжения н подключен выходом к первому регенеративному входу дополнительно введенного второго регенеративного узла сравнения,аыход которого соединен со вторым входом ключевого элемента,а к другому входу второ (54) ИИПУЛЬС1П)Й СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО

ТОКА

771634

15 венных значений пилообразного напряже20 ния 21 на выводах задающего генератора

40 чевого элемента 1 с заданной частотой.

Сигнал на отключение ключевого элемен-45

60 б5 го регенеративного узла сравнения йодключен выход дополнительно введенного сумматора, один из входов которого соединен с источником опорного напряжения, а другой вход соединен с выходом фазовращателя, вход которого через третий делитель напряжения на резисторах и конденсатор соединен с входными клеммами.

Сущность предлагаемого устройства заключается в том, что время открытого состояния ключевого элемента определяется величиной мгновенного значения напряжения на выводах источника питания, так что вольтсекундная площадь импульсов постоянна. Для устранения низкочастотной составляющей на выходном LCD-фильтре изменяется величина задержки открытия ключевого элемента от момента срабатывания зада1ющего генератора. Величина задержки зависит от величины переменной составляющей напряжения на выводах источника питания, смещенного по фазе на угол, обеспечивающий максимальное уменьшение низкочастотной составляющей в выходном напряжении стабилизатора.

На фиг. 1 приведена электрическая схема стабилизатора; на фиг. 2 приведены диаграммы мгновенных значений напряжений на элементах стабилизатора.

Ключевой элемент 1 включен между положительной входной клеммой и одним из выводов дросселя 2 LCD сглаживающего фильтра. Второй вывод дросселя 2 соединен с положительной выходной клеммой. Конденсатор 3 сглаживающего фильтра подключен параллельно входным клеммам, а разрядный диод 4 подключен параллельно сглаживающему дросселю 2 и выходным клеммам..

Система управления стабилизатора состоит из задающего генератора 5, который обеспечивает включение клюта 1 вырабатывается регенеративной схемой 6 сравнения, которая срабатывает при равенстве напряжения на генераторе 7 пилообразного напряжения опорному напряжению на выходе усилителя 8 отрицательной обратной связи.

Восстановление нулевого потенциала на конденсаторе генератора пилообразного напряжения осуществляется с помощью управляемого ключа 9, который включен параллельно конденсатору генератора 7 пилообразного напряжения.

Состояние управляемого ключа 9 определяется напряжением которое снимается со второго делителя напряжения на резисторах 10 и 11, включенных между отрицательным выводом источника питания и выводом ключевого элемента

1, Заряд накопительного. конденсатора генератора пилообразного напряжения определяется коэффициентом деления напряжения первого делителя на резисторах 12 и 13, который подключен к выводам источника питания. Задакщий генератор 5 выполнен в виде генератора пилообразного напряжения и подключен к одному из входов второго регенеративного узла 14.сравнения, выход которого соединен с первым вхо" дом ключевого элемента 1. К другому входу регенеративного узла 14 сравнения подключен выход сумматора 15, к одному из входов которого подключен источник 16 опорного напряжения, а к другому входу подключен выход фазовращателя 17. Вход фазовращателя 17 соединен через третий делитель напряжения на резисторах 18 и 19 и конденсатор 20 с выводами источника питайия.

На фиг. 2 приведены диаграмма мгнои диаграмма мгновенных значений наг; ряжения 22 на выходе сумматора, на которых отмечены моменты срабатывания регенеративного узла 14 сравнения и открытия ключа l Приведены диаграмма 23 мгновенных значений напряжения на входных клеммах, диаграмма 24 мгновенных значений напряжения на разрчдном диоде и диаграмма 25 мгновенных значений напряжения на выходных клеммах.

Предлагаемый стабилизатор работает следующим образом.

Пилообразное напряжение 21 на выходе задающего генератора 5 сравнивается с напряжением 22 на выходе сумматора 15 с помощью второго регенеративного узла 14 сравнения. В момент равенства этих напряжений вырабатывается сигнал на включение ключа 1. До этого момента ток нагрузки протекает через Ьt D-фильтр 2, 3, диод 4 и напряжение на выходе ключа 1 равно нулю.

Конденсатор 7 генератора пилообразного напряжения закорочен через ключ 9.

В момент включения ключевого элемента

1 положительная входная клемма подключается к общей точке соединения сглаживающего дросселя 2, диода 4 и резистора 10. Диод 4 закрывается, что вызывает увеличение напряжения на резисторе 11. Напряжение с резистора 11 подводится к ключу 9 и открывает его.

Начинается заряд конденсатора генератора 7 пилообразного напряжения. В момент равенства напряжений на конденсаторе генератора 7 и на выходе усилителя 8 отрицательной обратной связи первый регенеративный узел сравнения вырабатывает сигнал на выключение ключевого элемента 1.

Увеличение напряжения питания вызывает увеличение напряжения на резисторе 13, что вызывает увеличение скорости заряда конденсатора генератора 7 пилообразного напряжения, и тем самым достигается стабилизация

771634

Формула изобретения

Импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий ключевой элемент, включенный последовательно между входной клеммой и входом LCD сглаживающего фильтра, выход которого подключен к выходным клеммам, задающий генератор, усилитель обратной связи, вход которого соединен с выходными клеммами, а выход — с первым вхоропе первого регенеративного узла сравнения, второй вход указанного регенеративного узла сравнения соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, вход которого соединен с первым делителем напряжения на резисто" рах, соединенного с входными клеммами, выход первого регенеративного узла срагнения соединен с первым входом ключевого элемента, и управляющий ключевой элемент, выход которого подключен параллельно конденсатору генератора пилообразного напряжения, а вход через второй делитель напряженияк выходу ключевого элемента, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения коэффициента сглаживания напряжения стабилизатора, укаэанный задающий генератор выполнен в виде генератора пилообразного напряжения и подключен выходом к первому входу дополнительно введенного второго регенеративного узла сравнения, выход которого соединен со вторым sxopow ключевого элемента, а к другому входу второго регенеративного узла сравнения подключен ;выход дополнительно введенного сумматора, один иэ входов которого соединен с источником опорного напряжения, а другой вход соединен с выходом фазовращателя, вход которого через третий делитель напряжения на резисторах и конденсатор соединен с входной клеммой °

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Чиженко И.М,и др. Основы преобразовательной техники. М., Высшая школа, 1974, р. 12 — 8, с. 383-384.

2, Авторское свидетельство СССР по заявке и 2629945/07, кл. G 05 F 1/56 от 12.06.78. выходного напряжения. Увеличение выходного напряжения вызывает увеличение напряжения на входе усилителя

8 отрицательной обратной связи, что приводит к уменьшению по величине напряжения на выходе усилителя отрицательной обратной связи, подаваемого на регенеративный узел сравнения.

Это приводит к уменьшению времени заряда конденсатора генератора пилообразного напряжения, уменьшению времени включенного состояния ключа 1 и, следовательно, к стабилизации выходного напряжения.

Если в напряжении питания нет переменной составляющей, то напряжение .на выходном выводе ключевого элемен- 35 та 1 будет иметь вид импульсов с неизменной амплитудой, равной напряжению питания, с постоянной частотой следования и с постоянной длительностью, которая меньше периода повторения импульсов во столько раз, во сколько выходное напряжение стабилизатора меньше напряжения источника питания. Если в напряжении источника питания содержится переменная состав- 25 ляющая (фиг. 2, кривая напряжения 23), то длительность импульсов изменяется.

При увеличении мгновенных значений напряжения источника питания из-за наличия переменной составляющей увеличивается скорость заряда конденсато-З ра генератора пилообразного напряжения, что приводит к уменьшению времени включенного состояния ключа 1. Делитель на резисторах. 12, 13 обеспечивает уменьшение длительности импульсовз5 пропорционально увеличению напряжения на выводах источника питания и тем самым подцерживается постоянство вольтсекундных площадей в каждом импульсе напряжения на выводе ключевого 40 элемента 1 и, следовательно, неизменность постоянной составляющей эа каждый период частоты задающего генератора 5.

Компенсация. переменной составляющей в напряжении. на выходном СВфильтре достигается изменением времени задержки включения ключевого элемента 1. Напряжение на выходе сумматора 15 (фиг. 2, кривая напряжения

22) сравнивается с напряжением пилы задающего генератора 5 (фиг. 2, кривая напряжения 21) с помощью второго регенеративного узла 14 сравнения.

Опорное напряжение с источника 16 и переменное напряжение с фаэовращателя 55

17, которое по величине пропорционально переменной составляющей источника питания, обеспечивают зависимость задержки от величины переменной составляющей. Модуляция фазы импульсов позволяет компенсировать как ошибки ключа, так и ошибку метода, которая приводит к появлению в выходном напряжении составляющей, опережающей низкочастотную составляющую входного напряжения.

Предлагаемое устройство позволяет значительно уменьшить пульсации выходного напряжения стабилизаторов напряжения, работающих с большим коэффициентом уменьшения напряжения. Предложение позволяет получать неОбходимый допустимый уровень пульсаций при ограниченных объемах и массе входных и выходных ЬСЭ-фильтров стабилизатора °