Параметрический импульсный стабилизатор постоянного напряжения

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗЬ6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< 935929

Союз CoBcTcNNx

Социалистические

Республик (61) Дополнительное K авт. свид-ву— (22)Заявлено 08.10.80 (21) 2991143/24-07 (53)M. Кл.

6 05 1 3/08 с присоединением заявки 3%в

1Ъеударстеецвй комитет

СССР (23) Приоритет

Опубликовано 15.06.82. Бюллетень Ма 22 во делам изееретеиий и открытий (53) УДК 621. 316. .722 1(088.8) Дата опубликования описания 15.06.82 (72) Автор изобретения

А. Б. Смирнов (71) Заявитель (54) ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к промышленности средств связи и может быть использовано при построении высокостабильных вторичных источников питания телевизионных и других импульсных синхронизируемых устройств.

Известен стабильный источник постоянного напряжения, содержащий ключевой транзистор, LCD-фильтр и уп— равляющую схему, содержащую триггер, управляющий с помощью сброса и установки включением-выключением транзистора, генератор, устанавливающий .режим триггера в каждый определенный период, и усилитель ошибки, переключающий триггер, когда напряжение делителя выходного напряжения превышает опорное напряжение 1.1).

Недостатками этого источника напряжения являются невысокая.стабильность выходного напряжения при изменении нагрузки, большая величина пульсаций выходного напряжения с частотой первичной сети, выбросы выходного напряжения при импульсном изменении нагрузки или при включении источника питания. Указанные недостатки обусловлены тем, что сигнал обратной связи, управляющий через делитель выходного напряжения и усилитель ошибки моментом переключения триггера, а следовательно, и выходным напряжением, снимается с выхода LCD-фильтра, обладающего боль1О шой инерционностью.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является параметрический импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержа 5 щий последовательно соединенные и включенные в силовую шину регулирующий (ключевой) транзистор и дроссель

LCD-фильтра, конденсатор которого соединен с выходами для подключения нагрузки, и управляющий узел. Один вход которого соединен с общей точкой регулирующего транзистора и дросселя LCD-фильтра, другой вход - с ис935929

10

20 точником опорного напряжения, а выход подключен ко входу ключевого транзистора. Управляющий узел выполнен в виде соединенных последовательно интегрирующего преобразователя и релейного элемента, причем интегрирующий преобразователь подключен ко входу управляющего узла, а релейный элемент - к его выходу. Релейный элемент, имеющий два порога срабатывания, включает или выключает ключевой транзистор при достижении выходным напряжением интегратора одного из порогов (2 ).

Недостатками этого стабилизатора являются большой вес и габариты и высокий уровень излучаемых помех. Большой вес и габариты обусловлены тем, что рабочая частота стабилизатора при изменении входного напряжения меняется в широких пределах, как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения чаСтоты, поскольку при изменении входного напряжения изменяется скорость нарастания и спада напряжения .на выходе интегратора, что при постоянных порогах срабатывания релейного элемента, приводит к значительным изменениям частоты. Поэтому размеры и вес 1.CD-фильтра, в основном определяющие габариты и ñ стабилизатора и рассчитанные на наинизшую частоту, значительны. В связи с широким изменением частоты устранить воздействие широкого спектра помех на питаемую аппаратуру практически невозможно.

Целью изобретения является умень шение габаритов и веса стабилизатора и уменьшения излучаемых помех.

Поставленная цель достигается тем, что s параметрический импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные и включенные в силовую шину ключевой транзистор и дроссель

LCD-фильтра, конденсатор которого соединен с выходами для подключения нагрузки, интегратор, один вход коорого соединен с общей точкой ключевого транзистора и дросселя 1CD-фильтра, другой вход - с источником опорного напряжения, введены компаратор, зад ющий генератор, два триггера и логический элемент, причем один вход компаратора соединен с источником опорно го напряжения, другой вход — с выходом интегратора, выход задающего генератора соединен со входом первого

45 0

5 триггера, выход которого соединен со входом второго триггера и.одним из входов логического элемента, другой вход логического элемента соединен с выходом второго триггера, второй вход которого соединен с выходом компаратора, а выход логического элемента подключен ко входу ключевого транзистора. Задающий генератор может быть синхронизирован внешними импульсами, устанавливающими основную гармонику в спектре излучения.

На фиг. 1 изображена структурная схема параметрического импульсного стабилизатора постоянного напряжения; .на фиг. 2 — диаграммы работы устройства, когда выходное напряжение стабилизатора меньше половины входного напряжения; на фиг, 3 — диаграммы напряжении, когда выходное напряжение больше половины входного напряжения.

Параметрический импульсный стабилизатор постоянного напряжения(фиг. 1) содержит последовательно соединенные и включенные в силовую шину ключевой транзистор 1 и сглаживающий LCDфильтр, состоящий из диода 2, дросселя 3 и соединенного с выводами для подключения к нагрузке конденсатора

4. Общая точка ключевого транзистора и дросселя соединена с инверсным входом интегратора, выход которого соединен с одним из входов компаратора 6. Другой вход компаратора соединен с прямым входом интегратора и источником опорного напряжения 7.

Задающий генератор 8, определяющий рабочую частоту стабилизатора, соединен со счетным входом первого триггера 9, выход которого подключен к счетному входу второго триггера 10 и одному из входов логического элемента 11. Другой вход логического элемента подключен к выходу второго триггера, определяющего скважность импульсов на выходе интегратора. Вход сброса второго триггера соединен с выходом компаратора. Счетные выходы триггеров являются динамичсскими, т. е. триггера изменяют свое состояние только в моменты перепада потенциала на этих входах. Вход c5poca . второго триггера - статический, т.е. триггер срабатывает при наличии напряжения определенного уровня на этом входе. Вход логического элемента, выделяющего одинаковые состояния

5 9359 триггеров, соединен со входом ключевого транзистора.

Стабилизатор работает следующим образом.

Импульсы синхронизации Uy (фиг. 2 и 3) подаются на вход задающего генератора 8, с выхода которого импульсы

USr с частотой 2 f раб, где f раб— рабочая частота, подаются на счетный вход первого триггера 9. Импульсы с lO выхода первого триггера U частотой

f раб и скважностью, равном двум, подаются на счетный вход второго триггера 10 и логический элемент 11. С приходом очередного импульса на счет- 15 ный вход второго триггера 10, на выходе логического элемента ll появляется первое устойчивое состояние, воздействующее на ключевой транзистор

l. Напряжение с выхода ключевого 2о транзистора подается на вход интегратора 5 и вход LCD-фильтра. В процессе интегрирования разности напряжений на входе интегратора 01 Х и опорного Боя напряжение на выходе ин- 25 тегратора Бинт через некоторое время t достигает значения опорного напряжения Уол, что вызывает срабатывание компаратора 6 и возвращение второго триггера 10 в первоначальное зв состояние. При этом на выходе погического элемента 11 появляется второе устойчивое состояние. Далее процесс идет по описанной схеме.

Напряжение на выходе интегратора

5 изменяется со временем следующим образом:

1 и„„ () = u„,„ — - — J (u,„(}—

Π— U,„), 29 6 ный момент каждого периода t = 0 должно быть равно напряжению в конце периода, при t = -Т, где Т вЂ” длительность периода, и равно некоторому установившемуся начальному напряжению иит и т

Подставляя в (1) значения времени

С = Т и учитывая соотношение (2), получаем

1 Т еу J „ -г Ц>п (3)

Напряжение на выходе LCD-фильтра при условии непрерывности тока через дроссель фильтра, равно среднему значению напряжения на его входе

1т

U Ä = — I U „(t)dt . (4) о

Подставляя значение интеграла (3) в (4) получаем

ЬЫХ ОП

Таким образом, выходное напряжение практически не зависит от входного напряжения, уровня сравнения компаратора, постоянной времени интегрирования, рабочей частоты, температуры, и равно опорному напряжению.

Для,выполнения условия (21 необходимо, чтобы отклонение напряжения на выходе интегратора от стационарной величины в конце периода по абсолютной величине не превышало бы значения возмущения, вызывающего это отклонение, в начале периода (фиг. 2) т. е.

5О

55 где 0 (С) -- напряжение на выходе ин. иит тегратора;

U — напряжение на выходе

Иси интегратора в начальный момент времени; — постоянная времени инИ тегрирования;

U (t) — напряжение на входе

ЬХ интегратора;

U0„ — напряжение опорного источника; г — время.

В режиме стабилизации доЛжно выполняться условие стационарности процессе интегрирования, т. е. напряжение на выходе интегратора в начальdU

Д Ц (6) где К0 — абсолютное значение от2. клонения напряжения на выходе интегратора в момент времени г = Т;

d U -- абсолютное значение откло1 нения напряжения на выходе интегратора в момент времени С = О.

Это условие выполняется, как видно из фиг. 2, только тогда, когда крутизна изменения выходного напряжения интегратора за время О â€” t

935929 больше, чем за время g -Т, что соответствует следующему условию (7)

При невыполнении условия (7) небольшое отклонение выходного напряжения интегратора от установившегося значения в начале периода, вызывает в конце периода отклонение, большее по абсолютной величине, чем начальное, которое,. в свою очередь, вызывает еще большее отклонение в конце следующего периода, в результате чего в стабилизаторе возникают автоколебания на частотах ниже рабочей частоты. 8ыполнение условия (7) достигается тем, что импульсы с выхода первого триггера, скважность которых 20 равна двум, ограничивают длительность времени t на уровне половины перио" да.

Для того, чтобы максимальное выходное напряжение при выполнении усло- 25 вия (7) было меньше половины минимального входного напряжения, в качестве логического элемента используется элемент совпадения 2И,поскольку в этом случае ключевой транзистор открыт в те- зо чение времени 0 — 1, а закрйт в теченйе времени t — Т. При этом, как следует из фиг. 2, напряжение на выходе интегратора больше или равно опорному напряжению. Поэтому компара- З5 тор подключен прямым входом к источнику опорного напряжения, а инверсным входом — к выходу интегратора.

Для того, чтобы минимальное выходное напряжение при выполнении условия(7) 4О было больше половины максимального входного напряжения, в качестве гогического элемента используется элемент совпадения с отрицанием 2И-НК, поскольку в этом случае ключевой гран. зистор в течение времени 0 — tq закрыт, а в течение времени t — T, открыт. При этом, как видно из фиг, 3, напряжение на выходе интегратора меньше или равно опорному напряжению, Поэтому компаратор в этом случае подключен прямым входом к интегратору, а инверсным входом к источнику опорного напряжения.

Постоянство рабочей частоты стабилизатора позволяет уменьшить размеры и вес LCD-фильтра в 4 раза и более при коэффициенте стабилизации несколько тысяч и высоких динамических показателях по входному напряжению. Учитывая, что размеры и вес LCD-фильтра составляют до 50-601 от общего веса и габаритов стабилизатора, в случае выполнения последнего на дискретной элементной базе, и до 80 - в случае использования гибридно-пленочной технологии, общий вес и габариты предлагаемого стабилизатора уменьшаются в среднеи в 1,5-2 раза.

Стабильность рабочей частоты, определяемая стабильностью задающего генератора, и возможность работы с внешней синхронизацией позволяют применять стабилизатор.во вторичных источниках питания телевизионных устройств, что улучшает качество изображения за счет. подавления инвериантного спектра излучения, а также и в других импульсных синхронизирующих устройствах. Кроме того, ограничение длительности импульсов повышает надежность и уменьшает выбросы в моменты включения и выключения стабилизатора. Уменьшение размеров и веса LCDфильтра происходит в основном за счет уменьшения числа конденсаторов фильтра, в качестве которых в настоящее время применяются остродефицитные дорогостоящие конденсаторы с объемно-пористым танталовым анодом.

Таким образом, применение предлагаемого стабилизатора уменьшает и себестоимость вторичных источников питания.

Формула изобретения

1. Параметрический импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные и включенные в силовую шину ключевой транзистор и дроссель LCD-фильтра, конденсатор которого соединен с выводами для подключения нагрузки, интегратор, один вход которого соеди Ъ нен с общей точкой ключевого транзистора и дросселя LCD-фильтра, другой вход — с источником опорного напря жения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов и веса стабилизатора и уменьшения излучаемых помех, в него введены компаратор, задающий генератор, два триггера и логический элемент, причем один вход компаратора соединен с источником опорного напряжения, другой вход - с выходом интегратора, выход задающего генератора соединен со входом первого триггера, выход которого соединен со входом второго триггера

9 935929 10 и одним из входов логического элемен- задающего генератора подсоединены выта, другой вход логического элемента воды для подключения источника синсоединен с выходом второго триггера, хронизирующих импульсов. .второй вход которого соединен с вы- Источники информации, ходом компаратора, а выход логичес- 5 принятые во внимание при экспертизе кого элемента подключен ко входу клю- 1. Патент Японии и 53-19092, чевого транзистора. кл. 58 Н 161, 1973.

2. Стабилизатор по и. 1, о т л и- 2. Авторское свидетельство CCCP ч а ю шийся тем, что ко входу Р 591847, кл. G 05 F 3/08, 1976.

935929 инт

Заказ 4211/51

Тираж 914 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г..Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель О. Мещерякова

Редактор Л. Повхан Техред 3.Палий Корректор A. Гриценко