SU1182499A1 - Импульсный стабилизатор посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

1. ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий последовательный регулирующий элемент , выполненный в виде силового ключа на параллельно соединенных по силовым цеп м двух транзисторах, выходной LCD-фильтр, разделительный трансформатор, перва  первична  обмотка которого средним выводом св зана с выводом дл  подключени  вспомогательного источника питани , а вторична  включена в цепь управлени  силового ключа, и блок управлени , вход которого относительно общей шины подключен к выходному выводу, а выход - к выводам указанной первичной обмотки разделительного трансформатора, при зтом блок управлени  содержит два транзисторных ключа, включенных между общей шиной и выходными выводами блока управлени , компаратор с источником опорного напр жени , вход которого  вл етс  входом данного блока, э/темент И, соединенньй одним из входов с выходом компаратора, и счетный триггер , отличающийс  тем, что,, с целью повьшени  надежности .в пусковом режиме путем ограничени  тока при перегрузках и повьшени  КПД, в него введены пороговый триггер - двухполюсник, резистор-, включенный в цепь среднего вывода первой первичной обмотки трансформатора , цепь из двух, встречно включенных диодов, подключенна  к выходным выводам блока управлени , разделительньш трансформатор снабжен второй первичной обмоткой со средним выводом , подключенным к дросселю LCD- фильтра и к среднему выводу вторичной обмотки, а другими выводами указанна  обмотка соединена по отдельSS ности с эмиттерами транзисторов сило (Л вого ключа в блок управлени  введены мультивибратор, два одновибратора и цепь из встречно включенньрс диодов, прргчем выходы одновибраторов по отдельности подключены к управл ющим входам транзисторных ключей и входам элемента И, выход которого со ,единен с входом мультивибратора, вы- ход которого подключен к входу счетного триггера, выходы которого по отдельности подключены к входам одновибраторов, цепь из диодов средним выводом соединена с общей шиной, а другими вьшодами - с выходами блока управлени , а пороговый - триггер вхрдрм относительно общей шины подключен к среднему выводу диодной цепи. .2. Стабилизатор по п.1, отличающийс  тем, что, с целью I обеспечени  автоматического отключени  при длительных перегрузках, в него введен пороговый элемент с задержкой, содержащий датчик тока с

Description

усилителем второй усилитель, св занньй с его выходом резистор и Подключенный к вспомогательному источнику питани  резистивный делитель, един из вьшодов которого соединен е выходом первого усилител , а к среднему выводу подключены накопительный конденсатор и вход второго усилител , при этом другой вывод указанного резистора подключен к промежуточному входу триггера, а датчик относительно общей шины тока включен в цепь порогового триггерадвухполюсника .

Изобретение относитс  к электро ,.хнике и может быть использовано . .-1чнык источниках питани  в : л ич;-..Ег устройствах автоматшси и ./-числительной техники. ;(сл4.; изобретени  - повышение нажности в пусковом режиме путем : :1аннчени  тока при перегрузках и ллнание КПД, На фиг. 1 представлена принципил :ьг;а  электрическа  схема импульсього стабилизатора посто нного нагда жени , на фиг. 2 - диаграмма работы стабилизатора. Импульсный стабилизатор пос5то н;5ого напр жени  содержит силовой ключ, образованный транзисторами 1 и 2, трансформатор тока с двум  пйрзичными обмотками 3.1 и 3.2 и йгоричной обмоткой 3.3, LCD-фильтр 4, На .схеме показан вариант включеи п обмоток 3.2 и 3.3 трансформатора при управлении по базам транзисторов (может быть использовано и управление по эмиттерам), при этом средн   точка обмотки 3.3 св зана со средней точкой обмотки 3.2 и вхо дом ЬСВ-фш1ьтра 4, а ее крайние выводы через балластные резисторы (на чертеже показаны пунктиром) соедине с эмиттерами транзисторов 1 и 2. Первична  обмотка 3.1 имеет сред нюю точку, котора  через токозадающий резистор 5 подключена к одному полюсу вспомогательного источника +Ej. Между крайними вьшодами обмотки 3.1 включена цепочка из встречно  кл оченных диодов 6 и 7. К точкам соед 1нени  обмотки 3.1 и диодной це лочки 6-7 подключен блок 8 управлени , содержащий коммутирующие транзисторные ключи 9 и 10 и включенную :д выходе блока параллельно им в не згровод щем направлении цепочку из диодов 11 и 12, обратных диодам цепочки 6-7, последовательно соединенные компаратор 13, элемент И 14j управл емый мультивибратор 13,, счетный триггер 16 и св занные с его выходами одновибраторы 17 и 18, БЫХОДЫ которых соединены с двум  другими входами элемента И 14 и базами транзисторов 9 и 10. Между средними точками диодных цепочек 6-7 и 11-12, которые образуют при этом мостовой выпр митель на- пр жени  дл  обмотки 3.1 трансформатора тока, включен пороговый триггердвухполюсник 19, состо щий из двух комплементарных транзисторов 20 и 21, коллектор каждого из которых со- , единен с базой другого транзистора, а между базой и эмиттером транзистора 21 включен резистор 22 резистивного делител  23-2А (резистор 23 которого включен между эмиттером и базой транзистора 20), задакнцего порог срабатывани  триггера-двухполюсниКа . (вместо резистора 24 делител  может быть использован стабилитрон). Вход ща  в состав двухполюсника РСД-цепочка 25-26-27 обеспечивает защиту от . ложного, срабатывани  триггера 19 по всплеску напр жени  при включении силового ключа (выброс напр жени  шун-) тируетс  конденсатором 25 через диод 26), а также небольшую задержку на отключение (с посто нной времени € RC резистора 27 и конденсатора 25), необходимую дл  предотвращени  отключени  триггера 19 до полного выключени  силового ключа. Дп  подключени  к триггеру-двухполюснику 19 порогового элемента 28 с задержкой в точке соединени  коллектора его транзистора 20 и базы транзистора 21 организуетс  дополни3

тельный управл ющий вход. Пороговый элемент 28 с задержкой содержит токовый шунт (датчик тока) 29, включаемый последовательно транзисторам 20 и 21 триггера-двухполюсника 19, транзисторный усилитель 30, нагрузкой которого  вл етс  резистивкый делитель 31-32, подключенный к вспомогательному источнику питани  +Е„, Средн   точка делител  соединена с накопительной емкостью 33 и базой транзисторного усилител  34,

.коллектор которого через резистор 35 подключен к дополнительному входу триггера-двухполюсника 19.

. Импульсный стабилизатор посто нного напр жени  работает следующим образом.

Если выходное напр жение стабилизатора больше напр жени  задани  , то компаратор 13 формирует сиг.нал логического нул , которым через элемент И 14 блокирует работу управл емого мультивибратора 15, счетный триггер 16 находитс  в произвольно установившемс  состо нии, а одновибраторы 17 и 18 - в устойчивом состо нии и на их выходе присутствует сигнал логической единицы, под действием которого коммутирующие ключи 9 и 10 открыты и обмотка 3.1 трансформатора тока закорочена по цеп м ключ 9 - диод 12 дл  одной пол рности обмотки 3.1 и ключ 10 диод 11 - дл  другой пол рности. Поскольку обмотка 3.1 закорочена, отсутствует ток подпитки базовых цепей транзисторов 1 и 2 силового ключа силовой ключ закрыт.

Когда под действием тока нагрузки выходное напр жение стабилизатора станет меньше Ujji на выходе компаратора 13 по витс  сигнал логической единицы, который вместе с единичными сигналами с выхода одновибраторов 17 и 18 обеспечит сигнал логической единицы на выходе схемы И 14, который разблокирует управл емьй мультивибратор 15. По первому же импульсу мультивибратора переключитс  счетньй триггер 16, что вызовет срабатывание одного из одновибраторов.

Допустим, перешел в квазиустойчивое состо ние одновибратор 18. При этом на его выходе на врем  присутстви  импульса ( установитс  уровень логического нул . По этому сигналу закроетс  схема .И 14,

824994

чем заблокируетс  (на врем  си/иц работа мультивибратора 15. Кроме того, по этому сигналу закроетс  коммутирующий ключ 10 и ток подпитки, протека  по цепи вспомогательный источник - токозадакмций рези .стор 5 - полуобмотка 3.1 - ключ 9 - обща  шина, создаст начальный .ток подпитки базы транзистора 1 10 силового ключа, величина которого определ етс  выражением

Erf R.Wjj

j w ,:

где E,

напр жение вспомогательного источника питани ,

R сопротивление токозадающе5 го резистора 5 витки обмотки 3.1J

j.t. W,J - витки обмотки 3.3. .}

Транзистор 1 начнет открьшатьс  и от.входного источника +Vg через него.и соответствующую полуобмотку 3.2 трансформатора тока и дроссель LCD-фильтра 4 потечет ток, который

создат дополнительный,.пропорциональный току нагрузки силового ключа ток в цепи базы транзистора 1. Под действием положительной обратной св зи по току транзистор 1 форсированно откроетс .

Если за врем  открытого состо  ни  транзистора 1 напр жение на выходе стабилизатора все еще меньше заданного (это может иметь место при пуске, либо при набросе нагрузки), то по окончаниио им п РИ переходе одновибратора 18 в устойчивое единичное состо ние через схему И 14 разблокируетс  мультивибратор 15 и переключит счетный триггер 16, что вызовет срабатывание одновибратора 17, при этом на его выходе на врем  б,(,У тановитс  уровень логического

нул . По этому сигналу через схему И 14 заблокируетс  мультивибратор 15, а также заблокируетс  коммутирую- щий ключ 9 и ток начальной подпитки, протека  от вспомогательного источника +Efj через резистор 5, нижнюю по схеме полуобмотку 3.1 и ключ 10, создает начальный ток подпитки базы транзистора 2 силового ключа.

Транзистор 2 под действием поло- #

жительной св зи по току аналогично описанному вьш1е открьшаетс , и процесс повтор етс  до тех пор, пока напр жение ,yHe превысит напр же ие и.ад . В этом режиме, поскольку ключи 5 и 10 переключаютс  практиггески без пауз, ток в ключах ив дросселе фильтра 4 линейно нарастаат (фиг. 2 интервал ) и, соответственно , возрастает напр жение на обмотке 3.1, определ емое выражением

s « S

2(Ut.+ Up) ,

и

.f. Чэ

; да Ug - падение напр жени  на переходе база-эмиттер транзистора 1 (2); U|j - падение напр жени  на балластном резисторе соответствующего транзистора 1(2). Величина U,, имеет составл ющую .-) J пропорциональную току нагрузки шового ключа. Это переменное напр л .:,-не выпр мл етс  с помощью мостоV; С вьшр мител , образуемого диода 6, 7, 11 и 12, и поступает на ;;.:чггер-двухполюсник 19.

При увеличении напр жени  на выхо .це вьтр мител  выше порогового значени  начинает открыватьс  транзисто 20, что приводит к отпиранию транзистора 21. Триггер-двухполюсник 19 переходит в открытое состо ние, шунтиру  обмотку 3.1, что приводит к запиранию открытого в данный момент транзистора (1 или 2) силового ключа стабилизатора до момента окончани  ш-;пульса одновибратора (17 или 18). Тем самым блок 19 не позвол ет току в дросселе LCD-фильтра 4 нарастать Бьиве допустимой величины.

Таким образом, при перегрузке или в процессе пуска импульсный стабилизатор начинает работать с автоматическими (в функции тока силового ключа) укорачиваемыми импульсами тока, переход  из режима стабилизатора напр жени  в.режим стабилизатора предельного тока (см.диаграмму). Процесс пуска завершаетс , когда напр жени  Ug, сравн етс  в превысит 1)зд. . На выходе компаратора 13 устанавливаетс  уровень логического

нул , которьй через элемент И 14 блокирует работу мультивибратора 15 и обеспечивает закрытое состо ние трайзисторов 1 и 2 силового ключа до тех пор, пока напр жение 11 не станет ниже напр жени  ,

В дальнейшем при отсутствии перегрузки пороговый триггер 19 не срабатывает и длительность импульсов включени  транзисторов 1 и 2 определ етс  длительностью импульсов одновибраторов 17 и 18. В случае возникновени  перегрузки при каждом включении порогового триггера 19 вклю1аетс  транзистор 30, который в свою очередь при каждом включении подзар жает конденсатор 33 в базе транзистора 34. При дпительной, превышающей врем  пуска перегрузке стабилизатора конденсатор 33 успевает зар дитьс  до порога открывани  транзистора 34, который, включа сь, подпитывает базу транзистора 2Ги исключает возможность выключени  триггера-двухполюсника 19 в конце такта работы стабилизатора, что приводит к отключению последнего (интервал после t на диаграмме). Последующее включение стабилизатора может быть выполнено только отключением и последующим включением вспомогательного источника питани .

Благодар  токовой обратной св зи на возбуждение транзистора силового ключа тратитс  как раз столько энергии , сколько необходимо дл  введени  его в насьпценньй режим при дан .ном токе нагрузки, что обеспечивает существенное повышение надежности и КПД стабилизатора по сравнению с прототипом.

Обеспечение автоматического отключени  стабипизатора при длительных перегрузках при повьш1енной надежности схемного решени  его блока управлени  также создает положительный эффект, уменьша  потери времени и средств на ремонт стабилизатора .

+ о33

иВк.

t г

Д

-rw :/ fS ifffa Пусн Ofnнлючef ue //epeept/s a Фае. 2

Claims (2)

1. ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий последовательный регулирующий элемент, выполненный в виде силового ключа на параллельно соединенных по силовым цепям двух транзисторах, выходной LCD-фильтр, разделительный трансформатор, первая первичная обмотка которого средним выводом связана с выводом для подключения вспомогательного источника питания, а вторичная включена в цепь управления силового ключа, и блок управления, вход которого относительно общей шины подключен к выходному выводу, а выход - к выводам указанной первичной обмотки разделительного трансформатора, при этом блок управления содержит два транзисторных ключа, включенных между общей шиной и выходными выводами блока управления, компаратор с источником опорного напряжения, вход которого является входом данного блока, элемент И, соединенный одним из входов с выходом компаратора, и счетный Триггер, отличающийся тем, что,, с целью повышения надежности .в пусковом режиме путем ограничения тока при перегрузках и повышения КПД, в него введены пороговый триггер - двухполюсник, резистор·, включенный в цепь среднего вывода первой первичной обмотки трансформатора, цепь из двух встречно включенных диодов, подключенная к выходным выводам блока управления, разделительный трансформатор снабжен второй первичной обмоткой со средним выводом, подключенным к дросселю LCDфильтра и к среднему выводу вторичной обмотки, а другими выводами указанная обмотка соединена по отдельности с эмиттерами транзисторов силового ключа; в блок управления введены мультивибратор, два одновибратора и цепь из встречно включенных диодов, причем выходы одновибраторов по отдельности подключены к управляющим входам транзисторных ключей и входам элемента И, выход которого соединен с входом мультивибратора, выход которого подключен к входу счетного триггера, выходы которого по отдельности подключены к входам одновибраторов, цепь из диодов средним выводом соединена с общей шиной, а другими выводами - с выходами блока управления, а пороговый триггер входом относительно общей шины подключен к среднему выводу диодной цепи.

.2. Стабилизатор по π.1, отличающийся тем, что, с целью I .обеспечения автоматического отключения при длительных перегрузках, в него введен пороговый элемент с задержкой, содержащий датчик тока с

SU <„,1182499 усилителем*· второй усилитель, связанчьй с его выходом резистор и Подключенный к вспомогательному источнику питания резистивный делитель, един из выводов которого соединен с выходом первого усилителя, а к среднему выводу подключены накопи тельный конденсатор и вход второго усилителя, при этом другой вывод указанного резистора подключен к промежуточному входу триггера, а датчик относительно общей шины тока включен в цепь порогового триггерадвухполюсника.