SU1728854A1 - Ключевой стабилизатор посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в устройствах питани  радиоэлектронной аппаратуры. Цель - повышение надежности стабилизатора . Стабилизатор содержит датчик 1 тока, силовую часть 2.делитель 3 выходного напр жени , широтно-импульсный модул тор 5, источник 6 опорного напр жени , делитель 7 опорного напр жени  и блок защиты, состо щий из порогового элемента 8, транзистора 9, диода 10, резистора и конденсатора 12. В устройство введены два D-триггера 13 и 14, п ть диодов 15-19, п ть резисторов 20- 24 и три конденсатора 25-27. При превышении током значени  срабатывани  пороговый элемент запускает последовательно включенные D-триггеры, импульсы с выходов которых суммируютс  по усилительности и поступают на соответствующий вход ШИМ, который отключает силовую часть устройства. Причем за врем  действи  импульса с выхода второго триггера зар дные цепи первого триггера полностью подготавливаютс  к повторному включению. Одновременно конденсатор 27 зар жаетс  до уровн  0,5 Von/n, если перегрузка не будет устранена за п повторных включений, D-триггеры устанавливаютс  в состо ние, при котором очередное включение устройства может быть осуществлено после сн ти  питающего напр жени  на врем  разр да конденсатора 27. 4 ил. БА ок защиты w fe VI ю IS СЛ 4Ь

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в устройствах питани  радиоэлектронной аппаратуры.

Известен ключевой стабилизатор посто нного напр жени  (КСПН), содержащий си- ловую часть, согласующий усилитель, источник опорного напр жени , делитель опорного напр жени  широтно-импульс- ный модул тор (ШИМ), два делител  выходного напр жени  и два транзистора защиты.

Недостатком этого стабилизатора напр жени   вл етс  низка  надежность. Обусловлено это тем, что защита по току рассматриваемого устройства срабатывает при снижении выходного напр жени , которое должно быть вызвано увеличением тока нагрузки. Однако в соответствие с основным назначением (стабилизаци  выходного напр жени ) рассматриваемое устройство должно поддерживать выходное напр жение на заданном уровне в определенном диапазоне нагрузок и снижение напр жени  на выходе возможно лишь (при ограниченном коэффициенте заполнени  управл ющих импульсов , формирующих ШИМ) при превышении режимов работы элементов схемы номинальных: регулирующий транзистор из режима насыщени  переходит в активный режим работы, а падени  напр жени  на дросселе и диоде станов тс  значительными .

Таким образом, рассматриваемое устройство перед срабатыванием защиты дол- жно перейти в такой режим работы, при котором режим работы вход щих в устройство элементов значительно превышает номинальные режимы работы, что в свою очередь снижает надежность устройства в целом. Особенно опасным дл  рассматриваемого устройства  вл етс  режим короткого замыкани  нагрузки.

Недостатком устройства  вл етс  большой разброс значений токов срабатывани  защиты из-за технологического разброса параметров вход щих в него элементов и отсутстви  элементов подстройки тока срабатывани  защиты.

Кроме этого, рассматриваемое устрой- ство не обеспечивает автоматического включени  стабилизатора после устранени  перегрузки. Это затрудн ет длительную эксплуатацию стабилизатора и его применение дл  нагрузок, в которых часто повто- р етс  режим перегрузки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой  вл етс  ключевой стабилизатор посто нного напр жени , содержащий датчик тока и силовую часть, включенную последовательно между входкой и выходной клеммами, делитель выходного напр жени , подключенный параллельно выходным клеммам, управл ющий вход силовой части через согласующий усилитель подключен к выходу широтно-им- пульсного модул тора, первый вход которого подключен к первому выходу делител  выходного напр жени , второй вход к первому выходу источника опорного напр жени , третий вход через делитель к второму выходу источника опорного напр жени , вход которого подключен к общей точке соединени  силовой части и датчика тока, выход датчика тока соединен с входом порогового элемента блока защиты, содержащего также первый транзистор, диод, катодом соединенный через резистор с одним выводом конденсатора, другой вывод которого соединен с общей шиной.

Кроме того, эмиттер первого транзистора соединен с вторым выходом делител  выходного напр жени  и выходом порогового элемента, а коллектор с базой второго транзистора, эмиттер которого соединен с первым выходом источника опорного напр жени , а коллектор с четвертым входом широтно-импульсного модул тора, база первого транзистора соединена с катодом стабилитрона и общей точкой резистора и конденсатора, анод стабилитрона подключен к общей шине, а анод диода к силовой части.

Недостатком рассматриваемого стабилизатора  вл етс  его низка  надежность. Объ сн етс  это тем, что при включении стабилизатора в режиме, близком к короткому замыканию в силовой части, ток успевает развитьс  до значительной величины. Это вызывает большие потери мощности в силовой части стабилизатора.

Кроме того, в КСПН в режиме Проба в интервалах временного включени  ШИМ формирует управл ющие импульсы максимальной длительности, поскольку на входы ШИМ подаетс  максимальный сигнал (разность части опорного напр жени  с делител  опорного напр жени  и части выходного напр жени  с делител  выходного напр жени , равного нулю). Это приводит к броскам тока через силовую часть, снижа  при этом надежность и ухудша  ЭМС (электромагнитна  совместимость).

К недостаткам КСПН следует также отнести неограниченное число проб в режиме длительной перегрузки стабилизатора, что снижает надежность КСПН при длительной эксплуатации его в неноминальном режиме.

Цель изобретени  - повышение надежности стабилизатора.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в ключевой стабилизатор посто нного напр жени , содержащий датчик тока и силовую часть, включенные последовательно между входным и выходным выводами, делитель выходного напр жени , подключенный параллельно выходному выводу, при этом управл ющий вход силовой части через согласующий усилитель подключен к выходу широтно-импульсного модул тора, первый вход которого подключен к выходу делител  выходного напр жени , второй вход к одному из выходов источника опорного напр жени , а третий вход через дели- тель опорного напр жени  к другому выходу источника опорного напр жени , вход которого подключен к общей точке соединени  силовой части и датчика тока, выход которого объединен с первым входом порогового элемента блока защиты, содержащего также транзистор, диод, катодом соединенный через резистор с одним выводом конденсатора, другой вывод которого, а также пороговый элемент и один из входов широтно-импульсного модул тора соединены с общей шиной, в блок защиты введены два D-триггера, п ть диодов, п ть резисторов , три конденсатора, причем выход порогового элемента соединен со счетным входом первого D-триггера, R-вход которого соединен с одним выводом первого конденсатора и анодом первого диода, Q-выход первого D-триггера подключен к катоду первого и аноду второго диодов,а Овыход к счет- ному входу второго D-триггера, R-вход которого соединен с анодом третьего диода , первыми выводами второго резистора и второго конденсатора, Q-выход второго D- триггера соединен с катодом третьего дио- да, вторым выводом второго резистора и анодами четвертого и п того диодов, катод . четвертого диода соединен с катодом второго диода, базой транзистора и первым выводом третьего резистора, коллектор транзистора соединен с вторым входом широтно-импульсного модул тора и D-входа- ми обоих D-триггеров, а эмиттер через четвертый резистор с первым выводом третьего конденсатора и анодом шестого диода, катод которого соединен с четвертым входом широтно-импульсного модул тора и вторым выводом третьего резистора, катод п того диода через п тый резистор соединен с первыми выводами четвертого конденсатора и шестого резистора и 3-вхо- дами обоих D-триггеров, вторые выводы третьего и четвертого конденсатора и шестого резистора соединены с общей шиной стабилизатора.

В предлагаемом устройстве за счет снижени  среднего тока в силовой части, при перегрузках по току и коротких замыканий в нагрузке, обеспечени  плавного нарастани  тока в силовой части в режиме автоматических повторных включений (проб), автоматического выключени  стабилизатора при длительных перегрузках повышена надежность стабилизатора. Кроме того, в предлагаемом стабилизаторе предусмотрены возможность регулировки допустимой разовой длительности, выключенного состо ни  силовой части в режиме Проба.

На фиг. 1 представлена элементна  схема ключевого стабилизатора посто нного напр жени ; на фиг. 2 и 3 - диаграммы напр жений и токов, по сн ющие работу стабилизатора; на фиг. 4 - пример реализации широтно-импульсного модул тора, выполненного на основе интегральной схемы 1114ЕУЗ бКО.347,300-02 ТУ-Да1.

Ключевой стабилизатор посто нного напр жени  (фиг. 1) содержит датчик 1 тока и силовую часть 2. включенные последовательно между входной и выходной клеммами , делитель 3 выходного напр жени , подключенный параллельно выходным клеммам.

Управл ющий вход силовой части через согласующий усилитель 4 подключен к выходу широтно-импульсного модул тора 5, первый вход которого подключен к выходу делител  3 выходного напр жени , второй вход к одному из выходов источника 6 опорного напр жени , третий вход - через делитель 7 опорного напр жени  к другому входу источника б опорного напр жени , вход которого подключен к общей точке соединени  силовой части 2 и датчика 1 тока.

Выход датчика 1 тока соединен с входом порогового элемента 8 блока защиты, содержащего также транзистор 9, первый диод 10, катодом соединенный через первый резистор 11 с одним выводом конденсатора 12, другой вывод которого, а также пороговый элемент 8 и ШИМ 5 соединены с общей шиной. Блок защиты содержит также два D-триггера 13 и 14, п ть диодов 15-19, п ть резисторов 20-24, три конденсатора 25-27, причем выход порогового элемента 8 соединен со счетным входом D-триггера 13, R- вход которого соединен с одним выводом конденсатора 12 и анодом диода 10. Q-выход D-триггера 13 подключен к катоду диода 10 и аноду диода 15, а Q-выход к счетному входу D-триггера 14, R-вход которого соединен с анодом диода 16, первыми выводами резистора 20 и конденсатора 25. Q-выход D-триггера 14 соединен с катодом диода 16, вторым выводом резистора 20 и анодами

диодов 17 и 18, катод диода 17 соединен с катодом диода 15, базой транзистора 9 и первым выводом резистора 21,

Коллектор транзистора 9 соединен с вторым входом широтно-импульсного моду- л тора 5 и D-входами D-триггеров 13 и 14, а эмиттер через резистор 22 с первым выводом конденсатора 26 и анодом диода 19, катод которого соединен с четвертым входом широтно-импульсного модул тора и вторым выводом резистора 21, катод диода 18 через резистор 23 соединен с первыми выводами конденсатора 27, резистора 24 и S-входами обоих D-триггеров 13 и 14,вторые выводы конденсаторов 26 и 27 и резистора 24 соединены с общей шиной стабилизатора. ШИМ 5 имеет входы 40-44.

На фиг. 2 и 3 прин ты обозначени : 28 - напр жение на выходе порогового элемен- та 8; 29 - напр жение на Q-выходе D-триг- гера 13; 30 - напр жение на конденсаторе 12; 31 - напр жение на Q-выходе D-триггера 14; 32 - напр жение на конденсаторе 25; 33 и 35 - напр жение на базе транзистора 9; 34 и 38 - ток через датчик 1 тока; 36 - напр жение на конденсаторе 26; 37 - напр жение на четвертом входе ШИМ 5; 39 - напр жение на конденсаторе 27, Ср. защ - ток силовой части 2, при котором срабаты- вает пороговый элемент 8; Uon - напр жение , формируемое с первого выхода источника 6 опорного напр жени .

Сущность предлагаемого изобретени  состоит в том, что за счет уменьшени  сред- него тока силовой части стабилизатора в режиме перегрузки, формировани  плавного нарастани  тока в силовой части в режиме автоматического включени  стабилизатора в режиме перегрузки, отключени  силовой ча- сти стабилизатора при длительности перегрузки по току выше заданной повышена надежность ключевого стабилизатора посто нного напр жени .

Стабилизатор работает следующим образом .

Источник 6 опорного напр жени  формирует напр жение, используемое дл  питани  ШИМ 5, блока защиты и делител  7 опорного напр жени . С выхода делител  7 опорного напр жени  часть напр жени , формируемого источником опорного напр жени , поступает на третий вход ШИМ 5. На первый вход ШИМ 5 поступает напр жение с делител  3 выходного напр жени . В соответствии с разностью этих напр жений ШИМ формирует сигналы управлени  на управл ющий вход силовой части 2 через согласующий усилитель 4.

Длительность управл ющих импульсов ШИМ 5 обеспечивает посто нство напр жени  на выходных клеммах стабилизатора.

Предположим, что в момент времени to (фиг. 2) ток через датчик 1 тока превысил заданное значение ср.защ. При этом пороговый элемент 8 формирует на выходе высокий уровень напр жени  и на Q-выходе D-триггера 13 по вл етс  высокий уровень напр жени  длительностью t0-ti, определ емой временем зар да конденсатора 12 через резистор 11 до уровн  л 0,5 Don. В момент времени ti конденсатор 12 начинает разр жатьс  через диод 10, а на Q-выходе D-триггера 14 по вл етс  высокий уровень напр жени  длительностью ti-t2, определ емой временем зар да конденсатора 25 через резистор 20 до уровн  « 0,5 U0n. В момент времени t2 конденсатор 25 начинает разр жатьс  через диод 16. Сигналы с Q-вы- ходов D-триггеров 13 и 14 суммируютс  по длительности с помощью диодов 15 и 17 и на интервале времени t0-t2 по цепи транзистор 9 - резистор 22 - диод 19 поступают на четвертый вход ШИМ 5, срыва  управл ющие импульсы с выхода ШИМ. За интервал времени ti-t2 конденсатор 12 успевает полностью разр дитьс , за интервал времени конденсатор 25 успевает полностью разр дитьс .

В интервале времени осуществл етс  пробное включение стабилизатора. Длительность этого интервала определ етс  временем нарастани  тока через датчик 1 тока до ср.защ и процессы в стабилизаторе повтор ютс  аналогично описанному выше. Таким образом, выполнение блока защиты из двух последовательно соединенных D- триггеров с зар дными цеп ми обеспечивает гарантированное по длительности выключение стабилизатора в режиме проб. Врем  выключени  стабилизатора при этом определ етс  параметрами зар дных цепей (11-12, 20-25) и не зависит от длительности перегрузки стабилизатора. Врем  включени  стабилизатора в режиме проб зависит только от времени нарастани  тока в силовой части, т.е. через датчик 1 тока, до задан- ного 1Ср.защ. значени . Выбором цепей зар да 11-12 и 20-25 возможно регулировать средний ток стабилизатора в режиме проб при его перегрузке в широком диапазоне от 30 до 3% от номинального. Параметры цепей зар да желательно выбирать близкими по номиналам,

При формировании D-триггерами 13 и 14 выключающего стабилизатор сигнала в интервале времени на четвертый вход ШИМ 5 поступает сигнал с Q-выходов D- триггеров 13 и 14.

В интервале времени ti-t2 (фиг. 3) D- триггеры 13 и 14 формируют выключающий сигнал по цепи 15-17-21 - четвертый вход ШИМ 5. При этом конденсатор 26 через эмиттерный повторитель на транзисторе 9 и резисторе 22 зар жаетс  до U0. В момент времени ta D-триггеры 13 и 14 успевают установитьс  в исходное состо ние, а выключенное состо ние стабилизатора поддерживаетс  напр жением на конденсаторе 26, которое подаетс  на четвертый вход ШИМ 5 через диод 19. С момента -времени tz происходит плавный разр д конденсатора 26 и, следовательно, плавное нарастание по длительности выходных импульсов ШИМ 5. За счет этого обеспечиваетс  регулируема  за счет разр да конденсатора 26 скорость нарастани  тока в силовой части 2 стабилизатора и полностью исключаютс  броски тока в ней.

В интервал времени ti-ta (фиг. 3) зар жаетс  конденсатор 27 через диод 18 и резистор 23 до величины - --, где п число установленных проб при перегрузке стабилизатора. Если перегрузка стабилизатора будет такой по длительности, при которой блок защиты вырабатывает подр д п число проб, конденсатор 27 в момент времени ts зар дитс  до напр жени  0,5 Don и D-триггеры 13 и 14 установ тс  в состо ние, при котором на их Q-выходах по витс  не регулируемый по длительности высокий уровень напр жени . При этом стабилизатор выключитс . Повторное включение стабилизатора производитс  прерыванием питающего напр жени  на врем  разр да конденсатора 27.

Резистор 24 служит дл  разр да конденсатора 27 при перегрузке по току длительностью менее п числа длительностей проб.

Тактова  частота микросхемы Да1 (фиг, 4) задаетс  резистором R1 и конденсатором С2. Резистором R2 задаетс  ток управлени  фазорасщепител , Цепь СЗ - VD1 служит дл  задани  длительности м гкого запуска при подключении стабилизатора к питающей сети, а цепь R3 - VD2 и резистор R4 - дл  задани  гарантированной паузы между тактовыми импульсами. С помощью резистора R5 устанавливаетс  коэффициент усилени  по цепи обратной св зи, конденсаторами С4 и С5 производитс  коррекци  частотной характеристики усилени  обратной св зи.

Таким образом, в предлагаемом устройстве за счет снижени  среднего тока в силовой части при перегрузках по току и коротких замыканий в нагрузке, обеспечени  плавного нарастани  тока в силовой части в режиме автоматических повторных включений (проб), автоматического выключени  стабилизатора при длительных перегрузках , повышена надежность стабилизатора. Кроме того, в предлагаемом стабилизаторе предусматриваетс  возможность регулировки допустимой разовой длительности перегрузки и длительности выключенного

Claims (1)

1. 0 состо ни  силовой части в режиме проб. Формула изобретени  Ключевой стабилизатор посто нного напр жени , содержащий датчик тока и силовую часть, включенные последовательно

   5 между входным и выходным выводами,делите ль выходного напр жени , подключенный между выходным выводом и общей шиной, при этом, управл ющий вход силовой части через согласующий усилитель подключен к

   0 выходу широтно-импульсного модул тора, первый вход которого подключен к выходу делител  выходного напр жени , второй вход - к первому выходу источника опорного напр жени , а третий вход - к выходу

   5 делител  опорного напр жени , подключенного к второму выходу источника опорного напр жени , вход которого подключен к общей точке соединени  силовой части и датчика тока, выход датчика тока соединен

   0 с первым входом порогового элемента блока защиты,включающего в себ  также транзистор , первый диод, катодом соединенный через первый резистор с первым выводом первого конденсатора, второй вывод кото5 рого подключен к общей шине, к которой также подключены второй вход порогового элемента и четвертый вход широтно-импульсного модул тора, отличающийс   тем, что, с целью повышени  надежности, в блок

   0 защиты введены два D-триггера второй, третий , четвертый, п тый и шестой диоды, второй , третий, четвертый, п тый и шестой резисторы, второй, третий и четвертый конденсаторы , причем выход порогового эле5 мента соединен со счетным входом первого D-триггера, R-вход которого соединен с первым выводом первого конденсатора и анодом первого диода, Q-выход первого D-триггера подключен к катоду первого и

   0 аноду второго диода, а Q-выход - к счетному входу второго D-триггера, R-вход которого соединен с анодом третьего диода, первыми выводами второго резистора и второго конденсатора , Q-выход второго D-триггера сое5 динен с катодом третьего диода, вторым выводом второго резистора и анодами четвертого и п того диодов, катод четвертого диода соединен с катодом второго диода, базой транзистора и первым выводом третьего резистора, коллектор транзистора соединен с вторым входом широтно-импульс- ного модул тора и D-входами обоих D-триг- геров, а эмиттер через четвертый резистор - с первым выводом третьего конденсатора и анодом шестого диода, катод которого соединен с введенным п тым входом широтно- импульсного модул тора, обеспечивающим срыв управл ющих импульсов, и вторым выводом третьего резистора, катод п того диода через п тый резистор соединен с первыми выводами четвертого конденсатора и шестого резистора и S-входами обоих D-триггеров, вторые выводы третьего и четвертого конденсаторов и шестого резистора соединены с общей шиной.

   to 6f tit

   50

   I7V7V

   32

   ТУ А А

   JV Фиг . 2

   А

   0,$Уы

   V

   0,SVt

   Off

   к

   fbt. Д

   Ъп.Ч

   Ч41