SU983679A1 - Импульсный стабилизатор напр жени посто нного тока - Google Patents

Description

(54) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относитс  к электротехнике , а более конкретно к вторичным источникам электропитани  устройств электронной техники.

Известен стабилизатор напр жени  посто нного тока, содержащий инвертор вольтдобавки, вход которого св зан с входом стабилизатора, а выход через полностью управл емый выпр митель и фильтр включен последовательно с входом и подключен к выходным шинам стабилизатора, св занным через блок сравнени  с опорным напр жением, саперными входами двух компараторов, вторые входы которых подключены к выходам двух синхронизированных генераторов разнопол рного напр жени , а выводы подключены соответственно к управл ющим входам инвертора вольтдобавки и управл емого выпр мител  Ij.

Известный стабилизатор напр жени  имеет увеличенные габариты фильтра на выходе инвертора из-за необходимости сглаживани  пульсаций прерывистого тока на выходе выпр мител .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению  вл етс  стабилизатор напр жение посто нного тока, содержащий ключевой импульсный регул тор с DLC-фильтром , выход которого подключен к двухтактному транзисторному усилителю мощности, выход которого подключен к двухполупериодному диодному выпр мителю с конденсатором фильтра, подключенному последовательно с входным источником первичного посто нного напр жени  к выходным клеммам, св занным с задающим автогенератором

10 на транзисторах, св занным с усилителем мощности, и узлом сравнени  выходного напр жени  с эталонным, выход которого через последовательно соединенные формирователь пилообразного

15 и формирователь широтно-импульсного сигнала св зан с управл гацим входом .ключевого гшпульсного регул тора 2j,

В известном стабилизаторе напр жени  обеспечиваетс  формирование

20 напр жени  вольтдобавки к входному напр жению сети. Величина напр жени  вольтдобавки регулируетс  таким образом,, чтобы уровень суммарного напр жени  на выходе устройства оставалс  посто нным при изменении уровн  нап|  жени  на входе. При отклонении выходного напр жени  от заданного измен етс  сигнал на выходе узла сравнени , что приводит к смещению уровн  пилообразного напр жени 

и изменению длительности широтноимпульсного сигнала на входе ключевого импульсного регул тора. С увеличением напр жени  на входе стабилизатора напр жение на выходе импульсного регул тора уменьшаетс , соответственно уменьшаетс  напр жение на йыходе усилител  мощности и напр жение вольтдобавки.

В известном стабилизаторе осуществл етс  частичное преобразование мощности нагрузки, за счет чего снижаютс  потери мощности в нем.

Недостатком известного стабилиз&тора напр жени   вл етс  наличие потерь мощности в автогенераторе и в трансформаторном усилителе мощности , обеспечивающем инвертирование напр жени  вольтдобавки, а также увеличенные габариты -его из-за больших габаритов трансформаторов.

Цель изобретени  - увеличение КПД стабилизатора при одновременном уменьшении его габаритов.

Поставленна  цель достигаетс  тем что в импульсный стабилизатор напр жени  посто нного тока, содержащий включенный последовательно в силовую шину ключевой регулирующий элемент, DLC-фильтр, блок сравнени  выходного напр жени  с эталонным, выходом соединенный через формирователь пилообразного напр жени  и формирователь щиротно-и|ипульсного сигнала с управл ющим входом импульсного регулирующего элемента, задающий генератор, выходом подключенный к формирователю пилообразного напр жени , двухтактны усилитель мощности, к общей точке эмиттеров двух силовых транзисторов которого подключен через дроссель выход ключевого регулирующего элемента и выпр митель, включенный на выходе стабилизатора, введены дополнительный конденсатор DLC-филбтра, триггер, дифференциальна  пара п-ртранзисторов , три резистора, ключево транзистор имеет п-р-п проводимость, в качестве выпр мител  используетс  двухполупериодна  диодна  мостова  схема, а усилитель мощности выполнен по .мостовой схеме на четырех составных парах транзисторов, причем коллекторы силовых п-р-п транзисторов третьей и четвертой составной пары соединены с эмиттерами соответствующих дополнительных р-п-р транзисторов и подключены к положительной шине питани , их эмиттеры через основной и дополнительный конденсаторы DLC-фильтра подключены к соответствующим выводам диагонали переменного тока двухполупериодной диодной мостовой схемы выпр мител  и непосредственно - к соответствующим.коллектора п-р-п транзисторов первой и второй составных пар, базы дополнительных транзисторов которых через первый и

второй резисторы соединены с противоположными базами силовых п-р-п транзисторов третьей и четвертой составных пар, подключенных к коллекторам соответствующих дополнительных р-п-р транзисторов, базы которых подключены к соответствующим коллекторам п-р-п транзисторов дифференциальной Нары, эмиттеры которых через третий резистор соединены с отрицательной шиной, а базы подключены соответственно к пр мому и инверсному выходам триггера, счетный вход которого подключен к выходу задающего генератора. и запускающему входу формировател  пилообразного напр жени , дополнительно св занного с входом и выходом стабилизатора.

Кроме того, в качестве резисторов используют полевые транзисторы, затвор и исток которых объединены и  вл ютс  одним выводом резистора, а сток - другим выводом резистора.

На чертеже изображена принципиальна  электрическа  схема импульсного стабилизатора напр жени  посто нного тока.

Стабилизатор содержит задающий генератор 1, выход которого подключен к счетному входу триггера 2 и запускающему входу формировател  3 пилообразного напр жени , управл к цие входы которого соединены с входными положительной 4 и отрицательной 5 шинами питани , выходными б выводами и выходом узла 7 сравнени  выходного напр жени  стабилизатора с эталонным, также св занного с выходными клеммами 6

Выход формировател  3 пилообразного напр жени  подключен через формирователь 8 широтно-импульсного сигнала к базе ключевого п-р-п транзистора 9, эмиттер которого св зан с отрицательной шиной 5 питани , а коллектор через анод-катод диода 10 - с положительной шиной 4 питани , а через дроссель 11 DLC-фильтра - с эмиттерами силовых п-р-п транзисторов 12 первой 13 и второй 14 составной пар, базы дополнительных п-р-п транзисторов 15 которых соединены через токовые резисторы на полевых транзисторах 16 с базами силовых п-р-п транзисторов 12 и коллекторами дополнительных р-п-р транзисторов 17 противоположных четвертой 18 и третьей 19 составных пар, эмиттеры дополнительных р-п-р 17 и коллекторы силовых п-р-п 12 транзисторов которых объединены и подключены к положительной шине 4 питани , эмиттеры их основных п-р-п транзисторов 12 подключены к коллекторам сил.овых 12 п-р-п транзисторов, соответственно второй 14 и первой 13 составных пар и через основной 20 и дополнительный 21 конденсаторы DLC-фильтра под .ключены к соответствующим выводам 1диагонали переменного тока двухпол периодной диохтной мостовой схемы выпр митол  22, а базы их дополнительных транзисторов 17 - к коллекторам п-р-п транзисторов 23 дифференциальной пары, эмиттеры которых через третий токовый резистор на полевом транзисторе 24 соединены с отрицательной шиной 5 питани , а базы подклю чены к пр мому и инверсному выходу Триггера 2. Положительна  шина 4 питани  соединена с положительной выходной клеммой 6 через анод-катод диодного моста 22.

Кроме того, затворы и истоки каждого из полевых транзисторов 16 и 24 попарно объединены и  вл ютс  одним выводом полевых транзисторов, а их стоки - другим выводом указанных резисторов .

Стабилизатор напр жени  работает следующим образом.

При подаче входного напр жени  задающий генератор 1 начинает вырабатывать импульсы, запускающие генератор 3 пилообразного напр жени  и триггер 2. Ка выходах триггера 2 по вл етс  противофазный сигнал, который обусловливает поочередное включение п-р-п транзисторов 23 дифференциальной пары, ток коллектора которых определ етс  величиной выходного напр жени  триггера 2 и третьего резистора на полевом транзисторе 24. Коллекторный ток транзисторов 23 обеспечивает поочередное включение транзисторов третьей 19 и четвертой 18 составных пар и через токостабили зируквдие резисторы 16 соответствующее включение транзисторов второй 14 и первой 13 составных пар.

Входное напр жение питани  через пр мое сопротивление диодного моста 22 поступает на выход устройства и вход узла 7 сравнени , на выходе которого по вл етс  управл к ций сигнал , обусловливающий формирование пилообразного напр жени  с минимальной скоростью нарастани  и включающего широтно-модулированного сигнала с максимальной дпительностью импульса включени  ключевого транзистора 9. Ток в дросселе 11 возрастает. Мостовой двухтактовый усилитель мощности обеспечивает последовательное переключение тока дроссел  11 на зар д основного или дополнительного конденсаторов DLC-фильтра от входного напр жени  через соответствугаций диод Моста 22 и составную пару 13 или 14 транзисторов. Во вторую половину периода переключени  обеспечиваетс  поочередное подключение и разр д основного 20 или дополнительного 21 конденсаторов к нагрузке по цепи третьего 19 или четвертого 18 составных транзисторов и одного из плеч диодного моста 22. Когда ток дроссел  (зар да конденсаторов) превьааает ток нагрузки (разр да конденсатора), напр жение на конденсаторах 20 и 21 и выходе устройства начинает возрастать и достигает установленного значени , при этом изменением сигнала на выходе узла 7 сравнени  приводит к увеличению длительности широтномодулированного сигнала и времени шключени  ключевого транзистора 9.

0 Ток в дросселе стабилизируетс  на уровне тока нагрузки, а выходное напр жение - на заданном уровне. В установившемс  режиме в предлагаемом устройстве ток зар да основного 20

s и дополнительного 21 конденсаторов 1)ЬС-фильтра равен току их разр да, имеет практически посто нную величину , равную току нагрузки, а величина напр жени  на конденсаторе равна разнице между входным и выходным стабилизированным напр жением. Величина емкости конденсаторов 20 и 21 фильтра определ етс  из допустимого напр жени  пульсации выходного на5 пр жени  ДЦч- - -

при заданных

значени х тока нагрузки J и частоты f работы задающего генератора. При изменении напрйжени  на входе стаби0 лизатора измен етс  напр жение на его выходе, при этом соответственно измен ютс  длительность импульсов включени  транзистора 9, средний ток через дроссель 11 и среднее значение

5 напр жени  на конденсаторах 20 и 21 фильтра. Процесс вновь устанавливаетс , когда напр жение на выходе стабилизатора становитс  равным заданному , а ток через дроссель - равным

0 току на ГРУ 3 ки.

В устройстве формирование выходного напр жени  осуществл етс  путем поочередного включени  основного 20 и дополнительного 21 конденсаторов

5 DLC-фильтра, зар женных до требуемого значени  напр жени  вольтдобавки , последовательно с источником входного напр же н и .

Св зь формировател  3 пилообраз0 ного напр жени  с входными и выходными шинами преобразовател  позвол ет осуществить коррекцию скорости нарастани  пилообразного йапр жени  и длительности импульсного включени  транзисторов 9 при изменении входного

5 и выходного напр жений.

Предложенный способ получени  напр жени  вольтдобавки позвол ет отказатьс  от применени  трансформатора

0 в выходном усилителе мощности/ снизить « МОЩНОСТЬ, затрачиваемую на переключение его транзисторов и повысить частоту преобразовани . Врем  переключени  (выключени ) выходных транзисторов 12 усилител  мощности

Claims (1)

1. 5 в данном устройстве может быть свед но к минимальной величине, так как в верхних составных парах 18 и 19 они работают по схеме с общим коллектором , а в составных парах 13 и степень их нась цени , благодар  ста билизации входного тока на н 1жнем уровне, неглубока. Таким образом, частота переключе fHи  плеч мостового усилител  мощнос ти ограничиваетс  лишь частотными свойствами диодного моста и может составл ть дл  современных кремниевых диодов (транзисторов) средней мощности 100-200 кГц, в то врем  как в известном устройстве максималь на  частота переключени  не может быть выиге 20-50 кГц, так как с повышением частоты увеличиваетс  .асимметри  полупериодов переключени  в трансформаторном згщающем автогенераторе , привод ща  к-по влению посто  нной составл ющей в выходном трансформаторе и увеличению его габарито Кроме того, на указанных частотах потери мощности в автогенераторе и на фронтахпереключени  транзисторов усилител  мощности станов тс  значительными , что приводит к уменьшению до 50-70% КПД устройства. Включение дроссел  11 в эмиттерны цепи транзисторов усилител  мощности позвол ет устранить броски скво ного тока в моменты переключени  транзисторов и дополнительно снизить динамические потери мощности, так как ток через выключаемый транзистор н может превысить величины тока дроссел , а напр жение на нем остаетс  незначительным из-за большого сопротивлени  дроссел . Сравнительные испытани  лаборатор ного макета стабилизатора напр жени  посто нного тока, выполненного с использованием предлагаемого и известного технических решений, показали, что при одинаковых параметрах стабилизированного выходного.напр жени  (ток, амплитуда, пульсации) и максимально возможной дл  известного устройства частоте преобразовани  пе р дка 30 кГц КПД предлагаемого устройства составл ет около 85% вместо 65 дл  известного, а объем конденсаторов фильтра лишь незначительно (на 30-50%) превышает объем коидеисаторов фильтра в известном. С увеличением частоты преобразовани  до 100 кГц Объем конденсаторов и дроссел  фильтра в предлагаемом устройстве уменьшаетс  в 2-3 раза, а КПД его остаетс  выше (70-75%), чем в известном. Кроме того, предлагаемое устройство не критично к короткому замыканию в цепи нагрузки и не создает электромагнитных помех при работе за счет устранени  бросков сквозного тока в моменты комг.тутапии. Формула изобретени  Импульсн;лй стабилизатор напр жёни  посто нного тока, содержащий включенный последовательно в силовую шину ключевой регулирующий элемент, riLC-фильтр, блок сравнени  выходного) Напр жени  с эталонньм, выходом соединенный через формирователь пилообразного напр жени  и формирователь широтно-импульсного сигнала с управл ющим входом ключевого регулирующего элемента, задающий генератор, выходом подключенный к формирователю пилообразного напр жени , двухтактный усилитель мощности, к общей точке эмиттеров двух силовых транзисторов которого подключен через дроссель выход ключевого регулирутадего элемента и выпр митель, включенный на выходе стабилизатора, отличающийс   тем, что, с целью увеличени  КПД стабилизатора при одновременном уменьшении его габаритов, в него введены дополнительный конденсатор DLCфилБТра , триггер, дифференциальна  пара п-р-п транзисторов, три резистора , ключевой транзистор имеет п-р-п проводимость, в качестве выпр мител  используетс  двухполупериодна  диодна  мостова  схвма, а усилитель мощности выполнен по мостовой схеме на четырех составных парах транзисторов, причем коллекторы силовых п-р-п транзисторов третьей и четвертой составной пары соединены с эмиттерами соответствующих дополнительных р-п-р транзисторов- и подключены к положительной шине питани , их эмиттеры через основной и дополнительный конденсаторы DLC-фильтра подключены к соответствующим выводам диагонали переменного тока двухполупериодной диодной мостовой схемы выпр мител  и непосредственно к соответствующим коллекторам п-р-п транзисторов первой и второй составных пар, базы дополнительных транзисторов которых через первый и второй резисторы соединены с противоположными базами силовых п-р-п транзисторов третьей и четвертой составных пар, подключенных к коллекторам соответствующих дополнительных р-п-р транзисторов, базы которых подключены к соответствующим коллекторам п-р-д транзисторов дифференциальной пары, эмиттеры которых через третий резистор соединен с отрицательной шиной, а базы подключены соответственно к пр мому и инверсному выходам триггеру, счетный вход которого подключен к выходу задающего генератора и запускающему входу формировател  пилообразного напр жени , допол