Стабилизированный источник питания

ЕНИЯ,; " СЗИДЕПЯЬСТВУ Н АВТОРСКОМУ ГОСУДАРСТВЕКНЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1, Типаев В.В.,Шубаев Ю.Н.Транзисторный стабилизатор напряжения с .регулированием по цепи переменного тока. - В сб. Электроннаятехника в автоматике. Под ред)Ю.И.Конева. И., ".Радио и связь",1981, вып, 12 с. 195-.200.2. Заявка ФРГ 9 2519446,кл. 6 05 Р 1/60, 19 б.54)(57) стАвилизиРОВАнный источник.ПИТАИИя, содержащий импульсный регулятор напряжения, вход питаниякоторого подключен к входным клеммам, а выход через сглаживающийФильтр подключен к выходным клеммам,между которыми включена цепь из последовательно соединенных параллельного стабилизатора напряжения идатчика тока, выход которого черезфазокорректирующую цепь соединен спервым входом усилителя обратнойсвязи, выход которого через моду-лятор ширины импульсов подключен квходу управления импульсного регулятора .напряжения, и источник опорного напряжения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, нто, с целью повышения надежности и улучшения массогабаритных характеристик, в него введеныпороговое устройство и ключ, причемвход порогового устройства подключен к выходу датчика тока, а выходк управляющему входу ключа, которыйвключен между выходом источника опор фффффного напряжения и вторым входом уси- ф Рлителя обратной связи. (Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в стабилизированных источниках питания радиоэлектронной аппаратуры.Известен стабилизированный источник питания, содержащий входной пре образователь напряжения, полупроводниковый выпрямитель, сглаживающий фильтр и параллельный стабилизатор напряжения 1.Недостатком известного устройст О ва является низкий КПД при изменении входного напряжения и сопротивления нагрузки, что обусловлено выбраннымспособом стабилизации напряжения за счет линейного параллельного стаби 15 лизатора напряжения.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является стабилизированный источник питания, содержащий импульсный регулятор напряжения,вход питания которого подключен к .входным клеммам, а выход через сглаживающий фильтр подключен к выходным клеммам, параллельно кото рым включена цепь из последовательно соединенных параллельного стабилизатора напряжения и датчика тока,выход, .датчика тока через фазокорректирующую цепь соединен с входом усилителя обратной связи, выход которого через модулятор ширины импульсов подключен 130 к входу управления импульсного регуля тора напряжения, и источник опорного напряжения. Недостатками, известного устройстваЗ 5 являются низкая надежность и большиЕ массогабаритные характеристики, Указанные недостатки обусловлены тем, что при включении стабилизированного источника питания или при сбросе на грузки увеличивается ток, протекающий через параллельный стабилизатор напряжения, Причем его величина может достигать максимальной величи ны тока нагрузки, что значительно превышает номинальный ток параллельного стабилизатора напряжения. В связи с этим параллельный стабилизатор напряжения долженбыть рассчитан на максимальный ток нагрузки, что требует увеличения массогабаритных характеристик всего источника питания. В то же время увеличение тока через параллельный стабилизатор напряжения носит импульсный характер, а длительность процесса определяется посто 55 янными времени сглаживающего Фильтра и Фазокорректирующей цепи, Наличие импульсного тока через параллельный стабилизатор напряжения приводит к значительному перепаду мощности рас сеивания икак следствие, к значительному-перепаду температуры, что снижает надежность параллельного стабилизатора и всего стабилизированного источника питания в целом. 65 Целью изобретения является повы. шение надежности и улучшение массо- габаритных характеристик.указанная цель достигается тем, что в стабилизированный источник питания, содержащий импульсный регулятор напряжения, вход питания которого подключен к входным клеммам а выход через сглаживающий фильтр подключен к выходным клеммам, между которыми включена цепь из последовательно соединенных параллельного стабилизатора напряжения и датчика тока, выход которого через фазокорректируюцую цепь соединен с первым входом усилителя обратной связи, выход которого через модулятор ширины импульсов подключен к входу управления импульсного регулятора напряжения и источник опорного напряжения, введены пороговое устройство и ключ, причем вход порогового устройства подключен к выходу датчика тока, а выход к управляющему входу ключа, который включен между выходом сточника опорного напряжения и вторым входом усилителя обратной связи, 1На чертеже приведена струКтурйая схема стабилизированного источника питания,где, 1 - импульсный регулятор напряжения,2 - сглаживающий фильтр,3 - параллельный стабилизаторнапряжения,4 . в . датчик тока,5 -. Фазокорректирующая цепь,6 - усилитель обратной связи,7 - модулятор ширины импульсов,8 - источник опорного напряжения;9 - пороговое устройство,10 - ключ.Стабилизированный источник питания, приведенный на .чертеже содержит импульсный регулятор напряжения 1, вход питания которого подключен к входным клеммам, а выход через сглаживающий фильтр 2 к выходным клеммам. Параллельно выходным клеммам включены последовательно соединенные параллельный стабилизатор напряжения 3 и датчик тока 4. Выход датчика тока 4 соединен через фазокорректирующую цепь 5 с первым входом усилителя обратной связи б исо входом порогового устройства 9, Выход порогового устройства 9 подключен к входу управления ключа 10,который включен между источником опорного напряжения 8 и вторым, входом усилителя обратной связи б. Выход усилителя обратной свящи б соединен с входом модулятора ширины импульсов 7, выход которого подключен к входу управления импульсного регулятора напряжения 1.Устройство работает следующим образом.В статйческом режиме работы стаби-, лизация выходного напряжения источника питания осуществляется параллельным стабилизатором напряжения 3. 5 Высокие стабилизирующие и фильтрующие свойства параллельного стабилизатора напряжения 3, а также высокий КПД обеспечиваются за счет импульсной системы регулирования, поддер живающей постоянным ток через параллельный стабилизатор напряжения 3. Стабилизация тока через параллельный стабилизатор 3 осуществляется следующим образом. С датчика тока 4 сигнал поступает через фазокорректирующую цепь 5 на первый вход усилителя обратной связи б, на второй вход которого через открытый ключ 10 подается напряжение от источника опорного напряжения 8. Сигнал рассогласования с выхода усилителя обратной связи б поступает на модулятор ширины импульсов 7, на выходе которого формируются прямоугольные импульсы с постоянным периодом следования и с пере менной длительностью. Модулятор вярины импульсов 7 управляет работой имнульсного регулятора напряжения 1, , который преобразовывает постоянное Входное напряжение в переменное пря моугольное напряжение. Сглаживающий Фильтр 2, установленный на выходе импульсного регулятора напряжения 1, преобразовывает .переменное прямоуголь ное напряжение в постоянное, вели- З 5 чина которого зависит от величины входного напряжения,.и от скважности импульсов управления. Обратная связь организуется таким образом, чтобы при увеличении тока через датчиктока 4 уменьшалась скважность импульсов управления, что приводит к уменьшению напряжения на выходе сглаживающего Фильтра 2 и уменьшению тока через параллельный стабилизатор напряжения 3. Пороговое устройство 9 . в статическом режиме работы поддерживает ключ 10 в открытом состоянии и не оказывает влияние на работу источника питания. Фазокорректирующая цепь 5 предназначена для обеспечения 50 устойчивой работы импульсной системы стабилизации тока через параллельный стабилизатор напряжения,З и имеет, как правило, постоянную времени в несколько раэ превышающую постоянную 55 времени сглаживающего Фильтра 2.При включении стабилизированный источник питания работает следующим образом. На первом этапе, когда .выходное напряжения не достигло своего бО номинального значения ток через параллельный стабилизатор напряжения 3 равен нулю, пороговое устройство 9 поддерживает ключ 10 в открытом состоянии,.а импульсы управления на вы ходе. модулятора ширины импульсов 7имеют максимальную длительность.На втором этапе выходное .напряжениедостигает своего номинального значения и дальнейшее его увеличение ограничивается за счет увеличения тока через параллельный стабилизаторнапряжения 3. Когда ток через параллельный стабилизатор напряжения 3достигает своего номинального значения импульсная система регулированияне может мгновенно изменить своесостояние за счет инерционности фаэокорректирующей цепи 5 и сглаживающе-го фильтра 2. Поэтому ток через па-раллельный стабилизатор напряжения 3 продолжает увеличиваться.При увеличении тока через парал-лельный стабилизатор напряжения 3растет выходное напряжение на выходедатчика тока 4, Как только выходноенапряжение датчика тока 4 достигаетпорога срабатывания порогового устройства 9 мгновенно срабатывает пороговое устройство 9 и запирает ключ10. Это приводит к пропаданию импульсов управления на выходе модулятораширины импульсов 7, и как следствие,к пропаданию напряжения на входесглаживающего фильтра 2. При этомток через параллельный стабилизаторнапряжения 3 протекает за.счет энергии запасенной в сглаживающем фильтре 2. По мере уменьшения энергиисгла,ивающего фильтра.2 начинаетуменьшаться ток через параллельныйстабилизатор напряжения,З, что приводит к уменьшению выходного напряжения датчика тока 4. Как тольковыходное напряжение датчика тока 4достигает порога отпускания порогового устройства 9 мгновенно срабатывает пороговое устройства 9 и открывает ключ 10. Это приводит к появлению импульсов управления на выхо-де модулятора ширины импульсов 7.Причем длительность импульсов управ-.ления на выходе модулятора шириныимпульсов 7 меньше первоначальной,так, как за время запертого состояния ключа 10 сигнал на первом входеусилителя обратной связи б изменилсвое значение с постоянной времениФазокорректирующей цепи 5. Еслипри этом импульс управления на выходе модулятора ширины импульсов 7превышает по длительности требуемый,то ток через параллельный стабили-затор .напряжения 3 опять начинаетувеличиваться, Это приводит к срабатыванию порогового устройства 9 и повторению всего цикла работы. Посленескольких циклов срабатывания порогового устройства 9 импульсы управления на выходе модулятора ширины импульсов 7 достигают требуемойдлительности, а ток через параллельный стабилизатор напряжения 3 поддерживается на номинальном уровне. При1035590 Составитель О,ОвсянниковаТехред И.Гайду Корректор И. Ватрушкина Реактор Г.Гербер Подписное Заказ 5832/49 Тираж 874ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/51 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 этом пороговое устройство 9 и ключ 10 не оказывают влияния на работу источника питания в статическом режиме.При сбросе нагрузки .источник питания работает Следующим образом. Сброс тока нагрузки ведет к увеличению тока через параллельный стабилизатор напряжения 3. Увеличивается выходное напряжение датчика тока 4, то приводит к срабатываниЮ пороговбе го устройства 9, которое запирает 0 ключ 10. Это приводит кпропаданию импульсов управления на выходе модулятора ширины импульсов 7. Выходное напряжение поддерживается только за счет энергии, запасенной в сгла живающем Фильтре 2, Как только ток через параллельнйй стабилизатор напряжения 3 уменьшится таким образом, что выходйое напряжение датчика тока 4 достигнет порога отпускания порогового устройства 9, схема возвра щается к своей исходной структуре статического режима.Таким образом, повышение надежнос ти и улучшение массогабаритных характеристик в данном источнике питания достигается за счет уменьшения тока через параллельныйстабилизатор напряжения при включенйи и сбросе нагруэки. Следует заметить, что ограничение тока через параллельный стабилизатор позволяет выполнять его на маломощной элементной базе, кото. рая обладает лучшими частотными характеристиками по сравнению с мощной элементной базой. Это приводит к возможности улучшения Фильтрующнх свойств источника питания за счет расширения частотной полосы параллельного стабилизатора. Следует также заметить, что введение в источник питания нелинейной цепи коррекции, включающей в себя пороговое устройство и ключ, не замедляет процесса включения, так как время выхода на номинальный режим определяетея параметрами Фаэокорректирующей цепи, В то же время, импульсный отбор мощности со входа при включениии при сбросе нагрузки позволяет сделать вывод о том, что данный источник питания в переходных процессах имеет более высокий КПД по сравнению с прототипом.Стабилизнрованный источник питания находит широкое применение при построении высокоточных низковольтных источников питания радиоэлектронной аппаратуры.