Импульсный стабилизатор напряжения
Похожие патенты | МПК / Метки | Текст | Заявка | Код ссылки
Номер патента: 1688235
Авторы: Ершов, Серебряный
Текст
союз советскихСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 0571/ ЕН К АВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМпри гкнт Оса ПИСАНИЕ И МУ СВИДЕТЕЛЬСТ 1(56) Авторское свидетельство СССР 8 920673, кл, С 05 Г 1/569, 1982,Авторское свидетельство СССР М 1265740, кл. С 05 Р 1/56, 1986, (54) иипульсный стАьИлИЭАТОР НАпРЯЖЕНИЯ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использован для электропитания различных радиоэлектронных устройств при повышенных требованиях к точности стабилизации выходного напряжения. Целью изобретения является повышение на,801688235 А 1 дежности эа счет снижения пусковогтока и точности стабилизации выходного напряжения, В период пуска стбилизатора ограничитель 3 обеспечивает работу стабилизатора прималых пусковых токах. При работестабилизатора при входном напряжении Бвбольшем выходного Н ьжрабптает транзистор 11, а транзистор12 закрыт, при вы( цвых транзистор 11 полностью открйт, а стабилизация напряжения осуществляетсятранзистором 12, При снижениивходного напряжения меньше допустимой величины ограничитель 3 напряжения предотвращает переход транзистора 12 в полностью открытоесостояние, т,е. исключает возникновение аварийного режима. 2 з.п,ф-лы, 4 ил.688235 ЭИзобретение относится к электротехнике и может быть исгольэовано для электропитания различных радиоэлектронных устройств гри повышенных требованиях к точности стабилизации выходного напряжения.Целью изобретения является повышение надежности путем снижения пускового тока и точности стабилизации выходного напряжения,"г 1 а Фиг, 1 изображена структурная схема стабилизатора на Фиг,. 2 то же, генератора пилообразного напряжения, на Фиг. 3 " временные диаг.раммы, иллюстрирующие Формирование пилообразных сигналов, на Фиг. то же, работы стабипиэагора.Стабилизатор (Фиг,1) содержит клюлевой преобразователь 1, вход которого является входом стабилизатора, а выход - выходом стабилиэатора и соединен с первым входом усилителя 2 сигнала ошибки, выход которого соединен с управляоцим входом ограничителя 3 напряжения, выход . которого соединен с вторым входом первого компаратора Ч и первым входом второго компаратора 5, выходы которых соединены с управляющими входами соответственно первого 6 и второго 7 транзисторных ключей. Выход генератора 8 пилообразного напряжения соединен с первым входом первого компаратора М и первым входом инвертора 9, выход которого соединен с вторым входом второго компаратора 5. Эталонный выход источника 10 опорного напряжения соединен с вторым входом усилителя 2 сигнала ошибки. Первый дополнитегьный выход источника 10 опорного напряжения соединен с зходом задания нижнего порога (11 р . ) генератора 8 гилообразного напряжения и вторым входом инвертора 9. Второй дополнительный выход источника 10 ОПОрного напряжения сОе- динен с задающим входом ограничителя 3 напряжения и входом задания верхнего порога Л;,о ., , генератора 8 пилообразного напряжения, Транзисторные ключи 6, 7 соединены последовательно и аключены между входом управления последовательным ключом 11 ключевого преобразователя 1 и общей шиной, Вход управления парал. лельнога ключа ,:2 соединен с озябшей точкой транзисторных ключей 6, 7,25 30 35 О 45 50 55 Ограничитель 3 напряжения состоитиз первого резистора 13, включенногомежду управляющим входом и выходомдиода 1, транзистора 15, база которого через второй резистор 16 соединена с задающим входом третьегорезистора 17 и конденсатора 18, подключенных между базой транзистора 15и общей шиной.Генератор 8 пилообразного напряжения содержит интегратор 19, первый вход которого является входомзадания нижнего порога Бр,генера гора пилообразного напряжения, авыход - выходом генератора пилообразного напряжения. Выход интегратора19 соединен с первым входом третьеггкомпаратора 20 и - через ключ 21 - сосвоим вторым входом. Второй входкомпаратора 20 является вхолом задания верхнего порога Ц р в генератора, а выход соединен с управляющим входом ключа 21,Стабилизатор работает следующимобразом.Стабилизатор относится к группеустройств у которых напряжение навходе: может быть как выше, так иниже выходного. Поэтому ключевойпреобразователь 1 стабилизатора взависимости от уровня входного напряжения работает в понижающем или повышающем режиме. Для получения высокой точности стабилизации выходногонапряжения при переключении ключевого преобразователя 1 из понижающегорежима в повышающий и наоборот, регулировочная характеристика стабилизатора не должна претерпевать разрыва,т.е.в цепи обратной связи не долженвозникать нелинейнс гс типа "люФт.Для.гвыполнения этог о условия сигнал усилителя 2 ошибки сравнивается 4 а двух компараторах 4 и 5 с двумя пилообразными сигналами, Сигналы Формируютсясимметричными относительно второгоопорного напряжения 1н,т.е,нарастание первой и второй "пилы"происходит из одной точки (Фиг.3)При изменении сигнала на выходеусилителя 2 сигнала ошибки от минимума до максимума происходит нарастание относительной длительностиимпульсов от "0" до "1" на выходепервого компаратора 4 и затемуменьшение относительной длительности импульсов от "1" ро 0,1" навыходе второго компаратора 5. При882356 5 16этом переключение стабилизатораиз понижающего режима в повышающий и наоборот происхорит без "перескока" в цепи регулирования, чтообеспечивает высокую тоцность стабилизации выходного напряжения.формирование двух, сигналов пилообразного напряжения происходитследующим образом.На выходе интегратора 19 формируется линейно нарастающее напряжение, скорость нарастания которогоопределяется величинами Ц по,и резистора К и конденсатора С (Фиг,2),При достижении сигналом интегратора 19 напряжения 11 рсрабатывает компаратор 20 и открывает клюц21, через который происходит разрядконденсатора С интегратора 19(фиг3)На выхоре интегратора 19устанавливается напряжение Б до.нключ 21 закрывается и процесс повторяется (Фиг,3), Таким образом, навыходе генератора 8 пилообразногонапряжения (интегратора 19) Формируется первый пилообразный сигналс размахом напряжения, равнымПО, ВПОР. Нторой сигнал пилообразного напряжения формируется инвертированием первого сигнала в инверторе 9. Поскольку и генератор 8 пилообразного напряжения, и инвертор 9 Формируютсигналы относительно одного и тогоже опорного напряжения 1 по н , тооба сигнала не накладываются оринна другой, но и не создают нелинейности регулировоцной характеристики,Рассмотрим работу стабилизаторав разные временные интервалы (Фиг,4),- 0 - переходный процесспри включении,г, =- стабилизация при1: - стабилизация приснижении цвк ро величины Бвх ( Пвьх,с = г,с - стабилизация при1 ь КЦ в ьхт) е - дальнейшее снижение 11При включении стабилизатора впервый момент времени напряжениена выходе Ив к (Фиг,4 а) равно нулю,и на выходе усилителя 2 ошибки Формируется всплеск сигнала (на фиг,4 бпоказан пунктиром), Поступление такого сигнала на компараторы 4 и 5вызывало бы открытие последователь 5 10 15 РО 25 30 35 40 45 50 55 ного 11 и параллельного 12 транзисторов ключевого преобразователя 1 что может привести к пробою мощных транзисторов 11 и 12 и вьходу стабилизатора из строя. Для исключения такой ситуации сигнал .усилителя ошибки предварительно прохорит через ограничитель 3. Уровень ограницения изменяется во времени и плавно нарастает при включении от нуля до величины, ограничивающей относительную длительность открытия транзистора 12 повышающей ветви ключевого преобразователя 1 на уровне 0,850,95 (т.е. защиту от короткого замыкания). Уровень ограничения устанавливается резисторным делителем 16, 17 с учетом падения напряжения на диоде 14 и переходе база-эмиттер транзистора 15, а время нарастания - резисторами 16, 17 и конденсатором 18 ограницителя 3. Как только напряжение сигнала . усилителя 2 ошибки становится меньше напряжения ограницения, ограничитель отключается (запирается диод 14) и напряжение на входах компараторов становится равным напряжению сигнала усилителя 2 ошибки,Сигнал, прошедший через ограничитель 3 на входы компараторов 4 и 5, мал (фиг,4 б). На перяьй вхор первого компаратора 4 поступает пилообразный сигнал инвертора 9 11 цв (фиг,4 б), напряжение которого измезт; няется от 1 ,Р, до (2р, и -- 1 по в а на второй вхор - сигнал ошибки, прошедший через ограничитель 3, Поскольку сигнал на выходе ограничителя 3 возрастает плавно,тс н выходе компаратора 4 формируются импульсы (Фиг.4 в) нарастающей длительности, которые через первый транзисторный ключ 6 открывают послеровательный транзистор 11 ключевого преобразователя 1. Второй компаратор 5 сравнивает сигнал ошибки с сигналомгенераторов 8 11 ги(фиг,4 б), которыйизменяется от И яоро П поР , "омпаратор 5 Формирует на выхоре сигнал"1" (Фиг,4 г) и открывает второй транзисторный ключ 7, который запирает параллельный транзистор 12 ключевого преобразователя. На интервале 0 - е происхорит работа последовательного транзистора 11 ключевого преобразователя 1, на выходе стабилизатора плавно нарастает выход"ное напряжение, потребление тока возрастает плавно без больших пусковыхбросков. 5Установка в цепи регулированияограничителя 5 обеспечивает надежнуюрвботу стабилизатора за сцет резкого снижения пускового тока, а такжебыстрое, беэ перерегулирования плавное установление выходного напряжения,На временном интервалепри 11 в1 с вьссс работа .стабилизатора продолжается по описанному алгоритму, т,е, переклюцается только последовательный транзистор 11, Параллельный транзистор 12 ключевогопреобразователя 1 остается эакрьстым.Нэ временном интервэлР 1 .. 1, 2 Офиг.а) входное напряжение начинаетпонижаться и в момент т становится равным выходному. Напряжение сигнала на выходе усилителя 2 сигналаошибки возрастает, и на выходе первого компаратора 4 Формируются импульсы все большей длительности. Вмомент времени снапряжение сигнала усилителя 2 ошибки становитсяравным напряжению -.асс,нтранзистор 11 Зоключевого преобразователя 1 полно(,тью открывается. Наступает момент,когда транзистор 11 открыт полностью, а транзистор 12 еще закрытпоскольку регулировоцная характери 4 тика стабилизатора линейна и нееимеет плюнута", то дальнейшее снижение 1сразу вызывает переключениевторого компаратора 5. Второй транЗисторный ключ 7 закрывается и токбазы транзистора 11 через первыйтранзисторный ключ 6 поступае- вбазу параллельного транзистора 12ключевого преобразователя 1. Стабилизатор начинает работать в повывающем режиме,Использованиеобщейцепи базы мощных транзисторов 11 и12 позволяет снизить энергопотребление на раскачку оконечного каскада,что при мощности стабилизатор более 100 Вт составляет единицы ВаттНа временном интервалРБ с 11 ы и постоянно. При этом по 6 . 6 ыХследовательный транзистор 11 постоян- но открыт, а параллельный транзистоо12 ключевого преобразователя 1 коммутируется со скважностью, завися;пейот соотношения величин 13; и 1 с ыХа также от величины тока нагрузки,В момент времени т . нацинаетсяновое снижение входного напряжения,Напряжение сигнала на выходе усилителя 2 ошибки снова начинает расти,цто увеличивает продолжительностьвключения второго транзистора 12ключевого преобразователя 1, При достижении сигналом усилителя 2 ошибки напряжения ограничения сновавключается ограницитель 3, Несмотря на рост напряжения сигнала усилителя 2 ошибки (пунктирная линия наФиг.16) напряжение сигнала на входевторого компаратора 5 остается постоянным, что исклюцает воэможностьпостоянного открытия транзистора 12и короткого замыкания через транзистор. Стабилизатор выходит приэтом из режима стабилизации и выходное напряжение несколько снижается,Однако во время таких аварийных просадок входного напряжения стабилизатор сохраняет работоспособность,а при восстановлении входного напряжения продолжает работу,Устройство обеспечивает высокую надежность работы во всех режимах стабили;.,ции, в 3-5 раз более быстрый и плавный выход на режим при малых пусковых токах и высокую точность стабилизации выходного напряжения при изменении входного напряжения в широких пределах,Ф о р и у л а и з о б р е т е н и я1, Импульсный стабилизатор напряжения, содержащий последовательно-параллельный ключевой преобразователь, вход которого соединен саным выводом и первым входом усилителя ошибки, второй вход которого подключен к эталонному выходу источника опорного напряжения общую шину, первый и второй компараторы, генератор пилообразного напряжения, 1выход которого соединен с первым входом тРрвого компаратора р о т л и ц а ю щ и й с я тем что, с целью повышения надежности путем снижения пусковых токов и точности стабилизации выходного напряжения, в него введены первый и второй транзисторные ключи, ограницитель напряжения и инвертор, генератор пилообразного напряжения, выполненный Формирующимнапряжение, изменяющееся в диапазоне от нижнего до верхнего порогов, при этом выход генератора пилообразного напряжения соединен с первым входом инвертора, выход усилителя ошибки с входом управления ограничителя напряжения, выход которого соединен с вторым входом первого компаратора и первым входом второго компаратора, 10 второй вход которого соединен с выходом инвертора, выходы первого и второго компараторов, соединены с управляющими входами соответствующих транзисторных ключей, вход управле ния последовательным ключом ключевого преобразователя через последовательно соединенные первый и второй транзисторные ключи подключен к общей. шине, вход управления параллель ным ключом ключевого преобразователя соединен с общей точкой первого и второго транзисторных ключей, при этом источник опорного напряжения снабжен двумя дополнительными выходами, первый из которых соединен с входом задания нижнего порога Бо р генератора пилообразного напряжения и вторым входом инвертора, а второй дополнительный выход источника опор- ЗО ного напряжения соединен с задаюшим входом ограничителя напряжения и входом задания верхнего порога Ур в генератора пилообразного напряжения, при этом 2 Иоор.иаор, в,2. Стабилизатор по п., 1, о т л и-.ч а ю щ и й с я тем, что генераторпилообразного напряжения содержиттретий компаратор, третий транзисторный ключ и интегратор, выход которого является выходом генераторапилообразного напряжения и соединенс первым входом третьего компаратораи через третий транзисторный ключподключен к первому входу интегратора, а выход третьего компараторасоединен с управляющим входом третьего транзисторного ключа, вторыевходы интегратора и третьего компаратора являются входами заданиясоответственно нижнего и верхнегопорогов генератора пилообразного напряжения.3. Стабилизатор по и,1 или 2, о т"л и ч а ю щ и й с я тем, что ограничитель напряжения содержит три резистора, конденсатор, диод и транзистор, при этом вход управленияограничителя напряжения через первыйрезистор соединен с выходом ограничителя напряжения и через диод - сэмиттером транзистора, коллекторкоторого соединен с общей шиной,задающий вход ограничителя напряжения через второй резистор соединенс базой транзистора, которая черезпараллельно соединенные третий резистор и конденсатор соединена с общеи шинои,1688235 Ощ 1 оедактор А.Маковская Корректор Л, Пилипенк з ЗУ 09 Тираж ПИ Государственного комитета по и 113035, Москва, Ж, уш Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгор Гагарина,101 ЗаВНИ йц Ибй.й витель ЕФиноген Техред ЛОлийньвв тПодписноениям и открытиям при ГКНТ СССРая наб д. 4/5
СмотретьЗаявка
4678465, 14.04.1989
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
ЕРШОВ АНДРЕЙ НИКОЛАЕВИЧ, СЕРЕБРЯНЫЙ ЭДУАРД МАТВЕЕВИЧ
МПК / Метки
МПК: G05F 1/56
Метки: импульсный, стабилизатор
Опубликовано: 30.10.1991
Код ссылки
<a href="https://patents.su/6-1688235-impulsnyjj-stabilizator-napryazheniya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Импульсный стабилизатор напряжения</a>
Предыдущий патент: Способ автоматического управления процессом созревания сыра
Следующий патент: Устройство для ввода информации
Случайный патент: Агрегатный станок