RU1791801C - Импульсный стабилизатор посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

Использование: при построении экономических стабилизированных вторичных источников питани  различной радиоэлектронной аппаратуры. Сущность изобретени : стабилизатор содержит силовой ключ 1, DLC-фильтр, усилитель рассогласовани  5, резистор обратной св зи 6, источник опорного напр жени  7, компаратор 8, вре- м задающую цепочку 9, 10, диоды 11, 12, сглаживающий конденсатор 13, триггер 14, задающий генератор 15, логический элемент И 16. В стабилизаторе обеспечено резкое снижение выходного тока при перегрузке без использовани  датчика-тока в его составе, при этом значительно снижаетс  мощность, рассеиваема  на силовых элементах стабилизатора, так что она не превышает мощности, рассеиваемой в нормальном режиме эксплуатации, повышена надежность стабилизатора. 2 ил. ел С

Description

VJ

чэ

00

о

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано при построении экономических стабилизированных вторичных источников питани  различной радиоэлектронной аппаратуры.

Известен импульсный стабилизатор посто нного напр жени , содержащий последовательно соединенные датчик тока, силав,ой Ключ ; $-1-СО-фильтр, точка соединени  дроссел  и конденсатора которого образует выход стабилизатора дл  подключени  нагрузки, интегратор, один вход кото- рого подключен к точке соединени  силового ключа с дросселем LCD-фильтра, другой вход - к источнику опорного напр жени , задающий генератор, два триггера и логический элемент И, выход задающего генератора соединен со входом первого триггера , выход которого подключен к установочному входу второго триггера и одному из входов логического элемента И, другой вход которого соединен с выходом второго триггера, а выход логического элемента И подключен к управл ющему входу силового ключа, выход датчика тока подключен к узлу выделени  токовых импульсов , выход которого соединен с первым входом сброса второго триггера, второй вход сброса этого триггера подключен к выходу интегратора 1.

Недостатком этого стабилизатора  вл етс  то обсто тельство, что в режиме перегрузки мощность, рассеиваема  на силовом ключе, превышает мощность, рассеиваемую в нормальном режиме эксплуатации, т.к. при перегрузке данного стабилизатора он переходит в режим стабилизации тока с соответствующей выходной характеристикой (типа 2 в соответствии с 2), что ведет к снижению надежности, увеличению массы, габаритов и сложности этого стабилизатора .

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому  вл етс  импульсный стабилизатор посто нного напр жени , содержащий последовательно соединенные в силовую шину датчик тока, силовой ключ с LCD-фильтр, точка соединени  дроссел  и конденсатора которого образуют выход стабилизатора дл  подключени  нагрузки, усилитель сигнала рассогласовани , один вход которого подключен к выходу стабилизатора, а другой вход - к источнику опорного напр жени , врем - задающую цепочку, состо щую из последовательно соединенных резистора и конденсатора, так что резистор подключен к силовой шине на входе стабилизатора, а конденсатор - к общему проводу разр дно- го ключа и компаратора, причем один вход

компаратора и разр дный ключ подключены параллельно конденсатору врем задаю- щей цепочки, а другой вход компаратора подключен к выходу усилител  рассогласовани , задающий генератор, триггер и логический элемент И, выход задающего генератора соединен с установочным входом триггера и одним из входов логического элемента И, другой вход которого подклю0 чен к выходу компаратора, а выход логического элемента И подключен к одному из входов сброса триггера, выход которого подключен к управл ющим входам разр дного и силового ключей, выход датчика тока

5 соединен со входом узла выделени  токовых импульсов, выход которого подключен к другому входу сброса триггера 3.

Рассматриваемый стабилизатор 3 выполнен с использованием интегрального

0 таймера типа 555 (отечественный аналог - 1006ВИ1). В приведенной характеристике технической сущности прототипа использована соответствующа  функциональна  схема как таймера, так и стабилизатора в

5 целом. Причем в состав функциональной схемы таймера включены только его существенные признаки дл  данного предложени ,

Недостатком данного стабилизатора.

0 так же как и предыдущего аналога,  вл етс  повышенна  мощность, рассеиваема  на его силовых элементах в режиме пере;руз- ки, что ведет к снижению надежности, увеличению массы, габаритов и сложности

5 этого стабилизатора. Дополнительна  сложность рассматриваемого стабилизатора св зана также с наличием специальных элементов, необходимых дл  защиты от перегрузок ho току. Такими элементами  вл 0 ютс  датчик тока, выполненный в виде резистора, а также узел выделени  токовых импульсов. Кроме того, на резистивном датчике тока выдел етс  дополнительна  мощность , что снижает экономичность

5 стабилизатора, а падение напр жени  и  этом датчике с увеличением тока нагрузи.;  вл етс  дополнительным источником нестабильности выходного напр жени  стабилизатора .

0Цель изобретени  - повышение надежности .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в импульсный стабилизатор посто нного напр жени , содержащий последовательно

5 соединенные силовой ключ и LCD-фильтр, точка соединени  дроссел  и конденсатора которого подключены к выходному выводу, усилитель рассогласовани , один вхот которого подключен к выходному выводу, а другой - к источнику опорного напр жени ,

компаратор и врем задающую цепочку, состо щую из резистора и конденсатора, подключенных одними выводами к одному из входов компаратора, другой вывод конденсатора подключен к общему проводу, а другой вход компаратора соединен с выходом усилител  рассогласовани , задающий генератор , триггер и логический элемент И, выход задающего генератора соединен с установочным входом триггера и одним из входов логического элемента И, вход сброса триггера подключен к выходу компаратора согласно изобретению резистор обратной св зи включен между выходным выводом и выходом усилител  рассогласовани , резистор врем задающей цепочки подключен параллельно конденсатору этой цепочки, точка соединени  силового ключа с LCD- фильтром через первый диод подключена к точке соединени  компаратора с врем задающей цепочкой, а через второй диод - к выводу питани  усилител  рассогласовани , дополнительно, между этим же выводом и общим проводом включен сглаживающий конденсатор, при этом другой вывод логического элемента И подключен к выходу триггера, управл ющий вход силового ключа соединен с выходом логического элемента И, а свободный силовой вывод силового ключа подключен к входному .выводу.

Сопоставительный анализ с прото- типом позвол ет установить отличие за вл емого технического решени , заключающеес  в том, что пр моугольные импульсы напр жени  с выхода силового ключа подаютс  через один диод на врем задающую цепочку, дл  формировани  пилообразного напр жени  на одном из входов сравнени  компаратора, а через другой диод - на вывод питани  усилител  рассогласовани  дл  формировани  напр жени  питани  путем фильтрации импульсов сглаживающим конденсатором.

Наличие отличительных признаков в предлагаемом техническом решении в их указанной св зи позвол ет реализовать стабилизатор посто нного напр жени  с защитой от перегрузки, так что рассеиваема  при этом мощность не будет превышать мощности, рассеиваемой в нормальном режиме , тем самым повышаетс  надежность этого стабилизатора.

На фиг.1 изображена структурна  схема предлагаемого стабилизатора напр жени , на фиг.2 - диаграмма его работы.

Импульсный стабилизатор посто нного напр жени  (фиг.1) содержит последовательно соединенные силовой ключ 1 и LCD- фильтр, состо щий из диода 2, дроссел  3 и

конденсатора 4, точка соединени  которых образует выход стабилизатора дл  подключени  нагрузки. К выходу стабилизатора подключен также один из входов усилител  5 рассогласовани  5 и резистор 6 обратной св зи, к другому входу усилител  подключен источник 7 опорного напр жени . Выход усилител  соединен с одним из входов компаратора 8 и резистором обратной св зи.

0 Между другим входом компаратора и общим проводом включена врем задающа  цепочка, содержаща  параллельно соединенные резистор 9 и конденсатор 10. Этот же вход через первый диод 11 подключен к

5 точке соединени  силового ключа и LCD- фильтра. К этой же точке, через второй диод 12 подключен вывод питани  усилител  рассогласовани , а между общим проводом и выводом питани  включен сглаживающий

0 конденсатор 13. Выход компаратора подключен ко входу сброса триггера И, вход установки которого соединен с задающим генератором 15 и одним из входов логического элемента И 16, другой вход которого

5 подключен к выходу триггера. Выход логического элемента соединен с управл ющим входом силового ключа.

Импульсный стабилизатор работает следующим образом.

0Импульсы (Ли с выхода задающего генератора 15 поступают на установочный вход триггера 14 и один из входов логического элемента И-НЕ 16. При этом на врем  длительности этого импульса (tcrti) потенциал

5 на выходе триггера UTp фиксируетс  в первом устойчивом состо нии и не зависит от других управл ющих сигналов. В течение этого периода времени силовой ключ 1 открыт . Начина  с момента, когда открывает0 с  силовой ключ (ta), через диоды 11/ 12 зар жаютс  конденсатор 10 врем задающей цепочки URC и сглаживающий конденсатор 13. В нормальном режиме работы после окончани  импульса с задающего генерато5 ра (п) на выходе компаратора 8 поддерживаетс  высокий потенциал, т.к. напр жение на конденсаторе 10 и. следовательно, на одном из входов компаратора (в момент ti) максимально возможное, а на другом вхо0 де - формируетс  усилителем рассогласовани  и имеет некоторое значение Upac в зоне регулировани  и меньше чем URCmax. При этом напр жение на выходе триггера сохран ет свое значение и по окончании импуль5 са задающего генератора закрываетс  силовой ключ, диоды 11, 12 и начинают разр жатьс  конденсаторы 10 и 13. Конденсатор 10 разр жаетс  через резистор 9 врем задающей цепочки до тех пор, пока напр жение на нем не станет меньше напр жени  рассогласовани  UpaJta). В результате компаратор 8 опрокинетс  и установит триггер во второе устойчивое состо ние, перевод щее силовой ключ в открытое состо ние Оз), которое сохран етс  до прихода следующего тактового импульса (ta), который установит триггер оп ть в первое устойчивое состо ние, а по окончании этого импульса силовой ключ закрываетс  (т.4). Далее процесс повтор етс .

При изменении напр жени  на выходе стабилизатора по какой-либо причине измен етс  и сигнал рассогласовани  Upac, измен   порог срабатывани  компаратора и, в результате врем , в течение которого от- крыт силовой ключ так, что напр жение на выходе стабилизатора стремитс  к исходному значению, равному в данном случае напр жению опорного источника 7.

С ростом тока нагрузки напр жение на выходе стабилизатора уменьшаетс  из-за конечного значени  коэффициента стабилизации , что в свою очередь г риводит к увеличению напр жени  рассогласовани  Upac и, следовательно, к увеличению, тока, по- требл емого усилителем рассогласовани  от источника питани , в данном случае сглаживающего конденсатора 13. Так как в течение закрытого состо ни  силового ключа (ti-T.2) закрыт и диод 12, то в конечном счете увеличение тока нагрузки приводит к увеличению тока разр да конденсатора 13 и, следовательно , к уменьшению напр жени  питани  усилител  рассогласовани , что преп тствует росту Upac. В этом случае на- пр жение на выходе стабилизатора поддерживаетс  в заданных пределах только до некоторого максимально возможного тока нагрузки, а затем, из-за падени  напр жени  питани  усилитель рассогласовани  не может обеспечить необходимую величину Upac, что. ведет к дальнейшему падению на- гкр жен и-  на выходе стабилизатора:

При соответствующей величине рези- о&ратной св зи 6 процесс развивает- е,  ла&И НОобразно, т.к. падение напр жени  на выходе стабилизатора приводит к росту TORS через этот резистор с выхода усилител  рзее&гл-асовзии  и, следовательно, к еще большему падению напр жени  питани  и

Upac.

В ко«це концов результатом перегрузки будет устойчивое состо ние стабилизатора, при котором Upac так мало, что в течение периода тактовых импульсов (ts-ty) напр - жен«в на врем задающей цепочке при разр де конденсатора 10 не может достигнуть значени  Upac, при этом триггер фиксируетс  в первом устойчивом состо нии и не вли ет на состо ние силового ключа, т.е.

размыкаетс  цепь отрицательной обратной св зи стабилизатора напр жени , В этом режиме силовой ключ управл етс  только по цепи: задающий генератор, логический элемент И, управл ющий вход силового ключа, а врем , в течение которого ключ открыт, равно длительности тактового импульса .

При коротком замыкании и в случае режима разрывных токов дроссел  ток через силовой ключ определ етс  известным выражением

Чдр

(1-е L ),(1)

Un

ГДР

где Un - напр жение питани  стабилизатора;

L, Гдр - индуктивность и сопротивление потерь дроссел  LCD-фильтра.

Выбира  соответствующим образом параметры дроссел  и длительность тактовых импульсов, можно ограничить амплитуду и среднее значение тока через силовой ключ при коротком замыкании так, чтобы мощность , рассеиваема  на силовом ключе в режиме перегрузки, не превышала мощности , рассеиваемой в норг- „льном режиме, что возможно при условии, если средний ток при коротком замыкании намного меньше максимально возможного тока в нормальном режиме работы

1кЗ « Icp(2)

Дл  возврата стабилизатора в нормальный режим работы достаточно устранить перегрузку .

Резкое снижение выходного тока в предлагаемом стабилизаторе при перегрузке без использовани  датчика тока в его составе позвол ет значительно снизить мощность, рассеиваемую на силовых элементах стабилизатора, так что она не будет превышать мощности, рассеиваемой в нормальном режиме эксплуатации стабилизатора , а это повышает эксплуатационную надежность стабилизатора, позвол ет снизить его массогабаритные показатели при одновременном упрощении конструкции.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Импульсный стабилизатор посто нного напр жени , содержащий соединенные последовательно силовой ключ и дроссель DLC-фильтра, конденсатор которого включен между выходным выводом и общим проводом , а коммутирующий диод - между точкой соединени  силового ключа и дроссел  DLC-фильтра и общим проводом, усилитель рассогласовани , один вход которого подключен к выходному выводу, а

   другой - к источнику опорного напр жени , компаратор и врем задающую цепочку, состо щую из резистора и конденсатора, обща  точка которых подключена к первому входу компаратора, а свободный вывод конденсатора соединен с общим проводом, второй вход компаратора подключен к выходу усилител  рассогласовани , триггер, логический элемент И и задающий генератор , выход которого соединен с установочным входом триггера и одним из входов логического элемента И, а вход сброса триггера подключен к выходу компаратора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности, в него введены первый и второй диоды, резистор обратной св зи и сглаживающий конденсатор, при0

   5

   чем свободный вывод резистора врем зада- ющей цепочки соединен с общим проводом, точка соединени  силового ключа с дросселем и коммутирующим диодом DLC-фильтра через первый диод подключена к первому входу компаратора, а через второй диод - к выводу питани  усилител  рассогласовани , который через сглаживающий конденсатор соединен с общим проводом, при этом другой вывод логического элемента И подключен к выходу триггера, управл ющий вход силового ключа соединен с выходом логического элемента И, свободный силовой вывод силового ключа подключен к входному выводу, а резистор обратной св зи включен между выходным выводом и выходом усилител  рассогласовани .

   и

   а

   тн

   V,

   Гр

   ot,

   ОТ.

   IT

   f

   tl

   Фиг.2