Вузол модуляції імпульсного стабілізатора

Винахід відноситься до області електротехніки, зокрема, до пристроїв перетворення параметрів електричної енергії і може бути використаний для створення джерел вторинного електроживлення з безтрансформаторним входом. Відомий «Імпульсний стабілізатор постійної напруги» (а.с. СРСР № 1067486, МПК - 3 G 05 F 1/56, БВ - 2 84p.), що містить двотактний регульований перетворювач із силовим трансформатором, через вихідні випрямляч і фільтр зв'язаний з вихідними виводами, формувач імпульсів, виходами з'єднаний з керуючими входами перетворювача, а входами через повторювач імпульсів і безпосередньо - з виходом тригера, перший вхід якого з'єднаний з виходом ШІМ, один із входів якого через формувач пилкоподібного напруги зв'язаний з виходом генератора, що задає, інший вхід ШІМ з'єднаний з виходом підсилювача зворотного зв'язку, входи якого підключені до вихідних висновків і джерела опорної напруги відповідно, при цьому в стабілізатор уведені додатковий випрямляч з RC - фільтром, підключені до вихідної обмотки силового трансформатора і з'єднані з першим входом елемента, що порівнює, другий вхід якого підключений до виходу джерела опорної напруги, виходи елемента, що порівнює, і формувача пилкоподібної напруги підключені до відповідним входам уведеного компаратора, вихід якого з'єднаний із другим входом тригера. Недоліками відомого пристрою є: низька лінійність пилкоподібної напруги, зв'язана з зарядом конденсатора через елемент, що не забезпечує стабільного струму; необхідність уведення ланцюгів синхронізації для симетрування перемагнічування сердечника і наближення лінійності пилкоподібної напруги до ідеального приводить до ускладнення принципової схеми керування і зменшенню надійності в зв'язку зі збільшенням кількості елементів. Найбільш близьким по технічній сутності і результату, якій досягається, і обраним як прототип є «Імпульсний стабілізатор постійної напруги» (Патент України № 54292, МПК - 7 G 05 F 1/56, Бюл. № 2, 2003p.), що містить двотактний двохтранзисторний регульований перетворювач із силовим трансформатором, вихідні випрямляч і фільтр, генератор, що задає, і формирувач імпульсів, широтно-імпульсний модулятор, перетворювач зворотного зв'язку, при цьому генератор, що задає, виконаний у вигляді функціонального генератора, що включає генератор трикутних імпульсів, виконаний за схемою інтегратора, і синхронізований з ним генератор прямокутних імпульсів, виконаний за схемою компаратора, формувач імпульсів виконаний за схемою фазоінвертора, виконаного на цифрових мікросхемах, широтно-імпульсний модулятор виконаний на операційному підсилювачі, а перетворювач зворотного зв'язку включає оптоелектронний перетворювач вихідного сигналу стабілізатора, транзисторний ємиттерний повторювач і підсилювач зворотного зв'язку на операційному підсилювачі, причому вихід генератора трикутних сигналів з'єднаний з першим входом генератора прямокутних імпульсів і з першим входом широтноімпульсного модулятора, вихід генератора прямокутних імпульсів підключений до рахункового входу тригера фазоінвертора, вихід перетворювача зворотного зв'язку підключений до другого входу широтно-імпульсного модулятора, вихід якого підключений до входів логічних елементів фазоінвертора, два виходу якого підключені до двох входів попереднього двохтранзисторного підсилювача, виходи яких навантажені на бази силових транзисторів двотактного двохтранзисторного регульованого перетворювача, а схема керування стабілізатора харчується від вхідного параметричного стабілізатора, крім того, вихідний випрямляч виконаний за мостовою схемою, а вихідний фільтр виконаний за схемою LC-фільтра зі штучною нульовою крапкою, при цьому вхідний параметричний стабілізатор виконаний за схемою зі штучною нульовою крапкою. Недоліком прототипу є складна схемотехніка вузла модуляції імпульсного стабілізатора. Задачею винаходу є розробка нової схемотехніки вузла модуляції імпульсного стабілізатора з досягненням технічного результату - спрощення пристрою і підвищення надійності роботи. Поставлена задача зважується тим, що в «Вузлі модуляції імпульсного стабілізатора», якій містить широтноімпульсний модулятор і перетворювач зворотного зв'язку, при цьому широтно-імпульсний модулятор виконаний на операційному підсилювачі, а перетворювач зворотного зв'язку включає підсилювач зворотного зв'язку на операційному підсилювачі, причому на прямому вході імпульсного модулятора присутні сигнали трикутної форми, а вихід широтно-імпульсного модулятора з'єднаний із входом формувача модульованих імпульсів керування, крім того, на вході перетворювача зворотного зв'язку є присутня напруга зворотного зв'язку з виходу імпульсного стабілізатора, функції широтно-імпульсного модулятора і перетворювача зворотного зв'язку сполучені й обоє ці пристрої реалізовані на одному операційному підсилювачі, включеного за схемою компаратора, причому на прямому вході компаратора присутні сигнали трикутної форми, а інверсний вхід компаратора з'єднаний із движком потенціометра, включеного в ланцюг резистивного дільника, підключеного через перемикач до напруги мережі чи до виходу випрямляча напруги зворотного зв'язку, що включає діодний мост, дросель і конденсатор, що згладжує, а вихід компаратора з'єднаний зі схемою збігу. Новим у пристрої, що заявляється, є більш простою схемотехніка побудови вузла модуляції імпульсного стабілізатора в порівнянні з прототипом і додаткові можливості керування режимами роботи імпульсного стабілізатора за рахунок уведення нових елементів і зв'язків між ними. Тому очевидно, що реалізація пристрою, що заявляється, дозволить вирішити задачу, поставлену в даному винаході, з досягненням технічного результату спрощенням пристрою і підвищенням надійності його роботи. Варто мати на увазі, що в пристрої по прототипі в складі формувача модульованих імпульсів керування мається схема збігу. Суттєвими ознаками пристрою, який заявляється, співпадаючими з прототипом, є наступні ознаки: широтноімпульсний модулятор; перетворювач зворотного зв'язку; широтно-імпульсний модулятор виконаний на операційному підсилювачі; перетворювач зворотного зв'язку включає підсилювач зворотного зв'язку на операційному підсилювачі; на прямому вході імпульсного модулятора присутні сигнали трикутної форми; вихід широтно-імпульсного модулятора з'єднаний із входом формирувача модульованих імпульсів керування; на вході перетворювача зворотного зв'язку є присутнім напруга зворотного зв'язку з виходу імпульсного стабілізатора. Відмітними від прототипу суттєвими ознаками пристрою, що заявляється, є наступні ознаки: функції широтноімпульсного модулятора і перетворювача зворотного зв'язку сполучені; широтно-імпульсний модулятор і перетворювач зворотного зв'язку реалізовані на одному операційному підсилювачі, включеного за схемою компаратора; на прямому вході компаратора присутні сигнали трикутної форми; інверсний вхід компаратора з'єднаний із движком потенціометра; потенціометр включений у ланцюг резистивного дільника; резистивний дільник підключений через перемикач до напруги мережі чи до виходу випрямляча напруги зворотного зв'язку; випрямляч зворотного зв'язку включає діодний мост, дросель і конденсатор, що згладжує; вихід компаратора з'єднаний зі схемою збігу. Між суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, існує наступний причинно-наслідковий зв'язок. Дійсно, нова схемотехніка пропонованого пристрою в порівнянні з прототипом простіше схемотехніки прототипу, хоча забезпечує нові додаткові функції керування імпульсним стабілізатором напруги, що підвищує надійність роботи пристрою в цілому. Сутність пристрою, що заявляється, пояснюється кресленням. На фіг. зображена принципова електрична схема пристрою, що заявляється. Пристрій, що заявляється, складається з випрямляча напруги зворотного зв'язку, що включає діодний міст VD1-VD4, дросель L1 і конденсатор, що згладжує, С1, що приводить до перетворення двополярного сигналу зворотного зв'язку від трансформатора струму (умовно не показана) в однополярний сигнал, що надходить на інверсний вхід компаратора DA1, прямої вхід якого через резистор R5 з'єднаний з виходом генератора трикутної напруги (умовно не показаний). Інверсний вхід компаратора DA1 з'єднаний у потенціометром R3, включеним у резисторний дільник напруги R1, R2 і R4, що з'єднаний з перемикаючим контактом перемикача режимів роботи SA1, що має два положення «мережа» і «внутрішні споживачі». Трикутні імпульси від генератора трикутної напруги, амплітуда яких стабільна, надходять через буферний резистор R5 на прямий вхід DA1. Дільник еталонної напруги на резисторах R2 - R4 забезпечують такий коефіцієнт підсилення на DA1, що необхідний для регулювання коефіцієнта стабілізації імпульсного стабілізатора. Установка вихідної напруги імпульсного стабілізатора Uвих виробляється резистором R3. Вихід компаратора DA1 з'єднаний із входами логічних елементів схеми збігу. Пристрій працює в такий спосіб. За допомогою перемикача SA1 вибирається один із двох можливих режимів роботи пристрою - у режимі перетворювача імпульсної постійної напруги в постійну напругу (перемикач SA1 знаходиться в положенні «мережа») чи в режимі імпульсного стабілізатора (перемикач SA1 знаходиться в положенні «внутрішні споживачі»). У режимі перетворювача імпульсної постійної напруги в постійну напругу за допомогою дільника R2-R4 формуються імпульси «зі сходинкою», що необхідні для нормальної роботи силових транзисторів перетворювача квазісинусоїдальної напруги - далі по тексту ПКСН (умовно не показаний). Під час формування «сходинки» усі силові транзистори ПКСН працюють у режимі «відсічення», тобто відключені. В інших випадках силові транзистори ПКСН по черзі попарно переключаються і всю напругу від нетрадиційного джерела харчування (далі по тексту - НДХ) перетвориться в напругу харчування ПКСН, величина якого буде залежати від вихідної напруги НДХ, при цьому воно буде змінюватися відповідно зміні напруги НДХ. У режимі імпульсного стабілізатора (перемикач SA1 знаходиться в положенні «внутрішні споживачі») через дільник R2-R4 випрямлене мостовим випрямлячем VD1-VD4 і відфільтроване фільтром L1 і конденсатором С2, напруга зворотного зв'язку керує величиною постійної напруги харчування ПКСН. При збільшенні постійної напруги від НДХ напруга харчування ПКСН падає і навпаки. Отже, джерело харчування переходить у режим стабілізації напруги харчування ПКСН. Для харчування ПКСН використовуються кілька постійних напруг, що утворять рівні квантування по напрузі для формування квазісинусоїдальної напруги. А тому що напруга зворотного зв'язку знімається з додаткової обмотки силового трансформатора імпульсного стабілізатора (умовно не показаний), те в кожен визначений момент часу величина цієї напруги зворотного зв'язку відповідає напрузі даного рівню квантування. Таким чином, при замиканні перемикачем SA1 ланцюга зворотного зв'язку з вихідного трансформатора (умовно не показаний), напруга на виході джерела харчування стабілізується поза залежністю від зміни напруги на вході джерела, що забезпечує на виході перетворювача, до складу якого входить пристрій, що заявляється, квазісинусоїдальна напруга 220В 50Гц. А при роботі на мережу перемикач SA1 замикає ланцюг резисторів R2-R4, що забезпечує формування сходинки, забезпечуючи безпечний режим роботи джерела, вихідна напруга якого залежить від зміни напруги на вході джерела - це забезпечує максимальну віддачу енергії в мережу 220В 50Гц. На компараторі DA1 трикутні імпульси з виходу генератора трикутних імпульсів порівнюються з постійною напругою зворотного зв'язку чи з фіксованим рівнем формування сходинки. Якщо перемикач SA1 знаходиться в положенні «мережа», то постійна напруга формує при підсумовуванні з трикутними імпульсами прямокутні негативні імпульси, що займають 90 % від тривалості трикутних імпульсів. Якщо перемикач SA1 знаходиться в положенні «внутрішні споживачі», то при напрузі виходу ПКСН 220В+10%, ці імпульси займають 50% від тривалості трикутних імпульсів, за умови, що напруга НДХ складає близько 65В. При зменшенні напруги від НДХ менш 65В зазначені прямокутні імпульси розширюються, отже, сигнал на відкривання вихідних транзисторів підсилювача потужності імпульсного стабілізатора присутній протягом більшого часу, що приводить до зростання напруги на виході імпульсного стабілізатора до норми, незважаючи на зменшення напруги від НДЇ на вході імпульсного стабілізатора. При збільшенні напруги від НДЇ більш 65В зазначені прямокутні імпульси стають уже, отже, сигнал на відкривання вихідних транзисторів підсилювача потужності імпульсного стабілізатора присутній протягом меншого часу, що приводить до зменшення напруги на виході імпульсного стабілізатора до норми, незважаючи на збільшення напруги від НДХ на вході імпульсного стабілізатора. На підставі усього вищевикладеного можна зробити висновок, що задача, поставлена в дійсному винаході розробка нової схемотехніки вузла модуляції імпульсного стабілізатора - виконана з досягненням технічного результату - спрощенням пристрою і підвищенням надійності його роботи.