Імпульсний стабілізатор напруги

Імпульсний стабілізатор напруги, що містить двотактний регульований силовий перетворювач (ДРСП) із силовим трансформатором і попереднім двотранзисторним підсилювачем (ПДП), задавальний генератор, виконаний у вигляді функціонального генератора, що містить, у свою чергу, генератор трикутних імпульсів (ГТІ), виконаний за схемою інтегратора, і синхронізований з ним генератор прямокутних імпульсів (ГПІ), виконаний за схемою компаратора, формувач імпульсів керу 3 білізатора, транзисторний емітерний 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 широтно-імпульсного модулятора, вихід генератора прямокутних імпульсів підключений до рахуючого входу тригера фазоінвертора, вихід перетворювача зворотного зв'язка підключений до другого входу широтно-імпульсного модулятора, вихід якого підключений до входів логічних елементів фазоінвертора, два виходи якого підключені до двох входів попереднього двохтранзисторного підсилювача, виходи яких навантажені на бази силових транзисторів двотактного двохтранзисторного регульованого перетворювача, а схема управління 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 відомого пристрою є його складна схемотехніка. Найближчим аналогом обраний «Імпульсний стабілізатор напруги» (патент України №64247 А, МПК-7 G 05 F 1/56, Н 02 М 3/335, Н 02 М 7/00, бюл. №2, 2004p.), що містить двотактний регульований силовий перетворювач із силовим трансформатором і попереднім двохтранзисторним підсилювачем, задавальний генератор, виконаний у вигляді функціонального генератора, що складається з генератора трикутних імпульсів, виконаного за схемою інтегратора, і синхронізованого з ним генератора прямокутних імпульсів, виконаного за схемою компаратора, формувач імпульсів керування, виконаний за схемою фазоінвертора й реалізований на цифрових мікросхемах, широтноімпульсний модулятор, виконаний на операційному підсилювачі, перетворювач зворотного зв'язку, утримуючий підсилювач зворотного зв'язку на операційному підсилювачі, додатково уведений пристрій струмового захисту, при цьому силовий перетворювач виконаний за мостовою схемою, попередній підсилювач містить проміжний трансформатор, формувач імпульсів керування з'єднаний з виходом пристрою струмового захисту, на вході перетворювача зворотного зв'язку встановлений мостовий випрямляч напруги зворотного зв'язку, а схема керування пристрою живиться від попереднього стабілізатора напруги. Недоліком найближчого аналогу є його складна схемотехніка, що знижує експлуатаційну надійність пристрою. Технічною задачею корисної моделі є розробка нової схемотехніки імпульсного стабілізатора напруги з досягненням технічного результату спрощення схемотехніки імпульсного стабілізатора напруги при підвищенні надійності його роботи. Поставлена технічна задача вирішується тим, що в імпульсному стабілізаторі напруги, що містить двотактний регульований силовий перетворювач (ДРСП) із силовим трансформатором і попереднім двохтранзисторним підсилювачем (ПДП), 45060 4 задавальний генератор, виконаний у вигляді функціонального генератора, що містить у свою чергу генератор трикутних імпульсів (ГТІ), виконаний за схемою інтегратора, і синхронізований з ним генератор прямокутних імпульсів (ГПІ), виконаний за схемою компаратора, формувач імпульсів керування (ФІК) на цифрових мікросхемах, широтноімпульсний модулятор (ШІМ), виконаний на операційному підсилювачі, підсилювач зворотного зв'язку (ПЗЗ) на операційному підсилювачі, згідно корисній моделі інверсний вхід ПЗЗ гальванічно з'єднаний з виходом генератора прямокутних імпульсів, а прямий вхід ПЗЗ з'єднаний із середньою точкою параметричного стабілізатора напруги акумуляторної батареї (АБ), при цьому вихід ПЗЗ з'єднаний з інверсним входом ШІМ, а прямий вхід ШІМ з'єднаний з виходом ГТІ, причому вихід ШІМ з'єднаний з ФІК, виконаному на інверторі й двох логічних схемах «І», виходи яких з'єднані з базами транзисторного ПДП, у колекторні ланцюги яких включені відповідні резисторні дільники напруги, середні точки яких з'єднані з базами ДРСП, з можливістю живлення схеми керування від АБ, а силової частини від сонячної батареї (СБ). Новим є спрощення схемотехніки імпульсного стабілізатора напруги за рахунок більше раціональної конструкції й введення нових зв'язків між модулями. Суттєвими ознаками імпульсного стабілізатора напруги, які співпадають із найближчим аналогом, є наступні ознаки: - двотактний регульований силовий перетворювач (ДРСП) із силовим трансформатором і попереднім двохтранзисторним підсилювачем (ПДП); - генератор, що задає, виконаний у вигляді функціонального генератора, що складається з генератора трикутних імпульсів (ГТІ), виконаного за схемою інтегратора, і синхронізованого з ним генератора прямокутних імпульсів (ГПІ), виконаного за схемою компаратора; - формувач імпульсів керування (ФІК) на цифрових мікросхемах; широтно-імпульсний модулятор (ШІМ), виконаний на операційному підсилювачі; - підсилювач зворотного зв'язку (ПЗЗ) на операційному підсилювачі. Відмітними від найближчого аналогу суттєвими ознаками пристрою, що заявляється, є наступні ознаки: - інверсний вхід ПЗЗ гальванічно з'єднаний з виходом стабілізатора; - прямий вхід ПЗЗ з'єднаний із середньою точкою параметричного стабілізатора напруги акумуляторної батареї (АБ); - вихід ПЗЗ з'єднаний з інверсним входом ШІМ; - прямий вхід ШІМ з'єднаний з виходом ГТІ; - вихід ШІМ з'єднаний з ФІК; - ФІК виконаний на інверторі й двох логічних схемах «І»; - виходи у двох логічних схемах «І» з'єднані з базами транзисторного ПДП; - у колекторні ланцюги транзисторного ПДП включені відповідні резисторні дільники напруги; - середні точки резисторних дільників напруги з'єднані з базами ДРСП; 5 - живлення схеми керування пристрою здійснюється від АБ; - силова частина живиться від сонячної батареї (СБ). Між суттєвими ознаками корисної моделі і технічним результатом, що досягається, існує наступний причинно-наслідковий зв'язок. Нова схемотехніка заявленого імпульсного стабілізатора напруги в порівнянні із найближчим аналогом має більш просту схемотехніку, що дозволяє підвищити надійність роботи схеми в складних умовах автономної експлуатації. На фігурі показана принципова електрична схема імпульсного стабілізатора напруги. Постійна напруга U_=40-90 В, що надходить від сонячних фотоелементів, міняється залежно від освітленості й величина її не є постійною, тому цю напругу сонячних батарей (СБ) необхідно стабілізувати для забезпечення якісного електроживлення споживача. Імпульсний стабілізатор напруги містить двотактний регульований силовий перетворювач (ДРСП), виконаний на силових транзисторах VT3, VT4, колектори яких підключені до виводів первинної обмотки силового трансформатора TV1, середня точка якої підключена до «+» СБ, а емітери силових транзисторів VT3, VT4 з'єднані із загальним проводом, до якого підключені «-» АБ і «-» СБ. Бази силових транзисторів VT3, VT4 з'єднані із середніми точками відповідних резисторних дільників напруги, виконаних на резисторах R16, R17, R18 і R19, які включені в колекторні ланцюги попереднього двохтранзисторного підсилювача (ПДП), реалізованого на транзисторах VT1 і VT2. Задавальний генератор виконаний у вигляді функціонального генератора, що складається з генератора трикутних імпульсів (ГТІ), виконаного за схемою інтегратора й реалізованого на мікросхемі DA1-1, резисторах R1, R2, R3, R4, R6 і конденсаторі С1. Із ГТІ синхронізований генератор прямокутних імпульсів (ГПІ), виконаний за схемою компаратора й реалізований на мікросхемі DA1-2 і резисторах R5, R7. Формувач імпульсів керування (ФІК) виконаний на цифрових мікросхемах DD1 (дільник частоти прямокутних імпульсів), DD2-1 - DD2-3 (інвертор і дві двовходові логічні схеми «І»). Підсилювач зворотного зв'язку (ПЗЗ) на операційному підсилювачі виконаний на операційному підсилювачі DA2-1 і резисторах R8, R9, R10, а широтно-імпульсний модулятор (ШІМ) виконаний на операційному підсилювачі DA2-2 і резисторах R12, R13. При цьому інверсний вхід ПЗЗ гальванічно з'єднаний з виходом пристрою, а саме, з потенціометром Rg2, включеного послідовно із двома резисторами Rg1 і Rg3, які підключені до «+» вихідного діодного мосту VD 2-VD5. Прямий вхід ПЗЗ з'єднаний із середньою точкою параметричного стабілізатора напруги акумуляторної батареї (АБ), виконаному на стабілітроні VD1 і резисторі R11. 45060 6 Вихід ПЗЗ з'єднаний з інверсним входом ШІМ, а прямий вхід ШІМ з'єднаний з виходом ГТІ. Вихід ШІМ з'єднаний з ФІК, виходи якого з'єднані через відповідні резистори R14 і R15 з базами VT1 і VT2 транзисторного ПДП. Живлення схеми керування пристрою здійснюється від АБ, а силова частина пристрою живиться від сонячної батареї (СБ). Імпульсний стабілізатор напруги працює в такий спосіб. При подачі напруги живлення від АБ на схему керування починає працювати ГТІ на мікросхемі DA1-1. Трикутні імпульси з виходу ГТІ надходять на вхід ГПІ на мікросхемі DA1-2 і на інверсний вхід ШІМ на мікросхемі DA2-2. ГТІ й ГПІ є замкнутою релаксаційною системою, що складається з інтегратора DA1-1 і компаратора DA1-2. Постійна часу інтегратора й, отже, частота коливань, що генеруються, залежать від ємності конденсатора С1, включеного в ланцюг негативного зворотного зв'язку. Напруга з виходу інтегратора DA1-1 подається на вхід двополярного компаратора DA1-2 через резистор R5 і, по досягненні порогу спрацьовування DA1-2, полярність напруги на виході компаратора DA1-2 змінюється на протилежну, і цикл повторюється. Отже, якщо на виході компаратора DA1-2 є присутнім позитивна напівхвиля, то на виході інтегратора DA1-1 - наростання фронту трикутного імпульсу напруги, а при перемиканні компаратора DA1-2 - на виході інтегратора DA1-1 є присутнім негативний спад трикутного імпульсу. Трикутні імпульси, амплітуда яких стабільна, надходять через буферний резистор R12 на інверсний вхід ШІМ, виконаного на мікросхемі DA2-2. На прямий вхід ШІМ подається напруга з виходу ПЗЗ. Плавне регулювання частоти імпульсів здійснюється резистором R 6. Дільник еталонної напруги на резисторах R9 і R11 і дільник напруги зворотного зв'язку на резисторах R8 і R10 забезпечують такий коефіцієнт підсилення ПЗЗ на DA2-1, що необхідний для регулювання коефіцієнта стабілізації імпульсного стабілізатора. Повний цикл формування трикутного імпульсу в ГТІ відбувається протягом одного періоду прямокутних імпульсів на виході компаратора DA1-2. Для одержання двополярних імпульсів керування необхідно розділити на «2» частоту проходження імпульсів з виходу ГПІ, щоб у кожний напівперіод отриманих прямокутних імпульсів синхронно входив один цикл трикутних імпульсів з виходу ГТІ. Для цього в схему ФІК уведений D-тригер, реалізований на мікросхемі DD1, що працює в режимі розподілу на «2». З виходу DD1 прямокутні імпульси із частотою перетворення надходять на вхід логічних елементів DD2-1 - DD2-3, які виділяють імпульси керування позитивної й негативної полярності. Установка вихідної напруги імпульсного стабілізатора Uвих виробляється потенціометром Rg2. З виходу ГПІ прямокутні імпульси надходять на вхід дільника частоти на мікросхемі DD1, з виходу якого ці імпульси надходять на вхід інвертора 7 45060 DD2-1 і на вхід логічної схеми «І» на мікросхемі DD2-2. З виходу інвертора сигнал надходить на вхід логічної схеми «І» на мікросхемі DD 2-3. Крім того, на входи логічної схеми «І» на мікросхемі DD2-2 і DD2-3 надходить сигнал із ШІМ. Якщо напруга на СБ більше 24 В (напруга на АБ), то через схему комутатора (умовно не показана) подається «+» живлення від СБ на імпульсний стабілізатор напруги, що заявляється. ПЗЗ порівнює вихідну напругу з опорною і видає сигнал на ШІМ, що разом з дільником частоти прямокутного сигналу керує роботою ФІК. Імпульси керування надходять на бази транзисторів VT1 і VT2 ПДП й, після посилення, надходять на бази силових транзисторах VT3 і VT4, колектори яких підключені до виводів первинної обмотки силового трансформатора TV1. Із вто Комп’ютерна верстка Л. Купенко 8 ринної обмотки силового трансформатора TV1 змінна напруга надходить на мостовий випрямляч на діодах VD 2-VD5. З появою напруги на виході пристрою через ланцюг гальванічного зворотного зв'язку ця напруга надходить на вхід ПЗЗ на мікросхемі DA2-1, де воно рівняється зі стабільною напругою параметричного стабілізатора напруги, виконаній на стабілітроні VD1 і резисторі R11. Різницевий сигнал з виходу ПЗЗ надходить на прямий вхід ШІМ, реалізованого на мікросхемі DA2-2, на прямий вхід якого надходять трикутні імпульси з виходу ГТІ на мікросхемі DA1-1. ШІМ виробляє імпульси, що керують роботою ФІК, при цьому скважність цих імпульсів змінюється таким чином, щоб на виході пристрою, що заявляється, була присутня стабільна напруга постійного струму, рівна 24 В. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601