Імпульсний стабілізатор постійної напруги

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий соединенные по следовательно силовой ключ и дроссель DLC-фильтра, конденсатор которого вклю чен между выходным выводом и общим про водом, а коммутирующий диод - между точкой соединения силового ключа и дроссе ля DLC-фильтра и общим проводом, усили тель рассогласования, один вход которого подключен к выходному выводу, а другой - к источнику опорного напряжения, компара тор и времязздающую цепочку, состоящую из резистора и конденсатора, общая точка которых подключена к первому входу компаратора, а спободный вывод конденсатора соединен с общим проводом, второй вход компаратора подключен к выходу усилителя рассогласования, резистор обратной связи, включенный между выходным выводом и выходом усилителя рассогласования, триггер, логический элемент И-НЕ и задающий генератор, выход которого соединен с установочным входом триггера и с одним из входов логического элемента И-НЕ, а вход сброса триггера подключен к выходу компаратора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в нем введены первый и второй диоды и сглаживающий конденсатор, причем свободный вывод резистора времязадающей цепочки соединен с общим проводом, точка соединения силового ключа с дросселем и коммутирующим диодом DLC-фильтра через первый диод подключена к первому вход" компапаратора, а через второй диод - к выводу питания усилителя рассогласования, который через сглаживающий конденсатор соединен с общим проводом, при этом другой вывод логического элемента И-Н Е подключен к выходу триггера, управляющий вход силового ключа соединен с выходом логического элемента И-НЕ, а свободный силовой вывод силового ключа подключен к входному выводу. Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении экономичных стабилизированных вторичных источников питания различной радиоэлектронной аппаратуры. Известен импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий после довательно соединенные датчик тока силовой ключ и LCD-фильтр, точка соединения дросселя и конденсатора которого образуют выход стабилизатора для подключения нагрузки, интегратор, один вход которого подключен к точке соединения силового ключа с дросселем LCD-фильтрэ, другой вход - к (24)28.02.97 С > со ел 13159 источнику опорного напряжения, 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 НИ", другой вход которого соединен с выходом второго триггера, а выход логического элемента "И" подключен к управляющему входу силового ключа, выход датчика тока подключен к узлу выделения токовых импульсов, выход которого соединен с первым входом сброса второго триггера, второй вход сброса этого триггера подключен к выходу интегратора [1]. Недостатком этого стабилизатора является то обстоятельство, что в режиме перегрузки мощность, рассеиваемая на силовом ключе, превышает мощность, рассеиваемую в нормальном режиме эксплуатации, т.к. при перегрузке данного стабилизатора он переходит в режим стабилизации тока с соо;ветствующей выходной характеристикой (типа 2 о соответствии с [2% что ведет к снижению надежности, увеличению массы, габаритов и сложности этого стабилизатора Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является импульсный стабилизатор постоянного напряжения [3], функциональная схема которого содержит последовательно соединенные датчики тока силовой ключ и LCD-фильтр, схему управления на основе таймера типа 555 в составе: триггера, логического элемента "И", компартора и разрядного ключа. Элементы таймера с подключенными к нему времязадающей цепочкой, состоящей из резисторз. конденсатора и генератора тактовых импульсов образуют широтно-имлульсный модулятор, сигнал управления которым формируется усилителем рассогласования с источником опорного напряжения. Сигнал датчика тока формируется узлом выделения токовых импульсов. Недостатком данного стабилизатора является повышенная мощность, рассеиваемая на его силовых элементах в режиме перегрузки, что ведет к снижению надежности, увеличению массы, габаритов и сложности этого стабилизатора. Дополнительная сложность рассматриваемого стабилизатора связана также с наличием специальных элементов, необходимых для защиты от перегрузок по току. Такими элементами являются датчик тока, выполненный в виде резистора, а также узел выделения токовых импульсов*Крометого, на реэистивиом датчике тока выделяется дополнительная мощность, чт.0 снижает экономичность стабилизатора, а падение напряжения на 4 этом датчике с увеличением тока нагрузки является дополнительным источником нестабильности выходного напряжения стабилизатора. 5 Цель изобретения - повышение надежности при одновременном упрощении стабилизатора, увеличении его экономичности и коэффициента стабилизаии за счет обеспечения соответствующей выходной харак10 теристики стабилизатора в режиме перегрузки без использования датчика тока. Поставленная цель достигается тем, что в импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий последовательно 15 соединенные силовой ключ и LCD-фильтр, точка соединения дросселя и конденсатора которого подключены к выходному выводу, усилитель рассогласования, один вход которого подключен к выходному выводу, а дру20 гой - к источнику опорного напряжения, компаратор и времязадающую цепочку, состоящую из резистора и конденсатора, подключенных одними выводами к одному из входов компаратора, другой вывод кон ден* 25 сатора подключен к общему проводу, а другой вход компаратора соединен с выходом усилителя рассогласования, задающий генератор, триггер и логический элемент "И", выход задающего генератора соединен с ус30 тановочным входом триггера и одним из входов логического элемента "И", вход сброса триггера подключен к выходу компаратора, согласно изобретению, введены первый и второй диоды, резистор обратной связи и 35 сглаживающий конденсатор, причем резистор времязадающей цепочки подключен параллельно конденсатору этой цепочки, точка соединения силового ключа с LCDфильтром через первый диод подключена к 40 точке соединения компаратора с времязадающей цепочкой, а через второй диод - к выводу питания усилителя рассогласования, дополнительно, между этим же выводом и общим проводом включен сглаживающий 45 конденсатор, при этом другой вывод логического элемента "И" подключен к выходу триггера, управляющий иход силового ключа соединен с выходом логического элемента "И", а свободный силовой вывод силового 50 ключа подключен к входному выводу. Прямоугольные импульсы напряжения с выхода силового ключа подаются через один диод на времязадающую цепочку, для фор-55 мировзния пилообразного напряжения на одном из входов сравнения компаратора, а через другой диод - на вывод питания усилителя рассогласования, для формирования напряжения питания путем фильтрации импульсов сглаживающим конденсатором. 13159 Кроме того, дополнительно введен резис гор обратной связи. Наличие отличительных признаков в предлагаемом техническом решении в их указанной связи позволяет реализовать ста- 5 билизатор постоянного напряжения с защитой от перегрузки так, что рассеиваемая при этом мощность не будет превышать мощности, рассеиваемой в нормальном режиме, повышая тем самым надежность этого ста- 10 билизатора. На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого стабилизатора напряжения, з на фиг. 2 -диаграмма его работы. Импульсный стабилизатор постоянного 15 напряжения содержит последовательно соединенные силовой ключ 1 и LCD-фильтр, состоящий из диода '2, дросселя 3 и конденсатора А. точка соединение которых образует выход стабилизатора для подключения 20 нагрузки. К выходу стабилизатора подключен также один из входов усилителя рассогласования 5 и резистор обратной связи 6, к другому входу усилителя подключен источник опорного напряжения 7. Выход усилите- 25 ля соединен с одним из входов компаратора 8 и резистором обратной связи. Между дру гим входом компаратора и общим проводом включена времязадающая цепочка, содер жащая параллельно соединенные резистор 30 9 и конденсатор 10. Этот же вход через первый диод 11 подключен к точке соеди нения силового ключа и LCD-фильтра, К этой же точке, через второй диод 12 подклю чен вывод питания усилителя рассогласова- 35 ния, а между общим проводом и выыводом питания включен сглаживающий конденса тор 13. Выход компаратора подключен ко входу сброса триггера 14, вход установки которого соединен с задающим генерато- 40 ром 15 и одним из входов логического эле* мента "И" 16, другой вход которого подключен к выходу триггера. Выход логиче ского элемента соединен с управляющим входом силового ключа. 45 Импульсный стабилизатор работает следующим образом. Импульсы Um с выхода задающего генератора 15 поступают на установочный вход триггера 14 и один из входов логического элемента "И" 16. При этом, 50 на время длительности этого импульса (to—11) потенциал на выходе триггера Uip фиксируется в первом устойчивом состоянии и не зависит от других управляющих сигналов. В течение этого периода рремени силовой 55 ключ 1 открыт (см. !Лл). Начиная с момента, когда открывается силовой ключ (іг) через диоды 11, 12 заряжаются конденсатор 10 времязадающей цепочки URC И сглаживающий конденсатор 13. В нормальном режиме рзботы после окончания импульса с задающего генератора (п) на выходе компаратора 8 поддерживается высокий потенциал, так как напряжение на конденсаторе Ю и, следовательно, на одном из входов компаратора (в момент ti) максимально возможное, а на другом входе - формируется усилителем рассогласования и имеет некоторое значение UPac в зоне регулирования и меньше чем URCmax- При этом напряжение на выходе триггера сохраняет свое значение и по окончании импульса задающего генератора закрываются силовой ключ, диоды 11, 12 и начинают разряжаться конденсаторы 10 и 13. Конденсатор 10 разряжается через резистор 9 оремязадающей цепочки до тех пор, пока напряжение из нем не станет меньше напряжения рассогласования UPac(t2). В результате компаратор 8 опрокинется и установит триггер во второе устойчивое состояние, переводящее силовой ключ в открытое состояние (гг), которое сохраняется до прихода следующего тактового импульса (Гз), который установит триггер опять в первое устойчивое состояние, а по окончании этого импульса силовой ключ закрывается (t4). Далее процесс повторяется. При изменении напряжения на выходе стабилизатора по какой-либо причине изменяется и сигнал рассогласования Upac. изменяя порог срабатывания компаратора и, в результате, время, в течение которого открыт силовой ключ так, что напряжение на выходе стабилизатора стремится к исходному значению, равному в данном случае, напряжению опорного источника 7. С ростом тока нагрузки напряжение на выходе стабилизатора уменьшается из-за конечного значения коэффициента стабилизации, что в свою очередь приводит к увеличению напряжения рассогласования 0Рас и. следовательно, к увеличению тока, потребляемого усилителем рассогласования от источника питания, в данном случае сглаживающего конденсатора 13. Так как в течение закрытого состояния силового ключа (ti~t2) закрыт и диод 12, то в конечном счете увеличение тока нагрузки приводит к увеличению тока разряда конденсатора 13 и, следовательно, к уменьшению напряжения питания усилителя рассогласования, что препятствует росту Upac В этом случае напряжение на выходе стабилизатора поддерживается в заданных пределах только до некоторого максимально возможного тока нагрузки, а затем, из-за падения напряжения питания усилитель рассогласования не может обеспечить необходимую величину Upac. что ведет к дальнейшему падению напряжения на выходе стабилизатора. 13159 При соответствующей величине резистора обратной связи 6 процесс развивается лавинообразно, так как падение напряжения на выходе стабилизатора приводит к росту тока через этот резистор с выхода усилителя рассогласования и, следовательно, к еще большему падению напряжения питания и U рас В конце концов результатом перегрузки будет устойчивое состояние стабилизатора, 10 при котором Upec так мало, что в течение периода тактовых импульсов (t5~t7) напряжение на время задаю щей цепочке при разряде конденсатора 10 не может достигнуть значения Upac. при этом, триггер фиксируется в первом устойчивом состоянии и не вли- 15 яет на состояние силового ключа, т.е. размыкается цепь отрицательной обратной связи стабилизатора напряжения, В этом режиме силовой ключ управляется только по цепи: задающий генератор, логический эле- 20 мент "И", управляющий вход силового ключа, 9 время, в течение которого ключ открыт равно длительности тактового импульса. При коротком замыкании и в случае ре- 25 жима разрывных токов дросселя ток через силовой ключ определяется известным выражением: I - __ (1 -, 30 (1) 8 где Un - напряжение питания стабилизатора; L, гДр - индуктивность и сопротивление потерь дросселя LCD-фильтра. Выбирая соответствующим образом параметры дросселя и длительность тактовых импульсов можно ограничить амплитуду и среднее значение тока через силовой ключ при коротком замыкании так, чтобы мощность, рассеиваемая на силовом ключе а режиме перегрузки не превышала мощность, рассеиваемую в нормальном режиме, что возможно при условии, если средний ток при коротком замыкании намного меньше максимально возможного тока о нормальном режиме работы: 'ср. (2) Для возврата стабилизатора в нормальный режим работы достаточно устранить перегрузку. Резкое снижение выходного тока в предлагаемом стабилизаторе при перегрузке без использования датчика тока в его составе позволяет значительно снизить мощность, рассеиваемую на силовых элементах стабилизатора, так что она не будет превышать мощность, рассеиваемую в нормальном режиме эксплуатации стабилизатора, а это повышает эксплуатационную надежность стабилизатора, позволяет снизить его массо-габаритные показатели при одновременном упрощении конструкции. 1 Фиг.1 13159 ut, і Чс IT 1 1 * * LJ1__(I ~| 1 Упорядник Замовлення 4101 Техред М.Моргентал Коректор М. Куль Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655. ГСП, КиТв-53. Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101