Импульсный стабилизатор постоянного напряжения — SU 1571561 (original) (raw)
СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1)5 С 05 Р 1/46 ОСУДАРСТВЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР НОМИТЕТОТКРЫТИЯМ ПИС ОБРЕТЕНИ ТЕЛЬСТВ АВТОРСИОМУ С СР 985.ПОСТОЯН:Ь(71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола(57) Изобретение относится к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - повыюение качества выходных напряжений. Ключевоц элемент 1, управляемый компаратором-модулятором 5, преобразует входное напряжение в последовательность прямоугольных импульсов, сглаживаемых Ьильтром 2. Компараторы 7 и 8 переключаются в моменты, синхронные с переключением компаратора-модулятора 5, Для устра.:ения всплесков и провалов выходных напряжений, возникаюцих прп ком1571561 рузки меньше размаха пульсации тока дросселя фильтра 2. Иоменты переклю чения синхронизируются компаратора.ми 7 и 8, переключающими сдвигоной 5регистр 22, режим работы которого (сдвиг влево или вправо) задается элементом управления 17. 1 ил.ка,На чертеже изображена схема имПульсного стабилизатора постоянногоНапряжения,Импульсный стабилизатор постоянйого напряжения (ИСПН) содержитключевой элемент 1, ЭЬС-фильтр 2,усилитель 3 рассогласования, источник 4 эталонного напряжения, компаРатор-модулятор 5,.генератор б пилообразного напряжения, компараторы 71 й 8 с цепями, состоящими из резисторов и стабилитронов для согласования с последующими логическими элементами схемы, два управляемых источника 9 и 10 напряжения смещения,Блок 11 синхронизации моментов коммутации потребителей с работой ключевого элемента 1 содержит два Ртриггера 12 и 13, дна трехвходовыхлогических элемента И 14 и 15. СхемаСинхронизации работы ключевого элемента и транзисторного ключа позво.пяет компенсировать только ту частьпровала напряжения,- которая вызывается частью тока нагрузки, равнойдвойной амплитуде переменной составляющей тока дросселя Д 1 Ь. Часть токаНагрузки, превышающая двойную амплитуду дросселя й 1 , вызовет провал напряжения на выходе ИСПН. Провал напряжения будет тем больше, чем большеток нагрузки данного потребителя55превосходит по величине 51.Блок 11 содержит также элементИЛИ 16, элемент 17 управления, дваэлемента НР 18 и 19 два двухнходоМутации дополнительного потребителя 46, последний включается постоянно через балластные резисторы 39 45 при помощи многонходового транзисторного ключа 23, причем при каждой коммутации изменение тока нагИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника питаЦия, например, в автономных систеМах электроснабжения.Целью изобретения является повышение качества выходного напряжения г 1 утем устранения провалов и выбросов напряжения при коммутации нагрузки со скачкообразным изменением товых логических элемента И 20 и 21,реверсивный 8-разрядный регистр 22сдвига. Иногоходовый транзисторныйключ 23 для коммутации потребителейэнергии состоит из входных вспомогательных транзисторов 24-30, коммутирующих транзисторон 31-37 основного силового ключа 38,балластных резисторов 39-45. К выходной шине ИСПНподключен одним силовым выводом коммутируемый потребитель 46 энергииимеющий скачкообразный характер изменения тока нагрузки, Другим силовым выводом потребитель 46 подключенк коллектору силового транзистора 38,К выходным шинам ИСПН подключен постоянный потребитель 47 энергии, требующий высокого качества напряжения питания,Блок 11 синхронизации моментовкоммутации потребителя 46 с моментами замыкания и размыкания ключевогоэлемента 1 совместно с многонходовымключом 23 обеспечивает ступенчатоеувеличение тока нагрузки потребителя 46 от 0 до номинального тока приподключении потребителя 46 к выходным шинам ИСПН и ступенчатое уменьшение тока нагрузки потребителя 46при отключении потребителя 46,Элемент 17 управления предназначендля создания сигналов управлениясхемой 11 синхронизации на подключение и отключение потребителя 46. Поего командам логическая схема переводит транзисторный ключ 23 за несколько тактов работы ИСПН в открытоеили закрытое состояние, что соответствует подключению к выходу ИСПН илиотключению от него потребителя 46,ВДля обеспечения синхронной работыключевого элемента 1 и многовходового транзисторного ключа 23 служаткомпараторы 7 и 8, имекщие гистерезисные характеристики, входы которых соединены с ныходами генератора 6 пилообразного напряжения и уси 5 157лителя 3 рассогласования. Сюда же подключены входы компаратора-модулятора 5,На .входе блока 11 синхронизацииустановлены два Р-триггера 12 и 13,которые С-входами соединены с выходами соответственно компараторов 7и 8, Р-входы Р-триггеров объединены,соединены с выходом элемента 17управления, а выходы Р-триггеров 12и 13 соединены с вторыми входамиэлементов И 14 и 15 соответственно,к первым входам которых подключенывыходы компараторов 7 и 8. соответственно, третьи входы соединены свыходом элемента 17 управления, причем элемент И 15 - через элементНЕ 18, Выходы элементов И 14 и 15подключены к входам элемента ИЛИ 16,выход которого соединен с С-входомрегистра 22 сдвига, вход Б, которого соединен с выходом элемента И 20,а вход 80 соединен с выходом элемента И 21, Входы Р -Р, Рь регистра 22соединены с общей шиной, а на входыР, и К (инверсный) подан потенциал,соответствующий логической "1".,Выход ( регистра 22 соединен с пер-,вым входом элемента И 20, второйвход которого соединен с выходом элемента НЕ 18, Выходрегистра 22 соединен через элемент НЕ 19с вторым входом элемента И 21, первыйвход которого соединен с вьгсодомэлемента 17 управления,Выходы О-О, регистра 22 связаныс эмиттерами входных транзисторов 2430 соответственно, а выходы ,-Освязаны с базами транзисторов 24-30соответственно транзисторного ключа 23. Выход Ц регистра 22 связанс базой основного силового транзистора 38. Коллекторы входных транзисторов 24-30 связаны с базами силовых транзисторов 31-37 соответственно, эмиттеры которых подключенык общей шине ИСПН, а коллекторы -к балластным резисторам 39-45 соответственно. Другими выводами балластные резисторы 39-45 соединеныс коллекторами транзисторов 32-38.Коллектор силового транзистора 38соединен с силовым выводом потребителя 46, другой вывод которого соединенс выходной шиной ИСПН, а эмиттер транзистора 38 соединен с общей шиной.ИСПН работает следующим образом.Ключевой элемент 1 преобразуетнапряжение питания в последовательственноВ начальном состоянии потребитель 46 отключен, элемент 17 управления находится в положении Отключить нагрузку". На его выходе приэтом имеется потенциал нулевого уров. ня (логический "0"),Логический "0" с выхода элемента 17 управления поступает на Р-вхо 5ды триггеров 12 и 13. На выходахтриггеров 12 и 13 устанавливаются сигналы: "0" - на выходе триггера 12,"1" - на выходе триггера 13 (инверсный выход), На выходе элемента И 14устанавливается 0; на выходе элемента НЕ 18 -"1". На выходе элемен та И 15 имеется последовательностьимпульсов (с выхода компаратора 8),т.е. на его 2-м и 3-м входах имеются " 1", На выходе элемента ИЛИ 16имеется та же последовательность импульсов, что и на выходе элемента И 15.На выходах- регистра 22 имеО 7, ются логические 0 , В результате навыходах элементов И 20 и 21 имеетсялогический "0", так как на первыевходы элементов И 20 и 21 подаются"0", а на вторые входы - "1" соответственно. Элемент НЕ 19 инвертируетсигнал на выходерегистра 22, поэтому на его выходе в . "1". На С-входрегистра 22 поступают импульсы с выхода элемента ИЛИ 16, однако он сохраняет свое прежнее состояние-О = О, так как на егорежимных входах 818 установлены логические "0" (с выходов И 20 и 21),Логические "0" с выходов О -Црегистра 22 подаются на эмнттеры транзисторов 24-30 многовходового транзисторного ключа 23, базы транзисторов 24-30, 38 которого соединены свыходами;регистра 22 соответственно, При этом транзисторы 24-30,38 находятся в состоянии отсечки,так как на их базы и эмиттеры подаются одинаковые потенциалы Б .= О,соответствующие логическим 0", Транзисторы 31-37 находятся в состоянииотсечки по той же причине. В результате ток нагрузки не протекает через потребитель 46, таким образомон отключен от выхода ИСПН.Данное состояние схемы являетсяначальным.Для подключения потребителя 46элемент 17 управления переводится всостояние Подключить нагрузку55Логическая 1 поступает на П-входы. триггеров 12 и 13, на элементы И 14и 21 на элемент НЕ 18 и через негоФна элементы И 1 5 и 20 поступают 0 В результате элемент И 21 перевопится в состояние 1 , а на выходеэлемента И 15 устанавливается "0",При этом заканчивается подготовкасхемы 11 синхронизации к началу подключения потребителя 46,Далее последовательность импульсов, снимаемых с выхода компаратора 7 поступает на С-вход реверсивного регистра 22 сдвига, вызывая скаждым импульсом появление сигналалогической "1" на выходах 1 О, -0.После появления логической "1" навыходе Ц 7 по сигналу второго элемента НЕ 19 на входе 8 реверсивногорегистра сдвига будет сформировансигнал логического "0", что закрепитдальнейшую работу упомянутого регистра 22.По сигналу 0равному логической"1", насытятся вспомогательной 24 икоммутирующий 31 транзисторы, подключая тем самым потребитель 46 черезпоследовательно включенные балластные .резисторы 39-45 к выходному выводуеПосле появления сигнала логической "1" на выходе , насытятся вспо.могательный 25 и коммутирующий 32 тран-зисторы, исключая из последовательной цепи балластный резистор 39, Токпотребителя 46 при этом увеличится.Описанный процесс продолжаетсядо момента появления сигнала логической "1" на выходе Я, по которомунасытится силовой клкч 38, подключаяпотребитель 46 непосредственно квыходному выводу. Для отключения потребителя 46 переключатель элемента 17 управле ния переводится в положение Отключить нагрузку". На выходе элемента 17управления появляется ло гическии О который поступает н а 0-входы т ри г геров 1 2 и 1 3, на входы элементов И 1 4 и 2 1 и элемента НЕ 1 8 , На выходе элемента НЕ 1 8 появляется " 1 " , которая поступает на входы элементов И 1 5 и 20 , При этом на выходе И 2 О появляется " 1 " , т ак как на 1 -м входе И 2 О уже имеется " 1 " . В ре з ультате регистр 2 2 пе рез одитс я в новый режим ( 8, = 1 , Б = 0 с выходов И 2 О и 2 1 ) - записи (и последующего сдвиг а в разряд 0) логического " 0" в раэ ряд, В р аз ряд О 7 в этом режиме запишется " 0" , т ак к ак н а входе Р ,1 О му входу второго элемента И, вторыевходы первого и второго элементов Иподключены соответственно к прямомуи инверсному выходам первого и второго О в триггер, а их выходы соединены с входами элемента ИЛИ, силовой ключ подключен между общейшиной и выводом для подсоединениядополнительной нагрузки, о т л.ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения качества выходного напряжения путем устранения провалов ивыбросов напряжения при коммутациинагрузки со скачкообразным изменением тока, в него введены третий и четвертый логические элементы И,второй элемент НЕ, и-разрядный реверсивный регистр сдвига и многовходовой транзисторный ключ, включающий в себя ивспомогательных и пкоммутирующих транзисторов иибалластных резисторов, а первыйи второй логические элементы И снабвать.Формул а изобретения 9 1571561 имеется "О", а запись в разридет со входа В, .Далее последовательность импульсов с выхода компаратора 8 последовательно запишет сигнал логического5 "О" на выходы П О -( регистра 22. После появления логического "О" на выходе регистра 22 на его входах 8 и Б, будут сформированы сигналы логического "О"Далее по сигналам компаратора 8 по мере перезаписи сигнала логического "О" в младшие разряды регистра 22 ток потребителя будет уменьшаться до его полного отключения.15 При этом, так как каждый раз при подключении, так и отключении потребителя 46 изменение суммарного тока нагрузки не будет .превышать размах тока дросселя выбросы и провалы вы ходного напряжения будут отсутство25 Импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий ключевой элемент, РС-Аильтр, усилитель рассогласования, источник эталонного напряжения, компаратор-модулятор, генератор пилообразного напряжения, два компаратора, два управляемых источника напряжения смещения, два 0 в три гера, первый и второй логические элементы И, элемент ИЛИ, первый элемент НЕ, элемент управления и силовой ключ, причем последовательно соединенные ключевой элемент и И.С-фильтр включены между входным и выходным выводами, компаратор-модулятор. выходом подключен к управляющему входу ключевого элемента, а входом соединен с выходами усилителя рассогласо - вания и генератора пилообразного напряжения, а также с одними разноименными входами обоих компараторов, другие разноименные входы которых подсоединены к выходам соответствующих управляемых источников напряжения смещения, первый вход усилителя рассогласования подключен к выходу источника эталонного напряжения, а второй вход соединен с выходным выводом, выходы компараторов подсоединены к С-входам соответствующих Э-триггеров, Э-входы которых объединены и подключены к выходу элемента управления, первому входу первого логического элемента И и входу первого элемента НЕ, выходом подключенного к перво 30 35 40 45 50 55 жены третьими входами, причем выходы компараторов дополнительно подключены к третьим входам первого и второго логических элементов И, выход элемента ИЛИ подсоединен к С- входу и-разрядного реверсивного регитра сдвига, выход О, которого непосредственно подсоединен к первому. входу третьего логического элемента П, а выход О , через второй элемент НЕ подключен к первому входу четвертого логического элемента И, второй вход которого подключен к выходу элемента управления, второй вход третьего логического элемента И подсоединен к выходу первого элемента НЕ, выходы третьего и четвертого логических элементов И подсоединены соответственно к входам Б, и Бо и-разрядного реверсивного регистра сдвига, используемые ппервых выводов которого соединены с соответствующими эмиттерными входами вспомогательных транзисторов многовходового транзисторного ключа, базовые входы которых связаны соответственно с последними ивыходами упомянутого и-разрядного реверсивного ре-, гистра сдвига, причем его выход П , связан с управляющим входом силового ключа, коллекторные выходы вспомогательных транзисторов связаны с базами соответствующих коммути-, рующих транзисторов, эмиттеры которых соединены с общей шиной, причемСоставитель О. ОпадчийТехред М,Дидык Корректор О.Кравцова Редактор Т,Лазоренко Заказ 1511 Тираж 655 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, И, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. агарина, 101 1 1571561 12(-1)-й балластный резистор соединенчен между коллектором (,и)-го комсвоими выводами с коллекторами д-го мутирующего транзистора и выводом И (д+ 1)-го коммутирующих транзисторов, для подключения дополнительной нагруз-. а (и)-й балластный резистор вклю- ки.