СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ИМПУЛЬСНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ

СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ИМПУЛЬСНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ


RU (11) 2014646 (13) C1

(51) 5 G05F1/56 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 11.01.2009 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 5013910/07 
(22) Дата подачи заявки: 1991.07.08 
(45) Опубликовано: 1994.06.15 
(71) Заявитель(и): Скачко Валериан Николаевич 
(72) Автор(ы): Скачко Валериан Николаевич 
(73) Патентообладатель(и): Скачко Валериан Николаевич 

(54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ИМПУЛЬСНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ 

Использование: в источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры, предназначенных для работы в составе малогабаритной аппаратуры. Сущность изобретения: стабилизатор содержит ключевой регулирующий элемент, LCD-фильтр, блок управления, включающий в себя компаратор, RS-триггер, логический элемент 2И, источник опорного напряжения, генератор, конденсатор, два делителя напряжения. Импульсы управления ключевым регулирующим элементом вырабатываются стационарными, т.е. с одинаковой длительностью при неизменном выходном напряжении и частотой. Частота этих импульсов определяется частотой генератора, а длительность зависит от изменений выходного напряжения. Стабилизатор может быть выполнен в виде понижающего, повышающего и инвертирующего вариантов. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике/ а именно к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры/ предназначенным для работы в составе малогабаритной аппаратуры.

Известен стабилизатор постоянного напряжения/ работающий в режиме широтно-импульсной модуляции/ содержащий регулирующий транзистор. LCD-фильтр и схему управления/ основу которой составляет микросхема К142ЕП1/ содержащая дифференциальный усилитель/ формирователь пилообразного напряжения/ работающий с внешней емкостью от внешнего генератора прямоугольного напряжения/ широтно-импульсный модулятор/ согласующие транзисторы/ и источник опорного напряжения. Выход широтно-импульсного модулятора связан с базой первого согласующего транзистора/ эмиттер второго согласующего транзистора подключен к общему проводу схемы/ а коллекторы обоих согласующих транзисторов через промежуточный транзистор связаны с базой регулирующего транзистора. Дифференциальный усилитель сравнивает выходное напряжение с опорным/ а широтно-импульсный модулятор выдает импульсы/ скважность которых пропорциональна разности между входным и выходным напряжениями стабилизатора при определенном токе нагрузки [1].

Недостатком микросхемы является низкая степень интеграции/ из-за чего требуется большое количество внешних навесных элементов и необходимость подключения к ней внешнего источника прямоугольного напряжения модуляции/ к тому же изолированного. В состав такого источника (генератора) должен входить моточный элемент (трансформатор)/ неприемлемый для микросхемного исполнения и технологично сложный в виде навесного элемента.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению и взятым в качестве прототипа является стабилизатор постоянного напряжения с импульсным регулированием/ состоящий из ключевого регулирующего элемента/ имеющего по крайней мере два транзистора n-p-n-типа/ база первого из которых является управляющим входом регулирующего элемента/ а база второго - подключена к эмиттеру первого транзистора/ из последовательно соединенного с выходными выводами LCD-фильтра/ а также из блока управления регулирующим элементом/ включающего в себя компаратор/ RC-триггер/ выход которого подключен к управляющему входу регулирующего элемента/ логический элемент 2И/ одним из входов подключенный к выходу компаратора/ а выходом - к S-входу RC-триггера/ источник опорного напряжения/ генератор с двумя выходами/ из которых первый подключен к другому входу логического элемента 2И и R-входу RС-триггера/ а второй - к конденсатору/ и из первого резистивного делителя/ входящего в цепь обратной связи/ включенной между входным выводом и инвертирующим входом компаратора [2].

В прототипе осуществлено непосредственное подключение выхода источника опорного напряжения к неинвертирующему входу компаратора/ а выполнение ключевого регулятора предусмотрено в трех вариантах: соответственно для понижающего стабилизатора/ для повышающего и для инвертирующего. В двух первых вариантах обратная связь выполняется через первый резистивный делитель с выхода стабилизатора на инвертирующий вход компаратора/ а в третьем (инвертирующем) варианте в цепь обратной связи между первым резистивным делителем и инвертирующим входом компаратора включен операционный усилитель/ функционирующий в режиме масштабного усилителя-инвертора с коэффициентом передачи/ равным единице. В каждом из этих вариантов напряжение обратной связи (с определенным коэффициентом передачи) с выхода стабилизатора подается на инвертирующий вход компаратора/ который сравнивает его с опорным напряжением/ поступающим на неинвертирующий вход. Управление RS-триггером производится по R-входу от первого выхода генератора/ на котором имеются отрицательные (в виде логического нуля) импульсы/ длительность которых равна времени релаксации генератора/ а по S-входу - импульсами логического элемента 2И. Всякий раз/ когда на выходе компаратора появляется логическая единица в паузе между отрицательными импульсами первого выхода генератора/ RS-триггер перебрасывается по S-входу и включаются оба транзистора регулирующего элемента/ находящиеся в этом состоянии до конца текущего периода работы генератора.

Итак/ в прототипе блок управления сравнивает два постоянных напряжения/ одно из которых (со стороны обратной связи) может содержать составляющую пульсаций выходного напряжения. Так как эта составляющая существенно зависит от нагрузки и емкости конденсатора LCD-фильтра/ который вследствие большой величины емкости выбирается обычно электролитическим/ а емкость такого конденсатора существенно зависит от температуры/ то переменная составляющая напряжения обратной связи является неопределенной и/ кроме того/ вид ее не строго пилообразный. Вследствие этого момент переключения RS-триггера по S-входу определяется компаратором хаотически. Он меняется от периода к периоду работы генератора/ который точно (и постоянно) определяет лишь момент сброса RC-триггера (в момент своей релаксации). Хаотическое включение RS-триггера/ которое может и не состояться в каждом периоде генератора/ приводит к большой неоднозначности импульсов ключевого элемента (на входе LCD-фильтра). Стабилизатор стабилизирует как бы "в принципе". Он выдерживает заданный номинал выходного напряжения и с заданным допуском. Но его ключевой элемент работает с какой угодно частотой и длительностью/ беспорядочно изменяющимися. При таких обстоятельствах LCD-фильтр следует рассчитывать на наибольшую длительность и наименьшую частоту возможных импульсов. Это увеличивает размеры и массу LCD-фильтра. Кроме того/ если для питаемой аппаратуры нужно несколько напряжений (в том числе переменных)/ то силовой инвертор/ который требуется при этом применять/ должен быть полностью автономным/ со своим задающим (тактовым) генератором/ так как использовать импульсы нестационарно работающего блока управления в качестве тактовых для инвертора - не представляется возможным.

Цель изобретения - улучшение массогабаритных характеристик путем обеспечения стационарного характера работы регулирующего элемента/ а также расширение функциональных возможностей стабилизатора путем использования его в многоканальном исполнении.

Это достигается тем/ что в стабилизаторе постоянного напряжения с импульсным регулированием/ состоящем из ключевого регулирующего элемента/ из LCD-фильтра/ выходом соединенного с выходным выводом/ а также из блока управления/ включающего в себя компаратор/ RS-триггер/ выход которого подключен к управляющему входу регулирующего элемента/ логический элемент 2И/ одним из входов подключенный к выходу компаратора/ а выходом - к S-входу RS-триггера/ источник опорного напряжения/ генератор с двумя выходами/ из которых первый подключен к другому входу логического элемента 2И - R-входу RS-триггера/ а второй - к конденсатору/ и из первого резистивного делителя/ входящего в цепь обратной связи/ включенной между выходным выводом и инвертирующим входом компаратора/ введен второй резистивный делитель/ крайними выводами подключенный к выходу источника опорного напряжения и второму выходу генератора/ а средним выводом - к неинвертирующему входу компаратора.

Ключевой регулирующий элемент выполнен из по крайней мере двух транзисторов n-p-n-типа/ база первого из которых использована в качестве управляющего входа ключевого регулирующего элемента/ а база второго транзистора подключена к эмиттеру первого транзистора/ и из третьего транзистора p-n-р-типа/ эмиттер и коллектор которого подключены соответственно к входному выводу/ положительной полярности и входу LCD-фильтра/ а база через введенный резистор подключена к коллектору первого транзистора/ эмиттер второго транзистора подключен к общей шине/ а открытый коллектор второго транзистора использован в качестве сигнального вывода для подключения преобразователя напряжения.

Сущность изобретения состоит в том/ что к опорному напряжению/ подводимому к неинвертирующему входу компаратора блока управления/ подмешивается пилообразное напряжение/ вырабатываемое генератором (на его втором выходе). Смешивание обоих напряжений производится делителем напряжения/ к крайним выводам которого подводятся оба указанные исходные напряжения/ а с выхода снимается результирующее напряжение/ суть опорное/ промодулированное "пилой" постоянной (стабильной) амплитуды. Становится таким образом возможным получить от компаратора широтно-модулированный сигнал/ обеспечивающий стационарный режим работы регулирующего силового элемента.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого стабилизатора в конкретном варианте исполнения понижающего типа; на фиг.2 - то же/ регулирующий элемент которого выполнен на двух транзисторах n-p-n-типа и третьем транзисторе с типом проводимости p-n-p/ причем второй транзистор n-p-n использован для выделения тактовых импульсов на преобразователь напряжения/ если стабилизатор имеет многоканальное исполнение.

Стабилизатор состоит (фиг. 1) из ключевого регулирующего элемента 1/ включающего в себя первый 2 и второй 3 транзисторы n-p-n-типа/ LCD-фильтра 4/ блока 5 управления/ в который входят компаратор 6 с инвертирующим 7 и неинвертирующим 8 входами/ RC-триггер 9/ логический элемент 2И 10/ источник 11 опорного напряжения/ генератор 12 с двумя выходами 13 и 14/ формирующий на первом выходе 13 отрицательные тактовые импульсы/ на втором выходе 14 - пилообразное напряжение/ конденсатора 15/ а также первого 16 и второго 17 резистивных делителей. В данном примере конкретного выполнения регулирующий элемент 1 последовательно с LCD-фильтром 4 включены между входом и выходом стабилизатора и этот выход через резистивный делитель 16 подключен к инвертирующему входу 7 компаратора 6/ выход которого подключен к одному из входов логического элемента 2И 10/ выходом подключенного к S-входу RS-триггера 9. Первый выход 13 генератора 12 подключен к R-входу RS-триггера и второму входу логического элемента 2И 10. К второму выходу 14 генератора 12 подключен конденсатор 15. К выходу источника 11 опорного напряжения и второму выходу 14 генератора 12 подключены крайние выводы делителя 17/ средний вывод которого соединен с неинвертирующим входом 8 компаратора 6. Выход триггера 9/ который представляет собой выход блока 5 управления/ подключен к базе транзистора 2. Коллекторы транзисторов 2 и 3 соединены между собой и подключены к входному выводу положительной полярности. База транзистора 3 подключена к эмиттеру транзистора 2/ а эмиттер транзистора 3 использован (в конкретном примере реализации) в качестве выхода регулирующего элемента 1.

В стабилизаторе с выходом тактовых импульсов на преобразователь напряжения (фиг. 2) в регулирующем элементе 1 имеется также третий транзистор 18 с p-n-p-типом проводимости и резистор 19/ включенный между коллектором транзистора 2 и базой транзистора 18/ эмиттер и коллектор которого подключены соответственно к входному выводу положительной полярности и входу LCD-фильтра 4. Эмиттер транзистора 3 регулирующего элемента 1 подключен к общей шине/ а открытый коллектор 20 этого транзистора/ являющийся выходом тактовых импульсов/ нагружен на резистор 21/ подключенный другим выводом к выходному выводу стабилизатора положительной полярности (в данном примере конкретного выполнения).

Работает стабилизатор следующим образом.

Напряжение с его выхода по цепи обратной связи поступает через первый делитель 16 напряжения на инвертирующий вход 7 компаратора 6. На его неинвертирующий вход 8 от второго делителя 17 поступает поделенная разница двух напряжений: опорного и пилообразного/ присутствующих на крайних выводах делителя 17. Напряжение на втором выходе 14 генератора 12 имеет вид нарастающей пилы с релаксацией/ приходящейся на время отрицательного перепада напряжения на первом выходе 13 генератора 12. Напряжение на неинвертирующем входе компаратора 6 по своей сути остается опорным/ но снабженным пилообразной составляющей. Компаратор 6 производит сравнение этого напряжения с напряжением обратной связи. На выходе компаратора 6 получается положительный перепад/ переключающий RS-триггер 9 по S-входу тогда/ когда напряжение на неинвертирующем входе компаратора 6 начинает превышать напряжение инвертирующего входа. Если выходное напряжение устройства снижается (повышается)/ то момент переключения триггера 9 смещается ближе (дальше) относительно начала нарастания пилообразного напряжения.

Осуществляется таким образом широтно-импульсное регулирование/ и скважность импульсов регулирующего элемента 1 ставится в зависимость от величины тока нагрузки/ а частота формируемых импульсов управления регулирующим элементом равна частоте генератора 12/ устанавливаемой конденсатором 15.

Коэффициент стабилизации устройства зависит от крутизны пилообразной составляющей опорного напряжения/ увеличиваясь с уменьшением крутизны. С другой стороны/ нестабильность амплитуды пилообразного напряжения является привносным в стабилизатор дестабилизирующим фактором. Чтобы от него избавиться/ пилообразное напряжение надлежит формировать стабильным. В A78S40 (KP1156КУ1) это условие реализуется. Пилообразное напряжение в этой микросхеме стабильно в той же мере/ что и опорное напряжение (1/3В). Максимальные и минимальные уровни пилообразного напряжения микросхемы различаются в этой микросхеме примерно в два раза/ а амплитуда верхнего уровня - около 1/3В.

Импульсы для преобразования дополнительных каналов/ если они нужны (фиг.2)/ снимаются с коллектора транзистора 3.

Таким образом/ предлагаемый стабилизатор отличается от прототипа тем/ что импульсы управления ключевым регулирующим элементом в нем вырабатываются стационарными/ т.е. с одинаковой длительностью и частотой от периода к периоду (при неизменных нагрузке и выходном напряжении). Частота этих импульсов такая же/ как частота генератора/ а длительность - адекватна нагрузке и входному напряжению. Становятся определенными данные для расчета LCD-фильтра/ уменьшаются его масса и габариты (дросселя/ конденсатора и стабилизатора в целом). Появляется возможность использовать импульсы блока управления (в качестве тактовых) для приведения в действие преобразователя напряжения при потребности в дополнительных каналах постоянного или (и) переменного напряжения. В многоканальном варианте получается/ следовательно/ выигрыш еще и в том/ что экономится задающий генератора/ так как его роль попутно теперь способны выполнить блок управления стабилизатора вместе с его регулирующим элементом (транзисторы 2 и 3 входят в состав микросхем 078S40 и КР1156ЕУ1). 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ИМПУЛЬСНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ, содержащий ключевой регулирующий элемент, LCD-фильтр, выход которого подключен к выходному выводу, блок управления, включающий компаратор, RS-триггер, выход которого соединен с управляющим входом ключевого регулирующего элемента, логический элемент 2И, первый вход которого подключен к выходу компаратора, а выход - к S-входу RS-триггера, источник опорного напряжения и генератор, формирующий на первом выходе отрицательные тактовые импульсы, а на втором выходе - пилообразное напряжение, первым выходом подключен к второму входу логического элемента 2И и к R-входу RS-триггера, конденсатор, включенный между вторым выходом генератора и общей шиной, первый резистивный делитель, входящий в цепь обратной связи, включенной между выходным выводом и инвертирующим входом компаратора, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных характеристик путем обеспечения стационарного характера работы ключевого регулирующего элемента, в него ввден второй резистивный делитель, крайними выводами соединенный соответственно с выходом источника опорного напряжения и с вторым выходом генератора, а средним выводом - с инвертирующим входом компаратора.

2. Стабилизатор по п.1, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем использования в многоканальном исполнении, ключевой регулирующий элемент выполнен из по крайней мере двух транзисторов n - p - n-типа, база первого из которых использована в качестве управляющего входа ключевого регулирующего элемента, а база второго транзистора подключена к эмиттеру первого транзистора, и из третьего транзистора p - n- p-типа, эмиттер и коллектор которого подключены соответственно к входному выводу положительной полярности и к входу LCD-фильтра, а база через введенный резистор соединена с коллектором первого транзистора, эмиттер второго транзистора подключен к общей шине, а открытый коллектор второго транзистора использован в качестве сигнального вывода для подключения преобразователя напряжения.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru