Высокочастотный импульсный регулятор постоянного напряжения

Высокочастотный импульсный регулятор постоянного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: в источниках электропитания с высокой частотой преобразования . Сущность изобретения: регулятор 4 содержит ключевой регулирующий элемент

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю G 05 F 1/56

I t: Т Г Т ( о

"C) ос, dг!

Г !

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4859603/07

22) 16.08.90

46) 23.09.92. Бюл. ¹ 35 (71) Институт электродинамики АН УССР (72) Н.С.Комаров и В,А.Салацкий (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 536153, кл. G 05 F 1/56, 1975.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1081631, кл. G 05 F 1/56, 1983, Авторское свидетельство СССР № 1529195, кл. G 05 F 1/56, 1988, Авторское свидетельство СССР № 802949, кл. G 05 F 1/56, 1978.

Авторское свидетельство СССР № 1339520, кл, G 05 F 1/56, 1986. (54) ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ

РЕГУЛЯТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Использование: в источниках электропитания с высокой частотой преобразования. Сущность изобретения: регулятор

S U 1764046 А1 содержит ключевой регулирующий элемент (1), ключевой разрядный элемент(3), выполненный на полевом транзисторе со статической индукцией, L.С-фильтр на дросселе (2) и конденсаторе(4), блокупраления(5). Блок(5) выполнен на компараторе (7), один из входов которого подключен к источнику опорного напряжения (6), логическом элементе

И вЂ” НЕ (8), импульсном модуляторе (9), узле задержки (10), первом (12) и втором (13) ключах различного типа проводимости, дополнительном источнике питания (11), полярность напряжения включения которого является запирающей для элемента (3), В регуляторе устранены сквозные токи за счет формирования запирающего напряжения на затвор транзистора элемента (3) перед подачей отпирающего напряжения на управляющий вход элемента (1) и;нижены потери на переключение за счет уменьшения до нуля запирающего напряжения затвор — исток транзистора элемента (3). 2 ил, 7 - — 2+

«(.. Р « ° ° ф

«.с, 1764046

55

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания, и может быть использовано для питания аппаратуры устройств связи, автоматики и вычислительной техники.

Известен стабилизатор постоянного напряжения, содержащий ключ и дроссель LCфильтра, включенный последовательно в одну из питающих шин. Конденсатор фильтра подключен к выходу стабилизатора, диод включен между точкой соединения ключа и дросселя фильтра и вторым проводом силовой цепи, Известен импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий ключ и дроссель LC-фильтра, включенный последовательно в одну из питающих шин, в котором конденсатор фильтра подключен к выходу стабилизатора, а один из диодов включен последовательно с дополнительным дросселем между точкой соединения ключа основного дросселя фильтра и вторым проводом силовой шины, Второй диод включен междудополнительным отводом от основного дросселя и вторым проводом силовой шины.

Известен импульсный стабилизатор, содержащий включенные последовательно в одну из питающих шин ключевой элемент и основной дроссель LC-фильтра, в котором конденсатор подключен к выходным клеммам, параллельно которым подключены входы блока управления. выход которого соединен с управляющим входом ключевого элемента, а цепочка иэ последовательно включенных элементов: первого диода, дополнительного дросселя, дополнительного источника питания включена параллельно второму диоду, Недостатками описанных технических решений является необходимость для достижения высокого КПД, введения дополнительных элементов в силовую часть, что приводит к снижению надежности и увеличению габаритов устройства, Наиболее близким к изобретению является импульсный стабилизатор, который содержит соединенный последовательно ключевой элемент и LC-фильтр, разрядный элемент подключен к входу LC-фильтра.

Блок управления входом соединен с выходными выводами, а его выход подключен к управляющим входам регулирующего и разрядного элементов. Блок управления состоит из компаратора, дополнительного источника, источника опорного напряжения, узла защиты от перегрузок по току.

Недостатком данного технического решения является то, что оно не учитывает реальных свойств силовых полевых транзисторов, При использовании извест5

45 ных полевых транзисторов в качестве ключевого разрядного элемента, инверсно направленный ток замыкается через р-п-структуру, инерционные свойства которой соизмеримы с параметрами полупроводниковых диодов, Цель изобретения — повышение КПД и надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в высокочастотный импульсный регулятор постоянного напряжения, содержащий соединенные последовательно между входными и выходными выводами ключевой регулирующий элемент и LC-фильтр, ключевой разрядный элемент, выполненный на полевом транзисторе, подключенный к входу LC-фильтра, блок управления, входом соединенный с выходными выводами, первым выходом — с управляющим входом ключевого регулирующего элемента, а вторым выходом — с управляющим входом ключевого разрядного элемента, причем блок управления состоит из компаратора, первый вход которого подключен к источнику опорного напряжения и дополнительного источника питания. блок управления снабжен логическим элементом И вЂ” НЕ, импульсным модулятором, узлом задержки, первым и вторым ключами, имеющими различный тип flpoBQдимости, причем первый вход логического элемента И вЂ” НЕ соединен с выходом компаратора, второй вход подключен к выходу импульсного модулятора, соединенному с входом узла задержки, а выходом — к управляющим входам первого и второго ключей, вход импульсного модулятора использован в качестве входа блока управления, а выход узла задержки, соединенный с вторым входом компаратора, использован в качестве первого выхода блока управления, кроме того, первый ключ через дополнительный источник питания, полярность напряжения включения которого является запирающей для ключевого разрядного элемента, подключен параллельно к второму ключу, силовые выводы которого использованы в качестве второго выхода блока управления, а в качестве полевого транзистора ключевого разрядного элемента использован полевой транзистор со статической индукцией.

На фиг,1 изображена блок-схема предлагаемого импульсного регулятора; на фиг.2 изображены эпюры токов и напряжений, пясняющих работу регулятора.

Импульсный регулятор имеет 1 — ключевой; 2 — дроссель

LC-фильтра; 3 — ключевой разрядный элемент, выполненный на полевом транзисторе со статической индукцией; 4 конденсатор LC-фильтра; 5 — блок управле1764046

10

35

50 1

55 ния; 6 — источник опорного напряжения; 7— компаратор; 8 — логический элемент И вЂ” НЕ;

9 — импульсный модулятор; 10 — узел задержки; 11 — дополнительный источник питания; 12 — первый ключ; 13 — второй ключ; 14 — общая шина для входного и выходного напряжения.

На фиг.2 приняты следующие обозначения; 1 — напряжение на выходе импульсного модулятора; 2 — напряжение на входе ключевого регулирующего элемента; 3 — напряжение на выходе ключевого регулирующего элемента; 4 — напряжение на выходе компаратора; 5 — напряжение на выходе логического элемента И-НЕ; 6 — напряжение на входе ключевого разрядного элемента; 7— напряжение на выходе ключевого разрядного элемента; 1 — ток, протекающий через электронный ключ, Предлагаемое устройство (см. фиг,1) состоит из соединенных последовательно биполярного транзистора 1. который выполняет роль ключевого регулирующего элемента и LC-фильтра 2, 4, полевого транзистора со статической индукцией 3, который выполняет роль ключевого разрядного элемента и подключен к входу LC-фильтра.

Блок управления 5 входам соединен с выходными выводами. Один выход блока управления 5 соединен с переходом база-эмиттер биполярного транзистора, а другой выход блока управления 5 соединен с затвором-истоком полевого транзистора со статической индукцией 3, Блок управления 5 состоит из источника опорного напряжения 6, компаратора 7, логического элемента И вЂ” НЕ 8, импульсного модулятора

9, устройства задержки 10, дополнительного источника питания 11 и двух ключей 12, 13 выполненных на биполярных транзисторах различной проводимости. Вход импульсного модулятора 9 соединен с выходными выводами устройства. Выход импульсного модулятора 9 соединен с входом устройства задержки 10 и с одним из входов логического элемента И-НЕ 8, Выход устройства задержки 10 соединен с переходом база-эмиттер биполярного транзистора 1 и одним из входом компаратора 7, Второй вход компаратора 7 соединен с источником опорного напряжения 6, Выход компаратора 7 соединен с другим входом логического элемента И вЂ” НЕ 8, Выход логического элемента И вЂ” НЕ 8 соединен с базами первого и второго ключей 12, 13, которые выполнены на биполярных транзисторах различной проводимости. Первый ключ 12 через дополнительный источник питания 11, полярность напряжения которого является запирающей для ключевого разрядного элемента 3, подключен параллельно к второму ключу 13, силовые выводы которого использованы в качестве второго выхода блока управления, Регулятор работает следующим образом.

При подаче отпирающего сигнала управления с выхода импульсного модулятора

9 логический элемент И вЂ” НЕ мгновенно отпирает первый ключ 12, а к затвору полевого транзистора со статической индукцией 3 прикладывается запирающее напряжение дополнительного источника 11. Отпирающий сигнал ключевого регулирующего элемента 1 поступает с выхода импульсного модулятора 9 с задержкой, учитывающей инерционность ключевого разрядного элемента 3, В момент отпирания ключевого регулирующего элемента 1 ключевой разрядный элемент 3 заперт, а ток нагрузки протекает по цепи; плюс входного источника питания, ключевой регулирующий элемент 1, дроссель 2 LC-фильтра, нагрузка и общая шина регулятоора 14, При подаче запирающего сигнала на ключевой регулирующий элемент 1 происходит процесс рассасывания избыточного заряда биполярного транзистора и в течение этого времени ключевой оегулирующий элемент 1 открыт.

После запирания ключевого регулирующего элемента ток нагрузки замыкается по цепи; дроссель 2 LC-фильтра, нагрузку, ключевой разрядный элемент 3, который работает в инверсном режиме при запирающем напряжении на затворе, На интервале протекания инверсного тока происходит уменьшение до нуля запирающего напряжения на затворе полевого СИТ-транзистора 3, что приводит к снижению сопротивления сток-исток. Таким образом, за счет использования СИТ-, транзистора 3 в инверсном режиме, при запирающем напряжении на затворе, кэк прибора который не накапливает заряд, удалось устранить сквозные токи при отпирании ключевого регулирующего элемента

1, тем самым повысить КПД и надежность устройства в целом.

Формула изобретения

Высокочастотный импульсный регулятор постоянного напряжения, содержащий соединенные последовательно между входными и выходными выводами ключевой регулирующий элемент и LC-фильтр, ключевой разрядный элемент, выполненный на полевом транзисторе, подключенный к входу LCфильтра, блок управления, входом соединенный с выходными выводами, первым выходом — с управляющим входом ключевого регулирующего элемента, а вторым выходом — с управляющим входом ключевого разрядного элемента, причем блокуправ1764046! Е

4.„

I (!

tl

1!

4 "г. 2

Составитель Н,Комаров

Техред М. Моргентал Корректор M,Màêñèìèøèíåö

Редактор

Заказ 3457 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ления состоит из компаратора, первый вход которого подключен к источнику опорного напряжения и дополнительного источника питания, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности, блок управления снабжен логическим элементом

И вЂ” НЕ, импульсным модулятором, узлом задержки, первым и вторым ключами, имеющими различный тип проводимости, причем первый вход логического элемента И вЂ” НЕ соединен с выходом компаратора, второй вход подключен к выходу импульсного модулятора, соединенному с входом узла задержки, а выходом — к управляющим входам первого и второго ключей, вход импульсного модулятора использован в качестве входа блока управления, а выход узла задержки, соединенный с вторым входом компаратора, использован в качестве первого выхода

5 блока управления, кроме того, первый ключ через дополнительный источник питания, полярность напряжения включения которого является запирающей для ключевого разрядного элемента, подключен параллельно

10 к второму ключу, силовые выводы которого использованы в качестве второго выхода блока управления, а в качестве полевого транзистора ключевого разрядного элемента использован полевой транзистор со ста15 тической индукцией.