КОНТРОЛЛЕР ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ С ФИКСИРОВАННЫМ ВРЕМЕНЕМ ВКЛЮЧЕНИЯ

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в качестве схемы управления коммутацией в структуре импульсных регуляторов и стабилизаторов постоянного напряжения в микроэлектронном исполнении.
Интегральные стабилизаторы напряжения (ИСН) являются неотъемлемой частью современной радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), характеристики которой в значительной степени определяются стабильностью питающих напряжений. За сравнительно короткое время схемотехника ИСН прошла путь от простейших линейных стабилизаторов до мощных универсальных импульсных устройств с минимальным числом выводов и коэффициентом полезного действия, достигающим 97%. Важным блоком современных импульсных стабилизаторов напряжения является схема управления регулирующим элементом. Одним из вариантов схемы управления является контроллер с фиксированным временем включения.
Известны технические решения, характеризующиеся схожим назначением. Близким по технической сущности является контроллер, используемый в схеме стабилизатора напряжения (фиг. 1), представленный в патенте США № US 2015-0214839 А1 [1].
Основным недостатком схемы аналога (патент США № US 20150214839 А1) является отсутствие ограничения максимальной частоты работы схемы до выхода котроллера в рабочий режим (момента установления заданного уровня выходного напряжения регулятора). Основная задача предлагаемой полезной модели состоит в ограничении максимальной рабочей частоты контроллера.
out
on
r
out
Поставленная задача достигается применением в структуре ШИМ (широтно-импульсная модуляция) контроллера (область, помеченная пунктиром на фиг. 1), состоящего из схемы с фиксированным временем включения (100), имеющей три входа: V - обратной связи с выходом регулятора напряжения, вход подкачки и Sq' - вход сброса, подключенный к инверсному выходу Q' RS-триггера и второму входу схемы коммутации (119); выход схемы с фиксированным включением (100) S подключен к входу R RS-Триггера (109), вход S RS триггера (109) соединен с выходом компаратора напряжения (108), на прямой вход которого подается опорное напряжение V, инверсный вход подключен к выходу регулятора напряжения V; прямой выход Q RS триггера подключен к первому входу схемы коммутации (119), еще один вход схемы коммутации является входом подкачки и соединен с входом подкачки схемы с фиксированным временем включения (100), выходы схемы коммутации S0g и S1g являются выходами контроллера и служат для коммутации ключевых транзисторов регулятора напряжения; буферов задержки, благодаря которым обеспечивается ограничение максимальной рабочей частоты (фиг. 2, фиг. 3).
in
out
r
out
Схема заявляемого устройства, соответствующего формуле полезной модели, представлена на фиг. 2. Полезная модель контроллера широтно-импульсного регулирования с фиксированным временем включения содержит генератор пилообразного сигнала (110), вход V которого является одноименным входом контроллера, выход генератора соединен с прямым входом компаратора (111), инверсный вход компаратора является входом V контроллера, выход компаратора (111) подключен к входу буфера задержки (113), выход буфера задержки (113) подключен к входу R RS-триггера (109); вход S RS-триггера соединен с выходом компаратора (108), прямой вход которого образует вход V контроллера, инверсный вход компаратора (108) образует вход V' контроллера; выход Q RS-триггера (109) соединен с входом буфера задержки (112) и входом res генератора пилообразного сигнала; выход буфера задержки (112) подключен к входу en компаратора (111).
Отличие заявляемой модели от устройства прототипа заключается в применении буферов задержки (112) и (113) для установления минимальных значений длительности единицы и нуля выходного сигнала (фиг. 2).
Работу заявляемой полезной модели контроллера широтно-импульсного регулирования с фиксированным временем включения удобно рассмотреть на примере ее применения в регуляторе напряжения (фиг. 3).
out
r
on
out
out
ref
off
on
Компаратор Comp1 (108) (фиг. 3) сравнивает выходное напряжение V с опорным напряжением V. Когда выходное напряжение меньше опорного, на выходе компаратора устанавливается логическая единица, тем самым, на выходе RS-триггера (109) (сигнал Sq) устанавливается логическая единица. В этот момент схема драйвера (119) включает транзистор Т2 и выключает транзистор Т1. В это же время Sq поступает на вход разрешения генератора пилообразного сигнала (110) и буфера задержки включения (112). Напряжение на выходе генератора начинает расти. Спустя определенное время (T) сигнал Sq поступает на вход разрешения компаратора Comp2 (111). Компаратор Comp2 (111) сравнивает выходное напряжение регулятора V с напряжением на выходе генератора пилообразного сигнала (110). Когда выходное напряжение генератора пилообразного сигнала (110) больше выходного напряжения регулятора (этот момент наступает при достижении и превышении выходным напряжением V заданного значения V), на выходе компаратора Comp2 (111) формируется логическая единица, которая поступает на вход буфера задержки (113) формирующего по переднему (нарастающему) фронту сигнал логической единицы на время T. Этот сигнал поступает на вход сброса R RS-триггера (109), выход которого, тем самым, устанавливается в логический ноль. В этот момент схема драйвера (119) выключает транзистор Т2 и включает транзистор Т1. В это же время на вход разрешения генератора пилообразного сигнала (110) и буфера задержки времени включения (112) поступает сигнал отключения (Sq=0) (тем самым запрещая включение схемы на время T). Далее цикл повторяется. Иллюстрация работы заявляемой полезной модели контроллера широтно-импульсного регулирования с фиксированным временем включения представлена на временных диаграммах на фиг. 4 и 5.
Буфер задержки (112) необходим для ограничения максимальной рабочей частоты, а буфер задержки (113) формирует минимальное необходимое время для заряда конденсатора подкачки С2.
Литература
1. Shiu et al/ "Constant on time controller", Patent number US 2015/0214839 A1, Jul. 30, 2015.