ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ТОКА

Полезная модель относится к области электрорадиотехники и может быть использована в качестве источника постоянного тока, в том числе, нелинейных и меняющихся во времени нагрузок. Преимущественная область использования - источники питания светодиодных светильников.
Известны нечувствительные к разрыву цепи нагрузки импульсные стабилизаторы напряжения, в том числе, выполняющие функцию корректоров мощности, управляющее устройство которых включает в себя все основные элементы, что и описанный выше стабилизатор тока причем, кроме элементов стабилизатора тока, стабилизатор напряжения содержит устройство стабилизации средних значений выходного напряжения, содержащее датчик выходного напряжения, источник опорного напряжения и дифференциальный усилитель сигнала ошибки, неинвертирующий вход которого подключен к источнику опорного напряжения, инвертирующий - к датчику выходного напряжения, а выход - к неинвертирующему входу компаратора сигнала тока ключа, причем, в цепи обратной связи операционного усилителя установлено звено частотной коррекции. Второй вывод нагрузки в стабилизаторе напряжения присоединен не к источнику питания, а к его общему проводу.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является импульсный стабилизатор тока, в который, посредством переключения второго вывода нагрузки с общего провода на источник питания, преобразован импульсный стабилизатор напряжения. Известный импульсный стабилизатор тока (LNK302/304-306, фирма "Power Integration"), содержит индуктивный накопитель, один вывод которого подключен к источнику питания и к первому выводу нагрузки, а второй вывод индуктивного накопителя - ко второму выводу нагрузки через диод, включенный в направлении тока индуктивного накопителя, и к электронному ключу, через который замыкается цепь накачки энергии от источника питания в накопитель, причем, в цепь ключа включен датчик тока ключа, а вход ключа подключен к выходу управляющего устройства, содержащего генератор запуска, RS-триггер и компаратор сигнала тока ключа, первый вход которого подключен к источнику опорного напряжения, второй вход - к выходу датчика тока ключа, причем, выход генератора запуска подключен к S входу, а выход компаратора - к R входу RS - триггера, выход которого через согласующий усилитель (драйвер) подключен к выходу управляющего устройства.
Недостатками этого стабилизатора являются неконтролируемый рост напряжения на выходе стабилизатора тока при обрыве цепи нагрузки, приводящий к пробою ключа и невысокая стабилизация тока, особенно при изменениях нагрузки, так как устройство стабилизации средних значений используется только при обрыве цепи нагрузки и не работает в режиме стабилизации тока.
Задача, на достижение которой направлена полезная модель, заключается в достижении высокой стабилизации тока при эффективной защите от повышения выходного напряжения стабилизатора тока при обрыве цепи нагрузки.
Поставленная задача решается за счет того, что в в импульсном стабилизаторе тока, содержащем индуктивный накопитель, один вывод которого подключен к источнику питания и к первому выводу нагрузки, а второй вывод индуктивного накопителя - ко второму выводу нагрузки через диод, включенный в направлении тока индуктивного накопителя, и к электронному ключу, через который замыкается цепь питания в накопителя, причем, в цепь ключа включен датчик тока ключа, а вход ключа подключен к выходу управляющего устройства, содержащего генератор запуска, RS-триггер и компаратор сигнала тока ключа, первый вход компаратора подключен к выходу дифференциального усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к источнику опорного напряжения, инвертирующий - к выходу делителя выходного напряжения, а второй вход компаратора подключен к выходу датчика тока ключа, причем, выход генератора запуска подключен к S входу, а выход компаратора - к R входу RS - триггера, выход которого через согласующий усилитель (драйвер) подключен к выходу управляющего устройства:
Для улучшения стабилизации средних значений тока нагрузки, параллельно одному из резисторов делителя выходного напряжения подключают управляемый элемент. Этим обеспечивается возможность настройки коэффициента деления выходного напряжения таким образом, чтобы требуемый ток нагрузки достигался при работе устройства в режиме стабилизатора напряжения.
Для расширения диапазона допустимого изменения нагрузки стабилизатора, в цепь тока нагрузки введен датчик тока, содержащий элемент задержки выходного сигнала по напряжению, причем, выход датчика подключен к входу управляемого элемента делителя выходного напряжения. При этом замыкается цепь обратной связи по току нагрузки и образуется импульсный стабилизатор тока с широким диапазоном рабочих нагрузок, ограничением выходного напряжения при разрыве цепи нагрузки и с высоким коэффициентом стабилизации тока.
На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого стабилизатора.
Импульсный стабилизатор тока содержит индуктивный накопитель 1, один вывод которого подключен к шине питания и к первому выводу нагрузки 2, а второй вывод индуктивного накопителя - ко второму выводу нагрузки 2 через диод 3, включенный в направлении тока индуктивного накопителя, и к электронному ключу 4, через который на общий провод цепи питания замыкается контур питания накопителя 1. В цепь ключа 4 включен датчик 5 тока ключа 4, а вход ключа 4 подключен к выходу управляющего устройства 6, содержащего генератор 7 запуска, RS-триггер 8 и компаратор 9 сигнала тока ключа 4, первый вход компаратора подключен к выходу дифференциального усилителя 10, неинвертирующий вход которого подключен к источнику опорного напряжения 11, инвертирующий - к выходу делителя выходного напряжения, образованного резисторами 12, 13 и 14, а второй вход компаратора 9 подключен к выходу датчика 5 тока ключа 4, причем, выход генератора 7 запуска подключен к S входу, а выход компаратора - к R входу RS - триггера 8, выход которого через согласующий усилитель 15 (драйвер) подключен к выходу управляющего устройства 6 и, соответственно, ко входу ключа 4 Параллельно резистору 12 делителя напряжения присоединен управляемый элемент 16 (например, PNP транзистор, резистивный оптрон или подобное устройство), вход которого подключен к выходу датчика 17 тока нагрузки (резистору), через элемент 18 задержки по напряжению выходного сигнала датчика 17 тока нагрузки. Параллельно делителю напряжения подключен конденсатор 19, параллельно нагрузке - конденсатор 20, а в цепи обратной связи дифференциального усилителя 10 сигнала ошибки - конденсатор 21.
Стабилизатор тока работает следующим образом:
При включении питания ключ 4 закрыт, и через индуктивный накопитель 1 и диод 3, включенный в прямом направлении, конденсатор 19 зарядится до напряжения питания. При этом, напряжение на выходе делителя меньше опорного напряжения источника 11, и на выходе операционного усилителя 10 величина напряжения, подаваемого на 1-й, инвертирующий вход компаратора 9, максимальна. На втором, неинвертирующем входе компаратора 9 напряжение равно нулю, так как ключ 4 закрыт, и тока датчика 5 нет. На R входе (сброс) RS-триггера 8 при этом ноль, на выходе RS-триггера 8 и на выходе буферного усилителя 15 тоже ноль, и ключ 4 закрыт. При приходе импульса с генератора 7 на S вход RS - триггера 8 происходит его переключение, уровень напряжения на выходе RS - триггера 8 меняется с нуля на единицу и на выходе буферного усилителя 15 формируется сигнал включения ключа 4. При этом, второй конец индуктивного накопителя 1 подключается к общему провода питания, диод 3 закрывается и все напряжение источника питания прикладывается к накопителю 1. Ток индуктивного накопителя 1 растет до тех пор, пока создаваемое этим током напряжение на датчике 5, а, вместе с ним, на втором, неинвертирующем входе компаратора 9 не достигнет уровня напряжения на первом входе компаратора. Как только это произойдет, состояние выхода компаратора 9 сменится с нуля на единицу, состояние выхода RS триггера 8 сбросится на ноль, и ключ 4 выключится. Ток ключа 4 прекратится, напряжение на выходе датчика 5 тока ключа станет нулевым и на R входе RS триггера 8 установится логический ноль, подготавливая триггер к повторному запуску от генератора 7. После выключения ключа 4 ток накопителя продолжается через диод 3, заряжая конденсатор 20 и, уменьшаясь, отдает в конденсатор энергию из индуктивного накопителя. Напряжение на конденсаторе 19, который фильтрует коммутационные помехи на делителе выходного напряжения, возрастает на ту же величину, что и на конденсаторе 20. По приходу следующего импульса с генератора 7 ключ 4 снова открывается, диод 3 закрывается, и через датчик 5 потечет ток накопителя, уменьшившийся за время, пока ключ 4 был закрыт. Описанные выше циклы будут повторяться до тех пор, пока напряжение на конденсаторе 20 не достигнет величины, при которой появится ток нагрузки 2, который далее будет расти вместе с напряжением на конденсаторе 20 до уровня, определяющегося элементом 18 задержки по напряжению. По достижении этого уровня на входе управляемого элемента 16 появится сигнал, что вызовет появление тока через элемент 16 и, пропорционально этому сигналу, к уменьшению коэффициента деления делителя напряжения. Напряжение на выходе делителя при этом будет расти при росте тока нагрузки, даже если напряжение на выходе стабилизатора будет неизменным, или даже начнет уменьшаться. Рост напряжения на выходе делителя будет продолжаться до тех пор, пока оно не достигнет уровня опорного напряжения источника 11. Как только это произойдет, дифференциальный усилитель 10 перейдет в режим усиления разностного сигнала, и напряжение задания тока, подаваемое с выхода дифференциального усилителя 10 на инвертирующий вход компаратора 9 будет уменьшаться, уменьшая уровень тока отключения ключа 4, и, вместе с ним, ток накопителя, до величины, задаваемой элементом 18 задержки по напряжению сигнала датчика 17 тока нагрузки. Это значение тока стабилизатор будет поддерживать независимо от изменений параметров нагрузки.
При обрыве цепи нагрузки стабилизатор просто перейдет в режим стабилизации напряжения, задаваемого делителем, состоящим из резисторов 12, 13 и 14.