Стабилизатор постоянного напряжения
Иллюстрации
Реферат
ОП ИСАН И Е
ИЗОБРЕТЕН И Я
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
00650069
Союз Советских
Социалистических
Республик
8 g=
; < Pj (61) Дополн|ительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 15.11.76 (21) 2420138/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 28.02.79. Бюллетень ¹ 8 (45) Дата опубликования описания 28.02.79 (51) М. Кл.
G 05F 1/58, Н 02М 7/12
Гасударственный комитет
СС,СР по делам изобретений и открытий (53) УДК. 621.316,722 1 (088.8) (72) Автор изобретения
В. С. Уманский (71) Заявитель (54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Изобретение относится к электротехнике.
Известны стабилизаторы постоянного напряжения с использованием регулирующих элементов с импульсно-фазовым управлением, например, на тиристорах (1, 2).
Известен также стабилизатор постоянного напряжения, содержащий включенный последовательно в одну из питающих шин регулирующий элемент. Через первый выпрямитель, соединенный с выходными выводами, которые подключены ко входу усилителя-преобразователя, выходом соединенного с базой первого транзистора блока импульсно-фазового управления, в коллекторную цепь которого включен конденсатор, зашунтированный переключающим элементом, выход которого связан с управляющим входом регулирующего элемента, причем эмиттер и коллектор второго транзистора, имеющий тип проводимости, противоположный первому транзистору, через соответствующие резисторы и стабилитрон соединены с выходом второго выпрямителя, входом связанного с входными выводами;(2).
Недостаток известного стабилизатора состоит в том, что при подаче постоянного напряжения рассогласования от выхода усилителя-преобразователя режим первого и второго транзисторов оказывается во многих случаях тяжелым. В самом деле, на коллекторах существует пульсирующее напряжение: в моменты времени, когда оно становится близким к нулю, токи баз транзисторов резко возрастают. Вследствие этого нагрузка выходной цепи усилителяпреобразователя изменяется во времени.
Зти явления с одной стороны могут вызвать недопустимые токовые перегрузки
10 эмиттерно-базовых переходов транзисторов, с другой — ухудшение условий работы усилителя-преобразователя, сопровождающееся уменьшением коэффициента стабилизации.
15 Целью изобретения является повышение коэффициента стабилизации и надежности путем облегчения режима работы транзисторов.
Указанная цель достигнута тем, что из20 вестный стабилизатор снабжен источником постоянного напряжения, подключенным к базе второго транзистора блока импульсно-фазового управления через дополнительно введенные и соединенные последова25 тельно первые резистор и диод, к точке соединения которы. подключен коллектор первого транзистора, а к коллектору второго транзистора и через дополнительно введенные и соединенные последовательно
30 вторые резистор и диод, к точке соединс650069 ния которых подключен коллектор, дополнительно введенного ключевого транзистора, базой соединенного с дополнительно введенным источником управляющего напряжения.
На фиг. 1 представлена электрическая принципиальная схема предлагаемого стабилизатора; на фиг. 2 — эпюры напряжений.
Стабилизатор постоянного напряжения (фиг. 1) содержит регулирующий элемент
1 с импульсно-фазовым у правлением (например, на тиристорах), включенный в питающую сеть переменного тока последовательно с нагрузкой, в виде выпрямителя 2, блок 3 импульсно-фазового управления, состоящий из мостового выпрямителя 4, резистора 5, первого и второго транзисторов б и 7 разного типа проводимости (р — п — р и п — р — п) с резисторами 8 и 9 в цепях эмиттеров, а также времязадающий конденсатор 10. Элементы 4, 5, б, 8 и 10 соединены последовательно и подключены к выходу мостового выпрямителя 4. Стабилитрон 11 подключен к месту соединения резисторов
5, 8 и 12, Ваза транзистора 7 соединена с резистором 13 и выходом инвертирующего усилителя-преобразователя 14, вход котоpolro связан с выходом выпрямителя 2. Параллельно конденсатору 10 подключен переключающий элемент 15, например, на однопереходном транзисторе. К базе транзистора б подключен через последовательно соединенные диод 16 и резистор 17 дополнительный источник 18 постоянного напряжения, причем к точке соединения диода 16 с резистором 17 подключен коллектор транзистора 7. Место соединения коллектора транзистора б с конденсатором 10 через последовательно соединенные диод
19 и резистор 20 подключено к источнику
18 постоянного напряжения, точка соединения диода с резистором связана с коллектором ключевого транзистора 21. его база подключена к источнику 22 управляющего напряжения, срабатывающего, например, при аварийном коротком замыкании.
Вход питания и выход блока 3 соединены с питающей сетью и управляющим входом регулирующего элемента 1 через трансформаторы 23 и 24.
Усилитель-преобразователь 14 может быть выполнен известным образом, например на основе соединенных последовательно делителя выходного напряжения выпрямителя 2 и дифференциального усилителя, к одному из входов которого подключен источник спорного постоянного напряжения.
Данный стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом.
Переменное синусоидальное напряжение сети U„„, (фиг. 2а) преобразуется в пульсирующее напряжение U, трапецеидальной формы (фиг. 2б) с помощью мостовото вы10
20
4 прямителя 4, подключенного к трансформатору 23, резистора 5 и стабилитрона 11.
Этим напряжением через резистор 8 и транзистор б осуществляется заряд конденсатора 10. Напряжение Uc на конденсаторе 10 имеет пилообразную форму и нарастает до величины U, напряжения переключения элемента 15 (фиг. 2в). В момент его cpaбатывания, соответствующий фазовому углу а, на выходе переключающего элемента
15 вырабатывается импульс U», поступающий через трансформатор 24 на управляющий вход регулирующего элемента 1 и вызывающей его отпирание (фиг. 2г). Эти импульсы вырабатываются во время каждого полупериода сети, напряжение У„на входе выпрямителя 2- имеет форму, показанную на фиг. 2д. Регулирование фазового угла а и, следовательно, выходного напряжения Up стабилизатора (т. е. выходного напряжения выпрямителя 2) осуществляется путем изменения скорости нарастания пилообразного напряжения U„ обеспечиваемого путем регулирования тока за25 ряда конденсатора 10, протекающего через транзистор 6. Это регулирование обеспечивает стабилизацию напряжения Uo. Достигается она следующим образом.
Пусть величина Uo под действием дестаЗ0 билизирующих факторов, например, в виде увеличения питающего напряжения сети, получает некоторое положительное приращение относительно заданного значения.
Это вызывает появление на выходе инвер35 тирующего усилителя-преобразователя 14 отрицательного приращения напряжения рассогласования и подзапирание транзистора 7, в результате ток через транзистор уменьшается. Уменьшается и скорость на40 растания напряжения U„. Фазовый угол а увеличивается (фиг. 2г, е, штриховые линии, а )а) и соответственно уменьшаются напряжения У„и Uo. Процесс отработки рассогласования продолжается до тех пор, 45 пока Uq не достигнет заданного номинала.
Защита транзисторов 6 и 7 от перегрузки по токам баз осуществляется следующим образом.
В моменты времени, когда напряжение
50 U близко к нулю (фиг. 2б), диод 16 заперт благодаря подаче на его катод положительного напряжения U от источника 18 через резистор 17, Транзистор б при этом также заперт, так как ток через резистор
55 12 не идет. Резисторы 17 и 9 выбраны так, что транзистор 7 работает в активном режиме с малым током базы. Затем, когда напряжение U превысит напряжение U на катоде диода 16, последний отпирается,че00 рез .резистор 12 и транзистор 7 идет ток и транзистор б отпирается, чем и обеспечивается заряд конденсатора 10. Резисторы 8 и 12 выбраны так, что транзистор б работает в активном режиме с малым током
65 базы. В результате при отпирании транзи650069 стора 6 ток коллектора транзистора 7 возрастает незначительно, благодаря чему изменение нагрузки выходной цепи усилителя-преобразователя 14 за период напряжения сети оказывается незначительныM. Это способствует увеличению его коэффициента усиления, и следовательно, коэффициента стабилизации.
Защита стабилизатора путем его отключения (например, при аварийном коротком замыкании выхода выпрямителя 2) дости гается отпиранием ключевого транзистора
21 при подаче на его базу управляющего напряжения от источника 22 управляющего напряжения. При этом диод 19 отпирается и конденсатор 10 оказываегся замкнутым почти накоротко через диод и насыщенный ключевой транзистор 21. Напряжение источника 18 выбирается так, чтобы при запертом ключевом транзисторе 21 диод 19 2О был всегда заперт, независимо от величины рабочего напряжения U, на конденсаторе 10. Импульсы запуска U;» отсутствуют, регулирующий элемент 1 оказывается запертым, напряжения U„è Uo равны ну- 25 лю.
Благодаря диоду 19 и резистору 20 открытый ключевой транзистор 21, как и транзистор 7, .работает в течение всего периода напряжения сети U„„, в режиме, ЗО близком к активному, с малым током базы.
Это имеет место даже в моменты времени, когда У„близко к нулю — в эти моменты диод 19 запирается, но ток коллектора не обращается в нуль, так как он замыкается 55 через резистор 20 и источник 18 постоянного напряжения.
Таким образом, технико-экономический эффект от использования изобретения заключается в повышении коэффициента ста- 40 билизации и надежности путем облегчения режима работы транзисторов.
Формула изобретения
Стабилизатор постоянного напряжения, 45 содержащий включенный последовательно в одну из питающих шин регулирующий элемент, через первый выпрямитель соединенный с выходными выводами, которые подключены ко входу усилителя-преобразователя, выходом соединенного с базой первого транзистора блока импульсно-фазового управления, управляющего вторым транзистором блока импульсно-фазового управления, в коллекторную цепь которого включен конденсатор, зашунтированный переключающим элементом, выход которого связан с управляющим входом регулирующего элемента, причем эмиттер и коллектор второго транзистора, имеющего тип проводимости, противоположный первому транзистору, через соответствующие резисторы и стабилитрон соединены с выходом второго выпрямителя, входом связанного с входными выводами, отличающийся тем, что, с цель|о повышения коэффициента стабилизации и повышения надежности путем облегчения режима работы баз указанных транзисторов, стабилизатор снабжен источником постоянного напряжения, подключенным к базе второго транзистора блока импульсно-фазового управления через дополнительно введенные и соединенные последовательно первые резистор и диод, к точке соединения которых подключен коллектор первого транзистора, а к коллектору второ го транзистора через дополнительно введенные и соединенные последовательно вторые резистор и диод, к точке соединения которых подключен коллектор дополнительно введенного ключевого транзистора, базой соединенного с дополнительно введенным источником управляющего напряжения.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР № 424129, кл. G 05F 5/00, 1972.
2. Авторское свидетельство СССР № 339912, кл. G 05F 1/20, 1970.
650069
4vuz. 7
-С ь
V„ и
//å
Составитель В. Круглова
Редактор Ю. Челюканов Техред А. Камышникова Корректор Т. Добровольская
Заказ 88/17 Изд. № 186 Тираж 1014 Подписное
НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2