Импульсный стабилизатор напряжения

Импульсный стабилизатор напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

«н662922

1 1 (51)М. КлР (61) Дополнительное к авт. свид-вуР506839 (22) Заявлеио02.1276 (21) 2434077/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет

G05 F 1/56

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК621. 316 .. . 722. 1 (088. 8) Опубликовано 150 579. Бюллетень ¹ 18

Дата опубликования описания 18.05,79 (72) Авторы изобретения

B. И. Петренко и Н. И. Олейник (71) Заявитель (54) ИМПУЛЬСНЫИ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится h ýëåêòðoтехнике и может быть использовано в целях питания раэличнои радиотехнической аппаратуры.

В основном авторском свидетельстве 9 506839 описан импульсный стабилизатор напряжения, содержащий соединенный последовательно с нагрузкой блок транзисторных ключей, блок диодов, дроссель, и конденсатор выходного фильтра, регулирующий транзистор, управляемый датчиком напряжения, и задающий магнито-транзисторный автогенератор, выход которого подключен к управляющим цепям блока транзистор- 5 ных цепей, причем регулирующий транзистор соединен последовательно с транзистором одного из плеч полумос-тового задающего магнито-транэисторного автогенератора,параллельно с транзистором второго плеча этого автогенератора соединен разрядный ключ релаксационного генератора, зарядный резистор и конденсатор которого соединены последовательно и подключены к источнику питания задающего автогенератора через укаэанный регулируюший транзистор, при этом конденсатор релаксационного генератора соединен параллельно с разрядным ключом через диод, и подключен к управляющему входу разрядного ключа через второй диод и выход датчика мощности нагрузки (1). устройство обладает высокими энергетическими и массогабаритными показателями во многих практических случаях, когда требования к пульсациям ,,выходного напряжения не являются осо- бенно жесткими,Для выполнения повышенных требований к пульсациям входного . напряжения (требоъаиий, предъявляемых со стороны, как правило, цифровых элементов) в таком устройстве необходимо либо увеличивать массу выходного индуктивно-емкостного фильтра при неизменной минимальной частоте переключения транзисторных ключей, соответствующей максимальной мощности нагрузки, .либо существенно увеличить минимальное значение частоты при неизменных параметрах выходного фильтра. При этом в обоих случаях обеспечения заданного качества выходного напряжения происходит ухудшение как мас"о-габаритных, так и энергетических характеристик импульсного стабилизатора на- . пряжения, что особенно отрицательно сказывается при использовании автономных систем электроснабжения.

8 6629

Целью дополнительного изобретения является ограничение амплитуды пульсаций выходного напряжения.

Поставленная цель достигается,тем, что импульсный стабнлитрон напряжения по авт. св, Р 506839 снабжен уп5 равляемым формирователем напряжения, пропорционального квадрату частоты, управляющий вход которого подключен — к выходу задающего магнито-транзисторного автогенератора, питающий вход - к выходным выводам, а выход к точке соединения транзистора второго плеча магнито-транзисторного автогенератора и конденсатора релаксационного гене ато а

Р Р °

Принципиальная электрическая схема устройства изображена на чертеже.

Здесь к источнику ограниченной мощ-, ности 1 через блок транзисторных ключей 2 и блок:диодов 3 подключен вы- Ю ходной фильтр, содержащий дроссель 4 и конденсатор 5, параллельно с котоРым соединен датчик напряжения, построенный, например, на стабилитроне

6 и резисторе 7, подключенном к эмит-25 тер-базовому переходу регулирующЕго транзистора 8. Транзистор 8. соединен последовательно с транзистором 9 полумостового задающего магнито-транзисторного автогенератора, содержащего, кроме транзистора 9, трансформатора

10, делитель напряжения на резисторах 11, 12 и конденсаторах 13, 14 и транзистор 15, зашунтированный тиристором

16 релаксационного генератора, резистор 17 и конденсатор 18, соединенный последовательно и через регулирующий транзистор В подключенный к источнику питания магнита-транзисторного автогенератора. УпРавляющий вход релакса- 40 ционного генератора через развязываю цие диоды 19, ?О подключен к выходу датчика мощности 21 нагрузки 22, управляемый формирователь напряжения ?3, пропорционального квадрату частоты, содержит два соединенных последоватепьйо маломощных имйульсйых модулято- . ра на трайзисторах 24, 25, обратных диодах 26, 27 и индуктивно-емкостных фильтрах 28, 29 и 30, 31. Резистор

32 подключен параллельно к выходу фор-й мирователя напряжения и является для него нагрузкой. Эмиттер-базовые переходы транзисторов 24.и 25, эашунтированные туннельными диодами 33 и 34, <ереэ разделительные диоды 35, 36 сое-55 динены параллельно и образуют цепь управления, которая через времяэадаю щий .конденсатор 37 и параметрический стабилизатор напряжения на резисторе

38 и стабилитроне 39 подключена к вы- 9) ходу магнито-транзисторного автогенератора. Цепи питания формирователя 23 подключены к выходным выводам. B качестве источника питания задающего магнито-транзисторного автогейератора „ использованы встречно-последовательI

4 но соединенные выходы импульсного стабилизатора напряжения и формирователя

23 {конденсатор 31 и реэистор 3?).

Стабилитрон 40, шунтирующий бпок TpaH- эисторных ключей 2, и дроссель 4 фильтра обеспечивают первоначальный запуск схемы.

При подключении источника 1 ко входу устройства стабилитрон 40 пробива ется и к плечам магнито-транзисторного автогенератора прикладывается напряжение, величина которого определяется соотношением сопротивлений резисторов 11 12, 3?. и значением напряжения пробоя стабилитрона 40. Под действием приложенного напряжения магнито-транзисторный автогенератор запускается и, коммутируя транзисторы блока 2, увеличивает напряжение на выходе устройства до значения напряжения стабилизации tJ> на нагрузке.

После этого .стабилитрон 40 закрывается, так как приложенное к нему напря22 жение, равное разности напряжения источника и напряжения на нагрузке Пн становится меньше напряжения его пробоя, В установившемся режиме работы напряжение U питания магнито-транзисторного автогенератора согласно закону

Кирхгофа определяется разностью напряжений Пн на нагрузке и U на выходе формирователя:

U=-U - ф

Н (1)

Так как напряжение питания формирователя равно напряжению на нагрузке, то его выходное напряжение можно определить но выражению

В силу того, что управляющие переходы транзисторов 24, 25 подключены параллельно к выходу задающего автогенератора через общий времяэадающий конденсатор 37, справедливы соотношения где t ; длительность открытого состояния транзисторов 24, 25;

Т - период изменения выходного сигнала задающего автогенератора.

Длительность tä4, постоянна на своем диапазоне иэмейения мощности нагрузки и определяется только параметрами используемых туннельных диодов

33, 34, стабилитрона 39 и величиной емкости времязадающего конденсатора

37. Подбором параметров указанных элементов t>y можно изменять в достагочно широких пределах, 0 =u М п2

Ф (2) где ting Т, 2 п, Tn - соответственно длительность открытого состояния и период коммутации транзисторов 24 и 25, 662922

СлеГователь«о з«аче«ие выходного

«апряжени я формирователя 2 3 определяется выражением

Ф н пфт (3) где f = - - — частота выходного сигнала

Т э адающе го маг нито-тра« эи ст ори о го а В» тогенератора (частота коммутации транзисторных ключей блока 2), Подставив выражение (3) в выражение (1) получим закон, по которому в предложенном устройстве изменяется 10 напряжение г7итания задающего автогенератора 2 н н пФ (4) . 15

Известно, что амплитуда пульсаций

aU напряжения на нагрузке определяется величиной индуктивности L дросселя 4, емкости С конденсатора 5, частотой f коммутации транзисторных ключей блока 2 и временем t„ èõ открытого состояния согласно выражению ьи=, -(<- - -)

О t

Как в устройстве по авт. св. 25

Р 506839, так и в предложенном устройстве отношение — определяется и

Т выражением я«

T Он " (6) 30 где К - коэффициент пропорциональности, В44, В значение сопротивлений резисторов 11, 12, U — напряжение питания эадающего автогенератора.

Подставив выражение (6) в выраже- ние (5) и проведя несложные преобра- зования, получим закон, по которому необходимо изменить напряжение питания задающего автогенератора, чтобы амплитуда пульсаций напряжения на нагрузке оставалась равной на всем диапазоне изменения частоты

1) =u — evCIut . Z н

Как следует из выражения (11) частота коммутации транзисторных ключей блока 2 с увеличением мощности нагрузки уменьшается, вызывая, как и в устройстве по авт. св. Р 506839, снижение мощности потерь на силовых элементах схемы. Но при этом амплитуда

55 пульсаций напряжения на нагрузке сохраняется на уровне допустимых значений независимо от величины потребляемой от источника мощности. Физически это объясняется тем, что при увеличе60 нии мощности нагрузки ко утации транзисторных ключей амплитуда с одной стороны уменьшается релаксационным генератором по сигналам с датчика мощности, потребляемой нагрузкой, а с

65 другой стороны увеличива тся эа сче. (7)

Сопоставляя требуемый с точки зрения .обеспечения заданной амплитуды пульсаций напряжения на нагрузке (выражение 7) и реализованный в предложенном устройстве (выражение 4) законы изменения напряжения питания задающего автогенератора, нетрудно видеть, что, если подбором параметров туннельных диодов 33, 34, стабилитрона 39 и кондейсатора 37,обеспечить справедливость равенства

0н щ, = Е "С "О, (8) то в предложенном устройстве амплитуда пульсаций напряжения на нагрузке не превысит допустимой величины ь U на всем диапазоне изменения частоты переключения транзисторов блока 2, r определяемой уровнем потребляемой нагрузкой мощности., При этом длитель- ность открытого состояния транзисторов 24, 25 должна удовлетворять равенству

„,4 — ": —"

В устройстве по авт. св. Р 506839 частота коммутации транзисторов блок а

2 в зависимости от мощности нагрузки изменяется в соответствии с выражением

%11 LI

1=

7 (Я«+Ч, )К рЯ 7СщРн (10) где К вЂ” коэффициент пропорциональносP ти; 47,С18- соответственно сопротивление резистора 17 и емкость конденсат,ора 18;

Рн — мощность нагрузки.

В нем напряжение питания U задающего магнито-тран зисторного автогенератора постоянно, В результате частота его выходного сигнала оказывается обратно пропорциональной мощности нагрузки, В предложенном устройстве напряжение питания задающего магнито-тран-. зисторного аВтогенератора не остается постоянной, а изменяется в соответствии с выражением (4) . Поэтому,,подставив выражение (4) в выражение (10), после элементарных алгебраических преобразований получим закон изменения частоты выходного сигнала задающего магнито-транзисторного автогенератора (частота коммутации транзисторов блока 2) в функции мощности нагрузки,при котором амплитуда пульсаций выходного напряжения стабилитрона сохраняется неизменной на уровне до- пустимого значения

R 7C e(« .,z1Pí) н

16 bС ьUR« .1 ВIСaU

Р 47 16 «V. Н 6 hC cLUR

662922

7 8 увеличения напряжения питания задаю- го задающий магнито-транзисторный щего магнито-транзисторного автогене- антогенератор, ратора путем снижения выходного на-, Формула и зобретени я пряжения формирователя. В результате Импульсный стабилизатор напряжечастота входного сигнала блока тран- ния по авт. св. Р 506839, 0 т л и зисторных ключей уменьщается только ч а ю шийся тем, что, с целью до такого значения, при котором ам- 5 ограничения амплитуды пульсаций выходплитуда пульсаций выходного напряже- ного напряжения, он снабжен управляения стабилизатора равна заданной до- мым формирователем напряжения, пропустимой величине. порционального квадрату частоты, упИспользование изобретения позволит равляющий вход которого подключен к обеспечить электроэнергией потребите- !0 выходу магнито-транзисторного автолей,требующих для своей нормальной ра- генератора, питающий вход — к выходботы стабилизнрованное напряжение с ным выводам, а выход - к точке соедималыми пульсациями,при высоких массо- нения транзистора второго плеча магвых и энергетических показателях им- нито-транзисторного.автогенератора и пульсного стабилитрона напряжения,что !я койденсатора релаксационного генераособенно важно для автономных систем тора. электроснабжения с запасом химической Источники информации, принятые во энергии. Кроме того,использовайие пред- внимание при экспертизе ложения дает возможность отказаться 1, Авторское свидетельство СССР

,от отдельного источника тока, питающе- 9 506839, кл. G 05 F 1/56, 1974.

Составитель С, Черныщева

Тех ед С. Мигай Корректо A. Г иценко

Эаказ 2694/48 Тираж 10 14 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москвв 31-35 Рв шсквя квс д 4 5

Филиал П!!П Патент, r. Ужгород, ул, !1роектная, 4