Двухкаскадный стабилизатор постоянного напряжения

Двухкаскадный стабилизатор постоянного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

»»691815

Союз Соеетскик . Сонреалистеечесиик

Респубиии (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено03.04.75 (21)2120784/24-07 (51)M. Кл.

G 05 F 1/56 с присоединением заявки Рй

Государственнм9 наинтет

СССР

IID делан наебретеннй н атлритнй (23) Приоритет

Опубликовано 1 5.10.79. Бюллетень 3438

Дата опубликования описания 17.10.79 (53) УДК 621.316 .722.1(088,8) Беюйнодн . (72) Авторы (54) ДВУХКАСКАДНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к устройствам автоматического регулирования и может быть использовано для электропитания различных электронных схем.

Известны двухкаскадные стабилизато-ры яоотоянного нвпряженне (1 н (2f.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является двухкаскадный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий

10 оконечный линейный каскад, регулирующий транзистор которого. включен последовательно в выходную шину, а усилитель постоянного тока входом соединен с выходными выводами; а ютяходом — с управ15 ляющим входом регулирующего транзистора, предварительный ключевой каскад, ключевой элемент которого с 1СД фильтром на выходе включен последовательно с регулирующим транзистором линейного каскада, усилитель рассогласования входом соединен с выходом 4СД фильтра, .а широтно-импульсный мопулятор выходом соединен с управляющим входом

2 ключевого элемента, а входом - с выходом усилителя рассогласования.

В таких стабилизаторах для уменьшения потерь на регулирующих транзисторах линейного каскада схема управления ключевым каскадом строится таким образом, чтобы среднее значение напряжения на выходе ключевого каскада отличалось на постоянную величину от выходного напряжения линейного каскада. Величина этой разницы определяется исходя из минимально допустимого с точки зрения линейного режима регулирующего транзистора напряжения на выходе ключевого каскада. При динамическом изменении тока нагру-зка (например, при наборе нагрузке) будет иметь место динамическое отклонение напряжения ключевого каскада, определяемое в общем случае импедансом контура демодулятора (фильтра) ключевого каскада.

В связи с этим правильный выбор режимов работы комбинированного стабилизатора должен производиться с уче3 69 том возможного провала" напряжения ключевого каскада при наборе нагрузки; т.е. входное напряжение линейного каскада должно быть увеличено на величину динамического отклонения напряжения.

В результате этого при реализации схемы известного двухкаскадного стабилизатора при максимальной статической нагрузке будут иметь место дополййтельные потери мощности на регулирующем элементе линейного каскада.

Е(елью изобретения является уменьшеНие потерь. мощности, а следовательно, габаритов радиаторов регулирующих транзисторов линейного каскада. .Пля этого двухкаскадный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий оконечный линейный каскад, регулирующий транзистор которого включен последовательно в выходную шину, а усилитель постбянного тока- входом соединен с вь1ходнйми выводами, а выходом — с управляющим входом регулирующего транзистора, предварительный ключевой каскад, ключевой элемент которого с,СД фильтром на выходе включен последовательно с регулирующим транзистором линейного каскада, усилитель рассогласования входом соединен с выходом LCQ фильтра, а широтно-импульсный модулятор выходом соединен с управляющим входном ключевого элемента, а входом - с выходом усилителя рассогласования, снабжен сумматором напряжений и датчиком тока, который включен в выходную цепь и со единен с одним входом сумматора, другой вход которого соединен с введенным источником опорного напряжения, а выходом - co вторым входом усилителя сигнала рассогласования.

На чертеже препставлен стабилизатор, принципиальная электрическая схема, Стабилизатор состоит иэ линейного каскада, в состав которого входят регулирующий транзистор 1 и усилитель 2

-постоянного тока, и ключевого каскада, в состав которого входят: ключевой эле- . мент (например, транзисторный) 3, демодулятор-фильтр 4, широтно-импульсный модулятор (ШИМ) 5, усилитель 6 рассогласования. На инверсный вход 7 усилителя рассогласования 6 подан сигнал обратной связи с выхода фильтра 4.

На прямой вход 8 усилителя 6 подано напряжение с .выхода сумматора 9. На один вход 10 сумматора 9 подан сигнал, пропорциональный току нагрузки стабилизатора, снимаемый с датчика тока, нап1815 4 ример, на резисторе 11, причем последний включен последовательно в цепь нагрузки. На второй вход 12 сумматора подается опорное напряжение с источника

13 опорного напряжения, причем поляр ность напряжения на входе 1 2 противоположна по знаку сигналу на входе 10.

Общая шина схемы управления ключевого стабилизатора 14 подключена к выходу

10 "+" стабилизатора. Имеются ключевой 15 и линейный 16 каскады.

Работает стабилизатор следующим образом.

Выходное напряжение стабилизатора

Ц" „„ . определяется режимом работы усилителя 2, цепь обратной связи которого подключена к выходу стабилизатора.

Выходное напряжение ключевого каскада равно сумме Овых и напряжения на регулирующем транзисторе 1. С другой стороны напряжейие на регулирующем транзисторе 1 определяется величиной напряжения на выходе сумматора 9.

В свою очередь О = Ug - U„o (c учетом полярности), где 0) g — опорное напряжение источника

13;

Ц =I 7 = сигнал обратной связи по току, о н/= снимаемый с резистора 11.

Следовательно, при токе нагрузки

r О, О о = 0; при максимальном статическом Tome

Величинами выбирается пропорцио отж нальной максимальному динамическому, отклонению выходного напряжения ключевого каскада. Схема управления ключевого каскада в составе ШИМ 5 и уси40 лителя 6 обеспечивает регулировку напряжения на регулирующем транзисторе

1 пропорционально величине Ц8

Таким образом, при минимальном статическом токе нагрузки, т.е. "ожи45 дании" набора тока, напряжение на регулирующем транзисторе имеет максимальную величину, соответствующую значению

0 = Ц, и выбирается иэ условия:

11юОх яэмн1п дин где U,"-ìèíèìàëüíoå напряжение между коллектором и эммитеему ром, при котором транзистор

1 находится в линейном режиме;

Ц вЂ” динамическое отклонение нап дии ряжения ключевого каскада при максимальном ожидаемом приращении тока дТ.

5 6918

Учитывая минимальное значение тока в таком режиме, протекающего через регулирующий транзистор 1, увеличенное напряжение на нем не вызывает больших потерь мощности. 5

С другой стороны, при максимальном статическом токе нагрузки, т.е. в ожидании" сброса тока, напряжение на регулирующем транзисторе 1 имеет минимальную величину0 „„,„= Оя „„„соот- 1ю ветствующую величине U e = Uq2 — 0„„,1„.

Потери мощности на регулирующем транзисторе при максимальном токе имеют минимальное значение благодаря установке на нем минимально возможного напряжения.

Таким образом, благодаря введению сумматора 9, на один из входов которого подан сигнал обратной связи по току, а на второй — опорное напряжение соответствующего знака, производится регулировка выходного напряжения ключевого каскада, обеспечивающая минимизацию потерь на линейном каскаде при максимальном статическом токе наг25 рузки, а при минимальном статическом токе имеется необходимый запас по напряжению на входе линейрого каскада перед динамическим набором нагрузки. зю ф о р м у л а,и з о б р е т е н и я

Двухкаскадный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий оконечный

15 6 линейный каскад, регулирующий транзистор которого включен последовательно в выходную шину, а усилитель постояннбго тока входом соединен с выходными выводами, а выходом — с управляющим входом регулирующего транзистора, предварительный ключевой каскад, ключевой элемент которого с СД фильтром на выходе включен последовательно с регулирующим транзистором линейного каскада, усилитель рассогласования входом соединен с выходомЬСД фильтра, а широт но-импульсный модулятор выходом соединен с управляющим входом ключевого элемента, а входом — с выходом усилителя рассогласования, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью уменьшения потерь мощности на регулирующем элементе линейного каскада, стабилизатор снабжен сумматором напряжений и датчиком тока, который включен в выходную цепь и соединен с одним входом сумматора, другой вход которого соединен с введенным источником опорного напряжения, а выходом — со вторым входом усилителя сиг нала рассогласования.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 457982, кл. G 05 F 1/56, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР № 344425, кл. G 05 F 1/56, 1970, ЦНИИПИ Заказ 6214/37 Тираж 1015 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4