Стабилизатор постоянного тока

Стабилизатор постоянного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнх

Соцналнстнческнх

Респу6инк

ГееударетееллмИ кемлтет ао делам нзобретеннк

N OTNPblTHH

53) УДК 621.316. .722. 1 (088.8) Опубликовано 07.07.81. Бюллетень № 25

Дата опубликования описания 09.07.81 (72) Автор изобретения

А. В. Плошинский (71) Заявитель (54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для стабилизации величины постоянного тока в источниках электропитания, для преобразования постоянного напряжения в ток в различных радиоэлектронных устройствах.

Известны стабилизаторы постоянного тока и управляемые генератором тока с регулирующим транзистором и цепью отрицательной обратной связи, состоящей из усилителя, на вход которого поступает разностный сигнал с эталонного резистора и задающего опорного источника, а выход подключен к управляющему входу регулирующего транзистора (1), .(2) .

К недостаткам известных стабилизаторов постоянного тока (1) следует отнести возможность поддержания в нагрузке тока только одного определенного направления, вызванную наличием одного последовательного регулирующего транзистора. Недостатком управляемого генератора тока (2) является низкий КПД и низкий коэффициент использования источника по напряжению, обусловленный наличием двух источников питания, следовательно, использованием для создания определенного направления тока в нагрузке только одного из них. Это приводит, особенно в случае автономного питания от внутренних источников, к большому весу аппаратуры и требованию излишней энергоемкости.

Известен также стабилизатор постоянного тока (3), который по технической сущности наиболее близок к предлагаемому стабилизатору, который содержит усилитель постоянного тока, эталонный резистор, орган сравнения и последовательный регулирующий элемент, выполненный по двухтактной схеме на двух транзисторах различного типа проводимости, базы которых соединены с выходом усилителя постоянного тока, кол15 лектор n:-p-ïò.транзистора — с положительным полюсом источника входного напряжения, а коллектор р-хр-транзистора — с отрицательным полюсом источника входного напряжения, эмиттеры транзисторов регулирующего элемента заземлены, а нагрузка

«ав стабилизатора включена между эталонным резистором и средним выводом источника входного напряжения. Стабилизатор представляет собой систему автоматического

845147

45

55 регулирования компенсационного типа, в которой на эталонном резисторе, включенном последовательно с нагрузкой, поддерживается постоянное напряжение. Это.обеспечивается наличием цепи отрицательной обратной связи, состоящей из усилителя постоянного тока, выход которого соединен с базами транзисторов регулирующего элемента, а вход — с органом сравнения, на который поступает разность напряжений на эталонном резисторе и на делителе, подключенном к задающему опорному источнику. Постоянное напряжение на эталонном резисторе соответствует постоянной величине тока в нагрузке стабилизатора. Подключение выхода усилителя непосредственно к управляющим переходам регулирующих транзисторов, имеющих величину напряжения 0,2 — 0,7 В, позволяет получить малый разностный сигнал на входе усилителя. Применение транзисторов различного типа проводимости позволяет стабилизировать ток, протекающий через нагрузку, в любом направлении.

Недостатками известного стабилизатора постоянного тока являются низкий коэффициент полезного действия и низкий коэффициент использования источника питания по напряжению. Это вызвано подключением одного из зажимов нагрузки к средней точке источника напряжения. Поэтому при стабилизации тока в нагрузке, например положительного направления, используется лишь половина источника напряжения от средней точки до положительного полюса, а через вторую половину источника ток нагрузки не протекает. При этом половина источника напряжения от средней точки до отрицательного полюса не используется. Использование в схеме только одной половины источника обуславливает низкий коэффициент использования источника по напряжению (не более

50"/o). Низкий коэффициент полезного действия стабилизатора обусловлен балластной работой выпрямителя и схемы сглаживания, а также схемы предварительной стабилизации напряжения неиспользуемой половины источника напряжения стабилизатора.

Таким образом, недостатками известного стабилизатора постоянного тока являются невысокий КПД и низкий коэффициент использования источника по напряжению.

Цель изобретения — повышение коэффициента полезного действия, увеличение коэффициента использования источника по напряжению и повышение точности стабилизации тока.

Это достигается тем, что стабилизатор постоянного тока, содержащий усилитель постоянного тока, эталонный резистор, орган сравнения и последовательный регулирующий элемент, выполненный по двухтактной схеме на двух транзисторах различного типа проводимости, базы которых соединены с

Зо

40 выходом усилителя постоянного тока, коллекторы подключены к соответствующим полюсам источника входного напряжения, а эмиттеры заземлены и соединены с одним выводом эталонного резистора, к второму выводу которого подключен один из зажимов нагрузки, снабжен инвертирующим усилителем, подключенным к источнику входного напряжения, и дополнительным последовательным регулирующим элементом, выполненным по двухтактной схеме на двух транзисторах различного типа проводимости, при этом вход инвертирующего усилителя заземлен, а к его выходу подсоединены базы транзисторов дополнительного регулирующего элемента, коллекторы. которых подключены к соответствующим полюса м источника входного напряжения, а к точке соединения эмиттеров подключен второй зажим нагрузки стабилизатора.

Это позволяет осуществлять синхронное и противоположное по фазе изменение потенциала на втором зажиме нагрузки, использовать один и тот же источник эталонного напряжения для стабилизации в нагрузке тока любого направления, уменьшить напряжение на управляющих электродах транзисторов регулирующего элемента и снизить величину разностного сигнала на входе усилителя.

На чертеже представлена схема данного стабилизатора, где 1 — источник входного питающего напряжения, 2 — последовательный регулирующий элемент, выполненный по двухтактной схеме на двух транзисторах 3 и 4 различного типа проводимости, базы которых соединены с выходом усилителя 5 постоянного тока, вход которого через орган сравнения 6, состоящий из делителя на резисторах 7 и 8, подключен с одной стороны к источнику 9 задающего напряжения, а с другой — к эталонному резистору 10. Нагрузкаа 11 стабилизатора подключена одним зажимом последовательно с эталонным резистором 10 к заземленным эмиттерам транзисторов 3 и 4 регулирующего элемента 2, выполненного по двухтактной схеме на двух транзисторах 13 и 14 различного типа проводимости. Эмиттеры транзисторов 13 и 14 соединены между собой и с выходом регулирующего элемента 12, базы соединены с выходом инвертирующего усилителя 15 с заземленным входом и подключенным по питанию к источнику 1, а коллекторы, так же как и коллекторы транзисторов 3 и 4 регулирующето элемента 2, подключены к соответствующим полюсам источнйка входного напряжения 1.

Предлагаемый стабилизатор постоянного тока работает следующим образом.

На управлявшвве переходы транзисторов 3 и 4 регулирующего элемента 2 с выхода усилителя 5 поступает постоянное напряжение, пропорциональное величине раз845147

15

Зо

45

55 ностного сигнала, возникающего на резистивном делителе органа сравнения 6, определяемого в соответствии с величинами резисторов 7 и 8 напряжением задающего источника 9 и напряжением на эталонном резисторе 10. На управляющие переходы транзисторов 13 и 14 второго регулирующего элемента 12 с выхода инвертирующего усилителя 15 поступает напряжение, противоположное по знаку напряжению на управляющих переходах транзисторов 3 и 4. Коэффициент усиления инвертирующего усилителя 15 и его начальное выходное напряжение выбраны так, чтобы при этом изменение потенциала в точке соединения эмиттеров транзисторов 13 и 14 было равно и противоположно по знаку изменению потенциала заземленных эмиттеров транзисторов 3 и 4 относительно среднего уровня источника входного напряжения 1. Через последовательно соединенные регулирующие элементы 2 и 12, нагрузку 11 и эталонный резистор 10 протекает ток источника напряжения 1, создающий на эталонном резисторе 10 падение напряжения, поступающее на орган сравнения 6 и уравновешивающее величину разностного сигнала на входе усилителя 5.

Это обеспечивает автоматическое поддержание постоянства величины тока в цепи эталонного резистора 10 и нагрузки 11 при постоянном напряжении задающего источника 9. Изменение величины напряжения задающего источника 9 вызывает изменение как разностного сигнала, поступающего через орган сравнения 6 на вход усилителя 5, так и изменение уравновешивающего падения напряжения на эталонном резисторе 10 и приводит к изменению величины тока в нагрузке 11, что позволяет управлять выходным током стабилизатора. Синхронное, равное, но противоположное изменение потенциалов на выходах регулирующих элементов 2 и 12 позволяет использовать один и тот же источник входного напряжения 1 для создания тока в нагрузке 11 любого направления. Величина максимального напряжения на нагрузке 11 при любом направлении тока через нее близка к величине напряжения источника 1 (за вычетом падения напряжения .на эталонном резисто-, ре 10 и на силовых переходах транзисторов, например транзисторов 3 и 14, регулирующих элементов 2 и 12). Поэтому коэффициент использования источника входного напряжения 1 бЛизок к единице. При питании стабилизатора от автономных источников в работе участвуют все питающие элементы, которых потребуется примерно в два раза меньше, чем в известном устройстве (3), а при питании от внешнего источника отсутствуют балластные выпрямители и схемы сглаживания (или предварительной стабилизации) . Ток через нагрузку 11 от источника 1 протекает через два последовательно соединенных регулирующих ь элемента 2 и 12. Причем при одном определенном направлении тока через нагрузку 11 используются, например, транзисторы 3 и 14, а при противоположном— транзисторы 4 и 13 регулирующих элементов 2 и 12. Так как изменение потенциала на выходе регулирующего элемента 2 равно половине результирующего изменения напряжения на нагрузке 11 и эталонном резисторе 10 (вторая половина результирующего изменения напряжения обеспечивается инвертирующим усилителем 15 и регулирующим элементом 12), то на управляющем переходе транзистора 3 (или 4), соединенном с выходом усилителя 5, напряжение, требуемое для поддержания на нагрузке 11 такого же по величине тока, как при применении известного стабилизатора (3), окажется меньше. Это потребует меньшего разностного сигнала на входе усилителя 5 и уменьшит погрешность стабилизации тока.

Введение инвертирующего усилителя 15, подключенного к источнику входного напряжения, и дополнительного последовательного регулирующего элемента 12, выполненного по двухтактной схеме на двух транзисторах 13, 14 различного типа проводимости, обеспечивает синхронное и противоположное изменение потенциала на втором зажиме нагрузки 11 относительно среднего уровня источника 1, повышая КПД стабилизатора, увеличивая примерно в два раза коэффициент испочьзования источника 1 по напряжению и,уменьшая погрешность стабилизации тока.

Таким образом, предлагаемый стабилизатор постоянного тока позволяет повысить коэффициент полезного действия, увеличить коэффициент использования источника по напряжению и повысить точность стабилизации тока.

При использовании в регулирующих . элементах транзисторов различных типов

40 проводимости ГТ 806А и КТ 805А и источника входного напряжения, величина которого составляет 30 В, максимальное напряжение на нагрузке равняется 24 В при любом направлении тока, величиной 1 А, КПД стабилизатора с учетом источника составляет 70"/р. Для инвертирующего усилителя используют микросхему серии К153 (К153УД1А) с согласующим транзистором

КТ602А. Нагрузкой служит реостат с рассеиваемой мощностью 100 Вт. Для сравнения собирают макет по схеме известного стабилизатора (3) на этих же элементах.

Для получения на нагрузке напряжения

24 В в известном стабилизаторе при любом направлнии тока требуется два последовательно соединенных источника общим напряжением 58 В, т. е. почти в два раза больше, КПД с учетом источников составляет 60Р/р. Точность стабилизации тока у

845147

Формула изобретения

Составитель B. Полякова

Редактор Т. Загребельная Техред А. Бойкас Корректор Ю. Макаренко

Заказ 4142/3 Тираж 940 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 предлагаемого стабилизатора .по сравнению с известным выше на 20 — 40% в зависимости от величины стабилизируемого тока.

Стабилизатор постоянного тока, содержащий усилитель постоянного тока, эталонный резистор, орган сравнения, один из входов которого подключен к источнику опорного напряжения, а выход — к входу усилителя постоянного тока, и последовательный регулирующий элемент, выполненный по двухтактной схеме на двух транзисторах различного типа проводимости, базы которых соединены с выходом усилителя постоянного тока, коллекторы подключены к соответствующим зажимам для подключения источника входного напряжения, а эмиттеры заземлены и соединены с одним выводом эталонного резистора, к второму выводу которого подключен один из зажимов для подключения нагрузки и второй вход органа сравнения, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД стабилизатора, увеличения коэффи циента ис пол ьзова ния по на пряжению источника входного напряжения и повышения точности стабилизации тока, он снабжен инвертирующим усилителем, подсоединенным к зажимам для подключения источника входного напряжения, и дополнительным последовательным регулирующим элементом, выполненным по двухтактной схеме на двух транзисторах различного типа проводимости, при этом вход инвертирующего усилителя заземлен, а к его выходу подсоединены базы транзисторов дополнительного регулирующего элемента, коллекторы которых подключены к соответствующим зажимам для подсоединения источника входного напряжения, а к точке соединения эмиттеров подключен второй зажим для под15. соединения нагрузки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Додик С. Д., Гальперин Е. И. Источники электропитания на полупроводниковых приборах. М., «Совегское радио», 969, 20 с. 192.

2. Авторское свидетельство СССР № 542186, кл. G 05 F 1/56, 1974.

3. Авторское свидетельство СССР № 514281, кл. G 05 F 1/56, 1973.