Импульсный стабилизатор напряжения

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республикоц 662922 ое к авт. сви 61) Дополиител 683 51 2) Заявлеио 021276 (21) 2434077/24-0 605 Р 1/56 аявки Мо присоединен Гос рственный коиитСССРел ам изобретеиии открытий(23) Приорит 579 Бюллетень М 18 ДК 621, 316 2, 1 (088. 8) убликов ания описания 18.05,79 ата опубл(72) Авторы изобретения И, Петренко и Н, И, Олейник 1) Заявит ИМПУЛЬСНЫИ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕ Изобретение относится кэлектротехнике и может быть использовано вцелях питания раэличнои радиотехнической аппаратуры,В основном авторском свидетельстве Р 506839 описан импульсный стабилизатор напряжения, содержащий соединенный последовательно с нагрузкойблок транзисторных ключей, блок диодов, дроссель, и конденсатор выходного фильтра, регулирующий транзистор,управляемый датчиком напряжения, изадающий магнито-транзисторный автогенератор, выход которого подключенк управляющим цепям блока транзистор ных цепей, причем регулирующий транзистор соединен последовательно странзистором одного из плеч полумос-.тового задающего магнито-транзисторного автогенератора,параллельно с транзистором второго плеча этого автогенератора соединен разрядный ключ релаксационного генератора, зарядныйрезистор и конденсатор которого соединены последовательно и подключены кисточнику питания задающего автогенератора через укаэанный регулируюшийтранзистор, при этом конденсатор релаксационного генератора соединен параллельно с разрядным ключом через диод, и подключен к управляющему входу разрядного ключа через второй диоди выход датчика мощности нагрузки 11).устройство обладает высокими энергетическими и массогабаритными показателями во многих практических случаях, когда требования к пульсациямвыходного напряжения не являются осо-бенно жесткими,Для выполнения повышенных требований к пульсациям входного .напряжения (требоваиий, предъявляемых со стороны, как правило, цифровыхэлементов) в таком устройстве необходимо либо увеличивать массу выходногоиндуктивно-емкостного фильтра при неизменной минимальной частоте переключения транзисторных ключей, соответствующей максимальной мощности нагрузкилибо существенно увеличить минимальное значение частоты при неизмен"ных параметрах выходного фильтра, Приэтом в обоих случаях обеспечения заданного качества выходного напряженияпроисходит ухудшение как мас"о-габаритных, так и энергетических характе"ристик импульсного стабилизатора на-,пряжения, что особенно отрицательносказывается при использовании автономных систем электроснабжения,22 4но соединенные выходы импульсного стабилизатора напряжения и формирователя23 конденсатор 31 и реэистор 3),Стабилитрон 40, шунтирующий бпок транэисторных ключей 2, и дроссель 4фильтра обеспечивают первоначальныйзапуск схемы,При подключении источника 1 ко входу устройства стабилитрон 40 пробивается и к плечам магнито-транзисторного автогенератора прикладывается напряжение, величина которого определяется соотношением сопротивлений резисторов 11, 12, 3. и значением напряжения пробоя стабилитрона 40, Поддействием приложенного напряжениямагнито-транзисторный автогенераторзапускается и, кдммутируя транзисторы блока 2, увеличивает напряжениена выходе устройства до значения напряжения стабилизации П на нагрузке.После этого .стабилитрон 40 закрывается, так как приложенное к нему напряжение, равное разности напряжения источника и напряжения на нагрузке Пн становится меньше напряжения его пробоя,В установившемся режиме работы напряжение П питания магнито-транзисторного автогенератора согласно закону Кирхгофа определяется разностью напряжений Пн на нагрузке и П на выходе формирователя:(1)Так как напряжение питания формирователя равно напряжению на нагрузке, то его выходное напряжение можноопределить но выражению О =цФ Йтт(2)где 1 п 1, Т,1, 1 п, Т - соответственнодлительность открытого состояния ипериод коммутации транзисторов 24 и 25,В силу того, что управляющие переходы транзисторов 24, 25 подключены параллельно к выходу задающего авто- генератора через общий времяэадающий конденсатор 37, справедливы соотноше- ния П 1 п 2 ОФ 1 2 где 1 ; длительность открытого сос тояния транзисторов 24, 251Т - период изменения выходного сигнала задающего автогенератора.Длительность 1 пф 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 1 п можно изменять в достагочно широких пределах,8 662911 елью дополнительного изобретенияявляется ограничение амплитуды пульсаций выходного напряжения,Поставленная цель достигается,тем,что импульсный стабилитрон напряжения по авт, св, Р 506839 снабжен уп 5равляемым формирователем напряжения,пропорционального квадрату частоты,управляющий вход которого подключен-к выходу задающего магнито-транзисторного автогенератора, питающийвход " к выходным выводам, а выходк точке соединения транзистора второ"го плеча магнито-транзисторного автогенератора и конденсатора релаксационного гене ато аСлеГовательцо зцацецие выходцого напряжения формирователя 23 определяется выражениемФ н цф г (3) где Й =-. - частота выходного сигналаТзадающего магцито-трацэисторного автогенератора (частота коммутации транзисторных ключей блока 2),Подставив выражение (3) в выражение (1) получим закон, по которому в предложенном устройстве изменяется 10 напряжение г)итания задающего автоге" нератора 2н пФ (4).15Известно, что амплитуда пульсаций дУ напряжения на нагрузке определяется величиной индуктивности 1, дросселя 4, емкости С конденсатора 5, частотой Г коммутации транзисторных ключей блока 2 и временем й их открытого состояния согласно выражению Как в устройстве по авт, св, 25Р 506839, так и в предложенном устройстве отношение - определяетсянТвыражениемЯ,цТ ОнЛ 1 к (6) 30где К - коэффициент пропорциональности,В 44, В значение сопротивлений резисторов 11, 12,П - напряжение питания задающего автогенератора,Подставив выражение (6) в выраже-ние (5) и проведя несложные преобра-зования, получим закон, по которомунеобходимо изменить напряжение пита- .40ния задающего автогенератора, чтобыамплитуда пульсаций напряжения на нагрузке оставалась равной на всем диапазоне изменения частоты 45 О=О - Е(.сди,2 нКак следует из выражения (11) частота коммутации транзисторных ключейблока 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 55пульсаций напряжения на нагрузке сохраняется на уровне допустимых значений независимо от величины потребляемой от источника мощности, Физическиэто объясняется тем, что при увеличе нии мощности нагрузки коммутации транзисторных ключей амплитуда с однойстороны уменьшается релаксационным ге-.нератором по сигналам с датчика мощности, потребляемой нагрузкой, а с 65 другой стороны увеличива тся за 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 21) н пФ = В) С дото в предложенном устройстве амплитуда пульсаций напряжения ца нагрузке не превысит допустимой величины ьО на всем диапазоне изменения частоты переключения транзисторов блока 2, I определяемой уровнем потребляемой нагрузкой мощности При этом длителтность открытого состояния транзисторов 24, 25 должна удовлетворять равенству,4 - "; - "В устройстве по авт. св. Р 506839частота коммутации транзисторов блока2 в зависимости от мощности нагрузкиизменяется в соответствии с выражени-.емЯ О7Лн+Ч,) К Р н 7 С 1 ВРн (10)где К - коэФФициент пропорциональносРти;1147,С 8- соответственно сопротивление резистора 17 и емкость конденсатора 18;Рн - мощность нагрузки,В нем напряжение питания П задающего магнито-транзисторного автогенератора постоянно, В результате частота его выходного сигнала оказываетсяобратно пропорциональной мощности нагрузки,В предложенном устройстве напряжение питания задающего магнито-тран-:зисторного аВтогенератора це остается постоянной, а изменяется в соответствии с выражением (4) . Поэтому,(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 стабилитронасохраняется неизменной на уровне до-пустимого значения 7 С 8 ( н)1 ян 1 О н 1 б ДС дОВ,3 ВЬСдО КРлВ("м "гн 16 дСдОй662922 7 8увеличения напряжения питания эадаю- го задающий магнито-транзисторныйщего магнито-транзисторного автогене- антогенератор,ратора путем снижения выходного на-, Формула и эобретени япряжения Формирователя. В результате Импульсный стабилизатор напряжечастота входного сигнала блока тран- ния по авт, св, 9 506839, 0 т л изисторных ключей уменьщается только ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюдо такого значения, при котором ам 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 кобеспечить электроэнергией потребите 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 ипульсного стабилитрона напряжения,что 15 койденсатора релаксационного генераособенноважно для автономных систем тора.электроснабжения с запасом химической Источники инАормации, принятые воэнергии. Кроме того,использовайие пред- внимание при экспертизеложения дает возможность отказаться 1. Авторское свидетельство СССРот отдельного источника тока, питающе- Р 506839, кл, О 05 Р 1/56, 1974,Сос Тех Черныщевай Корре и тель С. Ми ааааа д, к Эаказ 2694/48 ЦНИИПце Тираж 1014И Государственногпо делам изобретений 113035 Москва ЖПодписноео комитета СССРиоткрытийРа шакая яаа д 441 Филиал ПЙППатент ", г. Уж ул, Проектная,