Стабилизатор постоянного напряжения

О П И С А Н И Е (11)8226ИЗОБРЕТЕНИЯ Сеюа Советских Свеалистических Республик(61) Дополнительное (22) Заявлено 11.12.7 вт. св 21) 2715701/2 1) М. Кл.6 05 Г ки присоединением государственнын комитет (23) Приорит 1, Бюллетень Ъо 9 43) Опубликовано 3) УДК 621,316,722,1(45) Дата опубликования описания 07,03,81 72) Автор изобретени В. Ю. Сол(54) СТАБИЛИЗАТОР ПО ТОЯННОГО НАПРЯ схема стаоилизания; на фиг. 2 - выходного напряИзобретение относится к источникам питания и может быть использовано для питания различной низкочастотной высоко- чувствительной радиоэлектронной аппаратуры. 5Известен импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий элемент и импульсное устройство, подключенное к управляющему входу регулирующего элемента 1.10Наиболее близким техническим решением к изобретению является стабилизатор постоянного напряжения компенсационного типа, содержащий источник опорного напряжения, регулирующий элемент, подклю ченный управляющим входом через усилительный элемент к источнику опорного напряжения, а выходом - к выходу стабилизатора 21.Недостатком его являются колебания выходного напряжения, кроме того, он имеет динамическое внутреннее сопротивление, отличное от нуля.Цель изобретения - уменьшение уровня пульсаций выходного напряжения и динамического внутреннего сопротивления.Поставленная цель достигается тем, что в стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий элемент, включЕнный в одну из силовых шин и управля ющим входом подключенный к выходу усилителя рассогласоьания, к одному из входов которого подключен источник опорного напряжения, введены аналоговый элемент памяти, линия задержки, два устройства сравнения, два вентиля и две управляющие цепочки из последовательно соединенных селектора полярности усилителя и расширителя, причем один пз входов устройств сравнения подключен к выходу регулирующего элемента непосредственно, а другой через аналоговый элемент памяти, выход каждого устройства сравнения через собственный вентиль подключен к входу линии задержки, выход которой соединен со вторым входом усилителя рассогласования, выход каждого из вентилей подключен к входу соответствующей управляющей цепочки, выход каждой из которых соединен с управляющим входом противоположного вентиля.На фиг. 1 представленатора постоянного напряжевременная диаграмма егоженпя.Стабилизатор постоянного напряжения содержит регулирующий элемент 1, подключенный входом к выпрямителю 2, а выходом - к нагрузке 3, усилительный элемент 4, источник 5 опорного напряжения, 811226линию 6 задержки, устройства 7 и 8 сравнения, аналоговый элемент 9 памяти, вентили 10 и 11, селекторы 12 и 13 сигпалои по полярности, усилители 14 и 15, расширители 16 и 17,На фиг. 2 показаны постоянная составляющая 18 выходного напряжения стабилизатора (на шине 19) при статическом режиме работы нагрузки 3 и при отсутствии колебаний напряжения на выходе выпрямителя 2, динамическое уменьшение 20 постоянной составляющей 18 выходного напряжения стабилизатора, динамическое увеличение 21 постоянной составляющей 18 выходного напряжения стабилизатора, импульсы 22 и 23 высокой частоты следования, противоположной приращениям 20 и 21 напряжения полярности (переменная составляющая выходного напряжения стаоилизатора), результирующие напряжения 24 и 25 после компенсации приращений 20 и 21 импульсами 22 и 23, равные напряжению 18.Стабилизатор работает следующим ооразом.В статическом режиме работы нагрузки 3 и при отсутствии приращений выходного напряжения выпрямителя 2 напряжение на шине 19 равно напряжению на выходе 26 аналогового элемента памяти и напряжению 18. На выходах 27 и 28 устройств 7 и 8 сравнения сигналов пет. Вентили 10 и 11 открыты. При динамической работе нагрузки 3 или при колебаниях выходного напряжения выпрямителя 2 возникают приращения напряжения 20 и 21. Напряжение на выходе 26 остается неизменным, так как аналоговый элемент 9 памяти запоминает напряжение 18 на время, большее максимальной длительности динамических приращений 20 и 21. На выходе 27 появляется разностный сигнал только тогда, когда напряжение на шине 19 меньше напряжения на выходе 26. На выходе 28 появляется разностный сигнал (противоположной полярности сигналу на выходе 27 только тогда, когда напряжение на шине 9 больше напряжения на выходе 26, Каждый пз селекторов 12 и 13 пропускает сигналы только своей полярности, Селектор 12 пропускает только сигнал, сформированный устройством 7 сравнения, а селектор 13 - только сигнал, сформированный устройством 8 сравнения (другой полярности). Расширители 16 и 17 формируют импульсы с длительностью, большей длительности сигналов на выходе усилителей 14 и 15, При приходе сигнала с выхода 27 в усилительный элемент 4 (на его управляющий вход 29) последний так воздействует на регулирующий элемент 1, что напряжение на шине 19 повышается (регулирующий элемент 1 приоткрывается). С приходом сигнала с выхода 28 (другой полярности) в усилительный элемент 4 последний так воздействует на регулирующий элемент 1, что на 10 15 20 25 3 О 35 40 45 50 55 60 д пряжение на шине 19 снижается (регулирующий элемент 1 прикрывается), Сигнал с выхода 27, пройдя через открыты.; вентиль 10 и преобразовавшись в устройствах 12, 14 и 16 в импульс, закрывает вентиль 11. После задержки в линии 6 сигнал с выхода 27 поступает на уп равляющий вход 29 усилительного элемента 4. В результате напряжение на шине 19 перестает быть меньше напряжения па выходе 26. Сигнал на выходе 27 прекращается, а на управляющем входе 29 усилительного элемента 4 сигнал прекращается только через время, равное длительности задержки в линии 6. Все это время, пока присутствует сигнал на управляющем входе 29, напряжение на шине 19 больше напряжения на выходе 26, поэтому сигнала на выходе 27 нет, Таким образом, на шине 19 образуется импульс 22 напряжения с амплитудой, в два раза большей величины 20 уменьшения напряжения в месте образования этого импульса (амплитуда этого импульса определяется коэффициентом усиления усиленного элемента 4 и величиной 20 уменьшения напряжения в месте образования импульса).Как только сигнал на управляющем Входе 29 прекращается, папрякение на шине 19 достигает уровня напряжения, вызванного уменьшением 20. На шине 27 снова появляется сигнал. И так продолжается в течение всего уменьшения 20 напряжения, Б результате уменьшение 20 напряжения модулируется импульсами 22 высокой частоты следования, противоположной уменьшению 20 напряжения полярности. Это частота определяется длительностью задержки в лишш 6. Все время, пока существует уменьшение 20 напряжения, вентиль 11 закрыт, потому что на управляющем входе вентиля 11 в течение всего уменьшения 20 напряжения присутствует импульс, закрывающий этот вентиль (высокочастотные импульсы 22 сливаются в расширителе 16 в единый сплошной импульс, по длительности равный длительности уменьшения 20), а вентиль 10 открыт. Вентиль 11 открывается только тогда, когда заканчивается уменьшение 20 напряжения, т. е. когда прекращается модуляция высокочастотными им пул ьс а ми 22.Вентиль 10 закрывается, когда начинается увеличение 21 напряжения. Увеличение 21 напряжения модулируется импульсами 23 высокой частоты следования, противоположной увеличению 21 напряжения полярности. Работа этого канала аналогична рассмотренному каналу. Такое управление вентилями 10 и 11 препятствует самогенерации стабилизатора. Таким образом, импульсы 22 и 23 полностью компенсируют приращения 20 и 21 напря;кения. Вершины этих импульсов симметрично напряжению 18 повторяют форму приращений 20 и 21 напряжения. Так как генерация импульсоввысокой частоты следования происходит только во время приращений напряжения, то в выходном напряжении уровень высокочастотных колебаний незначительный, Импульсы 22 и 23 высокой частоты следования сглаживаются низкочастотными транзисторами нагрузки 3, а также КС-фильтрами или диодно-конденсаторными фильтрами ее каскадов. Поэтому выходное напряжение стабилизатора представляется для каскадов низкочастотной нагрузки 3 результирующими напряжениями 24 и 25, равными напряжению 18.Следовательно, при открытии транзистора мощного каскада нагрузки 3 помехи по питанию в ее высокочувствительные каскады не наводятся. При статическом изменении напряжения на шине 19 (т. е. при изменении напряжения на длительное время), например, вследствие изменения температуры или подключения дополнительной нагрузки, напряжение на выходе 2 б со временем изменяется, приближаясь к напряжению на шине 19 (например, в качестве элемента 9 служит интегрирующий конденсатор).Предлагаемый стабилизатор напряжения практически полностью компенсирует динамические приращения напряжения, его динамическое внутреннее сопротивление равно нулю, а коэффициент стабилизации равен бесконечности. Возможность этого доказывается тем фактом, что в предлагаемом стабилизаторе можно сделать отрицательным динамическое внутреннее сопротивление и перекомпенсировать приращения напряжения, т. е. на месте уменьшения постоянной составляющей 18 выходного напряжения можно сделать увеличение результирующего напряжения 24, а на месте увеличения - уменьшение (нагрузка потребляет больший ток, а выходное результирующее напряжение не уменьшается, а наоборот увеличивается), Степень компенсации приращений зависит от коэффициента усиления элемента 4. При отрицательном динамическом внутреннем сопротивлении само- генерации стабилизатора не происходит, так как амплитуда компенсирующих импульсов зависит от величины приращений постоянной составляющей выходного напряжения, для которой динамическое внутреннее сопротивление стабилизатора положительно. Отрицательным динамическое внутреннее сопротивление становится за счет переменной составляющей.Использование предлагаемого стабилизатора представляется следующим образом.5 10 15 20 Каждый каскад низкочастотной нагрузки, как высокочувствительной, так и мощный, соединен своей парой проводов питания с выходом стабилизатора, Непосредственно у выхода стабилизатора на каждой паре проводов установлен КС-фильтр или диодноконденсаторный фильтр. Такое включение нагрузки полностью исключает любые наводки по питанию из одного каскада в другой и уменьшает уровень электромагнитных излучений, вызванных высокочастотной составляющей выходного напряжения стабилизатора (фильтры сглаживают высокочастотную составляющую непосредственно у стабилизатора).Возможны и другие варианты использования предлагаемого стабилизатора.Стабилизатор найдет широкое применение в точном приборостроении,25 00 35 40 45 50 55 Формула изобретения Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий элемент, включенный в одну из силовых шин и управляющим входом подключенный к выходу усилителя рассогласования, к одному из входов которого подключен источник опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения пульсаций выходного напряжения и динамического внутреннего сопротивления, в него введены аналоговый элемент памяти, линия задержки, устройства сравнения, вентили и управляющие цепочки из последовательно соединенных селектора полярности, усилителя и расширителя, причем один из входов обоих упомянутых устройств сравнения подключен к выходу регулирующего элемента непосредственно, а другой - через упомянутый аналоговый элемент памяти, выход каждого из устройств сравнения через собственный вентиль подключен к входу упомянутой линии задержки, выход которой соединен со вторым входом усилителя рассогласования, выход каждого из вентилей подключен также к входу соответствующей управляющей цепочки, выход каждой пз которых соединен с управляющим входом противоположного вентиля.Источники информации,принятые во внимание прп экспертизе 1. Белопольский И, И. Источники питания радиоустройств. М., Энергия, 1971, с. 235 - 239.2. Карпов В. И. Полупроводниковые стабилизаторы напряжения и тока, М., Энергия, 1967, с, 41, рпс. 23, 24.Составитель В. Полякова актор Ж, Рожкова Техред О. Павлова Корректор О. Силуян Заказ 369/11 Изд, М 200 Тираж 940 ПодписноНПО Поиск Государственного когиитета СССР по делам изобретений и открыти13035, Москва, К, Раушская наб д. 415ипография. пп. Сапунова,