Стабилизатор постоянного напряжения

(53) УД К 621316 .722,1(088.8) Дата опубликования описания 23.05.82(72) Автор изобретения Р. Г. Константинов 1) Заявител 4) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННО РЯЖЕНИЯ ния выходИзвестник питанный последуправленипряжениясатор, вклобщей шин Известны также стапряжения илизаторы по- содержащие ис ения, к выход стоянноготочник опокоторого пденсатор ного напряж дключен дем и 31.ующии кон-,Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в стабилизированных источниках питания для защиты регулирующего органа (РО) от перегрузок в момент подключения . первичного источника напряжения.В источниках питания, предназначенных, например, для питания нагрузки с емкостной реакцией или для питания цепей накала мощных радиоламп,16 в момент подключения первичного источника напряжения РО испытывает значительные перегрузки по току, напряжению и мощности, так как в этом случае режим включения эквивалентен режи 15 му кратковременного короткого замыкаа источника питания.ен стабилизированный источия, содержащий РОвключеновательно с нагрузкой, блокя с элементом опорного на(ЗОН) и демнфирующий конденюченный между входом РО иой источника. Здесь демпфирующий конденсатор обеспечивает постепенное, по экспоненте, нарастание выходного напряжения и устраняет импульсные перегрузки на РО по току и по мощности в момент подключения первичного источника напряжения 11.Однако. для снятия этих перегрузок необходим конденсатор значительной емкости, который резко ухудшает динамические параметры устройства, Поэтому такие устройства не находят широкого практического применения, а конденсатор в них используется в основном для коррекции частотной характеристики, для устранения самовозбуждения (с небольшой номинальной емкостью, величина которой недостаточна для защиты устройства).Недостатком этих устройств является невозможность обеспечения опти.мального вида переходной характерис: тики.Наиболее близким к изобретениютехническим решением является стабилизатор постоянного напряжения, содержащий включенный в одну из силовых шин регулирующий орган, к уп- ф равляющему входу которого подключен выход блока управления, элемент опорного напряжения с демпфирующим конденсатором на его выходе, и цепь заряда этого конденсатора с токозадающим элементом Я .Недостаток известного устройства состоит в относительной сложности его схемы наличие допалнительных резис О тора и транзистора). При этом в большинстве случаев в установившемся режиме напряжение база - эмиттер дополнительного транзистора превьппает максимально допустимую величину, так как 25 входное напряжение обычно намного больше опорного, В этом случае необходимо дополнительное усложнение схе" мы для защиты перехода база - эмиттер, этого транзистора, Время установлениязе выходного напряжения в данном устройстве относительно велико. Объясняется это следующим. Для обеспечения минимального времени установления выходного напряжения, т, е. для обеспече 35 ния оптимальной переходной характеристики необходимо, чтобы выходной коцденсатор устройства в течение переходного периода заряжался максимально возможным током, т. е. током40 такой величины, при котором мгновенная мощность на РО в течение всего переходного периода была равна максимальной, предельно допустимой мощ,ности для данного типа РО. Расчеты и результаты практических измерений пока 4 зывают,что вид оптимальной переходной характеристики стабилизированного ис точника питания, имеющего на выходе конденсатор большой емкости, зависит от некоторых показателей режима работы устройства, в частности от соотношения входного и выходного напряжений, от соотношения предельно допустимой импульсной мощности Рп для данного типа РО и номинальной 55 мощности Рб рассеиваемой РО в установившемся режиме, Оптимальные переходные характеристики конкретного устройства, построенные графически, показывают, что они могут быть аппроксимированы в некотором приближении показательной Функцией. Так, например, если отношение Р оп/Ро близко к единице, Функция будет иметь показатель меньше единицы (в этом случае необходимо относительно быстрое нарастание выходного напряжения в начальный момент времени после включения питающего напряжения и все более медленное - в дальнейшем), если Роп/Рнам = 3-4, то в этом случае показатель функции примерно равен единице (оптимальным будет линейное нарастание выходного напряжения), а если Родоп/Ро больше 4, то показатель функции больше единицы (для получения оптимальной переходной характеристики необходимо относительно медленное нарастание выходного напряжения в начальный период времени после включения и все более быстрое - в дальнейшем). Известное устройство в некотором приближении позволяет получить оптимальную переходную характеристику для случая, когда Родоп /Рнд близко к единице, так как заряд демпФирующего конденсатора в нем происходит по экспоненте, через резистор от входного питающего напряжения. Однако в большинстве практических случаев допустимая импульсная мощность полупроводниковых приборов бывает во много раз (на порядок и более) больше той мощности, которую этот элемент рассеивает в номинальном режиме стабилизации (или. выходной мощности устройства), т. е. для большинства практических устройств оптимальной будет переходная характеристика, которая приближенно может быть .аппроксимирована степенной функцией с показателем, большим единицы, Известное устройство не обеспечивает возможности изменения вида переходной характеристики применительно к каждому конкретному устройству, т. е, оно не может обеспечить минимальное время установления выходного напряжения.Целью изобретения является уменьшение времени установления заданной величины выходного напряжения путем обеспечения заданного вида переходной характеристики.Поставленная цель достигается тем. что в стабилизаторе постоянного напряжения токозадающий элемент выполнен в виде стабилизатора тока или5 930302резистора, подключейного к выходужстабилизатора.зВ него введен вентиль, включенный тмежду выходом элемента опорного на- впряжения и демпфирующиконденсатором 5 спричем вентиль включен в прямом на- кправлении относительно выходного на- упряжения элемента опорного напряже- пния. дНа фиг. 1 представлена блок-схема 10 нстабилизатора постоянного напряжения; тна фиг. 2 - принципиальная электри- дческая схема одного из вариантов уст- бройства.РСтабилизатор содержит РО 1, вклю вченный последовательно с нагрузкой,нподкпючаемой к выходным клеммам 2.вВход РО соединен с выходом блока управления 3, входом связанной с выходом ЭОН 4, состоящего из параметри- ро вческого стабилизатора 5 и демпфирую- ощего конденсатора 6, подключенного к двыходу параметрического стабилизато- вра. Стабилизатор может содержать так- еже резистор 7, образующий совместно с 25 7конденсатором 6 ЙС-цепь, подключеннуюк выходу устройства. Параллельно ре- взистору 7 может быть подключен стаби- ализатор тока 8, Точка соединения кон- тденсатора 6 с резистором 7 и стабили- щзатором тока 8 может быть подключенак выходу параметрического стабилнза- нтора через диод 9, включенный встречно по отношению к напряжению на кон- нденсаторе 6. Диод 10, включенный па- (раллельно переходу база-эмиттер тран- тзистора 11 блока управления, защищает тэтот транзистор при выключении питаю- сщего напряжения от появления обратно- ого напряжения на переходе база-Эмит,тер, Через входные клеммы 12 устрой- нство подключается к первичному источ- хнику напряжения. На выходе устройст- п,ва может стоять конденсатор 13 боль-мшой емкости. Параметрический стабили- кзатор образован резистором 14 и ста- мбилитроном 15,Работу устройства рассмотрим на. . лпримере стабилизатора, приведенногосна фиг. 2.50 В момент подключения первичного напряЖения транзистор 11 закрыт,транзистор 1 открывается и на выходе стабилизатора напряжение начинает55 расти (заряжается выходной конденсатор 13). При появлении выходного напряжения транзистор 11 приоткрывается, а конденсатор 6 начинает эаряаться током, протекающим через реистор 14 (с выхода устройства), иоком эмиттера транзистора 11 (сохода). Так как напряжение на конденаторе 6 является опорным для источниа питания, то выходное напряжениестройства в переходной период будетропорциональным напряжению на коненсаторе 6, т, е. изменятся по закоу изменения напряжения на конденсаоре 6. Как только напряжение на коненсаторе достигает напряжения прооя стабилизатора 15, переходной пеиод заканчивается, источник питанияыходит на номинальный режим. В устаовившемся режиме конденсатор 6 нелияет на работу устройства,Для исключения влияния элементови 8 на режим работы ЭОН в устаноившемся режиме введен диод 9. Послекончания переходного процесса коненсатор 6 заряжается до величиныыходного напряжения, диод 9 запиратся обратным напряжением и элементыи 8 отключаются от схемы ЭОН,Предложенное устройство может бытьыполнено в любом из следующих варинтов: стабилизированный преобразоваель, стабилизатор линейный, стабилизатор импульсный.Основные преимущества предложен-.ого устройства по сравнению с извест.ным состоят в том, что повышаетсяадежность за счет упрощения схемыисключается дополнительный транзисор, который в большинстве случаевребует введения дополнительныхредств защиты перехода база-эмиттер)беспечивается возможность уменьшения времени установления выходногоапряжения за счет оптимизации переодной характеристики. При этом видереходной характеристики может изеняться применительно к калщому конретному устройству. Сокращение вреени установления выходного напряжения, в зависимости от конкретных усовий применения устройства, можетоставлять величины от десятков до соен процентов.В наиболее значительной степениперечисленные преимущества заявленного устройства могут выявиться в источниках питания, содержащих конденсаторы большой емкости на выходе - встабилизированных преобразователяхс емкостными фильтрами, в стабилизаторах, работающих на преобразовательит, п.930302 Формула изобретения Заказ 347/64 Тираж 90 дписное Филиал П 11 Л "Патент", г, Ужгород Проектная,1. Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий включенный в одну из силовых шин регулирующий органк управляющему входу которого подключен выход блока управления, элемент опорного напряжения с демпфирующим конденсатором на его выходе и цепь заряда этого конденсатора с токозадающим 10 элементом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения времени установления заданной величины выходного напряжения путем обеспечения заданного вида переходной характе ристики, указанный токозадающий эле мент выполнен в виде стабилизатора тока или резистора, подключенного к выходу стабилизатора,82, Стабилизатор по п, 1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что в него введен вентиль, включенный между выходом элемента опорного напряжения и демпфирующим конденсатором, причем вентиль включен в прямом направлении относительно выходного напряжения элемента опорного напряжения,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе, Авторское свидетельство СССР В 333662, кл. Н 02 М 3/14, 1970. 2. Патент США В 2967991,кл. 323-22, 1961. 3. Авторское свидетельство СССР В 55559, кл. С 05 Р 1/56, 1974. 4, Авторское свидетельство СССР Р 294132, кл. С 05 Е 1/О, 1971.