Стабилизатор постоянного тока

(19) (11) З 51) 6 05 Р /56 ГОСУДЩ СтаЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО делАм изОБРетений и ОтНРытийОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, П 1 (Ко 1)при 11о7 где )эквивалентное сопротивление 1 -го шунтирующего резистора;напряжение на переходе коллектор - эмиттер транзисторного регулирующего элемента (при 7 -й ступени переключения); ток нагрузки;максимальное падение на 3 -) К"7 мокс пряжения на переходе коллектор - эмиттер транзисторного регулирующего элемента;вспомогательные коэфФициенты;количество ступеней переключения(56) 1. Карпов В,И. Полупроводниковые компенсационные стабилизаторы напряжения и тока. 1., "Энергия", 1967, с. 56, рис, 37 б.2. Там же, с.60, рис. 40 б. (54)(57) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий включенную в одну из силовых шин последовательную цепь из транзисторного регулирующего элемента и датчика тока, блок управления, вход которого подключен к выходу датчика тока, а выход - к управляющему входу регулирующего элемента, последовательную цепь из шунтирующего резистора и ключевого элемента, подключенную параллельно регулирующему элементу, и узел управления ключевым элементом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения массогабаритных характеристик, в него введено ,)с - 1) дополнительных последовательных цепей из шунтирующих резисторов и ключевых элементов, подключенных параллельно регулирующему элементу, управляющими входами ключевых элементов соединенных с введенными- 1) дополнительными выходами узлауправления ключевым элементом, приэтом1 )србрс тенио 1 оситсся к );ректротехццке и может быт, использованоцри проектирондцци цс.)рциксв элект)опитдцил э 1 трс) фхе ис.срло 1 и рдис)" ектРОццс)Й 1.ц 11) 1 У;))л 3 и 1 ЛОГОЭЦЛ С 1 Я1 знестец Гтлбили Бор цостсяццого1 С.Ка р ССДС.РжИ. и)7 СС)БЛТСЬЕЕЫЙрегу:ируюп 1 э.7 мет, вход которого подключен к Бьходу 67 Оьс управления О с 1 дбцлиздтоРомр вход котоРого сое- ДиеРИ с ДЕ 1 тчиксм тсесл цлГРУэки р пУИ тируеащи 7 рс эистср, БклюОцегый параллельно регуирующему э:емецту, Исцо:ьэонацие шуцт.руюпгго резистора гсзноляет умецьрпть мощно ть потерь цд коллк,оре регулируращего элемечтдОднако у стдбели:)ас)а эцлчительная неличицд потерь мспццссти цд регу- )О .пирующем элгменте и, с:ледондтельно, большие обнем и мдссл теплоо те)сдящихрадцдтсрон,Ндиболс. близким к предлагаемомуянлясртся стс)би:11 зато) ос гояннОГОтока, содерждп;ИЙ пос:сдонатльныйрРу)и)уюпиЙ ереет, бр)к упрдвле -ция с- л бил эл тором, датчик тока цаГ р у .3 ки у ц т е р)юптц Й 1) с. 3 и с то р, Б к лючеццьЙ плр 1) ле:ьео ргул;рующему элемецтУ чРРЕ:э клю:ной э)с)меет р и Узе.р)Уп р Д н л с Ц) , р к ис Р С. Б Ы.4 Э 1 М с Ц ТО Мс;ос 1 д л с) 1 э Бес ИО 1 О Г тдби).эд-ТО)Л ЯЬЛ); С: 1 С Я ОГ р)ДЦИ 1 Р ЦЕЛЯ БС ЗМОЖ -ЦОС ТЕ ПДР 1 ЛЕ Е: О С ни)КО 77 Я Г. Р-Е-,Р, МОЩЦОСТ 11 Ц, Р 7 УСЕ)У), ЭС ЕЕ 1;Е Б С.НЯ ) И С ЛД:;л 11 С. С)М С 1; Ц сЦС)Й Л ПЕБС-;КЕБС- чеция ", =2и Белдс; Би 1 Оо по-прежц- му бс 11.)Объс 1 асс.Р1 )рбрс:. с.ця - улучшееИе млс - сор дб:ри 1 цьх хл;);ктсристик стдбилиэд 40тор; 11 остояцо о кд,11 остдглеццдя цль постигается тем, что Б стлби;1 иэ 1 тОР оссяццсГО тссд рсоде рждщеЙ ь к.юч Р неуБ е Оде у из си4 лоных шиц ос:ецонлте:,цую цепь иэтран )исторцого ргулирующе с элемента и датчиктокл, блок упрднлс Еп,Б ход к Отсрс) Гс с)7 кюч с) и к н 1 ходудатчика тока, л Бьхссцд - к управляю -Рщсму входу регулирующего элемента,последонательную цегь из шунтирующегорезистора и ключевого элемента, цодключецную параллельно регулируес)щему элементу и узел управления ключевым элементомр введено (Х в ) дополцитель цых последовательных цепей из иуцтирующцх резисторов и клюРнх элементов,цодке)ес)чс 1 нъх параллельно рР улирую щ с ы) )с. м е 11 т у у 1 р л Б л я ющ 1 м и 13 х Од л м иключевых элсмецтон соединенных сБвс)ецр.ЕиХ 1) дополцитетьеЬми Быхо.Х4:о лк) ") "Р"гд еэкнивд)ентнсе сопротивление-го шунтируюпего резистора;0 кз - напряжение на переходеколлектор - эмиттер транзисторного регулирующего, 3- ток нагрузки;0 Х, чо, - максимальное напряжениена переходе коллекторэмиттер транзисторногорегулирующего элемента;--й БСГОМОГаТЕЛЕЦЫЕ КО.").Е)ицие п ы,А - колчестно ступеней переключения.1 л чертеже представлена Функциондльндя схема с.табилиэаторд постоянного тока,Г;таэилиздтор ГОстояеяеого тока содержит последовательный транзисторныйре Гулиерус)77 цй элемент 1, управляющийБХОЦ КОтСРОГО ПСДКЛЮЧЕЦ К ВЫ)лОДУблока 2 УРдгсцц)1 р БХОД кстсРОГО ссЕ 1:РЕЦглтчКО" 1 3 1 К)КД ПУЕТИРУЮЦИЙ РЕЭИСТОО БКЛЮД 1 Е 1 Ь 1 й ПДРДЛЛЕЛЬ -но регуИдрлпоцему элемсцту 1 черезключевой элемецт 5 И узел с) управления ключевыми элементами,Стабилизатор содержит также ключевые элементы 7 и шунтирующие резисторы 8 и 9, которые соединены попарно последондте;Ьно и подключены параллельно регулирующему элементу 1,каждый ключевой элемент 7 включенпараллельно шуеТируюцему резистору 9.11 ард)ле:Ьцо ключевому элементу 5также включен шунтирующий резистор 9,1 Йтание стабилизатора постоянноготока осуществляется от силового источника питания с напряженнемуСтабилизатор постоянного тока работает следуюшим образом.Напряжение, пропорциональное токунагрузки стабилизатора, с датчика 3тока поступает на вход блока 2 управ,ления, с выхода которого управляющий-1р 7 (1)р:1 сигнал подается на управляющий вход регулирующего элемента 1. Часть тока нагрузки протекает через регулирующий элемент 1, а другая часть - через шунтирующие резисторы 4 и 8 и те шун тирующие резисторы 9, которые в данный момент не закорочены ключевыми элементами 5 или 7.Напряжение с регулирующего элемента 1 подается на узел управления ключевым элементом 6, н котором вырабатываются команды на включение или выключение некоторого числа ключевых элементов 5,7 и, следовательно, эакорачивание подключенных к ним шунтированных резисторов 9, что соответствует 1 -й ступени переключения. Зквиналентное сопротивление всех шунтирующих резисторов, включенных параллельно регулирующему элементу При-й ступени переключения, равноПри изменении по какой-либо причине, например при изменении питающего напряжения О, тока нагрузки стабилизатора, изменяется сигнал обратной связи, подаваемый с датчика 3 тока на вход блока 3 управления, в результате чего изменяется напряжение на регулирующем элементе 1 таким образом, чтобы скомпенсировать указанное изменение тока нагрузки стабилизатора. При этом, в зависимости от величины напряжения на регулирующем элементе 1, узлом 6 управления с помощью ключевых элементов 5 и 7 зако рачивается часть шунтирующих резисторов 9 и эквивалентное сопротивление шунтирующих резисторов устанавливается такой величины, чтобы мощность рассеяния на регулирующем элементе40 была минимально возможной при данном напряжении коллектор - эмиттер регулирующего элемента 1.Отношение эквивалентного сопротивпения 1 ш, шунтирующих резисторов 4, 8 и 9 при соответствующей коммутации к ключевых элементов 5 и 7 и напряжения коллектор - эмиттер регулирующего элемента 1 7, при которых узлом 6 управления производится ком мутация 1 ключевых элементов 5 и 7 для получения Й ступеней переключения, к их максимальному значению определяют по формулам.-0при 1 =1(Й .-1),где кКэ макс - максимальное напряжение на регулирующем элементе;р(о вспомогательные коэффициенты.Для доказательства соотношений (1) и (2) приведем их вывод.1 ощность, выделяемая на регулирующем элементе, в любой точке диапазо на регулирования ранна Исследуя уравнение (3) на экстремум, получаем формулы для расчета максимального значения мощности Ртр при одной ступени переключения (некоммутируемый шунтирующий резистор) то Ры )н /Ф и максимально допустимого эквивалент.ного сопротивления шунтирующего,резистора, при котором ток шунта равен току нагрузки стабилизатора примаксимальном напряжении коллекторэмиттер регулирующего элемента 1: Йш=Окэ("н (5) Введяступеней переключения,можно уменьшить величину шунтирующегорезистора от 1 ш 1 ш к до 11 так,чтобы максимальная мощность, вьделяющаяся на регулирующем элементе 1на-й ступени переключения, быларавна максимальной мощности, вьделяющейся на первой ступени переключения, т,е,Р - максимальное значение мощТтности на-й ступени переключения. где Значение Р определяется из услот 1вия равенства нулю тока регулирующего элемента н момент переключения. Учитывая то, что непосредственно перед переключением с (. +1)-й ступени на-ю напряжение на регулирующем элементе равно .ко, а эквивалентное сопротивление шунтирующих резисторов равно Ко ( с + 1), максимальная мощность на 1, -й ступени переключения равна.,15 ги 3:-Ц где 11 и при 4 = гг - 1) ВаЛЕНТНЕХ Сонро-, ИВ:ог г:, г:,г г ОСЕЛИХ СТУПЕНЯХ ПЕНЕКв ггоггГ Г ОЦ;ггИЕНаПРЯС;гй га РЕГУЛ;1 Р ГггЭЛЕМЕ;Е П рИ Т". КЕ С . СНЯХ Гг. гЕГГ, ЮЧЕНИЯ КоОффид;1 Е Н: гзг, 1 О Зт:1 отноюсНя рцпа; между собоп,Рта ;ак В, табцэг" г 1 О г;, гка 1 =Согг 4 дляПОгН 1,;Сс г".;ЗО; Г"; ,=ГЬ 1;1 ОетиуМЕНг,цапЯ ГГэцностг ГГ ЛЕ,Ющвися НаРЕ Г УЛ 1 Р Уг ГЦСМ ЭЛГЭЕ, . ПЕРЕ КЛЮгЕ НИЕступе:е: до;жпо Осу:е";,:1 яться ВО - 20та К Г, а СПРЯВ;",;глВО СООТЧОЩЕПЯЕ охИ ЗЯКО ИЗ СНЕИВ 11 СОВПОДаЕт С законом з.епе:1 ия г",1 ; На Основагии вражсник 8) мо ут бы 1 ь 1 Олученысоотн 01 егиэ для гсОбого ОКВНРалентноо р г в е 1 Я гцг т оэю 1 цих рг 311О ров и ггюбагс напряз;еия ."а регулиру- ЗО Огцем -гг сг. е . е . Нри гсоОро 1 ппоизво 45 максимальное эквивалентное сопротивление шунтирующих резисторов при всех разомкнутых ключев-.х э:егенах50-1 щ мокс "КЗ максК, (12) Выражения 110) и (11) могут быть записаны В общем виде одной формулой=КО "кэ у,ог:.г 1 н 1.1 кэмокс э э Эта формула идентич га с ранее приведенной 1), Выведем общую формулудля расчета коэффициентов к,Подставляя выражение (7) В (6),учитывая соотноюешя 8) - (12) иВыполнив необходимые преобразования,1 голучаем2ш мсксг" гО 3 к кэюокс Ч - я.2; ,1-М) После упрощения формулы (13) по- лучаем 1 г1" "14 -1),(14) После несложных упрощений получаем обцую формулу для-го Вспомогательного . Оэффидиента к:11 к =0 8477 К = - к И =0 8708 1 1"24 423 На основашэи соотношений между экпивалентш ми сопротивлениями любык Нзпсстными методами производится Вг,:бор и:уптизующих резисторов 4,8 и 9 г ц":,- 16), Соротивления резисторов 4 и Огй- РЭ) могут быть выбраны равыми между собой, т, е. г= к 2 =э = 1 к ш , а сопротивления резисторов 9(гг 4 -1 к 6) в этом случае дотжны быть рассчитаны с учетом соотношеш,й 1) и 1,2 ) . Например, при к =2 формулы для расчета шунтирующих резисторов 44- 14 имеют следующий вид:(16)421,- й г 17)При выборе шунтирующих резисторов в соответствии с формулами (15) - (17) реальные эквивалентные сопротивления отличаются не более чем на г 57 от эквивалентных сопротивлений, вычисленных по формулам ,) и (2), что вполне приемлемо.111 76 15 М=З, т.е, при М выделяющаяся ца ключевых эле 1 рц и сцо цьз овацииментов, 2 ( шуцтирующих резисторов и Я ступеней переключения, мощцость, выделяющаяся на регулирующем элементе, уменьшается в М раз по сравнению со стабилизатором тока с некоммутируемым шуцтом 11 =1). КоэФФиггпецт М определяется соо гцошением те, уменьшается1,9 и 3 раза. Заказ 7219 ГИ.ППБ ираж 841 ое филиал ППП "Пате го К 11Ю =-"Рго11 агрпмер, при быть реализовано элементами (К=21=4 ц М =8 мощность,регулирующем элемецсоответствецно в В предлагаемой схеме использование Я ступеней переключеция, что реализуется К ключевыми элементами и 2 К шунтирующими резисторами, обеспечивается существенное снижение величины максимальной мощности,выделяющейся на регулирующем элементе, и, следовательно, уменьшение объема и массы стабилизатора постоянного тока. г.Ужгород, ул.Проектиая,