СТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК G05F1/38 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электропитания устройств измерительной техники, автоматики, вычислительной техники.

Известен стабилизирующий источник электропитания, содержащий выпрямительно-коммутирующий мост, регулирующие транзисторы, выравнивающие резисторы, служебный источник питания, узел управления, датчик напряжения (1).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является стабилизирующий источник электропитания, содержащий регулирующий орган, включенный между входными и выходными выводами, выходной трансформатор, первичная обмотка которого подключена к выходным выводам, а вторичная обмотка - к входу выпрямительного моста, первый выходной вывод которого подключен к общей шине, первый транзистор, коллектор которого соединен с выводом для подключения источников питания, второй транзистор, коллектор которого подключен к базе первого транзистора, узел сравнения, первый выход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход - с базой первого транзистора, резистивный делитель напряжения, первый входной вывод которого подключен к общей шине, резистор, включенный между базой и эмиттером второго транзистора и конденсатор, первый вывод которого соединен с общей шиной (2).

Недостатком известного устройства является низкий КПД, низкая надежность, сложность конструкции.

Цель изобретения - повышение КПД, надежности и упрощения конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизирующем источнике электропитания, содержащем регулирующий орган, включенный между входными и выходными выводами, выходной трансформатор, первичная обмотка которого подключена к выходным выводам, а вторичная обмотка - к входу выпрямительного моста, первый выходной вывод которого подключен к общей шине, первый транзистор, коллектор которого соединен с выводом для подключения источников питания, второй транзистор, коллектор которого подключен к базе первого транзистора, узел сравнения, первый вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход - с базой первого транзистора, резистивный делитель напряжения, первый входной вывод которого подключен к общей шине, резистор, включенный между базой и эмиттером второго транзистора, и конденсатор, первый вывод которого соединен с общей шиной, регулирующий орган выполнен в виде двух одинаковых трансформаторов, первичные обмотки которых соединены концами между собой, начало первичной обмотки первого трансформатора подключено к общей шине, а начало первичной обмотки второго трансформатора использовано в качестве управляющего входа регулирующего органа, начало вторичной обмотки первого трансформатора и конец вторичной обмотки второго трансформатора соединены с входными выводами, а конец вторичной обмотки первого трансформатора и начало вторичной обмотки второго трансформатора - с выходными выводами, второй выходной вывод выпрямительного моста подключен к второму выводу конденсатора и второму входному выводу резистивного делителя напряжения, выход которого соединен с вторым входом узла сравнения, база второго транзистора подключена к эмиттеру первого транзистора, а эмиттер второго транзистора соединен с управляющим входом регулирующего органа.

На чертеже представлена электрическая схема стабилизирующего источника электропитания.

Стабилизирующий источник электропитания содержит выходной трансформатор 1, первичная обмотка которого подключена к выходным выводам (клеммам) 2, 3, а вторичная обмотка - к входу выпрямительного моста 4, регулирующий орган 6, выполненный в виде двух одинаковых трансформаторов 7, 9, первичные обмотки которых соединены концами между собой, начало первичной обмотки трансформатора 7 подключено к общей шине, а начало первичной обмотки трансформатора 9 является управляющим входом регулирующего органа 6, начало вторичной обмотки трансформатора 7 и конец вторичной обмотки трансформатора 9 соединены с входными выводами (клеммами) 5, 8, а конец вторичной обмотки трансформатора 7 и начало вторичной обмотки трансформатора 9 - с выходными выводами (клеммами) 2, 3 соответственно. Управляющий вход регулирующего органа 6 через резистор 10, который является датчиком тока, соединен с эмиттером первого транзистора 11, коллектор которого соединен с выводом для подключения источника питания, а база - с коллектором второго транзистора 12 и с выходом узла сравнения 13, выполненного на операционном усилителе (ОУ), эмиттер второго транзистора 12 соединен с управляющим входом регулирующего органа 6, а база - с эмиттером первого транзистора 11, неинвертирующий вход ОУ 13, который является первым входом узла сравнения, соединен с источником опорного напряжения 14, а инвертирующий вход, который является вторым входом узла сравнения, соединен с выходом резистивного делителя 15, первый входной вывод которого соединен с общей шиной, а второй - с вторым выводом выпрямительного моста 4 и с вторым выводом конденсатора 16, первый вывод которого соединен с общей шиной и с первым выводом выпрямительного моста 4.

Стабилизирующий источник электропитания работает следующим образом.

При подключении стабилизирующего источника электропитания к источнику электроэнергии и при подключении нагрузки, образуется цепь тока нагрузки по вторичным обмоткам трансформаторов 7, 9 регулирующего органа 6. Так как оба регулирующих трансформатора одинаковы и по их вторичным обмоткам течет один и тот же ток (ток нагрузки), то падения напряжения на вторичных обмотках будут равны между собой при любых токах нагрузки и напряжения, возникающие в первичных обмотках трансформаторов 7, 9, тоже будут одинаковы, а поскольку первичные обмотки включены противофазно (конец обмотки одного трансформатора соединен с концом обмотки другого трансформатора), то между началами первичных обмоток этих трансформаторов, при любых напряжениях на вторичных обмотках, будет нулевое напряжение. При пропускании постоянного тока через первичные обмотки трансформаторов 7, 9 меняется сопротивление вторичных обмоток переменному току (изменяется индуктивность вторичных обмоток), это дает возможность управлять напряжением на выходе источника при любых токах нагрузки и при любых изменениях питающего напряжения, не выделяя активной мощности на трансформаторах 7, 9 регулирующего органа 6.

Управление трансформаторами 7, 9 осуществляется транзистором 11 и ОУ 13, который выполняет функцию усилителя ошибки. Трансформатор 1, выпрямительный мост и конденсатор выполняют функцию датчика выходного напряжения. Напряжение на конденсаторе равно
U_к = U_к= ,
где U_к - напряжение на конденсаторе 16 (постоянное),
U_вых - выходное напряжение источника (переменное),
К - коэффициент трансформации трансформатора.

Напряжение с конденсатора через резистивный делитель напряжения 15 поступает на вход операционного усилителя 13, на другой вход которого поступает напряжение с источника опорного напряжения 14, при этом происходит сравнение этих двух напряжений. При изменении напряжения на выходе источника, изменяется напряжение на конденсаторе 16. Соответственно изменяется напряжение на инвертирующем входе ОУ 13, что приводит к изменению напряжения на выходе ОУ и соответственно изменяется напряжение на эмиттере транзистора 11. Вследствие этого изменения изменяется ток через первичные обмотки трансформаторов 7, 9, что в свою очередь приводит к изменению индуктивного сопротивления вторичных обмоток этих трансформаторов. При этом изменение выходного напряжения источника стремится к нулю.

Выходное напряжение источника связано с опорным напряжением следующим выражением
₌ = U_оп,
где R₁ - сопротивление нижнего плеча резистивного делителя,
R₂ - сопротивление верхнего плеча резистивного делителя.

Второй транзистор 12 с резистивным датчиком тока 10 защищают первый транзистор 11 по току. При превышении эмиттерного тока транзистора 11 настолько повышается напряжение на резисторе 10, что открывается транзистор 12, который шунтирует цепь база-эмиттер транзистора 11 и тем самым предотвращает дальнейшее увеличение тока через транзистор 11, защищая его от перегрузки по току.

Использование: для электропитания устройств измерительной техники, автоматики, вычислительной техники. Сущность изобретения: устройство содержит выходной трансформатор 1, выпрямитель 4, регулирующий орган 6, выполненный на двух трансформаторах 7 и 9, резистор 10, два транзистора 11,12, узел сравнения 13, источник опорного напряжения 14, резистивный делитель напряжения 15, конденсатор 16. Транзистор 12 с резистором 10, выполняющим функцию датчика тока, защищают транзистор 11 от перегрузок по току, что повышает надежность устройства. Устройство обладает высоким КПД за счет выполнения регулирующего органа 6 на трансформаторах 7, 9 и за счет противофазного включения их первичных обмоток. 1 ил.

СТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ, содержащий регулирующий орган, включенный между входными и выходными выводами, выходной трансформатор, первичная обмотка которого подключена к выходным выводам, а вторичная обмотка - к входу выпрямительного моста, первый выходной вывод которого подключен к общей шине, первый транзистор, коллектор которого соединен с выводом для подключения источника питания, второй транзистор, коллектор которого подключен к базе первого транзистора, узел сравнения, первый вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход - с базой первого транзистора, резистивный делитель напряжения, первый входной вывод которого подключен к общей шине, резистор, включенный между базой и эмиттером второго транзистора, и конденсатор, первый вывод которого соединен с общей шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, надежности и упрощения конструкции, регулирующий орган выполнен в виде двух одинаковых трансформаторов, первичные обмотки которых соединены концами между собой, начало первичной обмотки первого трансформатора подключено к общей шине, а начало первичной обмотки второго трансформатора использовано в качестве управляющего входа регулирующего органа, начало вторичной обмотки первого трансформатора и конец вторичной обмотки второго трансформатора соединены с входными выводами, а конец вторичной обмотки первого трансформатора и начало вторичной обмотки второго трансформатора - с выходными выводами, второй выходной вывод выпрямительного моста подключен к второму выводу конденсатора и второму входному выводу резистивного делителя напряжения, выход которого соединен с вторым входом узла сравнения, база второго транзистора подключена к эмиттеру первого транзистора, а эмиттер второго транзистора соединен с управляющим входом регулирующего органа.