ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2022 года по МПК G05F1/565 

Изобретение относится к области электротехники, в частности преобразовательной техники, и может быть использовано при проектировании вторичных источников электропитания различного назначения.

Известны и широко применяются различные схемы непрерывных стабилизаторов напряжения, содержащие регулирующий транзистор, усилитель постоянного тока, источник опорного напряжения и делитель выходного напряжения. Достоинством этих стабилизаторов является их простота, низкий уровень нестабильности и пульсаций выходного напряжения. Недостатки непрерывных стабилизаторов - большие объем и масса и низкий КПД вследствие больших потерь в регулирующем транзисторе [1].

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению, которое может быть принято за прототип, являются транзисторные импульсные стабилизаторы напряжения, которые содержат ключевой элемент, дроссель и конденсатор фильтра, обратный диод и устройство управления. Импульсные стабилизаторы имеют меньшие объем и массу и более высокий КПД, чем непрерывные стабилизаторы. Существенным недостатком импульсных стабилизаторов является большой уровень пульсаций выходного напряжения и, при низком допустимом коэффициенте пульсаций напряжения на нагрузке, их сглаживающий фильтр имеет большие объем и массу [2].

В предлагаемом стабилизаторе напряжения решена задача уменьшения пульсаций выходного напряжения при одновременном уменьшении объема и массы дросселя и конденсатора фильтра.

Для достижения технического результата в понижающий импульсный стабилизатор напряжения введены регулирующий транзистор и операционный усилитель, его выход подключен к базе регулирующего транзистора, неинвертирующий вход подключен к источнику опорного напряжения и через разделительный конденсатор - к нагрузке, а инвертирующий вход операционного усилителя подключен к резисторному датчику тока, включенному в эмиттерную цепь регулирующего транзистора.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого импульсного стабилизатора напряжения. Стабилизатор содержит ключевой элемент 1, дроссель 2, обратный диод 3, выходной конденсатор 4 и устройство управления 5. Ключевой элемент 1 и сглаживающий дроссель 2 включены последовательно с нагрузкой 6, обратный диод 3 включен между одним из выводов дросселя и отрицательным выходным выводом стабилизатора.

В состав стабилизатора введены регулирующий транзистор 7, операционный усилитель 8, резисторный датчик тока 9, источник опорного напряжения 10 и разделительный конденсатор 11, коллектор транзистора соединен с положительным выходным выводом стабилизатора, эмиттер через резисторный датчик 9 подключен к отрицательному выходному выводу стабилизатора, инвертирующий вход операционного усилителя подключен к резисторному датчику тока, а неинвертирущий вход операционного усилителя подключен к источнику опорного напряжения 10 и к одному из выводов разделительного конденсатора 11, другой вывод которого подключен к положительному выводу стабилизатора.

В коллекторную цепь регулирующего транзистора 7 может быть включен балластный резистор 12, который обеспечивает снижение потерь мощности в регулирующем транзисторе.

Предлагаемый импульсный стабилизатор напряжения работает следующим образом. Стабилизатор имеет три контура регулирования.

Первый контур, образующий собственно импульсный стабилизатор, состоит из ключевого элемента 1, дросселя 2, обратного диода 3, конденсатора 4 и устройства управления 5. Этот контур обеспечивает стабилизацию среднего значения выходного напряжения при изменении напряжения питания и тока нагрузки и предварительное сглаживание пульсаций выходного напряжения. При замкнутом ключевом элементе происходит передача энергии от первичного источника питания в нагрузку и подзаряд дросселя и выходного конденсатора. При разомкнутом ключевом элементе энергия, накопленная в дросселе и конденсаторе, передается в нагрузку через обратный диод.

Второй контур регулирования, состоящий из операционного усилителя 8, датчика тока 9 и источника опорного напряжения 10, обеспечивает работу регулирующего транзистора 7 в непрерывном режиме, т.е. поддерживает неизменной величину постоянной составляющей тока транзистора при любом режиме работы стабилизатора. Эта составляющая больше, чем амплитуда переменной составляющей тока, обусловленной пульсациями напряжения на выходе первого контура регулирования.

Третий контур, состоящий из регулирующего транзистора 7, операционного усилителя 8 и разделительного конденсатора 11, осуществляет окончательное сглаживание пульсаций выходного напряжения стабилизатора.

Общий коэффициент сглаживания пульсаций напряжения реактивного и транзисторного звеньев равен произведению их коэффициентов сглаживания.

При оптимальном соотношении между указанными коффициентами обеспечивается существенное уменьшение объема и массы дросселя и конденсатора при незначительном снижении КПД стабилизатора. Наиболее значительный положительный эффект достигается при низком заданном коэффициенте пульсаций напряжения на нагрузке.

Новым в изобретении является введение в импульсный стабилизатор напряжения регулирующего транзистора, включенного параллельно нагрузке и работающего в непрерывном режиме, и операционного усилителя, осуществляющего усиление пульсаций напряжения, снимаемых с нагрузки.

На основании изложенного может быть сделан вывод, что предлагаемое устройство обеспечивает положительный эффект.

Литература

1. Додик С.Д. Полупроводниковые стабилизаторы постоянного напряжения и тока. - М.: Советское радио, 1962.

2. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Справочник / Г.С. Найвельт, К.Б. Мазель, Ч.И. Хусаинов и др. Под ред. Г.С. Найвельта. - М.: Радио и связь, 1986. - с. 306-318.

Изобретение относится к области электротехники, в частности преобразовательной техники, и может быть использовано при проектировании вторичных источников электропитания различного назначения. Технический результат изобретения - снижение объема и массы элементов импульсного стабилизатора напряжения за счет снижения объема и массы дросселя и конденсатора фильтра. Импульсный стабилизатор напряжения содержит ключевой элемент, дроссель, обратный диод, выходной конденсатор и устройство управления, а также параллельный контур сглаживания пульсаций напряжения, в состав которого входят регулирующий транзистор, включенный параллельно нагрузке через эмиттерный датчик тока, операционный усилитель, источник опорного напряжения и разделительный конденсатор. Инвертирующий вход операционного усилителя подключен к датчику тока, а неинвертирующий - к источнику опорного напряжения и через разделительный конденсатор к положительному выходному выводу стабилизатора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Импульсный стабилизатор напряжения, содержащий ключевой элемент и дроссель, включенные последовательно с нагрузкой, обратный диод, включенный между одним из выводов дросселя и отрицателным выходным выводом стабилизатора, выходной конденсатор и устройство управления, вход которого подключен к нагрузке, а выход к входу ключевого элемента, отличающийся тем, что в него введены регулирующий транзистор, операционный усилитель, резисторный датчик тока, источник опорного напряжения и разделительный конденсатор, коллектор транзистора соединен с положительным выходным выводом стабилизатора, эмиттер через резисторный датчик тока подключен к отрицательному выходному выводу стабилизатора, инвертирующий вход операционного усилителя подключен к резисторному датчику тока, а неинвертирующий вход операционного усилителя подключен к источнику опорного напряжения и к одному из выводов разделительного конденсатора, другой вывод которого соединен с положительным выходным выводом стабилизатора.

2. Импульсный стабилизатор напряжения по п. 1, отличающийся тем, что в коллекторную цепь регулирующего транзистора включен балластный резистор.