Стабилизатор напряжения постоянного тока Советский патент 1983 года по МПК H02M3/335 

4

Эд

эо

;о Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к стабилизированным вторичным источникам питания (ВИП) радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), являющимся преобразовате лями напряжения постоянного тока от первичноте нестабилизированного источника в выходнос стабилизированное напряжение постоянного тока. Известны ключевые стабилизаторы напряжения , КПД которых теоретически превышает 90%, содержащие последовательно соединенные задающий импульсный генератор, широтно-импульсный модулятор, ключевой усилитель мощ ности и выпрямитель, при этом управляющий вход ШИрОТНО-ИМПуЛЬСНОГО модулятора ПОДКЛЮ чен к выходу дифференциального УПТ, один из входов которого соединен с источником опорного напряжения, а другой - через усили-V тель напряжения с выходом стабилизатора 1 . Однако из-за значительного времени рассасывания неосновных носителей заряда в базовой облас ти при переходе из насыщенного состояния .в закрытое КПД обычно снижается до 80% и ниже. Недостатком ключевых стабилизаторов является значительный уровень импульсных поме как по цепям первичного источника питания, так и по выходным цепям, что обусловлено са мим принципом коммутации высоких уровней мощности импульсными ключевыми элементами в стабилизаторах этого типа. В ряде случаев, например при питании высокочувствительной РЭА, плохая электромагнит ная совместимость ключевых стабилизаторов делает практически невозможным их использование или вынуждает применять весьма сложные фильтры, что еще более снижает общий КПД ВИП, приближая его к КПД линейных стабилизаторов. Один из радикальных способов снижения уровня импульсных помех в ключевых стабилизаторах реализован в устройстве 2, в котором применено п стабилизаторов, мощность каждого из которых выбрана Рцом Р ко - общая требуемая номинальная мощность; п - число элементарных стабилизаторов Импульсы от задающего генератора поступают на элементарные стабилизаторы через п узлов задержки, обеспечивающих последователь ную во времени работу устройства. Данное техническое рещение позволяет в п раз снизить уровень помех, однако является очень сложным Эффективным способом снижения уровня помех является использование усилителя мощности стабилизатора в режиме усиления синусоидальных сигналов. Известно устройство, реализующее указанный способ, которое состоит из последовательно соединенных задающего синусоидального генератора, частотного модулятора, частотно-зависимого элемента и выходного усилителя мощности. При этом управляющий вход частотного модулятора соединен с выходом дифференциального УПТ, один из входов которого подключен к источнику опорного напряжения, а другой - к выходу стабилизатора 3. Недостатками устройства являются существенное снижение КПД при изменении режима работь стабилизатора при регулировании выходного напряжения и;изменение мощности, рассеиваемой выходными каскадами стабилизатора в зависимости от тока нагрузки и питающего напряжения, что приводит к необходимости применения теплоотвода, расчитанного на максимальную тепловую мощность, и препятствует к конечном счете микроминиатюри зации этих устройств. Это связано с тем, что входящий в состав стабилизатора частотнозависимый элемент, например контур или пьезотрансформатор, осуществляет фуккияю преобразования частотной модуляции в амплитудную, в результате чего амплитуда входного сигнала в усилителе мощности значительно изменяется при изменениях тока нагрузки и пи.тающрго напряжения, что приводит к изменениям КПД и рассеиваемой мощности. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является стабилизированный источник постоянного напряжения, содержащий задающий генератор и фазовращатель, первый и второй усилители мощности, выходы которых подключены к входам перемножителя, соединенного выходом с выходными выводами, и блок управления, состоящий кз последовательно включенных делителя напряжения и дифференциального усилителя, один вход которого через делитель напряжения соединен с выходом перемножителяГ дру1ой вход - с выходом регулируемого источника опорногЬ напряжения, а выход - с управляющим входом фазовращателя 4, Недостатком известного устройства является существенное падение КПД при изменениях режима работы стабилизатора (при регулировании выходного напряжения, изменениях напряжения питания и нагрузки), изменение мощности, рассеиваемой выходными каскадами стабилизатора в зависимости от тока нагрузки и питающего напряжения, что приводит к необходимости применения теплоотвода, рассчитанного на максимальную тепловую моишость, и препятстует в конечном счете микроминиатюризации зтих устройств. Цель изобретения уменьшение уровия ульсаций с сохранением высокого значения КПД при изменении напряже1гия питания устройства, нагрузки и регулирования выходного апряжения от нуля до максимального значения.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий последовательно соединенные задающий генератор и фазовращатель, а также первый и второй усилители мощности, выходы которых подключены к входам перемножителя, соединенного выходом с выходными выводами, и блок управления, состоящий из последовательно включенных делителя напряжения и дифференциального усилителя, один вход которого через делитель напряжения соединен с выходом перемножителя, другой вход - с выходом регулируемого источника опорного напряжения, а выход - с управляющим входом фазовращателя, введены первый и второй блоки управления напряжением возбуждения, задаюидий генератор выполнен в виде генератора синусоидального напряжения, причем вход первого блока управления напряжением возбуждения соединен с выходом задающего генератора, а выход - с входом первого усилителя мощности, вход второго блока управления напряжением возбуждения соединен с выходом фазовращателя, а выход - с входом второго, усилителя мощности.

На чертеже представлена стр)т :турная схема устройства.

Устройство содержит задающий генератор 1, первый блок 2 управления напряжением возбуж дения, первый усилитель 3 мощности, перемножитель 4, фазовращатель 5, второй блок 6 управления напряжением возбуждения, второй силитель 7 мощности, блок 8 управления, содержащий делитель 9 напряжения, дифференциальный усилитель 10 и источник 11 опорного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 1 генерирует напряжение синусоидальной формы, которое поступает ш вход первого 2 и через фазовращатель 5 на вход второго 6 блоков управления напряжением возбуждения. Блоки 2 и 6 управления напряжением возбуждения поддерживают на своих выходах максимально вoзмoжнoes т. е. неискаженное, синусоидальное напряжение при

изменении напряжения источника питания устройства.

Благодаря наличию фазовращателя 5 шшряжеиие возбуждения второго усилителя 7 мощности может сдвигаться по фазе относительно другого на О - 180°. Усилители 3 и 7 мощности работают в режиме класса В при максимальном сигнале независимо от нагрузки и напряжения источника питания устройства благодаря наличию блоков 2 и 6 управления напряжением возбуждения.

Синусоидальные напряжения с выходов усилителей 3 и 7 мощности перемножаются в перемножителе 4, при зтом выходное напряжение не имеет импульсных составляющих и высших гармоник

K-Ju U 4- U U2Cosq),

и

вых

где и и U - напряжения с выходов усилителей мощности; tf - сдвиг по фазе напряжений

и ии-2.

С учетом того, что U U U , можно записать

ивь1х 4211 2и С09С|)

ки-л12 (bcosq).

Таким образом, при изменении ( от О до 180° выходное напряжение перемножителя 4 изменяется от О до 2 кВ. С помощью блока 8 управления, образующего следящую обратн)то связь, осуществляется стабилизагщя выходного напряжения при воздействии дестабилизирующих факторов и его работа не имеет отличий от работы широко используемых следящих обратных . связей. Благодаря тому, что транзисторы усилителей 3 и 7 мощности при регулировании вы- i ходного напряжения, изменении нагрузки и питания устройства в целом все время работают в режиме В при максимальном сигнале, обеспечивается постоянство высокого значения КПД и рассеиваемой на них тепловой мощнбсти.

СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий последовательно соединенные задающий генератор и фазовращатель, первый и второй усилители мощности, выходы которых подключены к входам перемножителя, соединенного выходом, с выходными выводами, и блок управления, состоящий из последовательно включеннь х делителя напряжения и дифференциального усилителя, один вход которого через делитель напряжения соединен с выходом перемножителя, а другой вход - с выходом регулируемого источника опорного напряжения, а выход - с управляюишм входом фазовращателя, отличающийся тем, что, с целью уменьшения уровня пульсаций и расщирения диапазона регулирования выходного напряжения, в него введены первый и второй блоки .управления возбуждением задающий генератор вьшолнен в виде генератора синусоидаль ного напряжения, причем вход первого блока управления напряi жением возбуждения соединен с выходом зада- (Л ющего генератора, а выход - с входом перво го усилителя мощности, вход второго блока управления напряжением возбуждения соединен с выходом фазовращателя, а выход - с входом второго усилителя мощности.