Импульсный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1984 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к импульсным стабилизаторам постоянного напряжения, и может быть использовано для питания различных радиоэлектронных устройств, к которым предъявляются повышенные требования к их весу, габаритным размерам и КПД.

Известен импульсный стабилизатор постоянного напряжения,, вьтолненный по классической структурной схеме, состоящей из ключевого транзистора, служащего для коммутации напряжения в режиме ШИМ, коммутирукнцего диода, LC-фильтра и схемы управления скважностью импульсов 1 3.

Однако известное устройство характеризуется большими динамическими потерями в импульсном стабилизаторе напряжения, связанными с переходными процессами в ключевом транзисторе и в коммутирующем диоде в момент их коммутации. При открывании ключевого транзистора и подаче запиракщего напряжения на коммутируюпщй диод, транзистор и диод оказываются одновременно открытыми, при этом величина тока короткого замыкания, протекаиядего через эти элементы, намного превосходит ток нагрузки. Это связано с тем, что коммутирующий диод не может мгновенно запереться и необходимо время для рассасывания неосновных носителей заряда барьерной емкости р-п-перехо- да и восстановления его обратного сопротивления. Такое перекрытие во времени приводит к увеличению мощности рассеивания в импульсном стабилизаторе.

Наиболее близким к предлагаемому .

по технической сущности является импульсный стабилизатор напряжения, содержащий составной регулирующий элемент, состоящий из согласующего транзистора и регулирующего транзистора, подключенного коллектором к выходному выводу источника основного питающего напряжения, эмиттер которого подсоединен к точке соединения катода коммутирующего диода и дросселя ЬС-фильтра, база которого через коллектор-эмиттер согласующего транзистора и балластный резистор подключена к выходному выводу источника вспомогательного напряжения, база согласующего транзистора подключена через вспомогательный ключ к выходу схемы управления t2.

Однако известный стабилизатор характеризуется большими динамическими потерями мощности при переключении и плохим использованием регулирующего транзистора по току. Кроме того, известное устройство имеет значительную величину высокочастотных составляющих пульсации выходного напряжени что характерно для всех импульсных стабилизаторов с LCD-фильтром, выполненных по известной структурной схеме.

Цель изобретения - уменьшение динамических потерь в импульсном стабилизаторе и улучшение формы выходного напряжения путем уменьшения амплитуд высокочастотных составляющих пульсации выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем что импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий составной регулирующий элемент, состоящий из согласующего транзистора и регулирукмцего транзистора, подключенного коллектором к входному выводу, эмиттером - к точке соединения катода коммутирующего диода и одного вывода дросселя ЬС-фильтра, другой вывод которого подключен к выходному выводу, а базой - к эмиттеру согласующего транзистора, коллектор которого через балластный резистор подключен к выводу для подключения вспомогательного источника напряжения, база согласующего транзистора подключена через вспомогательный ключ к выходу узла управления, снабжен дополнительным ключом, выполненным на транзисторе, пороговом элементе и резисторком делителе напряжения, причем база согласукяцего транзистора соединена с коллектором транзистора дополнительного ключа, эмиттер которого подключен к эмиттеру регулирующего транзистора, а база транзистора дополнительного ключа через пороговый элемент подключена к среднему выводу резисторного делителя напряжения, крайние выводы которого соединены соответственно с общей шиной и базой регулирующего транзистора.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема предлагаемог импульсного стабилизатора постоянного напряжения.

Устройство содержит составной регулирующий элемент, состоящий из согласукнцего транзистора 1 и регулирующего транзистора 2, подключенного 31 коллектором к входному выводу, куда подключается источник основного пита ющего напряжения U , эмиттером подсоединен к точке соединения катода коммутирующего диода 3 и дросселя Lc-фильтра а базой через коллектор-эмиттер согласующего транзистора 1 и балластный резистор 5 подключен к выводу для подключения гсточника вспомогательного напряжени база согласующего транзистора 1 подключена через вспомогательный ключ 6 к выходу узла 7 управления. База согласующего транзистора 1 и выход вспомогательного ключа 6 через коллектор-эмиттер транзистора 8 дополнительного ключа 9 подключены к точке соединения катода коммутирующего диода 3, дросселя ЬС-фильтра 4 и эмиттера регулируницего транзисто ра 2. База транзистора 8 дополнительного ключа 9 через пороговый эле мент 10, например диод, подключена к среднему выводу резисторного делителя напряжения, состоящего из резис торов 11 и 12, крайние выводы которо го подключены к общей шине 13 основного питающего напряжения и базе регулирующего транзистора 2 соответственно. Вспомогательный ключ 6 содержит резисторы 14 и 15. Узел 7 управления состоит из моду лятора длительности, усилителя посто янного тока со схемой сравнения и предназначен для. автоматического изменения времени закрытого и открытого состояния регулирующего транзис тора 2, в результате чего на выходе импульсного стабилизатора поддержива ется постоянным среднее значение выходного напряжения. При этом модуля тор длительности может быть с фиксированной, полупеременной или переменной частотой коммутации. Устройство работает следукнцим образом. При подаче питающих напряжений (основного и и вспомогательного ) нестабилизированНое входное напряжение 11,. прерывается регулирующим транзистором 2 с периодом вре мени, равньм Т, состоя1цим из интервала времени t зам . в течение которого транзистор 2 открыт и насьлцен, и интервала времени -t когда регулирующий транзистор 2 разомкнут. Пульсирующее напряжение сглаживается ЬС-фнльтром 4 и подается на нагрузку и узел 7 управления, где выходное 564 , напряжение стабилизатора приводится к опорному напряжению, сравнивается с ним и затем сигнал разности подается на вход усилителя постоянного тока, усиливается и поступает на вход модулятора длительности, преобразующего сигнал постоянного тока в импульсы с определенной длительностью, которые поступают на вход вспомогательного ключа 6, периодическое открывание и закрывание которого в свою очередь приводит к периодическому открыванию и закрыванию согласукнцего транзистора 1 и регулирующего транзистора 2, в результате чего импульсная система автоматического регулирования поддерживает стабильным с заданной точностью среднее значение выходного напряжения. В интервале времени диод 3 переходит в проводящее состояние. Одновременно начинает протекать ток .через резистор 12, пороговый элемент (диод) 10, база-эмиттер транзистора 8 дополнительного ключа 9, в результате транзистор 8 открыт и насыщен. Через резистор 15 вспомогательного ключа 6 протекает коллекторный ток транзистора 8. При открывании вспомогательного ключа 6 через резистор 14 начинает протекать коллекторный ток транзистора 8 дополнительного ключа 9, в результате чего согласующий транзистор 1 и регулирующий транзистор 2 остаются в закрытом состоянии, так как их база-эмиттерные переходы зашунтированы коллекторно-эмиттерным переходом насыщенного транзистора 8. На коммутирукиций диод 3 через открытый транзистор 8 подается запирающее напряжение от вспомогательного источника. В первой фазе переходного процесса сопротивление коммутирующего диода 3 составляет единицы Ом, и величина обратного тока диода определяется вспомогательным источником питания U( и величиной резистора 14 ПО.формуле ; состав- °Р R.4 ляет единицы миллиампер. В течение первой фазы переходного процесса напряжение на коммутирующем диоде ЗУд сохраняется положительным, что обеспечивает открытое состояние транзистора 8 и удержание согласующего транзистора 1 и регулирующего транзистора 2 в закрытом состоянии в течение времени, пока соблюдается

HepaBeHCTBa.. и„„р , где .tfg д и и - падение напряжения на переходе база-эмиттер транзистора 8 и на пороговом элементе 10 соответственно. J

Меняянапряжение.на пороговом элементе 10, можно регулировать время, в течение которого согласующий транзистор 1 и регулирующий транзистор 2 будут находиться в закрытом состоянии.

Во время второй фазы переходного процесса происходит открывание соглайукяцего транзистора 1, регулирующего транзистора 2 и закрывание транзистора 8 дополнительного ключа 9. Так как во второй фазе переходного процесса обратное сопротивление коммутирующего диода 3 велико, д

величина тока, протекающего через диод 3, при открывании регулирующего транзистора 2 от источника питания Uf,Mt нич; рржно мала и определяется

, и,

пит

формулой 3„

обр

о«р

Ввиду того, что величина обратного тока диода ничтожно мала, значительно возрастает время восстановления t еоо обратного сопротивления диода 3, что в свою очередь приводит к существенному уменьшению выбросов напряжения,

Таким образом, предлагаемое устройство уменьшает динамические поте ри в импульсном стабилизаторе и ум-эныиает высокрчастотные составляющие пульсации выходного напряжения.

ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий составной регулирукнций элемент, состоящий из согласующего транзистора и регулирующего транзистора, п ключенного коллектором к входному вьгеоду, эмиттером - к точке соедине ния катода коммутирующего диода и одного вывода дросселя иС Фильтра другой вывод которого подключен к выходному выводу, а базой - к эмитт ру согласующего транзистора, коллек тор которого через балластный резистор подключен к выводу для подключе- . ния вспомогательного источника напряжения, база согласующего транзистора подключена через вспомогательный ключ к выходу узла управления, отличающийся тем, что, с целью уменьшения динамических потерь и улучшения выходного напряжения путем уменьтения амплитуд высокочастотных составлянщих пульсации выходного напряжения, он снабжен дополнительным ключом, выполненным на транзисторе, пороговом элементе и резисторном делителе напряжения, причем база согласующего транзистора соединена с коллектором транзистора дополнительного ключа, эмиттер которого подключен к эмиттеру регулирующего транзистора, а база транзистора дополнительного ключа через пороговый элемент подключена к среднему выводу резисторного делителя напряжения, крайние выводы которого соединены соответственно с общей шиной и базой регулирующего транзистора.