Ключевой стабилизатор напряжения постоянного тока Советский патент 1986 года по МПК G05F1/56 

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть иеполъгзовано в устройствах электропитания средств автоматики, например, для питания обмотки контактора.

Цель изобретения - увеличение выходной мощности и упрощение стабилизатора.

На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема стабилизатора; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема одного из вариантов стабилизатора; на фиг. 3 - графики напряжений в характерных точках схе- мь1 первого варианта.

На фигурах и в тексте приняты следующие обозначения: U - напряжение источника питания; U . -мини ога.п

мапьное напряжение источника питания; Uj - напряжение на хронирующем конденсаторе первого варианта схемы; Ug- напряжение на базе первого транзистора первого варианта схемы; и - напряжение на эмиттере первого транзистора первого варианта схемы; Ug,| - напряжение на выходе первого варианта стабилизатора; среднее значение напряжения на выходе первого варианта стабилизатора; Е, - напряжение маломощного стабилизированного источника питания для первого варианта стабилизатора; Е напряже ние маломощного стабилизированного источника питания для второго вариан та стабилизатора; tи - длительность импульсов выходного напряжения стабилизатора; Тр - пауза между импульсами вьпкодного напряжения стабилизатора; Q - скважность импульсов выход ного напряжения стабилизатора.

Стабилизатор (фиг. 1) содержит транзисторньй управляющий ключ 1, пороговый элемент 2 на первом и втором транзисторах и хронирующую RC- цепь 3. Хронирующая RC-цепь состоит из соединенных между собой резисторов 4 и 5, между общей точкой которых и массой (первой силовой шиной) включен хронирующий конденсатор 6, в качестве первого транзистора 7 используют транзистор р-п-р типа, база которого через резистор 8 соединена с первой силовой шиной, в качестве второго транзистора 9,

, база которого подключена к коллектору первого транзистора, используют транзистор п-р-п -типа, эмиттер первого транзистора запитан через резис тор 10 напряжением +Е положительной

396962

полярности от дополнительного маломощного стабилизированного источника питания, в коллекторную цепь этого транзистора включен делитель на двух резисторах 1 и 12, причем последний подключен к первой силовой шине, а общая точка делителя через резистор 13 соединена с эмиттером первого, транзистора, коллектор второго транJQ зистора подключен к управляемому входу управляющего ключа , рабочий вход которого подключен к второй силовой положительной шине источника питания, выход подключен к входу

,д хронирующей RC-цепи (к резистору 4), а также к выходной клемме стабилизатора, в качестве нагрузки 14 исполь- зутот индуктивно-резистивную цепь, потребляющую значительную мощность,

2Q например катушку контактора. Нагрузку включают меяаду выходной клеммой и первой силовой шиной и она зашунти- рована демпфирующим диодом.

Второй вариант стабилизатора

25 (фиг. 2) содержит транзисторный управляющий ключ 15, пороговый элемент 16 на первом и втором транзисторах и хронирующую RC-цепь 17. Хронирующая RС-цепь состоит из двух соеди- ненньк между собой резисторов 18 и 19, между общей точкой которых и первой силовой положительной шиной источника питания включен хронирующий конденсатор 20, в качестве первого транзистора 21 используют транзистор п-р-п типа, база которого через резистор 22 соединена с пер вой .силовой положительной шиной источника питания, в качестве второго транзистора 23 используют транзистор р-п-р типа, база которого подключена к коллектору первого транзистора, эмиттер первого транзистора подсоединен через резистор 24 к отрицательной клемме (-Е) дополнительного маломощного стабилизированного источника питания, в коллекторную цепь этого транзистора включен делитель на двух резисторах 25 и 26, причем последний подключен к первой силовой положительной шине источника питания (--1) и к положительной клемме () маломощного стабилизированного источника питания, а общая точка делителя через резистор

55 27 соединена с эмиттером первого

транзистора, коллектор второго тран- |зистора подключен к управляемому .входу управляюп :его ключа 15, рабочий

30

35

40

45

50

вход которого подключен к входу хронирующей КС-цепи (к резистору 18), а также к выходной клемме стабилизатора, выход управляющего Jcлючa включен на вторую силовую птну (массу) , в качестве нагрузки 28 используют индуктивно-резнстивную цепь, потребляющую значительную мощность, например катушку контактора. Нагрузку подключают к выходным клеммам стабилизатора и она зашунтирова- на демпфирзпощим диодом.

Работа стабилизатора (фиг,1) иллюстрируется графиками на фиг. 3 и протекает следующим образом.

Если на выходе источника питания с момента t, устанавливается большое напряжение U, (график а ), то с этого момента первый транзистор 7 открыт током, протекающим через базовый переход, резисторы 8 и 5 и конденсатор 6. Второй транзистор 9 бткрыт коллекторным током первого транзистора 7, протекающим через базовый переход второго транзистора в результате чего управляющий ключ 1 замыкает выкод источника питания на вход хронирующей ЙС -цепи 3. Хро- нирзпощий кондеь сатор 6 заряжается от -напряжения UQ и напряжение Up на нем возрастает по экспоненте (график ), вследствие чего такж по . , экспоненте возрастает напряжение tJg- на базе первого транзистора 7 (гра- фиг fe ). На эмиттере этого транзистора устанавливается относительно высокое напряжение Uj (график г ), создаваемое эмиттерным током транзистора 9 на резисторе 12, которое медленно возрастает в фазе с напряжениями Uj, и Uj. Напряжение Up-Ug между базой и эмиттером первого транзистора 7. (график а ) от небольшого отри0

дательного значения постепенно возрастает по мере заряда конденсатора и, когда оно становится несколько большим нуля, транзистор 7, а вместе с ним и транзистор 9 запираются, ключ 1 размыкается - заряд хронирующего конденсатора 6 прекращается и начинается его разряд, причем во время разряда напряжение на эмиттере транзистора 7 мало и сохраняется постоянным. Затем процессы повторяются На выходе стабилизатора вырабатываются импульсы Um,,y (график б ). Если в момент 12. напряжение на выходе источника падает до величины UQ 01 то описанные процессы повторяются.

5

0

5

0

5

0

S

но скорость возрастания напряжения и, на конденсаторе (график ), а значит, и напряжения на базе Ug транзистора 7, уменьшаются. Поэтому время замкнутого состояния ключа 1, т.е. дпительность импульсов t|j выходного напряжения увеличивается, а их амплитуда уменьшается, причем продолжительность паузы Т сохраняется прежней, поскольку постоянная времени цепи разряда и уровень напряжения на конденсаторе, с которого он начинается, не изменяются. Таким образом, в устройстве используется широтно- импульсная (ШИМ), частотно-импульсная (ЧИМ) и амплитудная импульсная модуляции.

При дальнейшем понижении напряжения UQ максимальные значения величин Ug и и5 так же, как и максимальное значение напряжения на эмиттере U транзистора 7, сохраняются постоянными .

При понижении напряжения 11 до заданной минимальной величины Uo „,;„ (с момента t) конденсатор остается в заряженном состоянии и на нем сохраняется напряжение U, $ , соответственно сохраняются постоянными и максимальными напряжения на базе и на эмиттере транзистора 7, а напряжение между ними .-U с охраняет небольшое отрицательное значение, при котором транзистор 7 отперт и соот- . ветственно замкнут ключ 1, на выходе стабилизатора устанавливается постоянное напряжение, примерно

равное и,, . . о nil п

Задачей стабилизатора является сохранение среднего значения напряжения выходных импульсов на уровне указанного напряжения Ug ;„ при повышении стабилизируемого напряжения по сравнению с ним в несколько раз в течение длительного времени. Это означает, что необходимо так изменять скважность и аьтлитуду ,выходных импульсов, чтобы соблюдалось условие

и

9

5 и

о Т11 П 3

де и

ЙЬ1Х

7

амплитуда выходных импульсов ;

среднее значение напряжения на выходе стабилизатора;

скважность импульсов, которая равна

Q

Тп t,.

где i,. - длительность импульсов выходного напряжения; Т - пауза между ними (фиг. З),

Выполнение указанного условия обеспечивают выбором постоянных времени цепей заряда и разряда хронирующего конденсатора 6 и режимов работы транзисторов 7 и 9 порогового элемента 2.

С помощью резистора 8 устанавливается уровень стабилиза);ии UQ rn. n для случая, когда Е,: U,;. Частота следования импульсов (частота коммутации) определяется величиной номиналов хронирующей RC-цепи и размахом колебаний напряжения U. Величины этих номиналов практически не ока- зьшают влияния на качество стабилизации в широком диапазоне номинапов

Запуск и выключение стабилизатора обеспечивают принудительным отпиранием и запиранием транзистора 7.

Работа второго варианта стабилизатора в принципе не отличается от работы первого варианта.

Формула изобретения

Ключевой стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий тран- зисторньй управляющий ключ, порого- элемент на первом и втором тратт

зо

396966

зисторах, база первого из которых через первый резистор соединена с первой силовой шиной, и хронируюп1ую R С-цепь, которой подключен к базе первого транзистора, делитель наггряжения, источник питания, второй и третий резисторы, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью увеличения выходной мощности и упрощени я

10 стабилизатора, хронирующая RC -цепь состоит из двух соединенных между собой резисторов, между общей точкой которых и первой силовой.шиной включен хронирующий конденсатор, тран15 зисторы порогового элемента имеют разньш тип проводимости, причем база второго транзистора соединена с коллектором первого транзистора, эмит- . тер которого через второй резистор

20 подключегг к дополнитепьному источнику тетания, а коллектор через делитель напряжения, вьшолненный на двух резисторахрподсоединен к первой сило- . вой шине, общая точка двух резисто-

25 ров делителя напряжения через третий р)езистор соединена с эмиттером первого транзистора 5 коллектор второго транзистора подключен к управляемому входу транзисторного управляющего ключа, рабочий вход которого соединен с второй силовой шиной, а вьтход- с входом хронирующей RC -цепи и первой выходной клеммой, при этом вторая выходная клемма подключена к

З перво й силовой шине.

n-ft r /f

Изобретение относится к стабилизированным источникам питания. Целью изобретения является увеличекие выходной мощности и упрощение ключевого стабилизатора напрзосения постоянного тока. Цель достигается тем, что для сохранения среднего значения напряжения выходных импульсов на определенном уровне изменяют скважность и а тлитуду выходных импульсов. Это обеспечивается выбором постоянных времени цепей заряда и разряда хронирующего конденсатора 6 и режимов работы транзисторов 7 и 9 порогового элемента 2. С помощью резистора 8 устанавливается уровень стабилизации. Частота следования импульсов определяется параметрами хронирующей RC-цепи. Запуск и выключение стабилизатора обеспечивают принудительным отпиранием и запиранием транзистора 7. 3 шт. (Л с: ю со со О5 СО О5

Фиг.2.

1У,

Редактор Е. Папп

Состалитель С. Черньшева Техред О.Гортвай

Заказ 3395/48 Тираж 836Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор М. Демчик