Стабилизатор постоянного тока Советский патент 1992 года по МПК G05F1/56 

1

(21)4773123/07

(22)22.12.89

(46) 23.09.92. Бюл. № 35

(71)Московский научно-исследовательский институт приборостроения

(72)Ю.Н.Шуваев

(56)Патент Японии

№ 48-12336, кл. G 05 F 1 /56, 1973,

Патент США №3303412, кл. G05F 1/56, 1967.

(54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА

(57)Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания радиоэлектронной апапартуры. Цель - повышение коэффициента стабилизации. Стабилизатор содержит последовательный транзисторный регулирующий элемент датчик тока нагрузки, источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель сигнала рассогласования, делитель напряжения датчика тока, состоящий из первого, второго и третьего последовательно соединенных резисторов, компенсирующий резистор. Подключение неинвертирующего входа усилителя к выходной шине и третьему резистору через источник опорного напряжения, неинвертирующего входа к точке соединения первого и второго резисторов, компенсирующего резистора между общей шиной и точкой соединения второго и третьего резисторов позволяет увеличить коэффициент передачи делителя напряжения датчика тока и тем самым увеличить коэффициент стабилизации устройства. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании источников электропитания электротехнической и радиоэлектронной аппаратуры различного назначения.

Известен транзисторный стабилизатор постоянного тока, содержащий последовательно соединенные регулирующий элемент и датчик тока нагрузки, включенные в одну из силовых шин, усилитель постоянного тока и источник опорного напряжения, входы усилителей постоянного тока связаны с датчиком тока нагрузки и источником опорного напряжения, а выход подключен к управляющему входу регулирующего элемента.

Недостатками этого стабилизатора являются большие объем и масса и низкий КПД вследствие больших размеров и больсл

с

шой мощности рассеяния датчика тока, рассчитанного на полный ток нагрузки и падение напряжения, равное напряжению опорного источника.

Наиболее близким к предлагаемому является стабилизатор постоянного тока, содержащий транзисторный регулирующий элемент и датчик тока нагрузки, включенные последовательно в одну из силовых шин, источник опорного напряжения и дифференциальный усилитель постоянного тока, один вход которого подключен к датчику тока нагрузки, другой вход связан с выходом источника опорного напряжения, а вы ход подключен к управляющему входу регулирующего элемента.

Недостатком этого стабилизатора также является большая нестабильность тока нагрузки при изменении выходного напряы о о

Фь

w

жения при необходимости включения балластных резисторов на его выходе.

Целью изобретения является повышение коэффициента стабилизации стабилизатора постоянного тока.

На чертеже представлена схема стабилизатора постоянного тока.

Стабилизатор тока содержит регулирующий элемент 1, подключенный силовым входом к входной шине 2, силовым выходом - к выходной шине 3 через датчик тока нагрузки 4, управляющим входом - к выходу усилителя сигнала рассогласования 5, немн- вертирующий вход усилителя подключен к первому выводу источника опорного напряжения 6, а инвертирующий вход - к одному из промежуточных выводов делителя напряжения, состоящего из первого 7, второго 8 и третьего 9 последовательно соединенных резисторов, второй промежуточный вывод делителя напряжения соединен с общей шиной через компенсирующий резистор 10, а крайний вывод первого резистора 7 соединен с датчиком тока 4 со стороны регулирующего элемента 1, точка соединения первого 7 и второго 8 резисторов подключена к инвертирующему входу усилителя сигнала рассогласования 5, точка соединения второго 8 и третьего 9 резисторов подключена к компенсирующему резистору 10, а крайний вывод третьего резистора 9 и второй вывод источника опорного напряжения б подключены к выходной шине 3,

Выход усилителя сигнала рассогласования 5 может быть подключен к управляющему входу регулирующего элемента 1 непосредственно или через согласующее устройство 11.

Источник опорного напряжения 6 может быть выполнен на стабилитроне 12, анод которого подключен к выходной шине 3, а к выводам стабилитрона 12 подключен резисторный делитель наприяжения 13, средний вывод которого является первым выводом источника опорного напряжения 6.

Выходные конденсаторы стабилизатора могут быть включены через выравнивающие балластные резисторы 14 и 15, а на выход стабилизатора может быть включен балластный резистор 16.

Стабилизатор постоянного тока может быть непрерывным или импульсным и содержать регулирующий элемент 1 непрерывного или импульсного действия. Непрерывный регулирующий элемент содержит транзисторы, а в состав импульсного регулирующего элемента входят также дроссель, конденсатор и обратный диод.

В непрерывном стабилизаторе согласующее устройство 11 может отсутствовать или представлять собой просто резистор, а в импульсном стабилизаторе в состав согласующего устройства входят импульсный усилитель, широтно-импульсный модулятор, задающий генератор и другие элементы, необходимые для обеспечения импульсного регулирования.

0 Стабилизатор постояннго тока работает следующим образом.

При включении стабилизатора на неинвертирующий вход усилителя сигнала рассогласования 5 подается напряжение

5 опорного источника 6 и на выходе усилителя сигнала рассогласования 5 появляется положительное напряжение, которое подается на вход регулирующего элемента 1. Регулирующий элемент 1 открывается, на

0 выходную шину 2 стабилизатора поступает напряжение, и через его нагрузку и датчик тока 4 начинает протекать ток. Напряжение с датчика тока 4 нагрузки через первый резистор 7 поступает на инвертирующий вход

5 усилителя сигнала рассогласования 5, обеспечивая отрицательную обратную связь по току нагрузки и его стабилизации.

При изменении сопротивления нагрузки и, следовательно, выходного напряжения

0 стабилизатора соответственно изменяется ток, протекающий через балластные резисторы 14, 15, 16. Поэтому при отсутствии введенных элементов делителя напряжения и компенсирующего резистора 10, изменя5 ется ток нагрузки стабилизатора, так как в схеме осуществляется стабилизация суммарного тока, равного току нагрузки и току балластных резисторов, т.е. тока, протекающего через датчик тока нагрузки 4. Вследст0 вне этого стабилизатор тока при наличии в схеме балластных сопротивлений на его выходе без введения дополнительных элементов имеет низкую нестабильность тока нагрузки при изменении выходного напря5 жения стабилизатора.

При наличии делителя напряжения и компенсирующего резистора 10 обеспечивается компенсация влияния тока, протекающего через балластные резисторы, на ток

0 нагрузки стабилизатора путем подачи на инвертирующий вход усилителя сигнала рассогласования 5 через второй резистор 8 напряжения, пропорционального выходному напряжению стабилизатора с выхода де5 лителя напряжения. При изменении выходного напряжения и тока, протекающего через балластные резисторы 14, 15, 16 пропорционально изменяется напряжение на делителе напряжения. Величина этого напряжения, т.е. коэффициент передачи делителя напряжения, а также сопротивление компенсирующего резистора 10 выбираются такими, чтобы полностью скомпенсировать влияние изменения тока балластных резисторов при изменении выходного напряжения стабилизатора на его ток нагрузки.

Для обеспечения полной компенсации коэффициент передачи делителя напряжения, т.е. сопротивления резисторов 7, 8 и 9, должны быть связаны с сопротивлениями компенсирующего резистора 10 и датчика тока 4 нагрузки, а также эквивалентным сопротивлением всех балластных резисторов следующим соотношением: Рэ RA RS Rg + Rio R Re

где Ro - сопротивление третьего резистора 9;

Rio - сопротивление компенсирующего резистора 10;

R4 - сопротивление датчика тока 4;

R - сопротивление первого резистора 7;

RS - сопротивление второго резистора 8;

R6 - экививалентное сопротивление всех балластных резисторов.

Для получения полной компенсации и удобства точной настройки един из трех резисторов 8, 9 или 10 может быть выполнен переменным, как показано на чертеже пунктиром.

При наличии делителя напряжения и компенсирующего резистора 10 и соответствующего выбора их сопротивлений обеспечивается компенсация влияния изменения тока, протекающего через балластные резисторы, при изменении выходного напряжения на ток нагрузки стабилизатора, вследствие чего нестабильность тока нагрузки в стабилизаторе существенно уменьшается по сравнению с известными.

Таким образом, существенным отличием предлагаемого стабилизатора является

введение а него делителя напряжения и компенсирующего резистора, что позволяет уменьшить нестабильность тока нагрузки стабилизатора при изменении его выходного напряжения в 10-15 раз по сравнению с

известными за счет введения только трех маломощных резисторов.

Формула изобретения Стабилизатор постоянного тока, содержащий транзисторный регулирующий элемент, подключенный силовым входом к входной шине, силовым выходом - к выходной шине через датчик тока нагрузки, управляющим входом - к выходу дифференциального усилителя сигнала рассогласования, неинвертирующий вход кото- рого подключен к первому выводу источника опорного напряжения, а инвертирующий вход - к одному из промежуточных выводов делителя напряжения, состоящего

из первого, второго и третьего последовательно соединенных резисторов, второй промежуточный вывод которого соединен с общей шиной через компенсирующий резистор, а крайний вывод первого резистора

соединен с датчиком тока со стороны регулирующего элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента стабилизации, точка соединения первого и второго резисторов подключена к инвертирующему входу усилителя сигнала рассогла- сования, точка соединения второго и третьего резисторов подключена к компенсирующему резистору, а крайний вывод третьего резистора и второй вывод источника опорного напряжения подключены к выходной шине.