ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ Советский патент 1971 года по МПК G05F1/56 

Предлагаемое изобретение относится к группе импульсных стабилизаторов для получения стабилизированного напряжения обратной полярности на выходе стабилизатора по отношению к питающему напряжению.

Известны импульсные стабилизаторы напряжения, вырабатывающие напряжение противоположного знака, в которых управление конечным транзистором осуществляется от дополнительной обмотки дросселя, а выходное напряжение снимается от вторичной обмотки того же дросселя.

Однако в известных стабилизаторах при трансформировании напряжения получается потеря энергии, отсутствие непосредственной обратной связи от выходного напряжения уменьшает его стабильность, кроме того стабилизатор не имеет защиты от короткого замыкания, трудно изготовить сложный дроссель, содержащий большое количество обмоток.

С целью повышения коэффициента стабилизации выходного напряжения устройства и защиты его выхода от короткого замыкания Б предлагаемом стабилизаторе параллельно дросселю подключена интегрирующая С-цепочка, конденсатор которой соединен с одним из входов дифференциального усилителя.

на транзисторе, переход коллектор-эмиттер которого подключен ко второму входу дифференциального усилителя, а база - к средней точке делителя напряжения, включенного между положительным зажимом выходного напряжения и отрицательным зажимом выходного напряжения.

На чертеже дана принципиальная схема предлагаемого стабилизатора.

Предлагаемый стабилизатор состоит из широтно-импульспого модулятора (ШИМ), собранного на транзисторах /-5, импульсного усилителя, работаюшего на транзисторе 6, транзистора-ключа 7 и схемы защиты от короткого замыкания - транзистора 8. Источником опорного напряжения и источником стабилизированного напряжения для питания ШИМ служит стабилитрон 9.

Широтно-импульсный модулятор . состоит из мультивибратора, работающего на транзисторах 2 и 5 и дифференциального усилителя на транзисторах 4 и 5. Запускающий цепочкой и цепочкой, определяющей рабочую частоту стабилизатора, служит / С-цепочка, состоящая из резистора 10 и конденсатора IL

Фильтром сглаживания пульсаций служит конденсатор 12 и дроссель /5.

При подаче питающего напряжения на вход стабилизатора через резистор 14 и делитель напряжения 15 поступает напрял ение на баЗУ транзистора 5 и открывает его. Коллекторный ток транзистора 5 открывает транзистор

3,а его эмиттерный ток запирает транзистор

4.Транзистор 2 закрыт из-за отсутствия базового тока. Ток в транзисторе / отсутствует, и транзистор 6 тоже закрыт. База транзистора / через резистор 16 получает положительное напряжение, и данный транзистор открывается. Гок иротекает по цепи: минус источника питания, транзистор 7, дроссель 13 и плюс источника питания. Ток в данной цепи за счет индуктивности дросселя растет по экспоненте. Одновременно приложенное напряжение через резистор 10 заряжает конденсатор 1. Как только напряжение конденсатора, подсоединенного к базе транзистора 4, станет больше напряжения эмиттера данного транзистора, транзистор открывается, его коллекторный ток открывает транзистор 2, в результате чего транзистор 6 открывается, а транзистор 7 закрывается.

Открытый транзистор 4 создает дополнительный перепад напряжения на резисторе 17, и база транзистора 5 оказывается под положительным напряжением. Его коллекторный ток прекращается, перепад напряжения на резисторе 18 исчезает, и транзистор 3 закрывается. Транзистор 7 отключает питающее напряжение от дросселя 13, но ток в дросселе за счет самоиндукции мгновенно прекратится не может и через открытый диод 19 заряжает конденсатор фильтра 12.

Так как транзистор 7 закрыт, а через резистор 20 протекает ток недостаточный для поддержания напряжения на конденсаторе 11, то происходит быстрый разряд конденсатора 11 через переход база-эмиттер транзистора 4 и резистор 17.

В период падения напряжения на конденсаторе 11 до значения близкого к напряжения эмиттера-транзистора 4, последний закрывается, закрывая транзистор 2. В дальнейшем процесс повторяется.

Мультивибратор играет роль формирователя управляющих импульсов и способствует быстрому переключению транзистора 7. Его собственная частота колебаний должна быть меньше частоты переключения самого стабилизатора. Время переключения мультивибратора полностью зависит от времени заряда и разряда конденсатора 11.

/ С-цепочка синхронизирует работу мультивибратора.

Стабилизация выходного напряжения от изменения входного напряжения осуществляется следующим образом: при уменьшении входного напряжения время заряда конденсатора 11 до напряжения, необходимого для переключения транзистора 4, увеличивается, следовательно, увеличивается и длительность импульса, проходящего через открытый транзистор 7. Незначительное изменение выходного напряжения в меньшую сторону способствуе ускорению разряда конденсатора 11, что приводит к умепьшению времени закрытого состояния транзистора 7. Изменение длительности и скважности импульсов уравновешивает выходное напряжение при неизменном изменении рабочей частоты стабилизатора.

Аналогично только противоположно происходит стабилизация выходного напряжения в

Q случае увеличения входного напряжения.

В случае изменения внешней нагрузки стабилизатора незначительно изменяется и выходное напряжение, что приводит к изменению времени разряда конденсатора 11. В зависимости от изменения характера нагрузки скважности импульсов уменьшаются или увеличиваются.

При коротком замыкании напряжение на выходе стабилизатора резко падает, это падеQ ние напряжения передается на базу транзистора 8 и открывает его. Открытый транзистор 8 шунтирует базу транзистора 5 на плюсовую щину, и транзистор 5 закрывается, закрывая транзистор 3. Транзисторы, находящиеся в другом плече щиротно-импульсного модулятора открываются. Напряжение стабилитрона 21 держит в открытом состоянии транзистор 4. Транзистор 6 также открыт, что приводит к запиранию мощного транзистора

„ 7, и на выходе стабилизатора напряжение отсутствует. Стабилизатор находится в запертом состоянии. Для включения стабилизатора необходимо отключить питающее напряжение и включить снова. Резистор 22 шунтируется конденсатором 23 и защита не срабатывает в момент включения стабилизатора, что не только помогает пуску стабилизатора, но и закрывает транзистор 8.

Нредмет изобретения

1.Импульсный стабилизатор напряжепия, содержащий щиротно-импульсный модулятор, выполненный в виде мультивибратора с дифференциальным усилителем, транзисторный ключ, дроссель и фильтр, отличающийся тем, что, с целью повыщения коэффициента стабилизации выходного напряжения устройства, параллельно дросселю подключена интегрирующая С-цепочка, конденсатор которой соединен с одним из входов дифференциального усилителя.

2.Импульсный стабилизатор напряжения по п. 1, отличающийся тем, что, с целью защиты его выхода от короткого замыкания, применена схема защиты на транзисторе, переход коллектор-эмиттер которого подключен ко второму входу упомянутого дифференциального усилителя, а база - к средней точке делителя напряжения, включенного между положительным зажимом выходного

напряжения и отрицательным зажимом входного.