Импульсный стабилизатор напряжения Советский патент 1976 года по МПК G05F1/56 

же. Здесь к источнику ограниченной мощности I через блок транзисторных ключей 2 и блок диодов 3 подключен выходной фильтр, содержащий дроссель 4 и конденсатор 5, параллельно с .которым соединен датчик напряжения, построенный, например, на стабилитроне 6 и резисторе 7, подключенном -к эмиттер-базовому переходу регулирующего транзистора 8. Транзистор 8 соединен последовательно с транзистором 9 полумостового задающего магнитно-транзисторного автогенератора, содержащего, кроме транзистора 9, трансформатор 10, вторичная обмотка которого соединена с управляющей цепью блока транзисторных ключей, делитель напряжения на резисторах 11, 12 и конденсаторах 13, 14 и транзистор 15, зашунтированный тиристором 16, реализующим разрядный ключ релаксационного генератора. К источнику питания 17 задающего автогенератора через регулирующий транзистор 8 подключены последовательно соединенные резистор 18 и конденсатор 19 релаксационного генератора. Конденсатор 19 соединен параллельно с разрядным ключом через диод 20 и подключен к управляющему входу разрядного ключа через диод 21 и выход датчика мощности 22 нагрузки 23. При подключении источников 1 и 17 ко всем плечам задающего автогенератора подводится напряжение, так как регулирующий транзистор 8, закрытый в исходном состоянии, зашунтирован резистором 24, который обеспечивает запуск задающего автогенератора. На вторичной обмотке трансфор матора 10 будет наводиться э.д. с., открывающая транзисторные ключи 2 на время t при открытом транзисторе 9 и запирающая его на время (Т-г,,) при открытом транзисторе 15 (Т - период изменения полярности э.д. с. вторичной обмотки трансформатора 10). Если обозначить через ABi индукцию перемагничивания сердечника трансформатора 10 при открытом транзисторе 15, а через ASg - при открытом транзисторе 9, то можно записатьВ, (Г Q, VВУ где и - напряжение источника 17; /8, и а, Uiz - падение напряжения соответственно на эмиттер-коллекторном переходе регулирующего транзистора 8, сопротивлеПИЯХ резисторов 11 и 12; S, W - соответственно площадь поперечного сечения сердечника и число витков первичной обмотки трансформатора 10. Так как ASi AB2, f/i2 f/-f/u, .vU где t/H - напряжение на нагрузке 23, а Ки - коэффициент пропорциональности, то т f u 4Rii +Rit где - - коэффициент заполнения импульсов;и и Riz - соответственно сопротивления резисторов 11 и 12. Значение частоты задающего автогенератораг J 11/24 т zf,, KuU„R, - Длительность импульса 1и сформирована релаксационным генератором путем обеспечения принудительного изменгния направления перемагничивания сердечника трансформатора 10 при шунтировании закрытого транзистора 15 тиристором 16, на управляющий электрод которого через диод 21 подведено напряжение, равное разности напряжения C/ig конденсатора 19 и выходного напряжения датчика мощности. При запирании транзистора 15 конденсатор 19 заряжается от источника 17 через регулирующий транзистор 8 и резистор 18. В момент превыщения напряжения конденсатора 19 выходного сигнала датчика мощности 22 открывается тиристор 16. Сердечник трансформатора 10 перемагничивается, э.д. с. его вторичной обмотки изменяет полярность и блок транзисторных ключей 2 запирается. Разряд конденсатора 19 осуществляется через диод 20 и транзистор 15, который открывается и удерживается в открытом .состоянии за счет обмотки положительной обратной связи трансформатора. Следовательно и,, (U- KaU,) U,, КР Я, где Ris - сопротивление резистора 18; - емкость конденсатора 19; РН - мощность нагрузки; Кр - коэффициент пропорциональности. С достаточной для практики точностью можно принять, что C/i9 f/22. Поэтому, рещив это равенство относительно t получим 1„ 1 .(о) KaU, Подставив выражение (3) в (2), определим закон, по которому изменяется частота задающего автогенератора 1 : п. 1 + RIZ Из выражения (4) следует, что с увеличением мощности нагрузки РН частота f задащего автогенератора уменьщается, что приводит к снижению мощности потерь в импульсном стабилизаторе напряжения. Правомерность такого заключения можно оказать на основе анализа составляющих поерь электроэнергии в стабилизаторе, величиа которых определяется в основном потеряи в блоке транзисторных ключей, дросселе и онденсаторе выходного фильтра. Мощность отерь в блоке транзисторных ключей пропорциональна частоте их переключения в силу увеличения времени нахождения транзисторов в активном режиме. Мощность потерь в фильтре, вызванная постоянной составляющей тока, не зависит от частоты переключения, а определяется только мощностью в нагрузке и омическим сопротивлением обмотки дросселя. Мощность потерь в фильтре от переменной составляющей тока с увеличением частоты снижается из-за уменьшения времени между импульсами и уменьшения в €вязи с этим амплитуды этой составляющей. График суммарных потерь для фиксирования значений потребляемой нагрузкой мощности в функции от частоты представляет собой вогнутую кривую, имеющую экстемум. При увеличении мощности нагрузки экстемум указанной функции сдвигается в область более низких частот переключения транзисторов.

Поэтому реализованное в предложенном устройстве снижение частоты задающего магнитно-транзисторного автогенератора по мере увеличения мощности нагрузки способствует постоянному достижению экстремального (минимально возможного) значения потерь электроэнергии в процессе регулирования напряжения, и следовательно, снижению веса автономной системы электроснабжения ограниченной мощности, особенно системы с запасом химической энергии.

Формула изобретения

Импульсный стабилизатор напряжения, содержащий соединенный последовательно с нагрузкой блок транзисторных ключей, блок диодов, дроссель и конденсатор выходного фильтра, регулирующий транзистор, управляемый датчиком напряжения, и задающий агнитно-транзисторный автогенератор, выход .которого подключен к управляющим цепям блока транзисторных ключей, отличающийся тем, что, с целью 1снижения нотерь электроэнергии при питании нагрузки от источнИКа ограниченной мощности, в нем регулируюпдий транзистор соединен последоватсло;10 с транзистором одного из плеч полумостового задающего магнитно-транзисторного автогенератора, параллельно с транзистором второго плеча этого автогенератора соединен разрядный ключ релаксационного генератора, зарядный резистор и конденсатор которого соединены последовательно и подк;1 оче;:ы к источнику питания задающего автогенератора через указанный регулирующий транзистор, при этом конденсатор релаксаци01ШОГО генератора соединен параллельно с paзpядкы ; ключом через диод и подключен к управляющему входу разрядного ключа через второй диод и выход датчика мониюсти иаГD ЗKИ.