Импульсный стабилизатор напряжения Советский патент 1979 года по МПК G05F1/56 

(54) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ Целью дополнительного изобретения является ограничение амплитуды пульсаций выходного напряжения. Поставленная цель достигается ,тем, что импульсный стабилитрон напряжения по авт. св. № 506839 снабжен управляемым формирователем напряжения, пропорционального квадрату частоты, управляющий вход которого подключен к выходу задающего магнито-транзисторного автогенератора, питающий вход - к выходным выводам, а выход к точке соединения транзистора второго плеча магнито-трапзисторного автогенератора и конденсатора релаксационного генератора. Принципиальная электрическая схема устройства изображена на чертеже. Здесь к источнику ограниченной мощ-. ности 1 через блок транзисторных ключей 2 и блок; диодов 3 подключен выходной фильтр, содержащий дроссель 4 и конденсатор 5, параллельно с кото13ЫМ соединен датчик напряжения, построенный, например , йа стабилитроне б и резисторе 7, подключенном к эмиттер-базовому переходу регулирующего транзистора 8. Транзистор 8 соединен noeJfeScsSa TenibWcr с гра нзист6р6м $ прлумостоврго задающего магнито-транзис торногр; автогенератора, содержащего, кроме транзистора 9, трансформатора 10,деЛИтелв напряжения на резисторах 11,12 и конденсаторах 13, 14 и транзистор 15, зашунтированнйй тиристором 16 релаксационного генера;тора, резистор 17. и конденсатор 18, соединенный последовательно и через регулирующий транзистор 8 подключенный к источнику питания ма нито-тракзисторного автогенератора. Управляющий вход релаксационного генератора через развязываю1цие диода 19, 20 подключен к выходу датчика мощности 21 нагрузки 22. Управляемый формирователь напряжения 2 пропорционального квадрату частоты, содержит два соединенных псэследова тёШ1Н15малШбщныхffin pa на транзисторах. 24, 25, обратных диодах 26, 27 и индуктивно-емкостных фильтрах 28, 29 и 30,31. Резистор 32 подключен параллельно к выходу фо мирователя напряжения и является для него нагрузкой. Эмиттер-базовые пере ходы транзисторов 24-й 25, заШунтиро ранные туннельными диодами 33 и 3.4, разделительные диоды 35, 36 со динены параллельно и образуют цепь управления, которая через времязадаю Щий .конденсатор 37 и параметрический стабилизатор аапряжения на резисторе 38 и стабилитроне 39 подключена к вы ходу магнйто-транзисторного автогене ратора. Цепи питания формирователя 2 подключены к в.ыходным выводам. В качестве источника питания задающего |Магнито-транзисторного автогейератор использораны встречно-последовательно соединенные выходы импульсного стабилизатора напряже(гия и формирователя 23 (конденсатор 31 и резистор 32). Стабилитрон 40, шунтирующий блок транзисторных ключей 2, и дроссель 4 фильтра обеспечивают первоначальный запуск схемы. При подключении источника 1 ко входу устройства стабилитрон --40 пробивается и к плечам магнито-транзисторного автогенератора прикладывается напряжение, величина которого определяется соотношением сопротивлений резисторов 11, 12, 32 и значением напряжения пробоя стабилитрона 40. Под действием приложенного напряжения магнито-транзисторный автогенератор запускается и, коммутируя транзисторы блока 2, увеличивает напряжение на выходе устройства до значения напряжения стабилизации Пц на нагрузке. После этого .стабилитрон 40 закрывается, так как приложенное к нему напряжение, равное разности напряжения источника и напряжения на нагрузке U становится меньще напряжения его пробоя . В становившемся режиме работы напряжение и питания магнито-транзисторНйго автогенератора согласно закону Кирхгофа определяется разностью напряжений Цц на нагрузке и Пф на выходе формирователя:. . (1) Так как напряжение питания формирователя равно, напряжению на нагруз- ке, то его выходное напряжение можно определить по выражению , 2 (2) где t , Т, tf,2 Tg - COOT в ет ставен но длительность открытого состояния и период коммутации транзисторов 24 и 25, В силу TorOf что управляющие переходы транзисторов 24, 25 подключены параллельно к выходу задающего автогенератора через общий времязадающий конденсатор 37, справедливы соотношениягде длительность открытого сос- тояния транзисторов 24, 25; Т - период изменения выходного сигнала задающего автогенератора. Длительность t постоянна на своем диапазоне изменения мощности нагрузки и определяется только параметрами используемых туннельных диодов 33, 34, ста.билитрона 39.и величиной емкости времязалающего конденсатора 37, Подбором параметров указанных элементов tri0 можно изменять в достаточно широких пределах. Слеловательно значеяио выходного напряжения Лормироватоля 23 определя ется выражением u.--u.,t:,.f-, -ф- н МФ1 (3) Н Мф где f - - частота выходного сигнала задающего магнито-траизисторного автогенератора (частота коммутации тра зисторных ключей блока 2). Подставив выражение (3) в выражение (1) получим закон, по которому в предложенном устройстве изменяется напряжение питания задающего автогенератораи-и,-и,.. Известно, что амплитуда пульсаций ли напряжения на нагрузке определяе ся величиной индуктивности L дросселя 4, емкости С конденсатора 5, частотой f коммутации транзисторных клю чей блока 2 и временем t их открыто го состояния согласно выражению О, Как в устройстве по авт. св. № 506839, так и в предлох енном устройстве отношение - определяется выражением . .R,- где Ку - коэффициент пропорционально ти , И Г значение сопротивлений рези торов 11, 12, . и - напряжение питания задающего автогенератора. Подставив выражение (6) в выражение (5) и проведя несложные преобразования, получим закон, по которому необходимо изменить напряжение пита-ния задающего автогенератора, чтобы амплитуда пульсаций напряжения на на грузке оставалась равной на всем диа пазоне изменения частоты. Uu- в1.Сй.и .

Сопоставляя требуемый с точки зрения обеспечения заданной амплитуды пульсаций напряжения на нагрузке (выражение 7) и реализованный в предложенном устройстве (выражение 4) законы изменения напряжения питания задающего автогенератора, нетрудно видеть, что,, если подбором параметров туннельных ДИ9ДОВ 33, 34, стабилитрона 39 и конденсатора 37 .обеспечить справедливость равенства

иц1 ф--еисли, (g

то в предложенном устройстве амплитуда пульсаций напряжения на нагрузке не превырит допустимой величины ди на всем диапазон.е изменения частоты переключения транзисторов блока 2,

Как следует из выражения (11) частота коммутации транзисторных ключей блока 2 с увеличением мощности нагрузки уменьшается, вызывая, как и в устройстве по авт. св. № 506839, снижение мощности потерь на силовых элементах схемы. Но при этом амплитуда пульсаций напряжения на нагрузке сохраняется на уровне допустимых значений независимо от величины потребляемой от источника мощности. Физически это объясняется тем, что при увеличёНИИ мощности нагрузки коммутации транзисторных ключей амплитуда с одной стороны уменьшается релаксационным генератором по сигналам с датчика мощности. Потребляемой нагрузкой, а с

другой стороны увеличивается за сче определяемой уровнем потребляемой нагрузкой мощности.. При этом длителг,ность открытого состояния транзисторов 24, 25 должна удовлетворять равенствуI euci -. -В устройстве по авт. св. № 506839 частота коммутации транзисторов блока 2 в зависимости от мощности нагрузки изменяется в соответствии с выражением, f.. 1. 11 12 P 17 18 H где Кр- коэффициент пропорциональнос5J. Cjg- соответственно сопротивление резистора 17 и емкость конденсатора 18; РН- мощность нагрузки. ; в нем напряжение питания U задающего магнито-транзисторного автогенератора постоянно, В результате частота его выходного сигнала оказывается обратно пропорциональной мощности нагрузки. В предложенном устройстве напряжение питания задающего магнито-тран- . зисторного автогенератора не остается постоянной, а изменяется в соответствии с выражением (4), Поэтому, .подставив выражение (4) в выражение (10), после элементарных алгебраических преобразований получим закон изменения частоты выходного сигнала задающего магнито-транзисторного автогенератора (частота коммутации транзисторов блока 2) в функции мощности нагрузки, при котором а1 гплитуда тльсаций выходного напряжения стабилитрона сохраняется неизменной на уровне допустимого значения lVRn i8ibi b2 16лСлиК., ,-VR.,P 6 дс дич.