Двухкаскадный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1979 года по МПК G05F1/56 

- , . . .

Изобретение относится к устройствам автоматического регулирования и. может быть использовано для электропитания различных электронных схем.)

Известны двухкаскадные стабилизаторы постоянного напряжения 1 j и 2.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является двухкаскадный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий оконечный линейный каскад, регулирующи транзистор которого.включен последовательно в выходную шину, а уснйитель постошшого тока, входом соединен с выходными выводами, а ваиходом - с управляющим входом регулирующего транзистора, предварительный ключевой каскад, ключевой элемент которого с ЦСД фильт ром на выходе включен последовательно с регулирующим транзистором линейного каскада, усилитель рассогласования входом соединен с выходом ЦСД фильтра,, .а шйротно-импульсный мооупятор выходом соединен с управляющим входом

ключевого элемента, а входом - с выхоДом усилителя рассогласования.

В таких стабилизаторах для уменьшения потерь на регулирующих транзисторах линейного каскада схема управления ключевым каскадом строится таким образом, чтобы среднее значение напрялсения на выходе ключевого каскада отличалось на постоянную величину от вых одного напряжения линейного каскада. Величина этой разницы определяется исходя из минимально допустимого с точки зрения линейного режима регулирующего тр эистора напряжения на выходе ключевого каскада. При динамическом изменении тока нагрузка (например, при наборе нагрузке) будет иметь место динамическое отклонение напряжения ключевого каскада, снтределяемое в общем случае импедансом контура демодулятора (фильтра) ключевого каскада.

В связи с этим правильный выбор режимов работы комбинированного стабилизатора должен производиться с учеТРМ возможного провала напряжения ключевого каскада при наборе нагрузки, т.е. входное напряжение линейного каскада должно быть увеличено на величину шгаамического отклонения напряжения. В результате этого при реализации схемы известного двухкаскадного стабилизатора при максимальной статической нагрузке будут иметь место допол fiMfenbHbie потери мощности на регулирующем элементе линейного каскада. Целью изобретения является уменьше ние потерь/мощности, а следовательно, габаритов радиаторов регулирующих тран зисторов линейного каскада. Для этого двухкаскадный стабилизато постоянного напряжения, содержащий оконечный линейный каскад, регулирующи фанзйстор которого включен последоваТеЛьно в выходную шину, а усилитель по ТбйнногОгока входом соёдин ен 6 Шходными выводами, а выходом - с управляющим входом регулирующего транзистора, предварительный ключевой каскад, ключевой элемент которого с 1СД фильтром на выходе включен последовательно с регулируюьодам транзистором линейного кйскада, усилитель рассогл;асования входом соединен с выходом ЬСД фильтра, а широтно-импульсный модулятор выходом соединен с управляющим входом ключевого элемента, а входом - с выходом усилителя рассогласования, снабжен сумматором напряжений и датчиком тока, который шслючен в выходную цепь и соединён с одним Е(ходом сумматора, другой вход которого Соединен с введенным источником опорного напряжения, а выходом - со вторым входом усилителя сигtt a рассогласования.

На чертеже препставлен стабилизатор,, принципиальная электрическая схема.

Стабилизатор состоит из линейного каскада, в ;состав которого входят регулирунэтций транзистор 1 и усилитель 2 пЬетйянного тока, и клаэчевбго каскада, is Составкоторого входят: ключевой эле- . мент (например, транзисторный) 3, демодулятор-фильтр 4, широтно-импульсный модулятор (ШИМ) 5, усилитель 6 рассогласования. На инверсный вход 7 усилителя рассогласования 6 подан сигнал обратной связи с выхода фильтра 4. На прямой вход 8 усилителя б подано ййПряжение с .выхода сумматора 9. На один вход 1О сумматора 9 подан сигнал, пропорциональный току нагрузки стабилизатора, снимаемый с датчика тока, напзисторе 1 определяется величиной напряжения на выходе сумматора 9.

. В свою очередь Ug Q ( учетом полярности), где опорное напряжение источника

13; сигнал обратной связи по току,

снимаемый с резистора 11. Следовательно, при токе нагрузки Гн О.

О; при максимальном статическом токе

Величинаи „выбирается пропорциональной максимальному динамическому отклонению выходного напряжения ключевого каскада. Схема управления ключевого каскада в составе ШИМ 5 и усилителя 6 обеспечивает регулировку напряжения на регулирующем транзисторе 1 пропорционально величине Ug .

Таким образом, при минимальном статическом токе нагрузки, т.е. ожиДании набора тока, напряжение на регулирующем транзисторе имеет максимальную величину, соответствующую значению Ug . ч выбирается из условия:

Унтах Кэ. где и г-минимальное напряжение

между коллектором и эммитером, Цри котором транзистор 1 находится в линейном режиме;

и - динамическое отклонение напАНН

ряжения ключевого каскада при максимальном ожидаемом приращении тока д1. 154 ример, на резисторе 11, причем последний включен последовательно в цепь нагрузки. На второй вход 12 сумматора подается опорное напряжение с источника 13 опорного напряжения, причем полярность напряжения на входе 12 противоположна по знаку сигналу на входе 10. Общая щина схемы управления ключевого стабилизатора 14 подключена к. выходу + стабилизатора. Имеются ключевой 15 и линейный 16 каскады. Работает стабилизатор следующим образом. Выходное напряжение стабилизатора U-gbt определяется режимом работы усилителя 2, цепь обратной связи которого подключена к выходу стабилизатора. Выходное напряжение ключевого каскада равно сумме напряжения на регупирующем транзисторе 1. С другой стороны напряжение на регулирующем транУчитывая минимальное значение тока в таком режиме, протекающего через регулирующий транзистор 1, увеличенное напряжение на нем не вызывает больших потерь мощности.С другой стороны, при максимальном статическом токе нагрузки, т.е. в ожидании сброса тока, напряжение на регулирующем транзисторе 1 имеет минимальную величинуи U(,pooTветствующую величине Ug Цопни Потери мощности на регулирующем транзисторе при максимальном токе име ют минимальное значение благодаря установке на нем минимально возможного напряжения. Таким образом, благодаря введению сумматора 9, на один из входов которого подан сигнал обратной связи по току, а на второй - опорное напряжение соответствующего знака, производится регулировка выходного напряжения ключе вого каскада, обеспечивающая минимизацию потерь на линейном каскаде при максимальном статическом токе нагрузки, а при минимальном статическом токе имеется необходимый запас по напр жению на входе линейного каскада перед динамическим набором нагрузки. Формула .изобретения Двухкаскадный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий оконечный линейный каскад, регулирующий транзистор которого включен последовательно в выходную шину, а усилитель постоянного тока входом соединен с выходными выводами, а выходом - с управляющим входом регулирующего транзистора, предварительный ключевой каскад, ключевой элемент которого сЬСД фильтром на выходе включен последовательно с регулирующим транзистором линейного каскада, усилитель рассогласования входом соединен с выходомЬСД фильтра, а широт но-импульсный модулятор выходом соединен с управляющим входом ключевого элемента, а входом - с выходом усилителя рассогласования, отличающийс я тем, что, с целью уменьщения потерь мощности на регулирующем элементе линейного каскада, стабилизатор снабжен сумматором напряжений и датчиком тока, который включен в выходную цепь и соединен с одним входом сумматора, другой вход которого соединен с введенным источником опорного напряжения, а выходом - со вторым входом усилителя сигнала рассогласования. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 457982, кл. G 05 F 1/56, 1970. 2.Авторское свидетельство СССР NO 344425, кл. G 05 F 1/56, 1970.