Стабилизатор напряжения постоянного тока Советский патент 1979 года по МПК G05F1/56 

(54) СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

I

Изобретение.относится к области электротехники и может быть использовано в цепях питания различной радиотехнической аппаратуры.

Известны стабилизаторы, напряжения постоянного тока l, 2 .

Первое из известных устройств содержит трансформатор, основной выпрямитель вольтодобавочный выпрямитель и блок для управления.

Второе из известных устройств, являющееся наиболее близким техническим решением к данному изобретению, содержи:т регулирующий орган, вход которого подключен к дополнительному источнику напряжения, а управляютгщй вывод - к выходу блока управления, входом подключенного к выходным выводам, вольтодобавочный трансформатор, к одной из вторичных обмоток которого подключен первый выпрямитель с фильтром, второй выпрямитель, первый вход которого подключен к одному из выводов второй вторичной обмот ки вольтодобавочного трансформатора, а

периый выход соединен с первым выводом цепочки из двух резисторов, конденсатор и резистор.

Недостатком известных устройств является низкое быстродействие стабилизатора при скачкообразных изменениях входного напряжения и тока нагрузки.

Целью изобретения является повышение быстродействия стабилизатора при скачкообразных изменениях входного напряжения и тока нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в известном стабилизаторе напряжения постоянного тока второй вход второго выпрямителя подключен к другому ы 1воду второй вторичной обмотки вольтодобавочного трансформатора непосредственно а второй выход этого выпрямителя соединен с общей шиной и с первой обкладкой конденсатора, вторая обкладка которого подключена к точке соединения двух резисторов указанной цепочки, второй вывод которой подключен ко входу блока управления, куда также подключен анод - 36 дополнительно введенного стабилитрона, катод которого через резистор подключе к Еосодному выводу. На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого стабилизатора; на фиг. 2-кривые, показывающие изменения выходного напряжения стабилизатора при отсутствии дополнительного выпрямителя (кривая а) и при его наличии (кривая б). Стабилизатор содержит регулирующий орган Ij посредством которого изменяется величина напряжения на входе трансформатора вольтдобавки 2. Напряжение вольтдобавки выпрямляется двухполупери одным выпрямителем 3, состояшдам из Еьшрямительных диодов 4 и фильтра 5,6 Управление регулирующим органом 1 осу ществляется блоком управления, собранном на транзисторе 7 и стабилитроне 8. Резистор 9 ограничивает напряжение в иепи питания стабилитрона. Резисторы 10 и 11 образуют базовы делитель, посредством которого выбирает ся рабочая точка стабилизатора. Выпрямитель 12-дополнительный, который через RC-фильтр 13, 14 и резистор 15 подключен к базе транзистора блока управления. Резистор 16 и стабилитрон 17 являются делителем напрззжения, через которые входная клемма источника постоянно го тока подключена также к базе транзис тора блока управления. Резистор 18 условно обозначает вкод ное сопротивление источника постоянного тока, а резистор 19 - эквивалентную наг рузку стабилизатора. Устройство работает следующим образом. Измерительно-усилительный орган реа гирует на увеличение или уменьшение нап ряжения на выходе стабилизатора путем сравнения части выходного напряжения, которое снимается с резистора Ю и подается в базу транзистора 7, с опорным напряжением на стабилитроне 8 и сигнал рассогласования передает на регулирующий орган; который, соответственно, умень шает Ллн увеличивает напряжение на вход трансформатора 2 вольтдобавки, тем самым поддерж 1вая выходное напряжение стабилизатора с задашюй точностью. При резких скачках напряжения питаю щей сети или тока нагрузки, процесс воо станОвления выходного напряжения стабилизатора носит характер затухающих колебаний. 74 Рассмотрим процесс восстановления напряжения на выходе стабилизатора при скачкообразном изменении входного напряжения как при отсутствии дополнительного выпрямителя 12, так и при его наличии. При этом, для простоты графических построений будем считать, что процесс восстановления напряжения на выходе завершается за одно колебание. Пусть в какой-то момент времени -t (фиг, 2) имеет место скачкообразное возрастание напряжения на выходе источника переменного тока. При этом на выходе выпрямителя 4 вольтдобавки будет иметь место бросок напряжения д и,вызванный указанными выше изменениями. Учитывая наличие конденсатора 6 фильтра, напряжение на выходе стабилизатора будет увеличиваться по экспоненциальному акону, стремясь возрасти на величину AU . Одновременно будет подзакрывать ся транзистор 7 и воздействовать на регулирующий орган таким образом, что на нем будет увеличиваться падение напряжения и возрастание напряжения на выходе стабилизатора отклонится от экспоненциального закона и, достигнув величины ли{ (кривая а) с некоторого момента t-j начнет уменьшаться, принимая с заданной точностью первоначальное значение. При этом на регулирующем органе падение напряжения возрастет на величину ди4 (кривая в), необходимую для компенсации увеличения входного напряжения, При наличии дополнительного выпрямителя 12, одновременно с наличием поло жительного броска напряжения на выходе выпрямителя 4 вольтдобавки, будет иметь место бросок напряжения ЛUg (кривая д) на выходе дополнительного выпрямителя. При этом; в связи с тем, что постоянная времени фильтра 13, 14 дополнительного выпрямителя меньше постоянной времени фильтра 5,6, то конденсатор 14 фильтра успевает зарядиться, практически, до полной величины броска. Поэтому на вход блока управления подается регулирующее воздействие до того, как произошло сколько-нибудь существенное изменение напряжения на выходе стабилизатора (опережающее регулирующее воздействие). Таким образом, на вход блока управ ления подается два регулирующих воз-, действия (с выхода стабилизатора и с выхода дополни-гельного выпрямиуеля 12), суммарное действие которых резко повышает крутизну регулирования, В резул тате напряжение на выходе стабилизатора успевает измениться на величину AU|j (кривая б), значительно меньшую: дО и время восстановления первоначального значения выходного напряжения уменьшается на величину At |. При скачкообразном уменьшении напряжетшя на выходе источника переменного тока (момент времени t ) процесс восстановления напряжения на выходе стабилизатора происходит аналогично вышеописанному, с той лишь разницей, что в результате отработки падение напряжения на регулирующем органе уменьшает ся на величину А U (кривая в и г), необходимую для компенсации изменения входного напряжения. При этом выброс напряжения при наличии дополнительного выпрямителя Д U будет значительно меньше выброса ди2 без дополнительного выпр5Пу1ителя, а время восстановления с дополнительным выпрямителем уменьшается на величину u-tj При скачкообразном изменении напряжения на выходе источника постоянного тока процесс восстановления напряжения на выходе стабилизатора происходит аналогично вышеописанному, с той лишь раз ницей, что дополнительное регулирующее воздействие на вход блока управления подается через делитель напряжения, сос тоящий из резистора 16 и стабилитрона 17. Стабилитрон, в данном случае, улучшает передачу броска напряжения на вход блока управления. При резких изменениях тока нагрузки процесс восстановления напряжения на выходе стабилизатора также происходит аналогично вышеописанному, так как при этом происходит скачкообразное падение напряжения на выходном сопротивлении источника постоянного тока и на выходном сопротивлении и регулирующем органе по цепи переменного тока. Таким образом, при наличии дополнительного выпрямителя 12 и делителя напряжения, состоящего из резистора 16 и стабилитрона 17, значительно уменьшается как амплитуда выброса так и время восстановления напряжения на выходе стабилизатора, т. е. увеличивается быстр действие стабилизатора. Величина дополнительного -(опережающего) воздействия определяется необходимой коррекцией выходного напряжения стабилизатора в части быстродействия. Как было сказано выше, для простоты графических построений было принято, чт процесс восстановления выходного напряжения стабилизатора завершается за одно колебание. В реальном стабилизаторе указанный процесс носит аппериодический характер. При этом, при наличии дополнительного выпрямителя 12 и делителя напряжения 16, 17, уменьшается амплитуда не только первого, но и всех последующих колебаний, что, в конечном счете, приводит .к уменьшению количества колебаний и дает еще больший эффект в части быстродействия стабилизатора. Формула изобретения Стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий регулирующий орган, вход которого подключен к дополнительному источнику напряжения, а управляющий вывод - к выходу блока управления, входом подключенного к выходным выводам, вольтодоба вочный трансформатор, к одной из вторичных обмоток которого подключен первый выпрямитель с фильтром, второй выпрямитель, первый вход которого подключен к одному из выводов второй вторичной обмотки вопьтодобавочного трансформатора, а первый выход соединен с пер вым выводом цепочки из двух резисторов, конденсатор и резистор, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повьпиения быстродействия стабилизатора при скачкообразных изменениях входного напряжения и тока нагрузки, в нем второй вход второго выпрямителя подключен к другому выводу второй вторичной обмотки вольтодобавочного трансформатора непосредственно, а второй выход этого выпрямителя соединен с общей шиной и с первой обкладкой конденсатора, вторая обкладка которого подключена к точйе соединения двух резисторов указанной ивпочки, второй вывод которой подключен ко входу блока управления, куда также подключен анод дополнительно введенного стабилитрона, катод которого через резистор подключен к входному выводу. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Грейвер Е. С. Ключевые стабилизаторы постоянного напряжения, М., Связь, 1970, с. 127. 2.Авторское свидетельство СССР № 335681, кл. Q О5 F 1/56,1970.