Импульсный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1979 года по МПК G05F1/58 

Изобретение относится к электропитающим устройства; радиотехнической и электротехнической промышленности , к автоматике и измерительной технике. Известны импульсные стабилизаторы постоянного напряжен;..- 1 и 2 Наиболее близким TexHH4ecKHN5 реше нием к изобретению является импульсный стабилизаторпостоянного напряже ния, содержащий последовательный регу лирующий транзистор,соединенный эмит тером с минусовой входной клеьв ой, выходной ДЬС-фильтр, вход которого соединен с коллектором последователь ного регулирующего транзистора, а выход - с выходны к клег.4мами, блок управ., выход которого соединен с базой последовательного регулирующего транзистора, а вход - с выходными кле№/1ами, трсиизистор защиты, ко лектор, которого соединен с выходом блока упрахгпения. В известном стабилизаторе ,не осуществляется непрерывный контроль выходного тока. Кроме того КПД стабили затора снижается из-за включения реэистивного датчика тока в шину между входной клеммой стабилизатора и эмиттером регулирующего транзистора. Потери прямо пропорциональны величинам тока нагрузки и резистивного датчика. Уменьшение величины резистивного датчика тока ограничено видами входной характеристики транзистора защиты, его усилительными свойствами и величиной динамического диапазона изменения тока нагрузки. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей стабилизатора путем обеспечения контроля выходного тока и повышение КПД. Это достигается тем, что импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий последовательный регулирующий транзистор, соединенный эмиттером с минусовой входной клеммой, выходной ДЬСфильтр, вход которого соединен-с коллектором последовательного регулирующего транзистора, а выход - с выходными клеммами, блок управления, выход которого соединен с базой последовательного регулирующего транзистора, а вход - с выходными клеммами, транзистор защиты, коллектор которого соединен с выхсяом блока управления, снабжен дополнительным ДЬС-фильтром, пороговым элементом и ключевым транзисторен, причем база транзистора защиты соединена с выхсдом порогового элемента, а эмиттер - с эмиттерсж последовательного регулирующего транзистора, выход дополнительного ДЬС-фильтра соединен с введенной дополнительной выходной клеммой и общей плюсовой щиной, а также со входом порогового элемента, вход дополнительного ДЬС-фильтра соединен с коллектором ключевого транзистора, эмиттер которого соединен с минусовой входной клеммой, а база транзистора через последователь ную цепь из введенных первого резистора и параллельно включенных конден сатора и второго резистора соединена с первым выводом введенной вторич ной обмотки выходного ДЬС-фильтра, . а эмиттер - со вторым выводом указанной обмотки. На фиг.Д представлена при нципиальная электрическая схема устройства, на фиг. 2 - графики тока дросселя выходного ДЬС-фильтра;на фиг. 3 ,схема варианта порогового элемента. Стабилизатор постоянного напряжения содержит последовательный регулирующий транзистор 1, соединенный эмиттером с минусовой входной клеммой, выходной ДЬС-фильтр из диода 2, дросселя 3 и конденсатора 4. База последовательного регулирующего тран зистора через резистор 5 соединена с общей шиной и коллектором 6 транзистора защиты, база которого соединена с выходом порогового элемента 7, а эмиттер- с эмиттером последовательно го регулирующего транзистора 1 Коллектор транзистора 6 защитысоединен с входом блока 8 управления. Стабили затор также содержит ключевой транзи тор 9, дополнительный ДЬС-фильтр с диодом 10, дросселем 11 и конденсатором 12, причем выход дополнительного ДЬС-фильтра соединен с дополни тельной выходной клеммой, база ключевого транзистора 9 через последов тельную цепь из введенных параллель но соединенных конденсатора 13 и первого резистора 14 и введенного вт рого резистора 15 соединена с первь выводом .введенной вторичной обмотки дросселя 3 выходного ДЬС-фильтра, Кроме того, переход эмиттер - база ключевого транзистора зашунтирован диодом-16,Стабилизатор работает следующим образом Скважность работы последовательного ре улирующего транзистора 1 за дается блоком 8 управления, При отклонении напряжения о номинал ного блок управления так изменяет скважность работы транзистора 1, чт напряжение U-g j остается равным номи нальному, . На фиг. 2, а изображен вид выход ного напряжения блока 8 управления для разных величин входного напряже ия и зх Уровни показаны условно: трицательный уровень соответствует тпертому состоянию транзистора 1, оложительный - запертому состоянию ранзистора 1. На фиг. 2/6 изображены графики тоов дросселя 3 выходного ДЬС-фильта для разных токов нагрузки 1щ и 1 Н2 и входного напряжения. Здесь С ртнос ительное время, равное t-f/w , где лл - частота выходного сигнала блока управления. Можно записать выражение: , ВЫХ- 2ГГ .(j гд выи, выходной ток импульсного стабилизатора; t - интервал времени, в течение которого ток в дросселе 3 спадает от своего максимального значения до нуля; г - активное сопротивление первичной обмотки дросселя 3; 7b-T-f-где ь - индуктивность первичной обмотки дросселя 3. Напряжение на первичной обмотке дросселя 3 передается во вторичную обмотку и через резистор 15 и параллельную цепь из конденсатора 13 и резистора 14 прикладывается к переходу база -эмиттер ключевого транзистора 9. В интервале времени, когда транзистор 1 отперт, напряжение на вторичной обмотке дросселя 3 будет такой полярности, что ключевой транзистор 9 оказывается запертым. Число витков вторичной обмотки дросселя 3 выбирают из такого расчета, что транзистор 9 оказывается надежно запертым во всем диапазоне изменения входного напряжения. Диоц 16 ограничивает величину обратного напряжения, прикладываемого к переходу базаэмиттер. В интервале tr напряжение На вторичной обмотке дросселя 3 будет такой полярности, что транзистор 9 окажется отпертым и напряже- )5иеив будет подано на вход дополнительного ДЬС-фильтра. Величина резистора 15 выбирается из такого условия, чтобы обеспечить отпертое состояние транзистора 9 во всем диапазоне значений Uj, Цепочка из конденсатора 13 и резистора 14 предназначена для надежного поддержания в запертом состоянии транзистора 9 в интервале (Э -t) . Поскольку периоды работы транзисторов 1 и 9 равны между собой, то Овых.доп.определяется следующим образом: JвыvAon:- вx (2)

Сопоставив выражения (1) и (2) , можно записать -, ... 1 вых: вь х.Аоа 2гт, Для конкретного устройства величи ны t иГ, постоянны. Обозначив перепишем вы ражение (3), как выК выхлоп. Таким образом, выходной ток зых. устройства пропорционален напряжению Ug, ДР., которое используется для непрерывного контроля вых/ (Напряжение подается навход порогового элемента. Пороговый элемент, изображенный на фиг. 3, состоит из транзистора 17 МОП-структуры с индукционным каналом и резисторов 18, 19 и 20. Когда ток Зщ,, превышает заданный уровень, ток стока транзистора 17 достигает значения, при котором транзистор 6 защиты отпирается и шунтирует переход база-эмитте транзистора 1 и, следовательно, последний запирается. Потенциометром 18 можно менять порог срабатывания порогового элемента, Коэффициент К из выражения (4) можно определить экспе риментально - при торировке устройст ва. Устранение резистора из шины между входной клеммой устройства и эмит тером последовательного регулирующего транзистора, а также введение дополнительных ключевого транзистора и сглаживающего Д1.С-фильтра, причем управление ключевого транзистора осу ществляется от дополнительно введенной вторичной обмотки дросселя выход ного ДЬС-фильтра, выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, так как становится возможно осуществление непрерывного контроля выходного тока стабилизатора и повышение КПД устройства. В результате будут существеннорасширена область пр менения импульсного стабилизатора и устранена необходимость в разработке специальных устройств, аналогичных по достигаемым эффектам предлагаемому, что дает экономию в народном хозяйстве . Формула изобретения Импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий последовательный регулирующий транзистор, соединенный эмиттером с минусовой входной клеммой, выходной ДЬС-фильтр, вход которого соединен с коллектором последовательного регулируквдего транзистора , а выход - с выходными . клеммами, блок управления, выхсд которого соединен с базой последовательного регулирукхдего транзистора, а вход - с выходными клеммами, транзистор защиты, коллектор которого соединен с выходом блока управления, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей стабилизатора путем обеспечения контроля выходного тока и повышения КПД, он снабжен дополнительным ДЬС-фильтром, пороговым элементом и ключевым транзистором, причем база транзистора защиты соединена с выходом порогового элемента, а эмиттер - с эмиттером последовательного регулирующего транзистора, выход дополнительного Д1С-фильтра соединен |Ь введенной дополнительной выходной Клеммой и общей плюсовой шиной, а также со входом порогового элемента вход дополнительного ДЬС-фильтра соединен с коллектором ключевого транзистора, эмиттер которого соединен с минусовой входной клеммой, а база транзистора через последовательную цепь из введенных первого резистора и параллельно включенных конденсатора и второго резистора соединена с первьм выводом введенной вторичяой обмотки выходного ДЬС-фильтра, а эмиттер - со вторым выводом указанной обмотки. Источнкии информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 435511, кл. G 05 F-1/56, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 05 F 1/58, 1975.

-0%

ff

былдт

v«f

-0-orv-wv. Ля

w

I

Iff

,а

0V/

Фиг

Чцу