Импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока Советский патент 1980 года по МПК G05F1/46 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к импульсным стабилизаторам постоянного напряжения. Такие стаби.пизаторы находят широкое применение для питания различной электронной аппаратуры автоматики, телемеханики и информационно-измерительной техники. Известен импульсный стабилизатор (ИС), в котором в качестве широтноимпульсного модулятора (ШИМ) исполь зуется различные модификации несимметричного магнитного мультивибратора. МагнитньЯ мультивибратор обла дает достаточной-мощностью для непосредственного управления ключев транзистором силового каскада, кроме того, при использовании магнитно го мультивибратора не возникает зат руднений в согласовании управляющих и силовых цепей и не требуется дополнительный источник запирающего напряжения для силового транзистора ИС с ШИМ на базе магнитного мультивибратора иск.пючительно просты и обладают высокой надежностью 1. Наиболее близким техническим решением к изобретению является импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий регулирующий транзистор, включенный между входной клеммой и входом ЬСД-фильтра, выход которого соединен с выхоъдными клеммами, магнитный мультивибратор, выходная обмотка трансформатора которого через диод подключена к переходу база-эмиттер регулирующего транзистора, дополнительный транзистор, эмиттером соединен со входом ЬСД-фильтра, коллектором через первую обмотку трансформатора мультивибратора и источник управляющего напряжения - с общей шиной, а базой через вторую обмотку трансформатора мультивибратора и резистор - со входом ЬСД-фильтра (2}. Недостатком известного устройства является сложность и большая масса фильтра, что увеличивает габариты стабилизатора. Цель изобретения - уменьшение массы габаритов стабилизатсфа. Поставленная цель достигается тем, что в импульсном стабилизаторе напряжения постоянного тока база дополнительного транзистора через резистор и введенный вариконд с прямоvгoльнoй петлей гистерезиса подк.гаочена к общей шине, параллельно вариконду через резистор и диод подключена введенная дополнительная обмотка трансформатора магнитного мультивибратора, в цепь второй обмотки трансформатора мультивибратора включен первый введенный диод, анод которого соединен со входом фильтра, а к базе дополнительного транзистора подключен анод второго введенного диода, катод которого соединен с эмиттером указанного транзистора.

На фиг, 1 приведена схема предлагаемого стабилизатора; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие работу схемы.

Стабилизатор содержит регулирующий транзистор 1, включенный между входной и входом 1;СД-Фильтра на диоде 2,дросселе 3 и конденсаторе 4, трансформатор 5 магнитного -мультивибратора, дополнительный транзистор б, зашунтированный диодом 7, источник управляющего напряжения 8, один вывод которого подключен к общей цмне, а другой - к первой обмотке

9трансформатора 5, база дополнительного транзистора б через вариконд

10и резистор 11 подключена к общейшине, параллельно вариконду 10 через диод 12 и резистор 13 подключена дополнительная обмотка 14 трансформатора 5, вторая обмотка 15 которого через диод 16 и резистор 17 подключена ко. входу ЬСД-фильтра, диод 18 шунтирующий база-эмиттерный переход дополнительного транзистора б, выходная oб даткa 19 трансформатора 5 одним выводом через диод 20 подключена к эмиттеру регулирующего транзистора, а через резистор смещения 21 к общей шине, нагрузку 22.

Работает схема следующим образом. При подключении ИС к источнику питания Jf, транзистор 1 через резистор смещения 21 отпирается. При этом через переход эмиттер-база транзистора б и резистор 11 от источника Un начинает протекать ток заряда вариконда 10, и транзистор б также отпирается. Параметры цепи зареда вариконда выбираются так, чтобы при этом обеспечивался режим насыщения транзистора б. К обмотке 9 трансформатора 5 прикладывается разность напряжения Un и источника управляющего напряжения U. Полярности напря-жений, наведенных при этом на обмотках 14, 15 и 19таковы, что соответственно диоды 12, 16 и 20 заперты. При достижении зарядом (д) вариконда значения насыщения (д) ток;,заряда начинает резко уменьшаться, и тирис: тор б выходит из насьнцения. Это приводит к падению напряжения на обмотке 9, а следовательно, и на остальных обмотках трансформатора 5, в ссоду из насыщения транзистора 1, дальнейшему падению напряжения на обмотке 9 и т.д. Развивается лавинообразный

процесс запирания транзистора 1. После этого замыкающий диод 2 отпирается током дросселя 3 и через зто диод и диод 7 к обмотке 9 прикладывается напряжение U,- Транзисторы 1 и б поддерживаются запертыми напржениями на обмотках 19 и 15. Вариконд 10 через диод 12 и резистор 13 перезаряжается напряжением на обмотке 14. При достижении зарядом вариконда значения gg ток перезаряда становится равным нулю, а состояние всей схемы не изменяется. При насыщении сердечника трансформатора 5 запирающие напряжения на обмотках 19 и 15 резко уменьшаются, транзисторы 1 и б начинают отпираться, напряжение на обмотке 9 под действие напряжения начинает падать, что приводит к дальнейшему отпиранию транзисторов 1 и б, которое происходит лавинообразно. В результате транзисторы 1 и б входят в режим насыщения, вариконд перезаряжается напряжением Uf,, а к обмотке 9 приложена разность напряжений tin и и. Далее весь процесс повторяется с периодом Т.

Процесс перезаряда вариконда в течение интервала открытого состояния транзисторов 1 и 6 (интервал t) выражается уравнением

A4-|yi, (1)

где дд - изменение заряда; - ток заруада, а время отсчитывается от начйла интервала t.

Бели учесть, что в течение t. изменение g в квази-установившемся режиме происходит от -д„ до -fgc (т.е. дд 2д), ток заряда при УП -Б (Б напряжение на вариконде) определяется выражением

Un R

(2)

И

где R-J - сопротивление резистора 11, то из выражений (1) и (2) получим

t,

2q,g- JUndi. (3) о о о .В течение интервала закрытого состояния транзисторов 1 ИГб (интервал t), как указывалось, вариконд перезаряжается напряжением на обмотк 14. Для нормальной работы схемы необходимо, чтобы время перезаряда вариколда было меньше минимально возможной длительности интервала что обеспечивается выбором сопротивления резистора 13 и напряжения на обмотке 14.

Временные диаграммы перезаряда вариконда g(t) и ii(t) при и„ const и и,. const показаны на фиг, 2, а, м,б. ИндукЦия в сердечнике трансформ тора 5 в течение интервала изменяе по закону .«3t где Bg - значение индукции насыщения, достигаемого в конце интервала ta; W и Q - число витков обмотки 9 и площадь поперечного сечения серд ника трансформатора 5. В конце интервала t индукция в сердечнике равна В,,, тогда согласн вьфажению (4) V o vfe-I VUvl t- (5) Для нормальной работы схемы тре буется,чтобы индукцияВ, в течение не достигала значения - Вд, что обеспечивается выбором соответствую щих значений W и Q. В интервале t индукция изменяе по закону mJ (6)

и при . yj

Временные диаграммы изменения напряжения VW на обмотке и индукции В приведены на фиг. 2, в, г. ; Из выражений (5) и (7) получаем

J (Up-U )dt--J , (8)

о о

откуда

tiт

ru,dt,(9)

среднее значение выходного напряжения ИС равно

-, V

- Bbix-T JUnd - Jo, (10)

где ди, - падение напряжения на элементах силового каскада.

Тогда из уравнений (9) и (10) получаем

т ШУ.- т .u,

о (11)

т.е. среднее значение выходного на пряжения определяется средним значетК

dtД,.

(14)

5

из уравнений (13) и

(14) получаем

.

Т

и„

Напряжение U, равно либо UQ ,либо, согласно (II), примерно равно напряжению и, которое постоянно, поэтому период Т также в процессе работы ИС остается постоянным.

Из приведенных выражений видно, что, как и в известных ИС с ШИМ на базе несимметричного магнитного мультивибратора, в рассмотренном ИС выходное напряжение не зависит от изменения входного 1 апряжения, и осуществляется параметрическая стабилизация Овыц по Un Однако, в отличие от известных, в предлагаемом ИС период модуляции в процессе регулирования остается постоянным. Это позволяет существенно уменьшить параметры L- и С-фильтра, а следовательно, сократить вес и габариты фильтра.

60

Формула изобретения

Импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий регулирующий транзистор, включенный 65 между входной клеммой и входом нием напряжения управления. Если U« Нравно опорному напряжению Uon / то иь,-и „-лио. И мы имеет параметрический ЙС. Если Uy зависит от отклонения вцг ходного напряжения от опорного напряжения, например, определяется выражением. (12) где К - коэффициент усиления контура обратной связи, то из выражения (11) и (12) можно получить .. . 15 ли« вых K-ti 1ГГТ или при к 1 ftto,on K+t т.е. за счет действия контура отрицательной обратной связи уменьшается нестабильность, вызванная величиной л VQ. Определим период модуляции Т. Из выражений (3) и (9) имеем 2tv (13) S R о Учитывая, что