Непрерывно-импульсный стабилизаторпОСТОяННОгО НАпРяжЕНия Советский патент 1981 года по МПК G05F1/56 

1

Изобретение .относится к питающим устройствам, более конкретно к ста-билиэаторам постоянного напряжения, предназначенным для использования в источниках питания, в частности в электронной микроскопии, а также в радиотехнике и технике связи.

Известен непрерывно-импульсный стабилизатор напряжения, содержа дий устройство непрерывного регулирования, датчик тока, схему сравнения, триггер, регулирующий - элемент, цепь разряда, состояв1ую из последовательно соединенных дросселя и диода, парешлельно подключенную наг--, рузке и имеющей обратную связь, введенную с выхода устройства непрерывного регулирования на схему сравнения. Стабилизатор обладает большим КПД за счет уменьшения мощности теплового рассеяния в устройстве непрерывного регулирования, что обусловлено введением обратной связи 1 .

Однако реализовать в известном стабилизаторе достаточно высокий КПД без значительного увеличения питающего напряжения по сравнению с напряжением на выходе стабилизатора невозможно, в связи с чем затрудняется его использование в ис- точниках питания сверхвысоковольтных электронных микроскопов (СВЭМ).

Кроме того, при больших значениях V2 (напряжения на выходе) практически невозможно использовать в схеме стабилизатора стандартные элементы, например транзисторы, рассчитанные на гораздо меньшие напряжения, чем требуемая величина 1 2V2 (V - напряжение на входе) , (недостаточно высокий КПД этого стабилизатора обусловлен также режимом работы регулирующего элемента стабилизатора, приводящим к большим тепловым потерям на нем, что вызывает перегрев регулирующего элемента, обычно выполненного стабилизатора.

Наиболее близким к предлагаемому является непрерывно-импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий блок непрерывного регулирования, включенный последовательно с датчиком тока между выводами для подключения питающего источника и нагрузки, узел сравнения,входом соединенный с датчиком тока, а выходом - со входом узла управления 0 импульсным регулирующим элементом.

и цепь разряда, состоящую из послё довательно соединенных дросселя и диода, подключенную м&жду выводами для подсоединения нагрузки {2,

Известному стабилизатору присущи те же недостатки. Что и указанному выше.

. Цель кзобретения-повышение КПД у надежности непрерывно-импульсного стабилизатора напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемый непрерывноимпульсный стабилизатор вапряжения дополнительно содержит п-ЦепеЙ разр яда, общая точка диода и лшосселя каждой из которых, а также основной цепи разряда подключена к выходу импульсного регул1фующего элемента через дополнительно введенный диод, а число цепей п определяется соотношением

и Р

. П

4lV,-Ya)

где tp - время разряда дросселя;

t - время заряда щ осселя;

V - напряжение на входе непрерывно-импульсного стабилизатора;Vg напряжение на нагрузке.

На чертеже представлена электрическая схема стабилизатора.

Стабилизатор содержит блок 1 .непрерывного регулирования, последовательно соединенный с датчиком 2 тока, вход которого соединен с одним из выводов 3для подключения нагруз ки стабилизатора. Датчик 2 тока параллельно соединен с узлом 4 сравнения, который последовательно соединен с узлом управления в виде триггера 5, выход которого соединен с импульсным регулируклчим элементом б (выполненным на транзисторе), К выходу регулирующего элемента 6 через дополнительно введенные диоды 7 подключены цепи 8 разряда, каждая из которых состоит из последовательно соединенных дросселя 9 и диода 10. Цепи 8 разряда включены параллельно нагрузке 11, последовательно соединенной с другим выводом 3 для подключения Питающего напряжения,

Устройство работает следукяцим образом.

При подаче . напряжения на выво- ;. ды 3 непрерывно-импульсного стабилизатора начинает увеличиваться -. ток, прртекающий через датчик 2 тока и блок 1 непрерывного регулирования. Падение напряжения на датчике 2 тока также увеличивается. Напряжение с датчика 2 тока подается на узел 4 сравнения, где его величина сравнивается с эталонным напряжением (равным пороговому напряжению срабатывания триггера 5)f задаваемым в узле 4 сравнения.

При достижении на датчике 2 тока величины напряжения, равной эталонной, срабатывает триггер 5, открывающий регулирующий элемент 6. После открытия регулирующего элемента 6 через дроссели 9 цепей 8 разряда и нагрузку 11 начинает протекать ток, пропускаелмй диодами 7, ПРИ этом дроссели 9 цепей 8 разряда заряжаются и увеличивается напряжение на нагрузке 11 непрерывно-импульсного стабилизатора.

Поскольку цепи 8 разряда подключены к регулирую1чему элементу б последовательно, зарядке дросселей 9 происходит одновременно и время зарядки невелико. В этот период . диоды 10 не пропускают ток на нагрузку 11 от регулирующего элемента б. Увеличение напряжения на нагрузке 11 приводит к уменьшению тока, протекающего через блок 1 непрерывного регулирования и датчик 2 тока, вследствие чего напряжение на датчике 2 уменьшается. В момент, когда напряжение на датчике 2 тока упадет до величины, рав-ной эталонной, соответствующей.пороговому напряжению, срабатывает триггер 5, который закрывает регулирующий элемент б. При запирании регулирующего элемента б происходит разряд дросселей 9 цепей 8 разряда на нагрузку 11. Поскольку диоды 7 включены таким образом, что пропускают ;ток в этот период только через нагрузку 11, а цепи 8 разряда соединены между собой параллельно,- дроссели 9 разряжаются каждый отдельно только через нагрузку 11. В связи с тем, что последовательно разряжается каждый дроссель 9 п-цепей через нагрузку 11, время разряда дросселей 9, т.е. время закрытого состояния регулирующего элемента б, намного превьнпает время их затт раты, соответствующего времени открытого состояния регулирующего элемента б.

Так как время разряда tp и заряда i дросселей 9 прямо пропорционально постоянным времени заряда и разряда t, tp , то с увеличением П-цепей разряда постоянная времени заряда t уменьшается, а времени разряда tp увеличивается, т.е.

i-l л

п

Р

г.

iv

(2)

ольку также

tc

.Р . f

V - напряжение на вхо.це стабилизатора;Vj- напряжение на нагрузке (на

выходе стабилизатора), Ч г(3)

-t nlV/-V2Vи число цепей П будет определяться соотношением

Vi-ip ,tY4-V

Напряжение на входе Y и выходе Vj для каждого стабилизатора заданные величины и их изменение мохет щ ивеоти к потере работоспосойности или надежности источника. Поэтому, как следует из .соотношения (3) уменьшение величины 19/1р обуславли-, вающей время открытого и закрытого состояния регулирующего 6, гдполиенного на транзисторе, зависит от числа цепей п и может быть изменено без изменения величины входного напряжения.

Уменьшение времени открытого состояния регулирующего элемента (i) увеличение времени его закрытого сотояния (ip), а также уменьшение частйты срабатывания регулирующего элемента за счет увеличения времени разряда дросселе Ьр, т.е. coKpanseние общего врекюни рабочего (открытого) состояния регулируюсвего элемента приводит к значительному снижению потребляемой стабилиэлтором мощности, а, следовательно к. повьвленшо его КПД, так как средний ток, протекающий через регулирующий элемент (т.е. полезная MotqHOCTb стабилиза:тора) при этом не меняется Таким образом, изменяя количество . цепей разряда можно добиться повышения КПД стабилизатора без изменения (повышения) входного напряжения.

Кроме того, сокращение чистого времени рабочего (открытого) состояния регулирующего элемента, которы обычно выполнен на транзисторе, позволяет уменьшить тепловые потери на нем, исключить его перегрев, повысив надежность, стабилизатора.

Высокий КПД и эксплуатационная Нсщежность предлагаемого непрерывно-импульсного стабилизатора, достигаемые без пЬъышения входного напряжения, позволяют использовать его

в источнике питания электронно-оптической системы электронных микроскопов, которые отличаются сравнительно большой потребляемой мотностью (десятки кВт) и высоким выходным напряжением.

Формула изобретения

Непрерывно-импульсный стабилиза0тор постоянного напряжения, содержащий блок непрерывного регулирования, включенный последовательно с датчи ком тока между выводами для подключения питающего источника и нагрузки, узел сравнения, входом соедикекный с датчиксм тока, а выходом ,со входом узла управления импульс{а регулирующим элементом, и цепь разряда, состоящую из последовательно соединенных дросселя и диода, подклиученную между выводами для подсоединения нагрузки, о т пичаюцийся тем, что, с елью повешения КПП и надежности

с стабилизатора, он снабжен И дополянтельными цепями разряда, общая точка диода и дЕ осселя каждой из которых, а также основной цепи разряда подключена к выходу импульсного регулирующего 9 1емен т а через

соответствующий введенный диод, причем число цепей П определено COOTнсшением

.. V,tp

5

Wru,)

где tp - время разряда дросселя; t - BpeNbi заряда дросселя; f - напряжение на входе непрерывно-импульсного стабилизатора; - напряжение на нагрузке,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 308424, кл. Г, 05 F 1/56, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР 254584, кл. G 05 F 1/56, 1968.