Стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1981 года по МПК G05F1/56 

линию 6 задержки, устройства 7 и 8 сравнения, аналоговый элемент 9 памяти, вентили 10 и 11, селекторы 12 и 13 сигналов по полярности, усилители 14 и 15, расширители 16 и 17.

На фиг. 2 показаны постоянная составляющая 18 выходного напряжения стабилизатора (на шине 19) при статическом режиме работы нагрузки 3 и при отсутствии колебаний напряження на выходе выпрямителя 2, динамическое уменьшение 20 постоянной составляющей 18 выходного напряжения стабилизатора, динамическое увеличение 21 ностояииой составляющей 18 выходного напряжения стабилизатора, импульсы 22 и 23 высокой частоты следования, иротивоположной приращениям 20 и 21 напряжения полярности (неременная составляющая выходного напряжения стабилизатора), результирующие нанряжеиия 24 и 25 после компенсации приращений 20 и 21 импульсами 22 и 23, равные напряжению 18.

Стабилизатор работает следующим образом.;

В статическом режиме работы нагрузки 3 и при отсутствии прираидений выходного наиряжения выпрямителя 2 напряжение на щине 19 равно напряжению на выходе 26 аналогового элемента памяти и напряжению 18. На выходах 27 и 28 устройств 7 и 8 сравнения сигналов нет. Вентили 10 и 11 открыты. Нри динамической работе нагрузки 3 или при колебаниях выходного напряжения выпрямителя 2 возникают приращения напряження 20 и 21. Нанряженне на выходе 26 остается неизменным, так как аналоговый элемент 9 иамяти запоминает напряжение 18 на время, большее максимальной длительности динамических приращений 20 и 21. На выходе 27 появляется разностный сигнал только тогда, когда напрял ение на шине 19 меньще напряжения на выходе 26. На выходе 28 появляется разностный сигнал (противоположной полярности сигналу на выходе 27 только тогда, когда нанряжение на шине 19 больше напряжения на выходе 26. Каждый из селекторов 12 и 13 иропускает сигналы только своей полярности. Селектор 12 пропускает только сигнал, сформироваиный устройством 7 сравнения, а селектор 13 - только сигнал, сформированный устройством 8 сравнения (другой полярности). Расширители 16 и Сформируют импульсы с длительностью, большей длительности сигналов на выходе усилителей 14 и 15. При приходе сигнала с выхода 27 в усилительный элемент 4 (на его уиравляющий вход 29) последний так воздействует на регулирующий элемент 1, что напряжение на шине 19 повышается (регулирующий элемеит 1 приоткрывается). С приходом сигнала с выхода 28 (другой нолярности) в уси.чительный элемент 4 носледний так воздействует на регулирующий элемент 1, что напряжение на шине 19 снижается (регулирующий элемент 1 прикрывается). Сигнал с выхода 27, пройдя через открыты. вентиль 10 и преобразовавшись в устройствах

12, 14 и 16 в импульс, закрывает вентиль 11. После задержки в линии 6 сигнал с выхода 27 поступает на управляющий вход 29 усилительного элемента 4. В результате нанряженне на шине 19 перестает быть

меньше напряжения па выходе 26. Сигнал на выходе 27 прек)ащается, а на управляющем входе 29 усилительного элемента 4 сигнал прекращается только через время, равное длительности задержки в линии 6.

Все это время, пока присутствует сигнал на управляющем входе 29, напряжение на шине 19 больше напряжения на выходе 26, поэтому сигнала на выходе 27 нет. Таким образом, иа шине 19 образуется импульс

22 напряжения с амплитудой, в два раза большей величины 20 уменьшения иапряжения в Л1есте образования этого импульса (амплитуда этого имнульса определяется коэффициентом усиления усиленного элемента 4 н величиной 20 уменьшения иапряжения в месте образования импульса).

Как только сигнал на управляющем входе 29 прекращается, напряжение на шине 19 достигает уровня наиряження, вызванного уменьшением 20. На шине 27 снова появляется сигнал. И так нродолжается в течение всего уменьшения 20 напряжения. В результате уменьшение 20 напряжения модулируется имиульсами 22 высокой частоты следования, противоположной уменьшепню 20 напряжения полярности. Это частота определяется длптельностью задержки в линии 6. Все время, иока существует уменьшение 20 напряжения, вентиль 11 закрыт, нотому что на управляющем входе вентиля 11 в течение всего уменьшения 20 напряжения присутствует импульс, закрывающий этот вентиль (высокочастотные импульсы 22 сливаются в расширителе 16 в

единый сплошной импульс, но длительности равный длительности уменьшения 20), а вентиль 10 открыт. Вентиль 11 открывается только тогда, когда заканчивается уменьшение 20 напряжения, т. е. когда прекращается модуляция высокочастотными импульсами 22.

Вентиль 10 закр151вается, когда начинается увеличение 21 напряжения. Увеличение 21 напряжения модулируется импульсами

23 высокой частоты следования, противоположной увеличению 21 напряжения нолярности. Работа этого канала аналогична рассмотренному каналу. Такое управление вентилями 10 и 11 препятствует самогенерацнн стабилизатора. Таким образом, импульсы 22 и 23 нолностью компенсируют приращеиия 20 и 21 напряжеиня. Вершины этих импульсов симметрично напряжению 18 повторяют форму приращений 20 и 21

напряжения. Так как генерация импульсов

высокой частоты следования происходит только во время приращений напряжения, то в выходном напряжении уровень высокочастотных колебаний незначительный. Импульсы 22 и 23 высокой частоты следоваНИН сглаживаются низкочастотными транзисторами нагрузки 3, а также RC-фильтрами или диодно-конденсаторными фильтрами ее каскадов. Поэтому выходное напряжение стабилизатора представляется для каскадов низкочастотной нагрузки 3 результирующими напряжениями 24 и 25, равными напряжению 18.

Следовательно, при открытии транзистора мощного каскада нагрузки 3 помехи по питанию в ее высокочувствительные каскады не наводятся. При статическом изменении напряжения на шине 19 (т. е. при изменении напряжения на длительное время), например, вследствие изменения температуры или подключения дополнительной нагрузки, напряжение на выходе 26 со временем изменяется, приближаясь к напряжению на щине 19 (например, в качестве элемента 9 служит интегрирующий конденсатор).

Предлагаемый стабилизатор напряжения практически полностью компенсирует динамические приращения напряжения, его динамическое внутреннее сопротивление равно нулю, а коэффициент стабилизации равен бесконечности. Возможность этого доказывается тем фактом, что в предлагаемом стабилизаторе можно сделать отрицательным динамическое внутреннее сопротивление и перекомпенсировать приращения напряжения, т. е. на месте уменьшения постоянной составляющей 18 выходного напряжения можно сделать увеличение результирующего напряжения 24, а на месте увеличеВИЯ - уменьшение (нагрузка потребляет больший ток, а выходное результирующее напряжение не уменьщается, а наоборот увеличивается). Степень компенсации приращений зависит от коэффициента усилеНИН элемента 4. При отрицательном динамическом внутреннем сопротивлении самогенерации стабилизатора не происходит, так как амплитуда компенсирующих импульсов зависит от величины приращений постоянной составляющей выходного напряжения, для которой динамическое внутреннее сопротивление стабилизатора положительно. Отрицательным динамическое внутреннее сопротивление становится за счет переменной составляющей.

Использование предлагаемого стабилизатора представляется следующим образом.

Каждый каскад низкочастотной нагрузки, как высокочувствительной, так и мощный, соединен своей парой проводов питания с выходом стабилизатора. Непосредственно у выхода стабилизатора на каждой паре проводов установлен RC-фильтр или диодноконденсаторный фильтр. Такое включение нагрузки полиостью исключает любые наводкп по питанию из одного каскада в другой и уменьшает уровень электромагнитных излучений, вызванных высокочастотной составляющей выходного напряжения стабилизатора (фильтры сглаживают высокочастотную составляющую непосредственно у стабилизатора).

Возможны и другие варианты использования предлагаемого стабилизатора.

Стабилизатор найдет широкое применение в точном приборостроении.

Формула изобретения

Стабилизатор постоянного напряжения, содерл ащий регулирующий элемент, включенный в одну из силовых шин и управляющим входом подключенный к выходу усилителя рассогласования, к одному из входов которого подключен источник опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения пульсаций выходного напряжения и динамического внутреннего сопротивления, в него введены аналоговый элемент памяти, линия задержки, устройства сравнения, вентили и управляющие цепочки из последовательно соединенных селектора полярности, усилителя и расширителя, причем один из входов обоих упомянутых устройств сравнения подключен к выходу регулирующего элемента непосредственно, а другой - через упомянутый аналоговый элемент памяти, выход каждого из устройств сравнения через собственный вентиль подключен к входу упомянутой линип задержки, выход которой соединен со вторым входом усилителя рассогласования, выход каждого из вентилей подключен также к входу соответствующей управляющей цепочки, выход каждой из которых соединен с управляющим входом противоположного вентиля.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Белопольскпй И. И. Р1сточники питания радиоустройств. М., «Энергия, 1971, с. 235-239.

2.Карпов В. И. Полупроводниковые стабилизаторы напряжения и тока. М., «Энергия, 1967, с. 41, рпс. 23, 24.

П

,

20

UJ

21