Ключевой стабилизатор напряжения постоянного тока Советский патент 1981 года по МПК G05F1/56 

(54) КЛЮЧЕВОЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО Изобретение относится к области эле тротехники и предназначено для преобразования переменного напряжения в стабилизированное постоянное. Изоб ретение может быть использовано в системах питания сильноточных потребителей постоянного тока низкого напряжения. Известен стабилизированный источник низких напряжений, который можно использовать для питания сильноточных потребителей постоянного, тока низкого напряжения 1. Однако данно устройство сложно по конструкции, имеет небольшой предел регулировки выходного напряжения и низкую надежность из-за большого количества элементов . Известны также стабилизаторы напряжения, которые более просты по конструкции , однако в этих уст ройствах при больших токах нагрузки малых напряжениях происходит большое Псщение напряжения на диодах моста что приводит к чрезмерному нагреву последних и выходу их из строя. Отсю да и низкий КПД и малая надежность, Наиболее близким техническим решением к изобретению является ключеТОКАвой стабилизатор напряжения постоян- ного тока, содержащий тиристорный регулирующий элемент, выпрямитель, сглаживающий фильтр, импульсный генератор на однопереходном транзисторе, эмиттер которого подключен к средней точке времязадающей цепи, состоящей из резистора и конденсатора, вывод которого через резистор подключен к первой базе однопереходного транзистора, и через другой резистор - к коллектору усилительного транзистора схемы сравнения Этот транзистор, шунтируя конденсатор, управляет скоростью его заряда и разряда, изменяет момент включения однопереходного транзистора. Второй вывод резистора времязадакицей цепи подключен к катоду первого стабилитрона непосредственно и через третий резистор к второй базе однопереходного транзистора, первая база которого подключена к управляющим входам тиристорного регулирующего элемента. Первый стабилитрон установлен на выходе выпрямителя, питающего импульсный генератор. Эмиттер усилительного транзистора через встречно включенный второй стабилитрон и резистор подключен- к выходу сг.паживающего

фильтра, а база - к резистивному делителю схемы сравнения.

Но данный клгочевор : стабилизатор имеет небольшой диапазон регулирования напряжения, а также низкую точность стабилизации, особенно при изменении питающих напряжений, вызывающих небольшие приращения стабилизируемого напряжения . Это устройство обладает низкой чувствительностью к малым изменениям постоянного напря ения, что также снижает точность стабилизации и совершенно недопусти мо при стабилизации и регулировке малых постоянных напряжений.

Целью изобретения является повышение точности стабилизации.

11,ель достигается тем, .что в ключевой стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий тиристорный регулирующий элемент, включенный последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора, ко вторично обмотке которого подключены выпрямитель и сглаживающий фильтр, импульсный генератор на однопереходном транзисторе, эмиттер которого подключен к средней точке времязадающей цепи, один вывод которой подключен через первый резистор к первой базе, а второй вывод - к катоду первого стабилитрона непосредственно и через резистор - к второй базе упомянутого транзистора, анод указанного стабилитрона подключен к одному из полюсов источника питания, а также первый биполярный транзистор, второй стабилит трон, диод, конденсатор и резисторы, введены операционный усилитель с отдельным источником питания,второй биполярный транзистор,импульсный трансформатор, причем первый вход операционного усилителя подключен к средней точке переменного резистора, один вывод которого одновременно подключен к общей точке усилителя, аноду второго стабилитрона, катод которого подключен к другому выводу переменного резистора и через третий резистор к одному из входов питания усилителя второй вход которого через четвертый резистор подключен к аноду первого стабилитрона, а выход - через пятый резистор к базе первого биполярного транзистора, эмиттер которого через шестой резистор подключен к точке соединения конденсатора и второго стабилитрона и к средней точке выпрямителя, коллектор - через ветречно включенный диод к эмиттеру однопереходного транзистора, к перво базе которого подключена база второго биполярного транзистора, коллектор которого через цепь смещения подключен к положительной клемме источника питания и к седьмому резистору, соединенному с катодом первого стабилитрона, эмиттер - к одному выводу первичной обмотки импульсного

трансформатора, второй вывод которой подключен к точке соединения времязадающей цепи и первого резистора аноду первого стабилитрона и выходу выпрямителя, а вторичная обмотка упомянутого трансформатора подключена к управляющему входу тиристорного регулирующего элемента.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства..Ключевой стабилизатор содержит тиристорный регулирующий элемент 1, включенный последовательно с первичной обмоткойпонижающего трансформатора 2, вторичная обмотка которого Имеет отвод от средней точки и подключена ко .входу выпрямителя 3, выполненного по двухполупериодной схеме выпрямления.

На выходе выпрямителя 3 включен сглаживающий фильтр 4. Управление тиристорным элементом 1 осуществляется импульсами, поступающими от релаксационного генератора на однопереходном транзисторе 5, эмиттер которого подключен к общей точке времязадающей цепи б, один вывод которой подключен через резистор 7 к первой базе транзистора 5, а второй вывод к катоду стабилитрона 8 и через резистор 9 - к второй базе транзистора 5. Времязадающая цепь б состоит из последовательно соединенных конденсатора 10, постоянного резистора 11 и переменного резистора 12. Эмиттер транзистора 5 через диод подключен к коллектору биполярного транзистора 14, база которого через резистор 15 подключена к выходу операционного усилителя 16, первый вход которого подключен к средней точке переменного резистора 17, параллельно которому включен стабилитрон 18, причем анод стабилитрона подключен к общей точке усилителя 16 и через конденсатор 19 - к выходу усилителя 16, а катод стабилитрона 18 через резистор 20 подключен к одному из входов питания усилителя 16. Второй вход усилителя 16 через резистор 21 подключен к отрицательному полюсу источника питания 22 и к аноду стабилитрона 8. Операционный усилитель 16 питается от отдельного источника питания 23.

К первой базе транзистора 5 подключена база биполярного транзистора 24, коллектор которого через цепь смещения 25 подключен к положительному полюсу источника питания 22 и к резистору 26, второй вывод которого подключен к катоду стабилитрона 8 и к одному из выводов времязадающей цепи 6. Эмиттер транзистора 24 подключен к одному выводу первичной обмотки импульсного трансформатора 27, другой.вывод которой подключен к точке соединения резистора 7 и времязадающей цепи 6,аноду стабилитрона

8, выходу выпрямителя 3, средняя точка которого подключена к точке соединения конденсатора 19 и стабилитрона 18 и через резистор 28 - к эмиттеру транзистора 14. Вторичная обмотка трансформатора 27 подключена к управляющим входам тиристорного регулирующего элемента 1.

Работает устройство следующим образом.

При изменении напряжения сети в сторону увеличения во вторичной цепи трансформатора 2 напря:хение также увеличится. напряжение сравнивается с эталонным напряжением на стабилитроне 18. Разность этих напряжений поступает на вход операционного усилителя 16, усиливается и с выхода усилителя 16 поступает на базу биполярного транзистора 14 . Транзистор 14 регулирует скорость заряда конденсатора 10 и, соответственно, изменяет момент отпирания транзистора 5, По мере роста напряжения на конденсаторе 1C переход эмиттер-база 1 транзистора 5 смещается в обратном направлении транзистор 5 открывается и конденсатор 10 разряжается через резистор 7. При снижении напряжения .на конденсаторе 10 транзистор 5 закрывается, и напряжение на конденсаторе 10 вновь начинает возрастать.

Таким образом, на конденсаторе 10 образуется пилообразное напряжение, а на резисторе 7 напряжение имеет форму отдельных импульсов. Импульсы с резистора 7 поступают на базу транзистора 24, Лслюченного по схеме эмиттерного повторителя и через трансформатор 27 - на управляющие электроды .регулирующего элемента 1, управляя моментом отпирания тиристоров, в результате чего стабилизируется выходное напряжение уст-. ройства.

Напряжение на стабилитроне 8 имеет трапецеидальную форму со стабилизированной амплитудой. Это соответствует достижению высокой точности синхронизации работы релаксационного генератора с полуволнами выпрямленного напряжения. Диод 13 обеспечивает развязку цепи колл.екторэмиттер транзисторов 14,5 соответственно. Резисторы 15 и 28 обеспечивают нео.бходимый режим работы транзистора 14. Конденсатор 19 обеспечивает повышение постоянной времени в цепи нагрузки операционного усилителя 16. Переменный резистор 17 позволяет регулировать опорное напряжение, подаваемое на вход операционного усилителя 16, которое определяет уровень выходного напряжения стабилизатора. Т.е. с помощью резистора 17 осуществляется регулировка диапазона выходного стабилизированного напряжения устройства.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность стабилизации, а также обеспечить регулировку стабилизируемого напряжения. Введение в устройство операцион.с ного усилителя повысило чувствительность стабилизатора к малым изменениям постоянного напряжения. Нестабильность выходного напряжения в предлагаемом устройстве при диапаQ зоне регулирования 0-г38 и токе 60 Л составляет не более 0,0015В (в известном устройстве - О,ОБЕ). В предлагаемом устройстве регулировка выходного напряжения осуществляется практически с О, а в устройстве-про5 тотипе минимальное выходное напряжение определяется напряжением на опорном стабилитроне и принципиально не может быть равным О. в предлагаемом устройстве может быть установлено

0 (резистором 17) любое выходное напряжение в пределах диапазона регулировки (ОтЗВ) и обеспечена указанная высокая точность стабилизации.

Формула изобретения

Ключевой стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий тиристорный регулирующий элемент, включенный последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора, ко вторичной обмотке которого подключен выпрямитель и сглаживающий фильтр

импульсный генератор на однопереходном транзисторе, эмиттер которого подключен к общей точке времязадающей цепи, один вывод которой подключен через первый резистор к первой базе, а второй вывод - к катоду первого стабилитрона непосредственно и через

второй резистор - к второй базе упомя нутого транзистора, причем анод указанного стабилитрона подключен к одному из полюсов источника питания, а

также первый биполярный транзистор второй стабилитрон, диод, конденса-:тор и резисторы, отличаю щи йс я тем, что, с целью повышения точности стабилизации, в стабилизатор

введены операционный усилитель с отдельным источником питания, второй биполярный транзистор, импульсный трансформатор, причем первый вход операционного усилителя подключен к средней точке переменного резистора, один вывод которого одновременно подключен к общей точке упомянутого усилителя, аноду второго стабилитрона, катод которого подключен к другому выводу переменного резистора, и

через третий резистор - к одному из входов питания операционного усилителя, второй вход которого через четвертый резистор подключен к аноду первого стабилитрона, а выход через пятый резистор - к базе первого бипо