Стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1981 года по МПК G05F1/58 

(54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к технике стабилизации напряжения. Известен стабилизатор напряжения, содержащий в силовой цепи линейный и нелинейный элементы 1 . Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению являет ся стабилизатор постоянного напряжения, содержащий силовую цепь из после довательно включенных линейного и нелинейного элементов, образующую делитель напряжения, подключенный крайними выводами к входным выводам стабилизатора, а средним выводом - к выход ному выводу стабилизатора . Недостатком известных стабилизаторов является то, что коэффициент стабилизации стабилизатора прямо пропорционален величине сопротивления ли- нёйного элемента в силовой цепи и поэтому невысок, так как заметное увели чение сопротивления приводит к значительному рассеянию мощности на нем и требует использования теплообменников для линейного элемента, т.е. увеличения габаритов, которые и без того достаточно велики из-за применения теплообменников снелинейными элементами. Цель изобретения - повышение коэффициента стабилизации и уменьшения габаритов. Поставленная цель достигается тем, что в стабилизатор постоянного напряжения в цепь линейного элемента последовательно включена термоэлектрическая батарея, холодный спай которой термически соединен с элементами силовой цепи. На фиг, 1 изображена электрическая схема предлагаемого стабилизатора, в виде параметрического стабилизатора; на фиг. 2 - то же, в виде параллельного компенсационного стабилизатора; на фиг. 3 - конструктивная схема устройства. Стабилизатор содержит последовательно включенные линейный элемент 1 резистор, нелинейный элемент 2 стабилитрон (фиг. ) или составной транзистор (фиг. 2), образующие с термобатареей 3 силовой делитель напряжения, подключенный крайними выводами к входным выводам стабилизатора, а средним выводом - к выходному выводу стабилизатора, при этом термобатарея включена в цепь линейного элемента. На выходе стабилизаторов включен конденсатор 4. Стабилизатор компенсацио ного типа (фиг. 2), как обычно, содержит измерительно-усилительный узел Устройство также содержит теплоперех ды горячего и холодного спаев термобатареи 3, холодный спай 7 термически соединен с элементами силовой цепи - резистором 1 и составным транзистором 2, горячий спай - с теплообменником 8. Соотношение между величинами сопр тивлений термобатареи 3 и резистора выбирается в зависимости от заданного коэффициента стабилизации, тока нагрузки и предельных рабочих температур элементов. Принципиально резистор может вообще отсутствовать, а цепь линейного элемента составов из набора последовательно включенных термобатарей. . Если предельные рабочие температуры элементов I и 2 резко отключаются, то следует включать не менее двух термобатарей так, чтобы элементы 1 и 2 соединялись термически с различными холодными спаями. Устройство работает следующим образом. При включении стабилизатора токи, протекающие через элементы 1 и 2, разогревают их вследствие выделения джоулева тепла. .При этом вьщеляемая мощность пропорциональна квадрату тока через элемент. Одновременно ток проходящий через термобатарею 3, вызьшает на спаях 6 и 7 термоэлектрическую разность температур и холодный спай охлаждает элементы 1 и 2, частично компенсируя их разогрев. Так как при этом повышается температура горячего спая, теплообменник 8 имеет меньшую площадь поверхности, а, еле- дователйно, и объем меньший, чем для теплообменника в отсутствии термобатареи. Величина сопротивления цепи линейного элемента увеличена на величину сопротивления термобатарей, что приводит к увеличению коэффициента стабилизации. 4 ициент стабилизации Кс.г пресоотношением-r(,s),f . () сопротивление линейного элемента;сопротивление нелинейного элемента; - сопротивление термобатареи, этом RT5 ъ Rfii. омическое сопротивление ветвей термобатареи; составлякицая сопротивления, обусловленная термоэдс. параметрического стабилизатора ) .CT.i3j динамическое сопротивление стабилизатора; компенсационного стабилизато. 2) , .. S,(4) С„рИ/Ь крутизна регулирующего элемента;- коэффициент усиления усилителя постоянного тока. ичение коэффициента стабилизаосительно аналогичного параметвестном устройстве, исходя из вно i2jL«Rrs (ь) .«RTS ) ьшение габаритов устройства ризуется отношением поверхносообменника для предложенного тва и для известного устрой«Ь РПО IP ПР м - .-Р Tflqy Vi tTiax c) мощности рассеяния линейного и нелинейного элементов; максимальное значение тока через силовые элементы при отключении нагрузки;выходное напряжение стабилизатора ; «p Lы йbжЗп Q i2.-4)4E(H4M/§ 1-e.) таГ -Tf тад Г 1 Т,. - максимальная температура гор чего слоя термобатареи; Т - термоэлектрическая эффективностьH i+2T; ) )/йТ„,с1,- ( ВеличинаРд достигается при оптимальной температуре горячего слоя, определяемой уравнением Т Г г 14е (4) Проводились расчёты для следукицего примера. Пусть имеем стабилизатор 20 B,VBX 21 В, 17 1 А, RP 1 OM,RHP 0,1 OM,KCT 10. При этом Те 353 К; Т 356 К; cL 5 Вт/м К; 2. 2,5-10VK. Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий силовую цепь из последовательно включенНЕ)1х линейного и нелинейного элементов, образующую делитель напряжения, подключенный крайними выводами к входным выводам стабилизатора, а средним выводом - к выходному выводу стабилизатора, о т л и чающийся тем, что, с целью увеличения коэффициента стабилизации и уменьшения габаритов, в цепь линейного элемента последовательно включена термоэлектрическая батарея, холодный спай которой термически соединен с элементами силовой цепи. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Источники электропитания на полупроводниковых приборах. Под ред. Яодика С.Д. и Гальперина И.Е,. М.,, Советское радио, 1969. 2.Карпов В.И.Полупроводниковые компенсационные стабилизаторы напряжения и тока. М., Энергия, 1967. с. 95.

Убк

л

Фи9.1

Z1

6 б

фиг.Ъ

Фаг 2