Стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1982 года по МПК G05F1/58 

(54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электро- -. технике и может быть использовано в стабилизированных источниках питания для защиты регулирующего органа (РО) от перегрузок в момент подключения первичного источника напряжения. В источниках питания, предназначенных, например, для питания нагрузки с емкостной реакцией или для питания цепей накала мощных радио ггамп, в момент подключения первичного источника напряжения РО испытывает значительные перегрузки по току, напряжению и мощности, так как в этом случае режим включения эквивалентен режи му кратковременного короткого замыкания выхода источника питания. Известен стабилизированный источник питания, содержащий РО,включенный последовательно с нагрузкой, блок управления с элементом опорного напряжения (зон) и демпфирующий конденсатор, включенный мелсду входом РО и общей шиной источника. Здесь демпфиру ющий конденсатор обеспечивает посте- пенное, по экспоненте, нарастание выходного напряжения и устраняет Импульсные перегрузки на РО по току и по мощности в момент подключения первичного источника напряжения Q. Однако, для снятия этих перегрузок необходим конденсатор значительной емкости, который резко ухудшает динамические параметры устройства. Поэтому такие устройства не находят широкого практического применения, а конденсатор в них используется в основном для коррекции частотной характеристикк, для устранения самовозбуждения (с небольшой номинальной емкостью, величина которой недостаточна для защиты устройства). Известны также стабилизаторы постоянного напряжения, содержащие источник опорного напряжения, к выходу которого подключен демпфирующий конденсатор и C lНедостатком этих устройств является невозможность обеспечения опти.мального вида переходной характеристики. Наиболее близким к изобретению техническим решением является стабилизатор постоянного напряжения, содержаний включенный в одну из силовых шин регулирующий орган, к управляющему входу которого подключен выход блока управления, элемент опор ного напряжения с демпфирующим конденсатором на его выходе, и цепь зйряда этого конденсатора с токозадаюпщм элементом 4 , Недостаток известного устройства состоит в относитель ной сложности ег схемы (.наличие дополнительных резистора и транзистора). При этом в боль шинстве случаев в установившемся режиме напряжение база - эмиттер допол нительного транзистора превышает мак симально допустимую величину, так ка входное напряжение обычно намного больше опорного. В этом случае необходимо дополнительное усложнение схе мы для защиты перехода база - эмитте этого транзистора. Время установлени выходного напряжения в данном устрой стве относительно велико. Объясняемс это следующим. Для обеспечения минимального времени установления выходного напряжения, т, е, для обеспечения оптимальной переходной характеристики необходимо, чтобы выходной конденсатор устройства в течение переходного периода заряжался максимально возможным током, т. е. током такой величины, при котором мгновенная мощность на РО в течение всего переходного периода была равна мак симальной, предельно допустимой мощ,нести для данного типа РО. Расчеты и результаты практических измерений показывают, что вид оптимальной переходной характеристики стабилизированного ИС точника питания, имеющего на вькоде конденсатор большой емкости, зависит от некоторых показателей режима работы устройства, в частности от соот ношения входного и ;выходного напряжений, от соотношения предельно допустимой импульсной мощности Рдоп для данного типа РО и номинальной мощности , рассеиваемой РО в установившемся режиме. Оптимальные переходные характеристики конкретно- го устройства, построенные графически, показывают, что они могут быть аппроксимированы в некотором приближении показательной функцией. Так, например, если отношение РДОП/РНОМ близко к единице, функция будет имет показатель меньше единицы (в этом случае необходимо относительно быстрое нарастание выходного напряжения в начальный момент времени после включения питающего напряжеяия и все более медленное - в дальнейшем), ес™ РДОП/РНОМ 3-4, то в этом случае показатель функции примерно равен единице (оптимальным будет линейное нарастание выходного напряжения), а если Рдоп/РНОМ больше 4, то показатель функции больше единицы (для получения оптимальной переходной характеристики необходимо относительно медленное нарастание выходного напряжения в начальный период времени после включения и все более быстрое - в дальнейшем), Известное устройство в некотором приближении позволяет получить оптимальную переходную характеристику для случая, когда Рдоп/РНОМ близко к единице, так как заряд демпфирующего конденсатора в нем происхоДит по экспоненте, через резистор от входного питающего напряжения. Однако в большинстве практических случаев допустимая импульсная мощность полупроводниковых приборов бывает во много раз (на порядок и более) больше той мощности, которую этот элемент рассеивает в номинальном режиме стабилизации (или- выходной мощности устройства), т. е. для большинства практических устройств оптимальной будет переходная характеристика, которая приближенно может быть аппроксимирована степенной функцией с показателем, большим единицы. Известное устройство не обеспечивает возможности изменения вида переходной характеристики применительно к каждому конкретному устройству, т. е. оно не может обеспечить минимальное время установления выходного напряжения. Целью изобретения является уменьшение времени установления заданной величины выходного напряжения путем обеспечения заданного вида переходной характеристики. Поставленная цель достигается тем. что в стабилизаторе постоянного напряжения токозадающий элемент выполнен в виде стабилизатора тока или 5 резистора, подключенного к выходу стабилизатора. В него введен вентиль, включенный между выходом элемента опорного напряжения и демпфирзющич конденсаторо причем вентиль включен в прямом направлении относительно выходного напряжения элемента опорного напряжения. На фиг. 1 представлена блок-схема стабилизатора постоянного напряжения на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема одного из вариантов уст ройства. Стабилизатор содержит РО 1, включенный последовательно с нагрузкой, подключаемой к выходным клеммам 2. Вход РО соединен с выходом блока управления 3, входом связанной с выходом ЗОН 4, состоящего из параметрического стабилизатора 5 и демпфирующего конденсатора 6, подключенного к выходу параметрического стабилизатора. Стабилизатор может содержать так же резистор 7, образующий совместно конденсатором 6 RC-депь, подключенну к выходу устройства. Параллельно резистору 7 может быть подключен стабилизатор тока 8. Точка соединения кон денсатора 6 с резистором 7 и стабили з атором тока 8 может быть подключена к выходу параметрического стабилизатора через диод 9, включенный встречно по отношению к напряжению на конденсаторе 6. Диод 10, включенный параллельно переходу база-эмиттер транзистора 11 блока управления, защищает этот транзистор при выключении питающего на:пряжения от появления обратного напряжения на переходе база-эмиттер. Через входные клеммы 12 устройство подключается к первичному источнику напряжения. На выходе устройс ,ва может стоять конденсатор 13 большой емкости. Параметрический стабилизатор образован резистором 14 и стабилитроном 15.. Работу устройства рассмотрим на. примере стабилизатора, приведенного на фиг. 2. В момент подключения первичного напря сения транзистор 11 закрыт, транзистор 1 открьшается и на выходе стабилизатора напряжение начинает расти (заряжается выходной конденсатор 13). При появлении выходного напряжения транзистор 11 приоткрывается, а конденсатор 6 начинает заря2жаться током, протекающим через резистор 14 (с выхода устройства), и током эмиттера транзистора 11 (со входа). Так как напряжение на конденсаторе 6 является опорным для источника питания, то выходное напряжение устройства в переходной период будет пропорциональным напряжению на конденсаторе 6, т. е. изменятся по закону изменения напряжения на конденсаторе 6. Как только напряжение на конденсаторе достигает напряжения пробоя стабилизатора 15, переходной период заканчивается, источник питания выходит на номинальный режим. В установившемся режиме конденсатор 6 не влияет на работу устройства. Для исключения влияния элементов 7 и 8 на режим работы ЗОН в установившемся режиме введен диод 9. После окончания переходного процесса конденсатор 6 заряжается до величины выходного напряжения, диод 9 запирается обратным напряжением и элементы 7 и 8 откгиочаются от схемы ЗОН. Предложенное устройство может быть выполнено в любом из следующих вариантов: стабилизированный преобразователь, стабилизатор линейный, стабилизатор импульсный. Основные преимущества предложенного устройства по сравнению с известным состоят в том, что повьш1ается надежность за счет упрощения схемы (исключается дополнительный транзистор, который в большинстве случаев требует введения дополнительных средств защиты перехода бaзa-э D ттep) обеспечивается возможность уменьшения времени установления выходного напряжения за счет оптимизации переходной характеристики. При этом вид переходной характеристики может изменяться применительно к каждому конкретному устройству. Сокращение времени установления выходного напряжения, в зависимости от конкретных ус овий применения устройства, может составлять величины от десятков до со тен процентов. В наиболее значительной степени еречисленные преимущества заявленного устройства могут выявиться в исочниках питания, содержащих конденаторы большой емкости на выходе - в табилизированных преобразователях емкостными фильтрами, в стабилизаорах, работающих на преобразователь т. п.