Стабилизатор постоянного напряжения

 

Область использования: в качестве вторичного источника электропитания. Сущность изобретения: устройство содержит регулирующий элемент на силовом 6, согласующем 5 и управляющем 4 транзисторах, узел 8 управления, выходом соединенный с базой транзистора 4, полупроводниковый элемент 9 и ограничительный элемент 10, последовательно включенные между выходным выводом 3 и общей шиной. Ограничительный элемент 10 выполнен на последовательно соединенных инверторе 11, трансформаторе 12 и выпрямительно-фильтрующем узле 13. Это снизило потребление мощности и повысило КПД устройства. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании источников вторичного электропитания.

Известны стабилизаторы постоянного напряжения, обладающие повышенным КПД.

В одном из известных стабилизаторов для повышения КПД разделены входные коллекторные цепи силового и согласующих транзисторов регулирующего элемента. Недостатками данного стабилизатора являются сложность схемного решения и недостаточно высокий КПД. Эти недостатки объясняются необходимостью двух питающих напряжений и большой величиной напряжения питания коллекторной цепи силового транзистора (1).

В другом известном стабилизаторе для повышения КПД коллекторы согласующих транзисторов подключены к выходу DС-фильтра, подключенного к входу силового сглаживающего С-фильтра. Такое техническое решение значительно проще. Однако КПД этого стабилизатора ограничен, нестабильность выходного напряжения не может иметь достаточно малую величину, поскольку питающее напряжение колеблется в больших пределах (2).

Из известных стабилизаторов наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является стабилизатор постоянного напряжения, содержащий вывод для подключения питающего напряжения, общую шину, вывод для подключения потребителя и регулирующий элемент, коллектор управляющего транзистора которого через переходы база-эмиттер согласующего и силового транзисторов соединен с первым выводом токоограничивающего двухполюсника, база непосредственно подключена к другому выводу токоограничивающего двухполюсника и выходу узла управления, входы которого связаны с выводом для подключения потребителя и общей шиной, а эмиттер непосредственно подключен к коллектору согласующего транзистора, через полупроводниковый элемент соединен с коллектором силового транзистора и с выводом для подключения потребителя, через ограничительный элемент связан с общей шиной (3).

В известном стабилизаторе КПД увеличен путем разделения выходных коллекторных цепей силового и согласующего транзисторов, т.е. простым путем. Однако недостатками известного стабилизатора являются недостаточно высокий КПД и большая мощность потребления. Эти недостатки объясняются большой величиной и значительными колебаниями питающего напряжения, а также большой мощностью потерь ограничительного элемента.

Целью настоящего изобретения является повышение КПД и снижение потребляемой мощности.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизаторе постоянного напряжения, содержащем входной вывод, регулирующий элемент на силовом, согласующем и управляющем транзисторах, коллектор силового транзистора которого подключен к выходному выводу, узел управления, входами подключенный к выходному выводу и общей шине, а выходом соединен с базой управляющего транзистора регулирующего элемента, токоограничивающий двухполюсник, включенный между эмиттером силового и базой управляющего транзисторов регулирующего элемента, полупроводниковый элемент, первый вывод которого соединен с выходным выводом, а второй вывод - с коллектором согласующего, эмиттером управляющего транзисторов и с первым выводом ограничительного элемента, второй вывод которого подключен к общей шине, ограничительный элемент выполнен в виде преобразователя постоянного напряжения на инверторе, трансформаторе и выпрямительно-фильтрующем узле, причем входные выводы инвертора использованы в качестве упомянутых первого и второго выводов ограничительного элемента, выход инвертора через трансформатор соединен со входом выпрямительно-фильтрующего узла, при этом входной вывод соединен с выходным выводом выпрямительно-фильтрующего узла противоположной полярности, другой выходной вывод которого соединен с эмиттером силового транзистора регулирующего элемента.

Проведенный анализ научно-технической и патентной литературы не выявил аналогичных технических решений.

Электрическая схема стабилизатора постоянного напряжения представлена на чертеже.

Стабилизатор постоянного напряжения содержит входной вывод 1 для подключения источника питающего напряжения, общую шину 2, выходной вывод 3 для подключения потребителя, управляющий 4, согласующий 5 и силовой 6 транзисторы регулирующего элемента, токоограничивающий двухполюсник 7, узле 8 управления, полупроводниковый элемент 9, а также ограничительный элемент, выполненный в виде преобразователя 10 постоянного напряжения, состоящий из инвертора 11, трансформатора 12 и выпрямительно-фильтрующего узла 13.

Вывод 1 через источник выходного напряжения преобразователя 10, включенный последовательно с источником питающего напряжения, соединен с эмиттером силового 6 транзистора и одним из выводов токоограничивающего двухполюсника 7. Коллектор управляющего транзистора 4 через переход база-эмиттер согласующего 5 транзистора подключен к базе силового 6 транзистора, его база соединена с другим выводов токоограничивающего двухполюсника 7 и с выходом узла управления 8, входы которого связаны с выводом 3 для подключения потребителя и с общей шиной 2, а эмиттер непосредственно подключен к коллектору согласующего 5 транзистора, через полупроводниковый элемент 9 соединен с коллектором силового 6 транзистора и с выводом 3 для подключения потребителя, а через преобpазователь 10 постоянного напряжения соединен с общей шиной 3.

Стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом. При колебании питающего напряжения выходное напряжение изменяется незначительно за счет соответствующего изменения проводимости силового 6 транзистора под воздействием сигнала узла 8 управления. При этом благодаря разделению выходных коллекторных цепей силового 6 и согласующего 5 транзисторов с помощью полупроводникового элемента 9 и преобразователя 10 постоянного напряжения обеспечивается малое падение напряжения на силовом 6 транзисторе и, следовательно, повышенный КПД. Одновременно на выходе преобразователя 10 с помощью инвертора 11, трансформатора 12 и выпрямительно-фильтрующего узла 13 формируется напряжение (вых.пр.), которое включено последовательно с питающим напряжением (пит. ) и подается на вход стабилизатора. В результате снижается величина питающего напряжения для нормальной работы стабилизатора, снижаются пределы его изменения. Следовательно, повышается КПД, а также снижается мощность потребления стабилизатора, одновременно несколько снижается нестабильность выходного напряжения.

Формула изобретения

СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий входной вывод, регулирующий элемент на силовом, согласующем и управляющем транзисторах, коллектор силового транзистора которого подключен к выходному выводу, узел управления, входами подключенный к выходному выводу и общей шине, а выходом соединен с базой управляющего транзистора регулирующего элемента, токоограничивающий двухполюсник, включенный между эмиттером силового и базой управляющего транзисторов регулирующего элемента, полупроводниковый элемент, первый вывод которого соединен с выходным выводом, а второй вывод - с коллектором согласующего, эмиттером управляющего транзисторов и с первым выводом ограничительного элемента, второй вывод которого подключен к общей шине, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и снижения потребляемой мощности, ограничительный элемент выполнен в виде преобразователя постоянного напряжения на инверторе, трансформаторе и выпрямительно-фильтрующем узле, причем входные выводы инвертора использованы в качестве упомянутых первого и второго выводов ограничительного элемента, выход инвертора через трансформатор соединен с входом выпрямительно-фильтрующего узла, при этом входной вывод соединен с выходным выводом выпрямительно-фильтрующего узла противоположной полярности, другой выходной вывод которого соединен с эмиттером силового транзистора регулирующего элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1