Стабилизатор постоянного напряжения

Изобретение относится к стабилизированным источникам вторичного питания и может быть использовано для питания различных радиотехнических устройств. Технический результат - повышение надежности введением схемы защиты от коротких замыканий выходов или в момент подключения источника входного напряжения; повышение качества стабилизации посредством применения термостабильного источника опорного напряжения; снижение потерь мощности уменьшением выходного тока драйвера и расширение диапазона входных напряжений при помощи вольтдобавки в схеме управления между затвором и стоком регулирующего МДП-транзистора. В стабилизаторе постоянного напряжения, подключаемом к источнику входного напряжения постоянного тока, содержащем регулирующий транзистор, LDC-фильтр, дополнительный источник питания, триггер Шмитта, драйвер, источник опорного напряжения, дифференциальный усилитесь и делитель выходного напряжения, согласно изобретению введен дополнительный транзистор, обеспечивающий блокировку подачи сигналов управления на регулирующий транзистор, что обеспечивает его защиту от высоких уровней токов, которые возникают при коротком замыкании выходов или в начальный момент времени. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к стабилизированным источникам вторичного питания и может быть использовано для питания различных радиотехнических устройств.

Известен импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий транзистор, выходной LDC-фильтр, дополнительный источник питания, где повышение надежности и уменьшение массогабаритных показателей достигается за счет уменьшения числа элементов схемы, введения генератора коротких отрицательных импульсов и дополнительных транзисторов в цепь управления [1].

Устройство, реализующее известный способ, содержит (фиг. 1) регулирующий МДП-транзистор (1), LDC-фильтр (2), дополнительный источник питания (3) с отрицательным напряжением относительно положительного входного вывода, генератор коротких отрицательных импульсов (4), RC-цепь (5), р-n-р-транзистор (6), конденсатор (7), триггер Шмитта (8), драйвер (9), источник опорного напряжения (10), дифференциальный усилитель (11), делитель выходного напряжения (12).

Недостатками известного устройства являются большие потери на дополнительных транзисторах, установленных в цепи управления регулирующего элемента (МДП-транзистор), низкая надежность в режимах короткого замыкания со стороны выходов или в начальный момент времени при подаче входного напряжения, плохая термостабильность источника опорного напряжения, узкий диапазон входных напряжений и большой ток внутреннего потребления.

Целью изобретения является повышение надежности введением схемы защиты от коротких замыканий выходов или в момент подключения источника входного напряжения; повышение качества стабилизации посредством применения термостабильного источника опорного напряжения; снижение потерь мощности уменьшением выходного тока драйвера и расширение диапазона входных напряжений при помощи вольтдобавки в схеме управления между затвором и стоком регулирующего МДП-транзистора.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизаторе постоянного напряжения, подключаемом к источнику входного напряжения постоянного тока, содержащем регулирующий транзистор, LDC-фильтр, дополнительный источник питания, триггер Шмитта, драйвер, источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель и делитель выходного напряжения, согласно изобретению новым является то, что введен дополнительный транзистор, обеспечивающий блокировку подачи сигналов управления на регулирующий транзистор, что обеспечивает его защиту от высоких уровней токов, которые возникают при коротком замыкании выходов или в начальный момент времени при подаче входного напряжения, когда выходные фильтрующие емкости не заряжены. Для надежного отпирания регулирующего МДП-транзистора при низких уровнях входного напряжения предусмотрена схема затворной вольтдобавки драйвера в виде конденсаторов и диодов. Необходимость введения вольтдобавки обусловлена пороговым напряжением n-канального регулирующего транзистора, которое больше двух вольт, и падением напряжения в канале от протекания тока. Для обеспечения затворной вольтдобавки исключено соединение вывода питания драйвера со стоком регулирующего транзистора.

Точность стабилизации выходного напряжения зависит от совокупности погрешностей источника опорного напряжения, делителя выходного напряжения, резисторов в цепи обратной связи и напряжения смещения усилителя обратной связи. Для уменьшения динамической температурной нестабильности в источник опорного напряжения введено токовое зеркало, которое устанавливает и поддерживает ток стабилитрона.

Для расширения рабочего диапазона входных напряжений максимальный коэффициент заполнения импульсов управления должен быть не менее 0.95, что обеспечивает интервал для заряда конденсаторов вольтдобавки. Компараторы напряжения с внешними резисторами в генераторе пилообразного напряжения задают амплитудные границы пилы.

На фиг. 2 представлена функциональная схема описываемого стабилизатора постоянного напряжения. Стабилизатор состоит из блока 13 защиты по току силового МДП-транзистора 1, содержащего биполярный р-n-р-транзистор 14, датчика тока 15, резисторного делителя напряжения 16, 17, логического элемента "ИЛИ" 18. При превышении предельного значения тока напряжением на базе транзистор 14 открывается, на резисторном делителе 16, 17 образуется напряжение, которое блокирует подачу управляющих сигналов на затвор МДП-транзистора 1. В драйвере 9 предусмотрена схема вольтдобавки для надежного отпирания МДП-транзистора 1 при низких входных напряжениях в виде умножителя напряжения, выполненного на диодах 19, 20 и конденсаторах 21, 22. Генератор пилообразного напряжения 23 содержит компараторы напряжения 24, 25, которые задают амплитуду пилообразного напряжения посредством делителя напряжения на резисторах 26, 27 и 28. Временные характеристики задаются элементами: резистор 29 - время нарастания, резистор 30 - время спада пилообразного напряжения; конденсатор 31 - период пилообразного напряжения. Полевой транзистор 32 должен иметь достаточный ток и крутизну передаточной характеристики для обеспечения максимального значения коэффициента заполнения импульсов управления, тогда соотношение резисторов 29 и 30 задает максимальное значение коэффициента заполнения импульсов. Источник опорного напряжения 10 содержит токовое зеркало, выполненное на элементах 33, 34, 35 и стабилитрон 36. Величина тока ICT регулируется резистором 35 (R) и рассчитывается согласно выражению:

где UПОР - пороговое напряжение МДП-транзистора 33.

Принцип работы схемы состоит в следующем: напряжение обратной связи, снимаемое с нижнего плеча делителя выходного напряжения 12, поступает на базу транзистора 37 дифференциального усилителя 11, на базу второго транзистора 38 подается опорное напряжение. С выхода усилителя 11 сигнал ошибки поступает на инверсный вход компаратора напряжения 39, на другой вход которого подается пилообразное напряжение. С выхода компаратора 39 широтно-модулированный сигнал передается на схему "И" 40, на другой вход которой поступает короткий запускающий импульс с выхода RS-триггера 41, который выполняет такую же функцию, как триггер Шмитта 8 на фиг. 1. По логической схеме "ИЛИ" 18 объединены широтно-модулированный сигнал и сигнал ограничения тока для защиты со стороны нагрузки. Дополнительный источник питания 3 является параметрическим стабилизатором напряжения и обеспечивает питание элементов схемы стабилизатора постоянного напряжения.

Проверка функционирования импульсного стабилизатора постоянного напряжения (фиг. 2) проведена посредством моделирования в среде OrCAD [2] по разработанной математической модели, представленной на фиг. 3, и натурных испытаний в рамках выполнения ОКР по техническому заданию ФГУП «НЗПП с ОКБ». Результаты исследований показали, что ток потребления во всем рабочем диапазоне не превышает 18 мА, а в ждущем режиме - не более 4,5 мА, максимальный ток утечки ключей составляет 150 мкА, частота преобразования составляет 280 кГц. По результатам проведенных испытаний интенсивность отказов составляет λ=0,8⋅10-8. Следовательно, наработка до отказа составит не менее 170000 ч, что говорит о высокой надежности устройства.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ №2450315, G05F 1/56. Импульсный стабилизатор постоянного напряжения, П.В Михеев, Е.П. Кузуб, 2012.

2. Болотовский, Ю.И. OrCAD Моделирование. - М.: СОЛОН-Пресс, 2009. - 254 с.

1. Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий МДП-транзистор, LDC-фильтр, дополнительный источник питания, триггер Шмитта, драйвер, источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель и делитель выходного напряжения, отличающийся тем, что введен дополнительный p-n-р-транзистор, обеспечивающий блокировку подачи сигналов управления на регулирующий элемент, база которого подключена к стоку регулирующего транзистора и через резисторный датчик тока к плюсовому зажиму источника входного напряжения, причем эмиттер - к плюсу источника входного напряжения и резисторному датчику тока, коллектор дополнительного транзистора соединен с землей через резисторный делитель напряжения, средняя точка которого подключена к входу схемы "ИЛИ".

2. Стабилизатор постоянного напряжения по п. 1, отличающийся тем, что применен источник опорного напряжения с токовым зеркалом, истоки транзисторов которого подключены к плюсу дополнительного источника питания, в цепи стока одного из транзисторов установлен стабилитрон, анод которого заземлен, а катод подключен к базе транзистора дифференциального усилителя, к стоку другого транзистора токового зеркала присоединен заземленный резистор, а сам сток подключен к объединенным затворам транзисторов, что позволяет устанавливать и поддерживать ток стабилитрона.

3. Стабилизатор постоянного напряжения по любому из п п. 1 или 2, отличающийся тем, что предусмотрена схема затворной вольтдобавки драйвера, исключающая соединение вывода питания драйвера со стоком регулирующего МДП-транзистора, в которую введены диод, анод которого подключен к плюсу источника входного напряжения, а катод - к аноду второго диода и конденсатору, другой конец конденсатора - к прямому входу Т-триггера, а катод второго диода - к заземленному конденсатору и к входу по питанию драйвера, что позволяет получить максимальное значение коэффициента заполнения импульсов управления не менее 0.95 и обеспечить достаточное время для заряда конденсатора вольтдобавки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания ответственной радиоэлектронной аппаратуры. Технический результат заключается в повышении надежности резервированного источника питания и в снижении вероятности поражения электрическим током людей и оборудования.

Изобретение относится к силовой электронике, в частности к устройствам, формирующим информационный сигнал о величине тока нагрузки, и может использоваться в схемах ШИМ-управления силовым ключом в импульсных преобразователях входного напряжения в постоянное.

Изобретение относится к схеме и способу контроля нагрузочного тока и устройству управления противопожарной сигнализацией, причем схема содержит источник энергии, резистор восприятия нагрузочного тока для контроля нагрузочного тока и главный переключатель для управления соединением и разъединением источника энергии и дополнительно содержит схему смещения на полевом транзисторе с МОП-структурой для управления действиями главного переключателя, схему усилителя для преобразования значения нагрузочного тока, проходящего через резистор восприятия нагрузочного тока, в значение напряжения, операционную схему для отключения тракта энергопитания и посылки сигнала, указывающего состояние тока перегрузки, когда значение напряжения превышает порог, и схему фиксации для удержания сигнала тока перегрузки.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для понижения напряжения электрического источника питания переменного тока для нагрузки с целью эффективного использования энергии.

Изобретение относится к стабилизированным источникам питания и может быть использовано для питания радиоэлектронной аппаратуры. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в импульсных ключевых преобразователях для защиты силовых полупроводниковых приборов от сверхтоков.

Инвертор // 2210848
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках питания для индукционного нагревателя. .

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках питания для трехфазных нагрузок с индуктивностью. .

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано для управления температурой. Обеспечены электронное устройство управления температурой, охладитель, использующий его, нагреватель, использующий его, и способ управления им.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания устройств радиотехники, автоматики и вычислительной техники.

Изобретение относится к электротехнике, а именно - к силовой электронике, и может быть использовано для управления импульсными полупроводниковыми преобразователями постоянного напряжения.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам управления импульсным многофазным преобразователем постоянного напряжения повышающего типа, и может быть использовано в зарядно-разрядных устройствах, в устройствах имитации аккумуляторной батареи, имитации нагрузки, используемых для испытаний систем электроснабжения, а также в других устройствах, где требуется получать стабилизированный ток и постоянное выходное напряжение при изменении входного напряжения в широких пределах.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к вторичным источникам электропитания. Двухканальный источник питания содержит регулирующий полевой транзистор, сток которого подключен к аноду диода и первому выводу первой обмотки дросселя, второй вывод которой подсоединен к первому входу источника, а исток соединен со вторым входом, объединенным с общим выводом.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе, получающем питание от контактной сети однофазного переменного тока.

Предлагаемое изобретение относится к стабилизированным источникам питания и может быть использовано для питания радиоэлектронной аппаратуры. Техническим результатом настоящего изобретения является снижение потери мощности на силовом транзисторе и повышение надежности стабилизированного источника вторичного питания.

Изобретение относится к радиотехнической и автомобильной промышленностям, в частности к стабилизаторам характеристик электрических цепей, и может быть использовано в устройствах стабилизации яркости источников света в электрооборудовании автомобильной техники.

Изобретение относится к выходному токовому каскаду. Технический результат заключается в создании выходного токового каскада с автоматическим активно-пассивным переключением.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в цифровых системах управления преобразователями постоянного напряжения с функцией подавления опасных колебаний выходного напряжения, возникающих при определенном наборе параметров системы.
Наверх