Импульсный стабилизатор напряжения

Авторы патента:

G05F1/565 - чувствительные к состоянию системы или ее нагрузки дополнительно к средствам, реагирующим на отклонение выходного сигнала системы, например тока, напряжения, коэффициента мощности (G05F 1/563 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2767171:

Шуваев Юрий Николаевич (RU)

Изобретение относится к области электротехники, в частности преобразовательной техники, и может быть использовано при проектировании вторичных источников электропитания различного назначения. Технический результат изобретения - снижение объема и массы элементов импульсного стабилизатора напряжения за счет снижения объема и массы дросселя и конденсатора фильтра. Импульсный стабилизатор напряжения содержит ключевой элемент, дроссель, обратный диод, выходной конденсатор и устройство управления, а также параллельный контур сглаживания пульсаций напряжения, в состав которого входят регулирующий транзистор, включенный параллельно нагрузке через эмиттерный датчик тока, операционный усилитель, источник опорного напряжения и разделительный конденсатор. Инвертирующий вход операционного усилителя подключен к датчику тока, а неинвертирующий - к источнику опорного напряжения и через разделительный конденсатор к положительному выходному выводу стабилизатора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Известны и широко применяются различные схемы непрерывных стабилизаторов напряжения, содержащие регулирующий транзистор, усилитель постоянного тока, источник опорного напряжения и делитель выходного напряжения. Достоинством этих стабилизаторов является их простота, низкий уровень нестабильности и пульсаций выходного напряжения. Недостатки непрерывных стабилизаторов - большие объем и масса и низкий КПД вследствие больших потерь в регулирующем транзисторе [1].

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению, которое может быть принято за прототип, являются транзисторные импульсные стабилизаторы напряжения, которые содержат ключевой элемент, дроссель и конденсатор фильтра, обратный диод и устройство управления. Импульсные стабилизаторы имеют меньшие объем и массу и более высокий КПД, чем непрерывные стабилизаторы. Существенным недостатком импульсных стабилизаторов является большой уровень пульсаций выходного напряжения и, при низком допустимом коэффициенте пульсаций напряжения на нагрузке, их сглаживающий фильтр имеет большие объем и массу [2].

В предлагаемом стабилизаторе напряжения решена задача уменьшения пульсаций выходного напряжения при одновременном уменьшении объема и массы дросселя и конденсатора фильтра.

Для достижения технического результата в понижающий импульсный стабилизатор напряжения введены регулирующий транзистор и операционный усилитель, его выход подключен к базе регулирующего транзистора, неинвертирующий вход подключен к источнику опорного напряжения и через разделительный конденсатор - к нагрузке, а инвертирующий вход операционного усилителя подключен к резисторному датчику тока, включенному в эмиттерную цепь регулирующего транзистора.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого импульсного стабилизатора напряжения. Стабилизатор содержит ключевой элемент 1, дроссель 2, обратный диод 3, выходной конденсатор 4 и устройство управления 5. Ключевой элемент 1 и сглаживающий дроссель 2 включены последовательно с нагрузкой 6, обратный диод 3 включен между одним из выводов дросселя и отрицательным выходным выводом стабилизатора.

В состав стабилизатора введены регулирующий транзистор 7, операционный усилитель 8, резисторный датчик тока 9, источник опорного напряжения 10 и разделительный конденсатор 11, коллектор транзистора соединен с положительным выходным выводом стабилизатора, эмиттер через резисторный датчик 9 подключен к отрицательному выходному выводу стабилизатора, инвертирующий вход операционного усилителя подключен к резисторному датчику тока, а неинвертирущий вход операционного усилителя подключен к источнику опорного напряжения 10 и к одному из выводов разделительного конденсатора 11, другой вывод которого подключен к положительному выводу стабилизатора.

В коллекторную цепь регулирующего транзистора 7 может быть включен балластный резистор 12, который обеспечивает снижение потерь мощности в регулирующем транзисторе.

Предлагаемый импульсный стабилизатор напряжения работает следующим образом. Стабилизатор имеет три контура регулирования.

Первый контур, образующий собственно импульсный стабилизатор, состоит из ключевого элемента 1, дросселя 2, обратного диода 3, конденсатора 4 и устройства управления 5. Этот контур обеспечивает стабилизацию среднего значения выходного напряжения при изменении напряжения питания и тока нагрузки и предварительное сглаживание пульсаций выходного напряжения. При замкнутом ключевом элементе происходит передача энергии от первичного источника питания в нагрузку и подзаряд дросселя и выходного конденсатора. При разомкнутом ключевом элементе энергия, накопленная в дросселе и конденсаторе, передается в нагрузку через обратный диод.

Второй контур регулирования, состоящий из операционного усилителя 8, датчика тока 9 и источника опорного напряжения 10, обеспечивает работу регулирующего транзистора 7 в непрерывном режиме, т.е. поддерживает неизменной величину постоянной составляющей тока транзистора при любом режиме работы стабилизатора. Эта составляющая больше, чем амплитуда переменной составляющей тока, обусловленной пульсациями напряжения на выходе первого контура регулирования.

Третий контур, состоящий из регулирующего транзистора 7, операционного усилителя 8 и разделительного конденсатора 11, осуществляет окончательное сглаживание пульсаций выходного напряжения стабилизатора.

Общий коэффициент сглаживания пульсаций напряжения реактивного и транзисторного звеньев равен произведению их коэффициентов сглаживания.

При оптимальном соотношении между указанными коффициентами обеспечивается существенное уменьшение объема и массы дросселя и конденсатора при незначительном снижении КПД стабилизатора. Наиболее значительный положительный эффект достигается при низком заданном коэффициенте пульсаций напряжения на нагрузке.

Новым в изобретении является введение в импульсный стабилизатор напряжения регулирующего транзистора, включенного параллельно нагрузке и работающего в непрерывном режиме, и операционного усилителя, осуществляющего усиление пульсаций напряжения, снимаемых с нагрузки.

На основании изложенного может быть сделан вывод, что предлагаемое устройство обеспечивает положительный эффект.

Литература

1. Додик С.Д. Полупроводниковые стабилизаторы постоянного напряжения и тока. - М.: Советское радио, 1962.

2. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Справочник / Г.С. Найвельт, К.Б. Мазель, Ч.И. Хусаинов и др. Под ред. Г.С. Найвельта. - М.: Радио и связь, 1986. - с. 306-318.

1. Импульсный стабилизатор напряжения, содержащий ключевой элемент и дроссель, включенные последовательно с нагрузкой, обратный диод, включенный между одним из выводов дросселя и отрицателным выходным выводом стабилизатора, выходной конденсатор и устройство управления, вход которого подключен к нагрузке, а выход к входу ключевого элемента, отличающийся тем, что в него введены регулирующий транзистор, операционный усилитель, резисторный датчик тока, источник опорного напряжения и разделительный конденсатор, коллектор транзистора соединен с положительным выходным выводом стабилизатора, эмиттер через резисторный датчик тока подключен к отрицательному выходному выводу стабилизатора, инвертирующий вход операционного усилителя подключен к резисторному датчику тока, а неинвертирующий вход операционного усилителя подключен к источнику опорного напряжения и к одному из выводов разделительного конденсатора, другой вывод которого соединен с положительным выходным выводом стабилизатора.

2. Импульсный стабилизатор напряжения по п. 1, отличающийся тем, что в коллекторную цепь регулирующего транзистора включен балластный резистор.

Изобретение относится к области электротехники, а именно: к области преобразовательной электротехники, в частности к системам управления импульсными силовыми преобразователями по контролируемым напряжению и току, и может найти применение для электропитания разных устройств во многих областях техники, например в мощных импульсных понижающих преобразователях, используемых для заряда аккумуляторной батареи на борту летательного аппарата с гибридной силовой установкой, а также в источниках вторичного электропитания оборудования и функциональной аппаратуры летательных аппаратов со стабилизированными напряжением и предельным током на нагрузке.

Стабилизатор напряжения питания электронных схем // 2755670

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве стабилизатора напряжения питания при создании микромощных электронных схем с автономным электропитанием. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей.

Стабилизированный ключевой преобразователь напряжения // 2739398

Изобретение относится к области преобразовательной техники, а именно к вторичным источникам электропитания функциональной аппаратуры телекоммуникационного оборудования и гидроакустической техники, в том числе для электропитания удаленных потребителей. Техническим результатом является повышение стабильности вторичного напряжения и достижение надежной работы при изменении выходного тока за счет использования комбинированной обратной связи (ОС) по выходному напряжению и выходному току, чем достигается повышение глубины ОС в номинальном режиме работы и переход к ограничению выходного тока в режиме перегрузки посредством введения датчика тока, цепи обратной связи по току и усилителя разностного сигнала в цепи обратной связи по выходному напряжению.

Цепь генерирования пульсирующего тока // 2704631

Изобретение относится к области электротехники, в частности к цепи пульсирования генерирования пульсирующего тока. Технический результат заключается в обеспечении оповещения пользователя о неисправности импульсного источника питания с помощью сигнальной цепи.

Регулирование электрического выхода генератора // 2670421

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в комбинированных теплоэлектроагрегатах коммунального назначения. Техническим результатом является обеспечение стратегии регулятора, которая минимизирует риск механических нарушений.

Схема и способ для оптимизации диапазона входного напряжения интегральной микросхемы // 2653179

Изобретение относится к технологии переключения подачи электропитания и может быть использовано для оптимизации диапазона входного напряжения интегральной микросхемы. В схеме для оптимизации диапазона входного напряжения интегральной микросхемы (ИС) блок повышения напряжения получает входное напряжение и затем выводит напряжение соответствующего уровня; триггерный блок сравнивает уровень напряжения, выведенного блоком повышения напряжения, с заданным пороговым напряжением и выводит сигнал разрешения соответствующего уровня на выход сигнала разрешения интегральной микросхемы на основании результата сравнения, чтобы управлять включением/отключением интегральной микросхемы; и блок стабилизатора напряжения получает напряжения, выведенные блоком повышения напряжения и триггерным блоком и затем выводит напряжение соответствующего уровня на блок повышения напряжения на основании уровней напряжения, выведенных блоком повышения напряжения и триггерным блоком, чтобы уровень напряжения на выходе блока повышения напряжения был выше или равен пороговому напряжению и за счет этого включалась интегральная микросхема, или чтобы уровень напряжения на выходе блока повышения напряжения поддерживался на уровне выше или равном пороговому напряжению и за счет этого на работу интегральной микросхемы не влияли изменения во входном напряжении.

Способ управления n-фазным импульсным преобразователем // 2638295

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в многофазных импульсных преобразователях питания. Техническим результатом является снижение потерь энергии и улучшение качества напряжения.

Способ, устройство и носитель данных для управления пуском импульсного выпрямителя // 2633696

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электропитанием. Технический результат - обеспечение корректного пуска импульсного выпрямителя по напряжению и/или по току согласно требованиям питаемого объекта и в соответствии с внешней средой импульсного выпрямителя.

Система управления управляемого выпрямителя напряжения // 2622043

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в снижении до безопасных значений токов цепей управляемых выпрямителей напряжения (УВН) (1), возникающих при подключении УВН с незаряженным выходным конденсатором (20) к источнику напряжения (ИН) (3) переменного тока в моменты времени, когда напряжение ИН близко к его амплитудному значению, в упрощении, ускорении и повышении качества настройки емкости выходного конденсатора (20), индуктивности токоограничивающего реактора (34) УВН и коэффициентов передачи связей между элементами управляющего устройства (5).

Преобразователь напряжения с отдельными схемами комбинированного преобразования // 2617991

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях понижающего и повышающего типа. Техническим результатом является повышение эффективности преобразователя в широком диапазоне входных и выходных напряжений в различных приложениях.

Инверторная система и способ управления инверторной системой // 2772317

Изобретение относится к электротехнике, в частности к инверторным системам. Технический результат заявленного изобретения заключается в подавлении сдвига уровня межфазных напряжений в инверторной системе, имеющей произвольное число фаз и произвольное число уровней. Предлагается инверторная система, содержащая блок 3 управления предотвращением перескока уровня, который формирует на выходе управляющий сигнал на основе команды уровня напряжения V*; при этом управляющий сигнал управляет инвертором 4. Блок 3 управления предотвращением перескока уровня устанавливает значение счетчика С так, что, если уровень выходного напряжения V определенной фазы сдвигается вверх, уровню выходного напряжения V фазы запрещают сдвигаться вверх в течение заранее заданного времени, а для другой фазы уровню выходного напряжения V запрещают сдвигаться вниз в течение заранее заданного времени. Блок 3 управления предотвращением перескока уровня также устанавливает значение счетчика С так, что, если уровень V выходного напряжения определенной фазы сдвигается вниз, уровню V выходного напряжения фазы запрещают сдвигаться вниз в течение заранее заданного времени, а для другой фазы уровню выходного напряжения V запрещают сдвигаться вверх в течение заранее заданного времени. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 10 ил.