Стабилизатор постоянного напряжения

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

< 648965 (6I) Дополнительное к авт. свил-ву

2 (51) М, Кл

С 05 F 1/56 (22) Заявлено 02.09.76 (21) 2403072/24-07 с присоединением заявки №

Государстеееныи еометет

СССР па делам изобретеней н открытим (2З) Приоритет

Опубликовано25.02.79.Бюллетень № 7 (53) УДК 621.316. .722. 1(088.8) Дата опубликования описания 28.02.79 (72) Автор изобретения

И. И. Колосков (71) Заявитель (54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для питания различных радиотехнических устройств.

Известен стабилизатор, содержаший управляемый выпрямитель на тиристорах, схему управления тиристорами, схему сравнения, источник опорного напряжения и С -фильтр Щ .

Недостатком его является низкое быстродействие, вследствие чего и точность стабилизации невысока.

Наиболее близким по технической сушности к предложенному является стабилизатор, содержаший трансформатор, первичная обмотка которого подключена к входным выводам, силовой регулятор на тиристорах, управляюший вход которого подключен к одной из вторичных обмоток трансформатора через цепочку из формирователя импульсов, интегратора и широтно-импулы:ного модулятора, соединенного с опорным элементом, а выходные выводы под2 ключены к другой вторичной обмотке трансформатора через силовой регулятор )2j.

Однако для него характерна невысокая стабильность выходного напряжения и большие габариты.

11елью изобретения является повышение стабильности выходного напряжения и уменьшение габаритов стабилизатора»

Это достигается тем, что в предло1р женном стабилизаторе постоянного напряжения, содержашем трансформатор, первичная обмотка которого подключена к входным выводам, силовой регулятор на тиристорах, управляюший вход которого подключен к одной из вторич ных обмоток трансформатора через цепочку из формирователя импульсов, интегратора и широтно-импульсного модулятора, и опорный элемент, а выходные

2в выводы подключены к другой вторичной обмотке тоансформаторщ через силовой регулятор, широтно-импульсный модулятор выполнен на транзисторе, база648965 эмиттерный переход которого зашуцтирован первым диодом и подключен к первому выводу вторичной обмотки транс форматора, а через первый резисторко второму выводу этой обмотки, коллектор через последовательно соединенные вторые диод. и резистор подключен ко второму выводу вторичной обмотки, а через третий резистор к опорному элементу, при этом интегратор подключен одним входом к эмиттеру транзистора, а другим - к точке соединения вторых диода и резистора. Вход опорного элемента может быть соединен с выходными выводами, а в качестве второго резистора может быть использован элемент с нелинейной характеристикой.

0ля обеспечения зашиты от перенапряжения на нагрузке в момент пуска формирователь импульсов выполнен на соединенных параллельно дополнительном транзисторе и однопереходном транзисторе, эмиттер которого соединеп со сред ней точкой цепочки из четвертого резистора и конденсатора, шунтированного стабилитроном.

На фиг. 1 показана с.друктурная схема предложенного стабилизатора, на фиг. 2 - диаграммы, характеризующие режимы его работы.

Стабилизатор содержит подключенную к входным выводам 1 последовательную цепь нз трансформатора 2, силового регулятора 3, соединенного с нагрузкой 4 и управляемого с помощью цепи иэ формирователя 5 импульсов, интегра юра 6 и широтно«импульсного . модулятора 7, соединенного также с опорным элементом 8. Формирователь 5 содержит дополнительный транзистор 9 и одноцереходный транзистор 10 с резистором 11Д подключенные через ре зистор 12 к зажиму 13, на который подается вспомогательное напряжение пи"лакая. К зажиму 13 подключена также цепь из резистора 14, конденсатора 15 и стабилитрона 16. Р4одулятор 7 содержит цепь из резистора 17 и диода 18 с подключенным к нему транзистором 19, который через резистор 2О соединен с элементом 8, а через диод 21с резистором 22 и интегратором 6. В простейшем случае в качестве последнего может быть использован конденсатор.

Стабилизатор работает следующим образом.

При подаче на выводы 1 питающее напряжение через трансформатор 2 поступает на силовой регулятор 3 (в простейшем случае - тиристор) и модуляу тор 7. Предположим, что это произошло в момент времени 0 (фиг. 2), начиная с которого питающее напряжение имеет отрицательный знак (полярность указана на фиг. 1.). Под действием этого

Ю напряжения регулятор 3 закрывается, а через элементы 17-18 протекает ток, вследствие чего транзистор 19 заперт, При запертом транзисторе 19 ток от элемента 8, который работает как источник опорной ЗДС, через элементы 20, 21 стремится, зарядить конденсатор интегратора 6 полярностью, обратной укаэанной. Одновременно больший по величине (и обратный по знаку) ток цроте 9 кает через интегратор 6 от вторичной обмотки трансформатора 2 через резистор 22. Под действаем разности указанных токов конденсатор интегратора 6 заряжается в конце интервала 0-0,5 T

2$ до определенной величины (пропорциональной разности фактического и заданного значений питающего напряжения) полярностью, указанной на фиг. 1.

С момента времени 0,5 Т знак пи30 тающего напряжения изменяется на обратный (укаэан в скобках). При этом во всем интервале 0,5 Т-Т током, протекающим от вторичной обмотки трансформатора 2 через резистор 17 и переход эмиттер-база транзистора 19, последний удерживается в насыщенном состоянии„вследствие чего ток от элемента 8 замыкается через элементы 19, 2О, минуя диод 21 и интегратор 6. По этой при-

40 чине в интервале 0,5 Т-Т конденсатор интегратора 6 постоянно разряжается только под действием тока от трансформатора 2 через резистор 22.

В момент сб напряжение на коцденсаторе интегратора 6 переходит через нулевое значение и становится доста» точным для насыщения транзистора б формирователя импульсов 5. Qo этого момента конденсатор 3LG предварительно заряжен от дополнительного источника (зажим 13) через резистор 14 до напряжения на стабилитроне 16, юторое выбирают меньшим напряжения включения однопереходного транзистора 10.

Насыщение транзистора 9 вызывает резкое уменьшение межбазового напря-. жения транзистора 10, следствием чего является скачкообразный переход транДопустим теперь, что в момент О питаюшее напряжение увеличивается (пунктир на фиг. 2). Это поиводит к тому, что к концу интервала 0-0,5 Т конденсатор интегратора 6 будет заряжен до большого напряжения, вследствие чего в интервале 0,5 Т необходимо большее время для возврата интегратора в исходное состояние, т.е. это произойдет в момент б, и соответствен. но, напряжение на нагрузке имеет вид, показанный на фиг. 2 пунктиром.

Таким образом, при увеличении питающего напряжения угол включения тиристоров регулятора увеличивается, а при уменьшении - уменьшается, в результате чего среднее значение напряжения на нагрузке остается неизменным.

Точность стабилизации может быть повышена до + (0,1 -0,2%), если в качестве интегратора использовать интегрирующий операционный усилитель или ввести нелинейность в резистор 22 (напр имер, часть его шуитп ровать д иодом) .

Рассмотренное выполнение схемы формирователя импульсов позволяет улучшить процесс пуска {включения) стабилизатора.

Если включение стабилизатора проис ходит в момент О, напряжение на конден саторе интегратора 6 практически мгновенно достигает значения, достаточного для насыщения транзистора 9.

Если формирователь 5 находится в это время в исходном состоянии (т.е, его конденсатор 15 заряжен до напряжения стабилитрона 16), включаются тиристоры регулятора в начале данного полупериода сети и появляется кратковременное перенапряжение на нагрузке 4.

Однако поскольку напряжение на зажиме 13 появляется практически одновременно с моментом шунтирования однопереходного транзистора 10 (c подачей питающего напряжения), в интер45

5 6489 зистора 10 в открытое состояние. Конденсатор 15 мгновенно разряжается через эмиттер транзистора 10 на резистор 11 и управляющий переход тиристора регулятора 3, что приводит к его включению и появлению напряжения на нагрузке 4.

Регулятор переходит в отключенное состояние в момент Т. Далее рассмотренные процессы повторяются в каждом периоде питаюшего напряжения. вале — О конденсатор 15 he заряжается из-аа отсутствия между базами транзистора 10 напряжения, а с момента О стабилизатор работает аналогично описанному, т.е. перенапряжения иа нагрузке отсутствуют.

В рассмотренном варианте выходное напряжение стабилизатора не контролируется, в результате чего оно может изменяться, например, цри изменении тока нагрузки 4. Если подключить к выходным зажимам стабилизатора вход эталонного элемента 8 (см. пунктир) и выполнить последний так, чтобы напряжение на его выходе увеличивалось при увеличении выходного напряжения стабилизатора (и уменьшилось при уменьшении), стабильность последнего может быть существенно повышена, поскольку элемент 8 в этом случае функционирует одновременно как ус ройство дополнительной отрицательной обратной связи.

Силовой регулятор может быть вытюлнен по двухполупериодной или многофазной схемам выпрямления, что позволяет получать на выходе постоянное напряжение с уменьшенной пульсацией, стабилизированное по среднему значению.

В состав регулятора могут быть введены также индуктивно-емкостные фильтры. Силовой регулятор может быть так же выполнен по известным схемам переменного тока. Во всех вариантах соответственно увеличивается количество элементов 5 — 7, по числу тиристоров в схеме регулятора.

Предложенный стабилизатор йе тре бует громоздких элементов, его схема управления легко реализуется в микросхемном исполнении и обеспечивает asтоматическую стабилизацию выходного напряжения с высокой точностью.

Ьремя отработки любого возму щения йитаюшего напряжения не цревышает одного полупериода частоты сети, что обеспечивает высокую точность стабилизации выходного напряжения и в цинамическом режиме работы энергосистемы. Высокое быстродействие в сочетании с высокой точностью отработки возмущений питающего напряжения обеспечивают повьпненную стабильность выходного напряжения предложенного стабилизатора.

648965

Формула изобретения

1. Стабилизатор постоянного напрякения, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к входным выводам,$ силовой регулятор на тиристорах, управляюший вход которого подключен к одной из вторичных обмоток трачсформатора через цепочку нз формирователя импульсов, интегратора и широтно-импульсного модулятора, и опорный элемент, а выходные выводы подключены к другой вторичной обмотке трансформатора через силовой регулятор, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения стабильности выходного напряжения и уменьшения габаритов стабилизатора, в нем широтноимпульсный модулятор выполнен на транзисторе, база-эмиттерный переход которого зашунтирован первым диодом и подключен к первому выводу вторичной обмотки трансформатора, а через первый резистор - ко второму выводу этой обмотки, коллектор через последовательно соединенные вторые диод и резистор подключен ко второму выводу вторичной обмотки, а через третий резисторк опорному элементу, при этом интегратор подключен одним входом к эмиттеру транзистора, а другим - к точке сое динения вторых диода и резистора.

2. Стабилизатор по п. 1, о т л и— ч а ю ш и и с я тем, что вход опор5 ного элемента соединен с выходными. выводами, 3. Стабилизатор по пп, 1, 2, о т— л и ч а ю ш и и с я тем, что в качестве второго резистора использован

39 элемент с н ел ине йно и хар акте р ис тико й.

4. Стабилизатор по пп. 1, 2 и 3, отличаюшийся тем,что,c целью зашиты от перенапряжения на нагрузке в момент пуска, формирователь l$ импульсов выполнен на соединенных параллельно дополнител ьном транзисторе и однопереходном транзисторе, эмиттер которого соединен со средней точкой цепочки из четвертого резистора и конденсатора, шунтированного стабилитроном.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР

N 365694, кл, Cj 05 ).= 1/56, 1969.

2. Иванчук Б. Н. и Рувинов Б. Я.

Параметрические стабилизаторы напряжения íà полупповодниковых приборах и магнитных усилителях, Энергия", М., 1971, с. 126, рис. 2.31.

648965

Составитель C. Чернышева

Редактор E. Кравцова Texpeg Э. Чужик Корректор Д. Мельниченко

Тираж ХО3 4 Подписной

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113О35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4