Ключевой стабилизатор напряжения постоянного тока

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ -48МИ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Реснублии (61) Дополнительное к ает. сеид-ву(22) Заявлено 261279 (2! )2858735/24-07 (51) М Кп.

3 с присоединением заявки Но (23) Приоритет

G 05 F .1/56

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 0 7 128 1 Бюллетень М 4 5 (53) УД (621. 316. .722.1(088.8) Дата опубликования описания 071281 (72) Автор изобретения

И.В.Москвичев (71) Заявитель (54) КЛЮЧЕВОЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО

ТОКА

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для преобразования переменного напряжения стабилизированное постоянное. Изобретение может быть использовано в системах питания сильноточных потребителей постоянного тока низкого напряжения.

Известен стабилизированный источник низких напряжений, который можно использовать для питания сильно- точных потребителей постоянного. тока низкого напряжения (1). однако данное устройство сложно по конструкции, имеет небольшой предел регулировки выходного напряжения и низкую надежность иэ-эа большого количества элементов.

Известны также стабилизаторы нап- 20 ряжения, которые более просты по конструкции $2)Pj, однако в этих устройствах при больших токах нагрузки и малых напряжениях происходит большое падение напряжения на диодах моста1 что приводит к черезмерному нагреву последних и выходу их из строя. Отсюда и низкий КПД и малая надежность, Наиболее близким техническим решением к изобретению является ключе- 30 вой стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий тиристорный регулирующий элемент, выпрямитель, сглаживающий фильтр, импульсный генератор на однопереходном транзисторе, эмиттер которого подключен к средней точке времяэадающей цепи, состоящей из резистора и конденсатора, вывод которого через резистор подключен к первой базе однопереходно.го транзистора, и через другой резистор — к коллектору усилительного . транзистора схемы сравнения t43.

Этот транзистор, шунтируя конденсатор, управляет скоростью его заряда и разряда, изменяет момент включения однопереходного транзистора. Второй вывод резистора времязадающей цепи .подключен к катоду первого стабилит- рона непосредственно и через третий резистор к второй базе однопереходного транзистора, первая база которого подключена к управляющим входам тиристорного регулирующего элемента.. Первый стабилитрон установлен на выходе выпрямителя, питающего импульсный генератор. Эмиттер усилительного транзистора через встречно включенный второй стабилитрон и резистор подключен.к выходу сглаживающего

888091 фильтра, а база — к резистивному делителю схемы сравнения.

Но данный ключевой стабилизатор имеет небольшой диапазон регулирования напряжения, а также низкую точность стабилизации, особенно при изменении питающих напряжений, вызывающих небольшие приращения стабилизируемого напряжения . Зто устройство обладает низкой чувствительностью к малым изменениям постоянного напряжения, что также снижает точность стабилизации и совершенно недопустимо при стабилизации и регулировке малых постоянных напряжений.

Целью изобретения является повышение точности стабилизации.

Цель достигается тем, что в ключевой стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий тиристорный регулирующий элемент, включенный последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора, ко вторичной обмотке которого подключены выпрямитель и сглаживающий фильтр, импульсный генератор на однопереходном транзисторе, эмиттер которого подключен к средней точке времязадающей цепи, один вывод которой нодключен через первый резистор к первой базе, а второй вывод — к катоду первого стабилитрона непосредственно и через резистор — к второй базе упомянутого транзистора, анод указанного стабилитрона подключен к одному из полюсов источника питания, а также первый биполярный транзистор, второй стабили-. трон, диод, конденсатор и резисторы, введены операционный усилитель с отдельным источником питания, второй биполярный транзистор, импульсный трансформатор, причем первый вход операционного усилителя подключен к средней точке переменного резистора, один вывод которого одновременно подключен к общей точке усилителя, аноду второго стабилитрона, катод которого подключен к другому выводу переменного резистора и через третий резистор к одному иэ входов питания усилителя, второй вход которого через четвертый резистор подключен к аноду первого стабилитрона, а выход — через пятый резистор к базе первого биполярного транзистора, эмиттер которого через шестой резистор подключен к точке соединения конденсатора и втор го стабилитрона и к средней точке в прямителя, коллектор — через в речно включенный диод к эмиттеру однопереходного транзистора, к первой базе которого подключена база второго биполярного транзистора, коллектор которого через цепь смещения подключен к положительной клемме источника питания и к седьмому резистору, соединенному с катодом первого ста-. билитрона, эмиттер — к одному выводу первичной обмотки импульсного трансформатора, второй вывод которой подключен к точке соединения времязадающей цепи и первого резистора аноду первого стабилитрона и выходу выпрямителя, а вторичная обмотка упомянутого трансформатора подключена к управляющему входу тиристорного регулирующего элемента.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.

Ключевой стабилизатор содержит тиристорный регулирующий элемент 1, вклыченный последовательно с первичной обмоткой понижающего трансформатора 2, вторичная обмотка которо15 го имеет отвод от средней точки и подключена ко .входу выпрямителя 3, выполненного по двухполупериодной схеме выпрямления.

На выходе выпрямителя 3 включен

Щ сглаживающий фильтр 4. Управление тиристорным элементом 1 осуществляется импульсами, поступающими от релаксационного генератора на однопереходном транзисторе 5, эмиттер которого подключен к общей точке времязадающей цепи б, один вывод которой подключен через резистор 7 к первой базе транзистора 5, а второй вывод к катоду стабилитрона 8 и через резистор 9 — к второй базе транзистора 5. Времязадающая цепь 6 состоит из последовательно соединенных конденсатора 10, постоянного резистора 11 и переменного резистора 12. Змиттер транзистора

5 через диод подключен к коллектору биполярного транзистора 14, база которого через резистор 15 подключена к выходу операционного усилителя 16, первый вход которого подключен к средней точке переменного резистора 17, 4О параллельно которому включен стабилитрон 18, причем анод стабилитрона подключен к общей точке усилителя 16 и через конденсатор 19 — к выходу усилителя 16, а катод стабилитрона 18 через резистор 20 .подключен к одному из входов питания усилителя 16.

Второй вход усилителя 16 через резистор 21 подключен к отрицательному по-. люсу источника питания 22 и к аноду стабилитрона 8. Операционный усилитель 16 питается от отдельного источника питания 23.

К первой базе транзистора 5 подключена база биполярного транзистора

24, коллектор которого через цепь смещения 25 подключен к положительному полюсу источника питания 22 и к резистору 26, второй вывод которого подключен к катоду стабилитрона

8 и к одному из выводов времязадаю40 щей цепи б. Змиттер транзистора 24 подключен к одному выводу первичной обмотки импульсного трансформатора

27, другой. вывод которой подключен к точке соединения резистора 7 и времяЯ задающей цепи б,аноду стабилитрона

888091

8, выходу выпрямителя 3, средняя точ ка которого подключена к точке соеди нения конденсатора 19 и стабилитрона

18 и через резистор 28 — к эмиттеру транзистора 14. Вторичная обмотка трансформатора 27 подключена к управляющим входам тиристорного регулирующего элемента 1.

Работает устройство следующим образом.

При изменении напряжения сети в сторону увеличения во вторичной цепи трансформатора 2 напря:кение также увеличится. Это напряжение сравнива-. ется с эталонным напряжением на стабилитроне 18. Разность этих напряжений поступает на вход операционного усилителя 16, усиливается и с выхода усилителя 16 поступает на базу биполярного транзистора 14; Транзистор 14 регулирует скорость заряда конденсатора 10 и, соответственно, изменяет момент отпирания транзистора 5. По мере роста напряжения на конденсаторе 1С переход эмиттер-база

1 транзистора 5 смещается в обратном направлении транзистор 5 открывается, и конденсатор 10 разряжается через резистор 7. При снижении напряжения на конденсаторе 10 транзистор 5 закрывается, и напряжение на конденсаторе 10 вновь начинает возрастать.

Таким образом, на конденсаторе

10 образуется пилообразное напряжение, а на резисторе 7 напряжение имеет форму отдельных импульсов.

Импульсы с резистора 7 поступают на базу транзистора 24, включенного по схеме эмиттерного повторителя и через трансформатор 27 — на управляющие электроды регулирующего элемента 1, управляя моментом отпирания тиристоров, в результате чего стабилизируется выходное напряжение уст-. ройства, Напряжение на стабилитроне 8 имеет трапецеидальную форму со стабилизированной амплитудой. Это соответствует достижению высокой точности синхронизации работы релаксационного генератора с полуволнами выпрямленного напряжения. Диод 13 обеспечивает развязку цепи коллекторэмиттер транзисторов 14,5 соответственно. Резисторы 15 и 28 обеспечивают необходимый режим работы транзистора 14. Конденсатор 19 обеспечивает повьпаение постоянной времени в цепи нагрузки операционного усилителя 16. Переменный резистор 17 позволяет регулировать опорное напряжение, подаваемое на вход операционного усилителя 16, которое определяет уровень выходного напряжения стабилизатора. Т.е. с помощью резистора 17 осуществляется регулировка диапазона выходного стабилизированного напряжения устройства.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность стабилизации, а также обеспечить регулировку стабилизируемого напряжения. Введение в устройство операционного усилителя повысило чувствительность стабилизатора к малым изменениям постоянного напряжения. Нестабильность выходного напряжения в предлагаемом устройстве при диапазоне регулирования 0-:38 и токе 60 A составляет не более 0,0015В (в известном устройстве — 0,05B). В предлагаемом устройстве регулировка выходного напряжения осуществляется практически с О, а я устройстве-прототипе минимальное выходное напряжение определяется напряжением на опоРном стабилитроне и принципиально не может быть равным О. В предлагаемом 1 устройстве может быть установлено (резистором 17) любое выходное напряжение в пределах диапазона регулировки (О-;ЗВ) и обеспечена указанная высокая точность стабилизации.

15

Формула изобретения тый резистор — к базе первого бипоКлючевой стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий тиристорный регулирующий элемент, включенный последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора, ко вторичной обмотке которо"o подключен выпрямитель и сглаживающий фильтр

У импульсный генератор на однопереходном транзисторе, эмиттер которого подключен к общей точке времязадающей цепи, один вывод которой подключен через первый резистор к первой базе, а второй вывод — к катоду первого ста40 билитрона непосредственно и через второй резистор — к второй базе упомя нутого транзистора, причем анод ука-занного стабилитрона подключен к одному из полюсов источника питания, а

45 также первый биполярный транзистор

У второй стабилитрон, диод, конденса" тор и резисторы, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения точности стабилизации, в стабилизатор введены операционный усилитель с отдельным источником питания, второй биполярный транзистор, импульсный трансформатор, причем первый вход операционного усилителя подключен к средней точке пеРеменного Резистора, один вывод которого одновременно подключен к общей точке упомянутого усилителя, аноду второго стабилитрона, катод которого подключен к другому выводу переменного резистора, и

60 через третий резистор — к одному из входов питания операционного усилителя, второй вход которого через четвертый резистор подключен к аноду первого стабилитрона, а выход через пя888091!

15

Составитель Л.Стрелкин

Редактор Т.Кузнецова Техред Т. Маточка Корректор Н.Швыдкая

Заказ 10724/13 Тираж 943 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д.4/5

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул.Проектная, 4 лярного транзистора1 эмиттер которого через шестой резйстор подключен к точке соединения конденсатора н второго стабилитрона и к средней точке выпрямителя, коллектор — через встречно включенный диод к эмиттеру однопереходнОго транзистора, к первой базе которого подключена база второго биполярного транзистора, коллектор которого через цепь смещения подключен к положительной клемме источника питания и к седьмому резистору, соединенному с катодом первого стабилитрона, эмиттер — к одному выводу первичной обмотки импульсного трансформатора, второй вывод которой подключен к точке соединения времязадающей цепи и первого резистора, аноду первого стабилитрона и выходу выпрямителя, а вторичная обмотка упомянутого транс. форматора годключена к управляющему входу тиристорного регулирующего элемента °

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 168770, кл. Н 02 M 3/24, 1969.

2. Патент Японии Р 51-40926, 05 F 1/56, 3. Авторское свидетельство СССР

Р 610086, кл. G 05 F 1/56, 1978.

4. Грейвер Е:С. Ключевые стабилизаторы напряжения постоянного тока, M.,"Связь", 1970, рис. 6.12, с.122,