Стабилизатор постоянного напряжения

 

Союз Советских

Социапистических

Рес публии

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

riii892436 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04. 04. 80 (21) 2904588/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51)M. Кл.

G 05 F 1/58

9кудврстеены11 кеиитет

СССР во делан изобретения и юткрнтяй

Опубликовано 23.12.81. Бюллетень J% 47

Дата опубликования описания 25. 12. 81 (>3) УДК 621. 316. .722.1(088.8) (72) Авторы изобретения

А. Л. Вайнер и Т. Б. Гальперин (71) Заявитель (54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к технике стабилизации напряжения.

Известен стабилизатор напряжения, содержащий в силовой цепи линейный и нелинейный элементы 1.1).

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является стабилизатор постоянного напряжения, содержащий силовую цепь из последовательно включенных линейного и неt0 линейного элементов, образующую делитель напряжения, подключенный крайними выводами к входным выводам стабилизатора, а средним выводом . — к выходI5 ному выводу стабилизатора (2).

Недостатком известных стабилизаторов является то, что коэффициент стабилизации стабилизатора прямо пропорционален величине сопротивления ли- нейного элемента в силовой цепи и поэтому невысок, так как заметное увеличение сопротивления приводит к значительному рассеянию мощности на нем и требует использования теплообменников для линейного элемента, т.е, увеличения габаритов, которые и без того достаточно велики из-за применения теплообменников с нелинейными элементами.

Цель изобретения — повышение коэффициента стабилизации и уменьшения габаритов.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизатор постоянного напряжения в цепь линейного элемента последовательно включена термоэлектрическая батарея, холодный спай которой термически соединен с элементами силовой цепи.

На фиг. 1 изображена электрическая схема предлагаемого стабилизатора, в виде параметрического стабилизатора; на фиг. 2 — то же, в виде параллельного компенсационного стабилизатора; на фиг. 3 — конструктивная схема устройства.

Стабилизатор содержит последовательно включенные линейный элемент 1

6 4

Коэффициент стабилизации Кг гопределяется соотношением ст (Р т ) 9 где R — сопротивление линейного элемента;

R - сопротивление нелинейного элемента;

Р— сопротивление термобатареи.

При этом

11 6 Rs + (2) где R — омическое сопротивление вет—

Ь вей термобатареи; составляющая сопротивления, обусловленная термоэдс.

Для параметрического стабилизатора (фиг. 1)

<ну =< .c (3) где!y . <т- динамическое сопротивление стабилизатора; . Дпя компенсационного стабилизатора (фиг. 2) a„ = IX < (+) где ь — крутизна регулирующего элемента;

Rq — коэффициент усиления усилителя постоянного тока.

Увеличение коэффициента стабилизации относительно аналогичного параметра в известном устройстве, исходя иэ (1), равно

0F= Рд+, ) д (É ! при Р ((я с = )1, (b) Уменьшение габаритов устройства характеризуется отношением поверхности теплообменника для предложенного устройства F и для известного устрой-

|Э ства Р = р 1 тЭ

Р Р хххх вых ххххх

РРРн " g y З

hP d(T -TC) g т т 1 о то -т ) мощности рассеяния линейного и нелинейного элементов; максимальное значение тока через силовые элементы при отключении нагрузки; выходное напряжение стабилизатора;

8ЬФ

3 89243 резистор, нелинейный элемент 2 — стабилитрохх (фиг. 1) или составной транзистор (фиг. 2), образующие с термобатареей 3 силовой делитель напряжения, подключенный крайними выводами

5 к входным выводам стабилизатора, а средним выводом — к выходному выводу стабилизатора, при этом термобатарея включена в цепь линейного элемента.

На выходе стабилизаторов. включен конденсатор 4. Стабилизатор компенсационного типа (фиг. 2), как обычно, содержит иэмерительно-усилитель ный узел 5,, Устройство также содержит теплопереходы горячего и холодного спаев термобатареи 3, холодный спай 7 термически соединен с элементами силовой цепи " резистором .1 и составным транзистором 2, горячий спай — с теплообменником 8.

Соотношение между величинами сопротивлений термобатарен 3 и резистора 1 выбирается в зависимости от заданного коэффициента стабилизации, тока на.грузки и предельных рабочих темпера25 тур элементов. Принципиально резистор может вообще отсутствовать, а цепь линейного элемента составов из набора последовательно включенных термобатарей.

Если предельные рабочие температуры элементов 1 и 2 резко отключаются, то следует включать не менее двух термобатарей так, чтобы элементы 1 и 2 со" единялись термически с различными холодными спаями.

Устройство работает следующим образом.

При включении стабилизатора токи, протекающие через элементы 1 и 2, разогревают их вследствие выделения джоулева тепла. При этом выделяемая мощность пропорциональна квадрату тока через элемент. Одновременно ток, проходящий через термобатарею 3; вы- зывает на спаях 6 и 7 термоэлектрическую разность температур и холодный спай охлаждает элементы 1 и 2, частично компенсируя их разогрев. Так как при этом повьппается температура горячего спая, теплообменник 8 имеет 50 где P u P меньшую площадь поверхности, а, сле--, И5> дователВно, и объем меньший, чем для теплообменника в отсутствии термо- I

tll5Y, батареи. Величина сопротивления цепи линейного элемента увеличена на вели- 55 чину сопротивления термобатарей, что приводит к увеличению коэффициента стабилизации.

43б 6

Требуется увеличить стабильность до К с = 70 и уменьшить габариты.

Из (1) определяем К = 6 Ом.

ВХ-89 ать !max МЭь!х

Е = 2 86 Тг = 373 Рлр= 4 мЮ. д 034 м ; ф= 4,1.

Таким образом, использование термобатареи как функционального элемента !

О стабилизатора позволило с увеличением стабильности получить одновременно уменьшение требуемой поверхности рассеяния тепловой мощности в 4 раза, несмотря на то,.что требуемое значение

1 стдостигнуто при увеличении общей мощности рассеяния.

Применение изобретения позволяет получить существенный экономический эффект эа счет снижения веса и объема

20 стабилизирующих устройств.

5 892 о. — коэффициент теплоотдачи;

Т вЂ” допустимая температура корпуса элементов (или подложки);

Т вЂ” максимальная температура среды.

Для оценки Гт выразим холодильный коэффициент устройства через параметры стабилизатора (о- я 111 В Вых ww3

Формула изобретения в виде . у mgx" аьа1!х Ф+ ) <(« ) "®

«:!и !х <- с B«(«@3 (!0) где ьТ „= Tr — Т =1 Z T (11)

9.

Т„ — максимальная температура горячего слоя термобатареи;

Т вЂ” термоэлектрическая эффективность 35 = + Т; («l) 9 = Т-Т )/аТ,„„, (9)

Величина в„,„„достигается при оптимальной температуре горячего слоя, определяемой уравнением

Р+Р Р + у нд Р max Ч ыч т ах б=

Ртб R iV (л Я)

„9 В@хi NOW

Rzs где Й 5 — мощность, потребляемая термобатар еей.

Минимальную величинуГ -з можно выразить через параметры стабилизатора

Проводились расчеты для следующего примера. Пусть имеем стабилизатор сМВ„п = 20 B,Vgy, = 21 8,, = 1 А, Rg = 1 Ом Р р= О 1 OM Кст = 10 °

При этом Те = 353 К; T = 356 К; . с!= 5 Вт/м К; 2 = 2,5-10 !/К.

Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий силовую цепь из последовательно включенных линейного и нелинейного элементов, образующую делитель напряжения, подключенный крайними выводами к входным выводам стабилизатора, а средним выводом — к выходному выводу стабилизатора, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения коэффициента стабилизации и уменьшения габаритов, в цепь линейного элемента последовательно включена термоэлектрическая батарея, холодный спай которой термически соединен с элементами силовой цепи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Источники электропитания на полупроводниковых приборах. Под ред. Додика С.Д. и Гальперина И.Е,. М., "Советское радио", 1969.

2. Карпов В.И.Полупроводниковые компенсационные стабилизаторы напряжения и тока. М., "Энергия", !967. с. 95.

892436

"lax

Составитель С. Горбачева

Редактор И. Юрковецкий Техред С. Мигунова

Заказ 11258172 Тираж 943

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Рааушскаянаб. д 44!5

Филиал ПШ1 "Патент", r Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор М. Демчик

Подписное