Стабилизатор постоянного напряжения

 

Сеюэ Советсиин

Социалистических

Ресяубпии

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< >930302 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 26.09. 79 (21) 2824139/24-,07 (5l ) М. Кл.

G 05 F 1/58 с присоединением заявки №вЂ”

3Ъсударстненыб квинтет

СССР (23) Приоритет— но денни имбретеннй и открытий

Опубликовано 23. 05. 82. Бюллетень ¹ 19 (Я3) УДК621 ° 316. .722.1(088.8) Дата опубликования описания 23.05.82 (72) Автор изобретения

P. Г. Константинов (7l) Заявитель (54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ денсатор j2J и 31.

Изобретение относится к электро- ., технике и может быть использовано в стабилизированных источниках питания для защиты регулирующего органа (PO) от перегрузок в момент подключения . первичного источника напряжения.

В источниках питания, предназначенных, например, для питания нагрузки с емкостной реакцией или для питания цепей накала мощных радиоламп, 16 в момент подключения первичного источника напряжения РО испытывает значительные перегрузки по току, напряжению и мощности, так как в этом случае режим включения эквивалентен режи15 му кратковременного короткого замыкания выхода источника питания.

Известен стабилизированный источник питания, содержащий РО включенный последовательно с нагрузкой, блок управления с элементом опорноro напряжения (ЗОН) и демл конденсатор, включенный между входом PO u общей шиной источника. Здесь демпфирующий конденсатор обеспечивает посте пенное, по экспоненте, нарастание выходнОго напряжения и устраняет импульсные перегрузки на РО по току и по мощности в момент подключения первичного источника напряжения $1(.

Однако. для снятия этих перегрузок необходим конденсатор значительной емкости, который резко ухудшает динамические параметры устройства. Поэтому такие устройства не находят широкого практического применения, а конденсатор в них используется в основном для коррекции частотной характеристики, для устранения самовозбуждения (c небольшой номинальной емкостью, величина которой недостаточна для защиты устройства).

Известны также стабилизаторы постоянного напряжения, содержащие источник опорного напряжения, к выходу которого подключен демпфирующий кон-, 930302

Недостатком этих устройств является невозможность обеспечения опти.мального вида переходной характерис: тики.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является стабилизатор постоянного напряжения, содержащий включенный в одну из силовых шин регулирующий орган, к уп- © равляющему входу которого подключен выход блока управления, элемент опорного напряжения с демпфирующим конденсатором на его выходе, и цепь заряда этого конденсатора с токозадающим элементом Я .

Недостаток известного устройства состоит в относительной сложности его схемы наличие допалнительных резис- 2О тора и транзистора). При этом в большинстве случаев в установившемся режиме напряжение база — эмиттер дополнительного транзистора превьппает максимально допустимую величину, так какрз входное напряжение обычно намного больше опорного. В этом случае необходимо дополнительное усложнение схемы для защиты перехода база — эмиттер, этого транзистора, Время установлениязе выходного напряжения в данном устройстве относительно велико. Объясняется это следующим. Для обеспечения минимального времени установления выходного напряжения, т. е. для обеспече35 ния оптимальной переходной характеристики необходимо, чтобы выходной конденсатор устройства в течение переходного периода заряжался максимально возможным током, т. е. током

40 такой величины, при котором мгновенная мощность на РО в течение всего переходного периода была равна максимальной, предельно допустимой мощ,ности для данного. типа PO. Расчеты и результаты практических измерений пока45 зывают,что вид оптимальной переходной характеристики стабилизированного ис точника питания, имеющего на выходе конденсатор большой емкости, зависит от некоторых показателей режима работы устройства, в частности от соотношения входного и выходного напряжений, от соотношения предельно допустимой импульсной мощности Р оп для данного типа PO и номинальной мощности Р б,„, рассеиваемой РО в установившемся режиме, Оптимальные переходные характеристики конкретного устройства, построенные графически, показывают, что они могут быть аппроксимированы в некотором приближении показательной функцией. Так, например, если отношение Р оп/P> zM близко к единице, функция будет иметь показатель меньше единицы (в этом случае необходимо относительно быстрое нарастание выходного напряжения в начальный момент времени после включения питающего напряжения и все более медленное — в дальнейшем), если Р о„/Рното = 3-4, то в этом случае показатель функции примерно равен единице (оптимальным будет линейное нарастание выходного напряжения), а если Родоп/Р о больше 4, то показатель функции больше единицы (для получения оптимальной переходной характеристики необходимо относительно медленное нарастание выходного напряжения в начальный период времени после включения и все более быстрое — в дальнейшем}. Известное устройство в некотором приближении позволяет получить оптимальную переходную характеристику для случая, когда Рьоп /Рното близко к единице, так как заряд демпфирующего конденсатора в нем происходит по экспоненте, через резистор от входного питающего напряжения. Однако в большинстве практических случаев допустимая импульсная мощность полупроводниковых приборов бывает во много раз (на порядок и более) больше той мощности, которую этот элемент рассеивает в номинальном режиме стабилизации (или. выходной мощности устройства), т. е. для большинства практических устройств оптимальной будет переходная характеристика, которая приближенно может быть .аппроксимирована степенной функцией с показателем, большим единицы. Известное устройство не обеспечивает возможности изменения вида переходной характеристики применительно к каждому конкретному устройству, т. е. оно не может обеспечить минимальное время установления выходного напряжения.

Целью изобретения является уменьшение времени установления заданной величины выходного напряжения путем обеспечения заданного вида переходной характеристики.

Поставленная цель достигается тем. что в. стабилизаторе постоянного напряжения токозадающий элемент выполнен в виде стабилизатора тока или

5 930302 резистора, подключейного к выходу ж стабилизатора. з

В него введен вентиль, включенный т между выходом элемента опорного на- в пряжения и демпфирующи конденсатором причем вентиль включен в прямом на- к правлении относительно выходного на- у пряжения элемента опорного напряже- п ния. д

На фиг. 1 представлена блок-схема 10 н стабилизатора постоянного напряжения; на фиг. 2 — принципиальная электри- д ческая схема одного из вариантов уст- б ройства.

Стабилизатор содержит PO 1, вклю- is в ченный последовательно с нагрузкой, н подкпючаемой к выходным клеммам 2. в

Вход PO соединен с выходом блока управления 3, входом связанной с выхо- 7 дом ЗОН 4, состоящего из параметри- рр в ческого стабилизатора 5 и демпфирую- о щего конденсатора 6, подключенного к д выходу параметрического стабилизато- в ра. Стабилизатор может содержать так- е же резистор 7, образующий совместно c ?s 7 конденсатором 6 RC-цепь, подключенную к выходу устройства. Параллельно ре- в зистору 7 может быть подключен стаби- а лизатор тока 8. Точка соединения кон- т денсатора 6 с резистором 7 и стабили- зо затором тока 8 может быть подключена к выходу параметрического стабилнза- н тора через диод 9, включенный встречно по отношению к напряжению на кон- н денсаторе 6. Диод 10, включенный па- ( раллельно переходу база-эмиттер тран- т зистора 11 блока управления, защищает т этот транзистор при выключении питаю- с щего напряжения от появления обратно- о го напряжения на переходе база-эмиттер. Через входные клеммы 12 устрой- н ство подключается к первичному источ- х нику напряжения. На выходе устройст- п ,ва может стоять конденсатор 13 боль- м шой емкости. Параметрический стабили- 4> к затор образован резистором 14 и ста- м билитроном 15.

Работу устройства рассмотрим на. . л примере стабилизатора, приведенного с на фиг. 2.

В момент подключения первичного напряЖения транзистор 11 закрыт, транзистор 1 открывается и на выходе стабилизатбра напряжение начинает

55 расти (заряжается выходной конденсатор 13). При появлении выходного напряжения транзистор 11 приоткрывается, а конденсатор 6 начинает эаряаться током, протекающим через реистор 14 (с выхода устройства), и оком эмиттера транзистора 11 (со хода). Так как напряжение на конденаторе 6 является опорным для источниа питания, то выходное напряжение стройства в переходной период будет ропорциональным напряжению на коненсаторе 6, т. е. изменятся по закоу изменения напряжения на конденсаоре 6. Как только напряжение на коненсаторе достигает напряжения прооя стабилизатора 15, переходной пеиод заканчивается, источник питания

ыходит на номинальный режим. В устаовившемся режиме конденсатор 6 не лияет на работу устройства.

Для исключения влияния элементов и 8 на режим работы ЭОН в устаноившемся режиме введен диод 9. После кончания переходного процесса коненсатор 6 заряжается до величины

ыходного напряжения, диод 9 запиратся обратным напряжением и элементы и 8 отключаются от схемы 30Н.

Предложенное устройство может быть

ыполнено в любом из следующих варинтов: стабилизированный преобразоваель, стабилизатор линейный, стабилизатор импульсный.

Основные преимущества предложен-. ого устройства по сравнению с известным состоят в том, что повышается адежность за счет упрощения схемы исключается дополнительный транзисор, который в большинстве случаев ребует введения дополнительных редств защиты перехода база-эмиттер) беспечивается возможность уменьшения времени установления выходного апряжения sa счет оптимизации переодной характеристики. При этом вид ереходной характеристики может изеняться применительно к калщому конретному устройству. Сокращение вреени установления выходного напряжения, в зависимости от конкретных усовий применения устройства, может оставлять величины от десятков до со ен процентов.

В наиболее значительной степени перечисленные преимущества заявленного устройства могут выявиться в источниках питания, содержащих конденсаторы большой емкости на выходе — в стабилизированных преобразователях с емкостными фильтрами, в стабилизаторах, работающих на преобразователь и т. п.

930302

Формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 3471/64 Тираж 908 Подписное

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

l. Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий включенный в одну из силовых шин регулирующий орган,к управляющему входу которого подключен выход блока управления, элемент опорного напряжения с демпфирующим конденсатором на его выходе и цепь заряда этого конденсатора с токозадающим 10 элементом, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени установления заданной величины выходного напряжения путем обеспечения

3 заданного вида переходной характе- )S ристики, указанный токозадающий эле-мент выполнен в виде стабилизатора тока или резистора, подключенного к выходу стабилизатора.

2. Стабилизатор по п. l о т— л и ч а ю шийся тем, что в него введен вентиль, включенный между выходом элемента опорного напряжения и демпфирующим конденсатором, причем вентиль включен в прямом направлении относительно выходного напряжения элемента опорного напряжения, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе!. Авторское свидетельство СССР

В 333662, кл. Н 02 M 3/14, 1970.

2. Патент США Р 2967991, кл. 323-22, 1961.

3. Авторское свидетельство СССР

1 - 575559, кл. С 05 F 1/56, 1974.

4. Авторское свидетельство СССР

Р 294132, кл. G 05 F 1/10, 1971.