Высоковольтный импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока

Союз Советскин

Социалистммеских

Респубпик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п 657419 (61) )дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 24.12.75 (21) 2304145/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано15.04.79,Бюллетень №14

Дата опубликования описания 16. 04. 79 (51) М. Кл

G 05 Г 1/56

Гооудеротоенны9 номнтет

СССР оо делам нзобретвннй и отнрытнй (53) УДК 621.316. .722.1 (088.8) (72) Автор изобретения

B. И. Осадчий

Особое конструкторское бюро Института космических исследований (71) Заявитель (54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР

НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для питания радиоэлектронных высоковольтных устройств.

Известен высоковольтный стабилизатор напряжения постоянного тока с регу- 5 лированием напряжения по низковольтному входу, состояший из регулирующего элемента, включенного перед трансформатором или преобразователем напряжения постоянного тока, к выходу которых 10 подключена схема умножения напряжения(1).

Наиболее близким к изобретению техническим решением является высоковольтный импульсный стабилкзатор напояжения постоянного тока, содержащий регулиру- 15 ющий транзистор, усилитель постоянного тока на транзисторе, эмиттер которого соединен с опорным элементом, а база связана с выходом резисторного делителя, первый вывод которого соединен с одним из выводов для подключения нагруз. ки, трансформатор, первичная обмотка которого соединена с входными выводами, 2 и диодно-конденсаторный блок умножения, одним выходным выводом соединенный с указанным выводом для подключения нагрузки (21 . Однако этот стабилизатор имеет сложную структурную схему и низкий КПД вследствие значителен,ного рассеяния мощпости на регулирующем транзисторе и регулирующем., трансформаторе.

Целью изобретения является уменьшение выходного сопротивления стабилизатора при обеспечении гальванической раз« вязки входа с выходом. Это достигается тем, что в предлагаемом стабилизаторе вторичная цепь трансформатора выполнена в виде двух обмоток, одна из которых соединена с входом диодно конденсаторно

ro блока умножения, между первь1м диодом и разрядным конденсатором которого включен коллекторво-эмиттерньш переход регулирующего транзистора, а другая обмотка через двухполупериодный выпрямитель соединена с цепями питаш;я дополнительно введенного ждущего мультивиб65741 9 ратора на двух транзисторах, базовая цепь одного из которых соединена с коллектором транзистора усилителя постоянного тока и одной обкладкой времязадаю щего конденсатора, базовая цепь другого транзистора через последовательно соединенные дифференцирующую цепь и двусторонний ограничитель соединена со второй обмоткой трансформатора, а коллектор второго транзистора ждущего мультивибратора через резистор соединен с базой регулирующего транзистора и другой обкладкой времязадаюшего конденсатора, причем эмиттер регулирующего транзистора соединен со вторым выводом реэисторного делителя.

Для повышения коэффициента стабилизации по напряжению и дальнейшего сни-. жения выходного сопротивления стабилизатор снабжен полевым транзистором, сток которого соединен с базой транзистора усилителя постоянного т ока и через один резистор с опорным элементом, сое диненным через другой резистор с исто» ком полевого транзистора, который соеди. нен с общим проводом двухполупериодного выпрямителя, а затвор полевого транзистора подключен к выходу резисторного делителя, причем между эмиттером регулирующего транзистора и другим выводом для подключения нагрузки, соединенным с общим проводом двухполупериодного выпрял ителя, включен дополнительно введенный резисторный датчик тока.

На чертеже представлена электрическая схема описываемого высоковольтного импульсного стабилизатора напряжения постоянного тока.

К вторичной высоковольтной обмотке

1 трансформатора подключен диодно-конденсаторный блок 2 умйожения,. Б цепь подзаряда конденсатора 3 блока 2 умножения, к катоду диода 4 подключен коллектором регулируюший транзистор 5 типа ймр-n . Эмйттер этого транзистора соединен с разрядным конденсатором 6, резистором 7 нижнего плеча выходного делителя и через датчик тока на резисторе 8 с общим проводом блока 2 умножения, эмиттерами транзисторов 9 и 10 типа n -p о ждущего мультивибратора

11 и средней точкой двухпопупериодного выпрямителя на диодах 12 и 13, подключенного к низковольтным вторичным обмоткам 14 и 15 трансформатора и предназначенного для питания мультивибрато ра. База регулирующего транзистора 5 соединена через резистор 16 с коллекто рол транзистора 10 и времязадаюшим! конденсатором 17 мультивибратора 11.

Б цепи разряда времязадаюшего конденсатора 17 включен усилитель постоянного тока на транзисторе 18, коллектор которого соединен с базой транзистора 9 и времязадаюшим .конденсатором 17 мультивибратора 11, а эмиттер - с балластным резистором l9 и через опорный элемент 20 с резисторами 21 и 22 в цепях коллекторов транзисторов 9 и 10 мупьтивибратора и положительным полю сом двухполупериодного выпрямителя на диодах 12 и 13. База транзистора 18 усилителя. постояНного тока и резистор

23 в цепи его базы соединены со стоком полевого транзистора 24, предназначенного для согласования большого выходного а сопротивления высоковольтного делителя на резисторах 7 и 25 на выходе блока

2 умножения с малым входным сопротивлением транзистора l8. Исток полевого транзистора 24 соединен с балластным резистором 19 и через резистор 26 с общим проводом блока умножения напряжения, а затвор -.со средней точкой. высоковольтного делителя на резисторах

7 и 25. цепь запуска ждущего мультивибратора l l — дифференцируюшая цепь

27 — подключена к двустороннему ограни. чителю переменного напряжения на стабилитронах 28 и 29 и резисторе 30,. подключенному к обмотке 14 трансфор матора. База транзистора 10 соединена

5 через резистор 31 с источником запирающего напряжения на диоде 32, подключешюм к обмотке 33 трансформатоpG, Стабилизатор работает спедукчпил< обвазом, При подаче на первичную обмотку трансформатора переменного напряжения синусоидальной или прямоугольной формы на вторичных обмотках также появля-

5 ется переменное напряжение. С двухполуцериодного выпрямителя со средней точкой на диодах 12 и 13 на ждущий мупЪтивибратор 11 поступает напряжение пи56 тания, а с однополупериодного выпрямителя на диоде 32 через резистор 31 на базу транзистора 10 подается запирающее напряжение. Через резисторы 22 и

16 на базу регулирующего транзистора

5 поступает отпираюшее напряжение, и на выходе блока 2 умножения появляется напряжение постоянного тока. До прихода запускающего импульса мультивибратор 11 находится в устойчивом состоя65743 нии, при котором транзистор 10 закрыт, а транзистор 9 открыт. Запускающие импульсы формируются следующим образом.

Со втричной обмотки 33 трансформатора переменное напряжение подается на двусторонний ограшлчитель на стабилитронах

28 и 29, с выхода которого переменное напряжешле прямоугольной формы поступает в дифференцируюшую цепь 27. Если на первичную обмотку трансформатора по-1О дается переменное напряжение прямоугольной формы, то ограничитель: на стабилитронах 28 и 29 может отсутствовать.

В начале каждого полупериода переменного напряжения на выходе дифференцируюшей цепи 27 появлякэтся остроконечные импульсы с чередующейся полярностыс.

Импульсы положительной полярности поступают через диод на базу транзистора

10 мультивибратора 11. Высоковольтная обмотка 1 и низковольтная обмотка 14, с которой снимаются запускающие импульсы, должны быть включены так, чтобы переменные напряжения, сшлмаемые с них, совпадали по фазе, т.е. в момент, 25 когда положительный полупериод перемылного напряжения на высоковольтной обмотке 1 трансформатора заряжает KDH» денсатор 3 через диод 4 на транзистор

10 мультивибратора с дифференцируюшей цепи 27 долх<ен поступать положительный запускающий импульс. Под действием за»пускающего импульса мультивибратор 11 лавинообразно, переключается во временно устойчивое состояние, в котором транЗф зистор 10 открыт, а транзистор 9 закрыт.

Следовательно, регулирующий транзистор

5 закрывается, так как его база соединена через резистор 16 и открытый тран40 зистор 10 с общим проводом. Ускоренному запиранию транзистора 5 способствует отрицательное напряжение на резисторе

8 датчика тока, прикладываемое к переходу эмиттер-база этого транзистора в

45 запирающем направлении. Бремя, в течение которого мултивибратор 11 находится во. временно устойчивом состоянии, а регулирующий транзистор 5 закрыт, определяется постоянной времешл цепи разряда конденсатора 17 через усилитель постоянного тока на транзисторе

18, т.е. сигналом ошибки, поступающим на этот транзистор с измерительного элемента.

Если, например, при увеличении напряжения на первичной обмотке трансформатора или уменьшении тока нагрузки увеличивается выходное напряжение, то уве9 б личивается и напряжение на резисторе 7 высоковольтного делителя, включенного на выходе блока 2 умножения. Ток стока полевого транзистора 24 уменьшается, . вызывая уменьшение тока коллектора транзистора 18, так как напряжение на стабилитроне 20 в цепи эмиттера этого транзистора остается постоянным. Cotn ветственно увеличиваются время разряда ко|щенсатора 17, длительность генерируемого импульса мультивибратора 11 и время закрытого состояшля регулируюше го транзистора 5, ограничивающего напряжение заряда конденсатора 3 блока

2 умножения. В результате этого выходное напряжение блока 2 умножения остается без изменения. По истечении генерируемого импульса мультивибратора 11 регулируюший транзистор 5 открывается и находится в этом состояшп до прпхода следующего запускающего импульса. Напряжеш е, грикладываемое к переходу эмпттер-коллектор регулирующего транзистора 5 в закрытом состоянии, равно разности напряжений на высоковольтной обмотке 1 и конденсаторе 3 блока 2 умножения напряжеши, что позвсчяет применить транзистор с неболчи шим допустимым напряжением эмиттерколлектора. Когда на высоковольтной обмотке 1 отрицательный полуперцод переменного напряжения, диод 4 блока 2 умно жения закрыт, а регулирующий транзистор

5 открыт, происходит процесс разряда

l конденсатора 3 и подзаряда колонны конденсаторов„к которым подключена нагрузка

Так как напряжение на резисторе 8 датчика тока приложено к затвору поле- вого транзистора 24 в отпираюшем направлении, то при уменьшении тока нагрузки уменьшается напряжешле на резисторе

8 и, соответствешло, ток стока полевого транзистора. B конечном цтоге увеличивается время закрытого состояния регулирующего транзистора 5 и напряжение на выходе блока 2 умножения, возросшее в результате сброса нагрузки, уменьшается до первоначального уровня. Подбирая величину резистора 8 датчика тока, можно значительно уменьшить выходное сопротивление блока 2 умножешля найряжения. Так как мулнгивибратор 11 питается нестабилизированным напряжением постсянного тока, что не влияет на величину постоы» ной времени цешл разряда конденсатора

17, то, изменяя величину резистора 26 в цепи истока полевого транзистора 24, 657419

l. Высоковольтный импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока, содержаший регулирующий транзистор, усилитель постоянного тока на транзисторе, эмиттер которого соединен с опорным элементом, а база связана с выхсдом резисторного делителя, первый вывод которого соединен с одним из выводов ,для подключения нагрузки, трансформатор, 30 первичная обмотка которого соединена с входными выводами, и диодно-конденсаторный блок умножения, одним выходным выводом соединенный с указанным выводом для подключения нагрузки, о тл и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью уменьшения выходного сопротивления при обеспечении гальванической развязки входа с выходом, вторичная цепь трансфор- матора выполнена в виде двух обмоток

4 одна из которых соединена с входом дйодно-конденсаторного блока умножения, между первым диодом и разрядным конденсатором которого включен коллекторноэмиттерный переход рег чп руюшегo транзистора, а другая обмотка через двух можно регулировать величину обратной связи по напряжению с входа стабилизатора. При увеличении напряжения на первичной обмотке трансформатора увеличивается ток через стабилитрон 20 и, сс ответственно, напряжение на резисторе

26. В результате этого уменьшается ток стока полевого транзистора 24, так как напряжение на резисторе 26 приложено к затвору полевого транзистора в запирающем направлении. В конечном итоге увеличивается время закрытого состояния регулируюшего транзистора 5 и напряжение на выходе блока 2 умноже пи напряжения .поддерживается на заданном уровне с высокой стабильностью.

Ф ормула изобретения полупериодный выпрямитель соединена с цепями питания lloïoëíèòåëüío введенно1 D ждущего мультивибратора на двух транзисторах, базовая цепь одного из коо

5 торых соединена с коллектором транзистора усилителя HDGT02IIHDI0 тока и одной обкладкой времязадаюшего конденсатора, базовая цепь другого транзистора через последовательно соединенные дифференИ пирующую цепь и двусторонний ограничитель соединена со второй обмоткой трансформатора, а коллектор второго транзистора >кдушего мультивибратора через ре"зистор соединен с базой регулируюшего транзистора и другой обкладкой времязадаюшего конденсатора, гричем эмиттер регулируюшего транзистора соединен со вторым выводом резисторного делителя.

2. Стабилизатор по п.1, о т л и ч аю ш и и с я тем, что, с целью повышения коэффициента стабилизации по напряжению и дальнейшего снижения выходного сопротивления, он снабжен полевым транзистором, сток которого соединен с ба2$ зой транзистоГа усилителя постоянного тока и через один резистор с опорным элементом, соединенным через другой резистор с истоком полевого транзис- . тора, который соединен с общим прово-.. дом двухполупериодного выпрямителя, а затвор полевого транзистора подключен к выходу резпсторного делителя, причем между эмиттером регулируюшего транзистора и другим, выводом для подключения

35 нагрузки, соединенным с обшим проводом двухполупериодного выпрямителя, включен дополнительно введенный резисторныи датчик тока.

Источники информации, принятые во

О внимание при экспертизе

1. Источники электропитания на полупроводниковых приборах, под ред. 5одика С. Д. и Гальперина Е. И,. N„ "Совет ское радио, 1969, с. 386, рис. IX.9.

45, 2. То же, с. 396, рис. IX.12.

6574i9

Составитель С. Горбачева

Редактор А. Пейсоченко Техред Н. Бабурка Корректор М. Поя

Заказ 1795/47 Тираж 1014 Подписное

11НИИПИ Государственного комитета СССР по .делам изобретений и открытий

113035, Мааквв, Ж35, Раушскаа, ваб., в. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектнаи, 4