Импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

731428

"Ъ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51)М. Нл. (22) Заявлено 261277 (21) 2560067/24-07 с присоединением заявки ¹

G 05 F 1/46

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 300480. Бюллетень ¹16

Дата опубликования описания 300480 (53) УДК 621.316. . 722. 1 (088. 8) (72) Авторы изобретения

B.Â. Сазонов и В.Т. Барабаш

Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта (71) Заявитель (54 ) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯ ЖЕНИ Я

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике, а именно к импульсным стабилизаторам постоянного напряжения.

Такие стабилизаторы находят широкое применение для питания различной электронной аппаратуры автоматики, телемеханики и информационно-измерительной техники.

Известен импульсный стабилизатор (ИС), в котором в качестве широтноимпульсного модулятора (ШИМ) используется различные модификации несимметричного магнитного мультивибратора. Магнитный мультивибратор обладает до« таточной-мощностью для непосредственного управления ключевым транзистором силового каскада, кроме того, при использовании магнитного мультивибратора не возникает затруднений в согласовании управляющих и силовых цепей и не требуется дополнительный источник запирающего напряжения для силового транзистора.

ИС с ШИМ на базе магнитного мультивибратора исключительно просты и обладают высокой надежностью (1), Наиболее близким техническим решением к изобретению является импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий регулирующий транзистор, включенный между входной клеммой и входом ЬСД-фильтра, выход которого соединен с выходными клеммами, магнитный мультивибратор, выходная обмотка трансформатора которого через диод подключена к переходу база-эмиттер регулирующего транзистора, дополнительный транзистор, эмиттером соединен со входом

ЬСД-фильтра, коллектором через первую обмотку трансформатора мультивибратора и источник управляющего напряжения — с общей шиной, а базой через вторую обмотку трансформатора мультивибратора и резистор — со входом

ЬСД-фильтра (2).

Недостатком известного устройства является сложность и большая масса фильтра, что увеличивает габариты стабилизатора.

Цель изобретения — уменьшение массы габаритов стабилизатора.

Поставленная цель достигается тем, что в импульсном стабилизаторе напряжения постоянного тока база дополнительного транзистора через резистор и введенный вариконд с прямоз«гольной петлей гистерезиса подклю731428! чен а к общей шин е, паралл ель н о в ариI хонду через рези "тор и диод подключена введенная дополнительная обмотка трансформатора магнитного мультивибратора, в цепь второй обмотки трансФорматора мультивибратора включен первый введенный диод, анод которого

5 соединен со входом Фильтра, а к базе дополнительного транзистора подключен анод второго введенногo диода, катод которого соединен с эмиттером указанного транзистора.

" На фиг. 1 приведена схема предлагаемого стабилизатора; на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие работу схемы.

Стабилизатор содержит регулирующий транзистор 1, включенный между входной клеммой и входом 1,СД-Фильтра на диоде 2,дросселе 3 и конденсаторе 4, трансформатор 5 магнитного мультивибратора, дополнительный транзистор б, зашунтированный диодом 7, 2Î источник управляющего напряжения 8, один вывод которого подключен к общей шине, а другой — к первой обмотке

9 трансформатора 5, база дополнительного транзистора 6 через вариконд 25

10 и резистор 11 подключена к общей шине, параллельно вариконду 10 через диод 12 и резистор 13 подключена дополнительная обмотка 14 трансформатора 5, вторая обмотка 15 которого через диод 16 и резистор 17 подключена ко входу 2,СД-фильтра, диод 18 шунтирующий база-эмиттерный переход дополнительного транзистора б, выходная обмотка 19 трансформатора 5 одним выводом через диод 20 подключена к эмиттеру регулирующего транзистора, а через резистор смещения 21 к общей шине, нагрузку 22.

Работает схема следующим образом.

При подключении ИС к источнику 40 питания Пп транзистор 2 через резистор смещения 21 отпирается. При этом через переход эмиттер-база транзистора 6 и резистор 11 от источника UII начинает протекать ток заряда вариконда 10, и транзистор 6 также отпирается. Параметры цепи заряда вариконда выбираются так, чтобы при этом обеспечивался режим насыщения транзистора 6. К обмотке 9 трансформатора 5 прикладывается разность напряжения UII и источника управляющего напряжения U>. Полярности напря-. жений, наведенных при этом на обмотках 14, 15 и 19 таковы, что соответственно диоды 12, 16 и 20 заперты.

При достижении зарядом (g) вариконда значения насыщения (д ) ток .заряда начинает резко уменьшаться, и тиристор б выходит из .насыщения. Это приводит к падению напряжения на обмот- 60 ке 9, а следовательно, и на остальных обмотках трансформатора 5, вЫходу из насыцения транзистора 1, дальнейшему падению напряжения на обмотке

9 и т.д. Развивается лавинообразный 65 процесс запирания транзистора 1 .

После этого замыкающий диод 2 отпирается током дросселя 3 и через этот диод и диод 7 к обмотке 9 прикладывается напряжение U Транзисторы

1 и 6 поддерживаются запертыми напряжениями на обмотках 19 и 25 Вариконд 10 через диод 12 и резистор 13 перезаряжается напряжением на обмотке 14. При достижении зарядом вариконда значения g< ток перезаряда становится равным нулю, а состояние всей схемы не изменяется. При насыщении сердечника трансформатора

5 запирающие напряжения на обмотках

19 и 15 резко уменьшаются, транзисторы 1 и 6 начинают отпираться, напряжение на обмотке 9 под действием напряжения начинает падать, что приводит к дальнейшему отпиранию транзисторов 1 и б, которое происходит лавинообразно. В результате транзисторы 1 и б входят в режим насыщения, вариконд перезаряжается напряжением Un а к обмотке 9 приложена разность напряжений Ид н Uó. Далее весь процесс повторяется с IIeриодом T.

Процесс перезаряда вариконда в течение интервала открытого состояния транзисторов 1 и б (интервал й1) выражается уравнением

t аС) =,! 1 д (1)

О где g — изменение заряда; 1y — ток. заряда, а время отсчитывается от начала интервала t

Если учесть, что в течение t изменение д в квази-установившемся ре1 жиме происходит от -g до +g э з (т.е. g = 2g ), ток заряда при

U ?7 П @ (V — напряжение на вариконде) определяется выражением

Uï ф я (2) где Ry — сопротивление резистора 11, то из выражений (1) и (2) получим

2 = J q„qq. (3)

0 )(O

В течение интервала закрытого состояния транзисторов 1 и"6 (йнтервал 1 ), как указывалось, вариконд перезаряжается напряжением на обмотке

14, Для нормальной работы схемы необходимо, чтобы время перезаряда вариконда было меньше минимальНо возможной длительности интервала что обеспечивается выбором сопротивления резистора 13 и напряжения на обмотке 14.

Временные диаграммы перезаряда вариконда g(t) и 1 (t) при U„= const и 0„ = const показаны на фиг.2,а, м,б.

731428

Индук4ия в сердечнике трансформа- нием напряжения управления. Если 0„ тоРа 5 в течение интеРвала иэменЯетсЯ Равно опоРномУ напРЯжению U n, то по закону вы оп

И мы имеет параметрический ИС.

Если U> зависит от отклонения вцик ходного напряжения от опорного напряжения, например, определяется выражением

"У = )ов (Ьь!к) (12) где K — коэффициент усиления контура обратной связи, то из выражения (11) и (12) можно получить где 89 — значение индукции насыщения, достигаемого в конце интервала Са

W u g — число витков обмотки 9 и площадь поперечного сечения сердечника трансформатора 5.

В конце интервала t< индукция в сердечнике равна В, тогда согласно выражению (4) 10 оп а 4

0в

К+1 к+1 или при К >> 1

Е1 ,) (О -" >d< (5) о

SbW. "On К+ 1 т.е. за счет действия контура отрицательной обратной связи уменьшается нестабильность, вызванная величиной д Vo.

Определим период модуляции Т. Иэ выражений (3 ) и (9 ) имеем

t-t

В =Во+ й(J Оуде (6) 30 о

Учитывая, что Ег (7) Временные диаграммы изменения напряжения VW на обмотке и индукции В приведены на фиг. 2, в, r.

Из выражений (5) и (7 ) получаем откуда

t1 Т

П У о (9) среднее значение выходного напряжения ИС равно

„ t1

0„,õ -T- jundt. а()о, о

50.,т ()выл т " Е а 4 =U„aU (11) 60

Формула иэобрете.ни я

Импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий регулирующий транзистор, включенный

65 между входной клеммой и входом т.е. среднее значение выходного на пряжения определяется средним эначеДля нормальной работы схемы требуется,чтобы индукцияВ в течение не достигала значения — В5, что обеспечивается выбором соответствующих значений W u Q. 25

В интервале t индукция изменяется по законугде аБо — падение напряжения на эле- 55 ментах силового каскада.

Тогда иэ уравнений (9) и (10) получаем

1 т jU dt =gу, (14) о из уравнений (13) и (14) получаем

2Ф9 > т=

НапРяжение Бу равно либо U „,либо, согласно (II) примерно равно напряжению U которое постоянно, поэтому период Т также в процессе работы ИС-остается постоянным.

Из приведенных выражений видно, что, как и в известных ИС с ШИМ на базе несимметричного магнитного .мультивибратора, в рассмотренном

ИС выходное напряжение не зависит от изменения входного напряжения, и осуществляется параметрическая стабилизация 0вы„ по 0п.

Ъднако, в отличие от известных, в предлагаемом ИС период модуляции в процессе регулирования остается постоянным. Это позволяет существенно уменьшить параметры Ь- и С-фильтра, а следовательно, сократить вес и габариты фильтра.

731428

LCg- фильтра, выход которого соединен с выходными клеммами, магнитный мультивибратор, выходная обмотка трансформатора которого через диод подключена к переходу база-эмиттер регулирующего транзистора, дополнительный транзистор, эмиттером соединенный со входом LCg-фильтра,коллектором через первую обмотку трансформатора мультивибратора и источник управляющего напряжения — с общей шиной, à базой через вторую обмотку трансформатора мультивибратора и резистор — со входом ЬСД-фильтра, о т л и ч а ю ц и и с я тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов,база дополнительного транзистора через резистор и введенный вариконд с прямоугольной петлей гистерезиса

Тираж 956 Подписное

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул, Проектная, 4 подключена к общей шине, параллельно вариконду через резистор и диод подключена введенная дополнительная обмотка трансформатора магнитного мультивибратора, в цепь второй обмотки

5 трансформатора мульвибратора включен первый введенный диод, анод которого соединен со входом фильтра, а к базе дополнительного транзистора подключен анод второго введенного диода, катод которого соединен с эмиттером укаэанного транзистора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

В 301697, кл. G 05 F 1/56, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 360655, кл. G 05 F 1/56, 1970.