Ключевой стабилизатор напряжения постоянного тока

 

Изобретение относится к стабилизированным источникам питания. Целью изобретения является увеличекие выходной мощности и упрощение ключевого стабилизатора напрзосения постоянного тока. Цель достигается тем, что для сохранения среднего значения напряжения выходных импульсов на определенном уровне изменяют скважность и а тлитуду выходных импульсов . Это обеспечивается выбором постоянных времени цепей заряда и разряда хронирующего конденсатора 6 и режимов работы транзисторов 7 и 9 порогового элемента 2. С помощью резистора 8 устанавливается уровень стабилизации. Частота следования импульсов определяется параметрами хронирующей RC-цепи. Запуск и выключение стабилизатора обеспечивают принудительным отпиранием и запиранием транзистора 7. 3 шт. (Л с: ю со со О5 СО О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1239696 А1 ц11 4 6 05 F 1/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3802534/24-07 (22) 18.10.84 (46) 23.06.86. Бюл. 11- 23 (71) Научно-исследовательский и экспериментальный институт автомобильного электрооборудования и автоприборов (72) В.И. Флерин, Л.И. Регельсон и А.И. Молодкина (53) 621.316.722.) (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 240760, кл. Н 02 M 1/14, 1968.

Авторское свидетельство СССР

У 130544, кл. H 02 M 3/155, 1960. (54) КЛ1пЧЕВОИ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕ—

НИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к стабилизированным источникам питания.

Целью изобретения является увеличение выходной мощности и упрощение ключевого стабилизатора напряжения постоянного тока. Цель достигается тем, что для сохранения среднего значения напряжения выходных импульсов на определенном уровне изменяют скважность и амплитуду выходных импульсов. Это обеспечивается выбором постоянных времени цепей заряда и разряда хронирующего конденсатора 6 и режимов работы транзисторов 7 и

9 порогового элемента 2. С помощью резистора 8 устанавливается уровень стабилизации. Частота следования импульсов определяется параметрами

C хронирующей кС-цепи. Запуск и выключение стабилизатора обеспечивают принудительным отпиранием и запиранием транзистора 7. 3 ил. с:

1 !2396

Изобретение относится к электро. технике и может быть использовано в устройствах электропитания средств автоматики, например, для питания обмотки контактора.

Цель изобретения — увеличение выходной мощности и упрощение стабилизатора.

На фиг. l изображена принципиальная электрическая схема стабилизатора; на фиг. 2 — принципиальная электрическая схема одного из вариантов стабилизатора; на фиг. 3 — графики напряжений в характерньгх точках схемы первого варианта.

На фигурах и в тексте приняты следующие обозначения: U — напряжение источника питания; U . -миниОГП и мальное напряжение источника питания; Ц вЂ” напряжение на хронирующем конденсаторе первого варианта схемы;

Б с — напряжение на базе первого транзистора первого варианта схемы;

U — напряжение на эмиттере первого транзистора первого варианта схемьг;

17 „ — напряжение на выходе первого варианта стабилизатора; U<о — среднее значение напряжения на вьгходе первого варианта стабилизатора; Е, — напряжение маломощного стабилизированного источника питания для первого варианта стабилизатора; Š— напряжение маломощного стабилизированного источника питания для второго варианта стабилизатора; t > — длительность импульсов выходного напряжения ста35 билизатора; Т „ — пауза между импуль.сами выходного напряжения стабилизатора; Q — скважность импульсов выходного напряжения стабилизатора.

Стабилизатор (фиг. 1) содержит

40 транзисторный управляющий ключ 1, цороговьггг элемент 2 на первом и втором транзисторах и хронирующую !1Сцепь 3. Хронирующая С-цепь состоит из двух соединенных между собой резисторов 4 и 5, между общей точкой которых и массой" (первой силовой шиной) включен хронирующий конденсатор 6, в качестве первого транзисто- ра 7 используют транзистор .р-и-р типа, база которого через резистор 8 соединена с первой силовой шиной, в качестве второго транзистора 9, база которого подключена к коллектору первого транзистора, используют транзистор и-р-п типа, эмиттер первого транзистора запитан через резис. тор 10 напряжением +F. положительной поля рно с ти от дополни тел ьно го маломощного стабилизированного источника питания, в коллекторную цепь этого транзистора включен делитель на двух резисторах 11 и 1 2, причем последний подключен к первой силовой шине, а общая точка делителя через резистор !

3 соединена с эмиттером первого транзистора, коллектор второго транзистора подключен к управляемому входу управляющего ключа 1, рабочий вход которого подключен к второй силовой положительной шине источника питания, выход подключен к входу хронирующей РС-цепи (к резистору 4), а также к выходной клемме стабилизатора, в качестве нагрузки 14 используют индуктивно-резистивную цепь, потребляющую значительную мощность, например катушку контактора. Нагрузку включают между выходной клеммой и первой силовой шиной и она зашунтирована демпфирующим диодом.

Второй вариант стабилизатора (фиг. 2) содержит транзисторный управляющий ключ 15, пороговый элемент

16 на первом и втором транзисторах и хронирующую 11С-цепь 17. Хронирующая В С-цепь состоит из двух соединенных между собой резисторов 18 и

19, между общей точкой которых и первой силовой положительной шиной источника литания включен хронирующий конденсатор 20, в качестве первого транзистора 21 используют транзистор и — р-и типа, база которого через резистор 22 соединена с первой силовой положительной шиной источника питания, в качестве второго транзистора 23 используют транзистор

p — и-р типа, база которого подключена к коллектору первого транзистора, эмиттер первого транзистора подсоединен через резистор 24 к отрицательной клемме (-Е ) дополнительного

2 маломощного стабилизированного источника питания, в коллекторную цепь этого транзистора включен делитель на двух резисторах 25 и 26, причем последний подключен к первой силовой положительной шине источника питания (+ U ) и к положительной клемме (- Е ) маломощного стабилиZ зированного источника питания, а общая точка делителя через резистор

27 соединена с эмиттером первого транзистора, коллектор второго тран,зистора подключен к управляемому входу управляющего ключа 15, рабочиг

3 12 вход которого подключен к входу хронирующей HC-цепи (к резистору 18), а также к выходной клемме стабилизатора, выход управляющего .ключа включен на вторую силовую шину (массу), в качестве нагрузки 28 используют индуктивно-резистивную цепь, потребляющую значительную мощность, например катушку контактора.

Нагрузку подключают к выходным клеммам стабилизатора и она зашунтирована демпфирующим диодом.

Работа стабилизатора (фиг.1) иллюстрируется графиками на фиг. 3 и протекает следующим образом.

Если на выходе источника питания с момента tt устанавливается большое напряжение 11, (график а ), то с этого момента первый транзистор 7 открыт током, протекающим через базовый переход, резисторы 8 и 5 и конденсатор 6. Второй транзистор 9 бткрыт коллекторным током первого транзистора 7, протекающим через базовый переход второго транзистора„ в результате чего управляющий ключ

1 замыкает выход источника питания на вход хронирующей RC-цепи 3. Хронирующий конденсатор 6 заряжается от напряжения Up,и напряжение Uz на нем возрастает по экспоненте (график о ), вследствие чего также, по экспоненте возрастает напряжение Ug на базе первого транзистора 7 (гра: фиг о ). На эмиттере этого транзистора устанавливается относительно вы сокое напряжение У (график г ), соз даваемое эмиттерным током транзистора 9 на резисторе 12, которое медленно возрастает в фазе с напряжениями Uс и Ug. Напряжение U -Uэ между базой и эмиттером первого транзистора 7,(график ) от небольшого отрицательного значения постепенно возрастает по мере заряда конденсатора и, когда оно становится несколько большим нуля, транзистор 7, а вместе с HHM и транзистор 9 запираются, ключ 1 размыкается — заряд хронирующего конденсатора 6 прекращается и начинается его разряд, причем во время разряда напряжение на эмиттере транзистора 7 мало и сохраняется постоянным. Затем процессы повторяются.

На выходе стабилизатора вырабатываются импульсы U „„ (график 8 ). Если в момент t < напряжение на выходе источника падает до величины Up < Up„ то описанные процессы повторяются, 0

6bi а (1<Р q o min

5О амплитуда выходных импульсов; среднее значение напряжения на выходе стабилизатоrye вы

1.1 сР

55 ра; и — скважность импульсов, которая равна

39696 4 но скорость возрастания напряжения

1! на конденсаторе (график F ), а значит, и напряжения на базе U(транзистора 7, уменьшаются. Поэтому время замкнутого состояния ключа 1, т.е.

5 длительность импульсов t выходного напряжения 11„,„, увеличивается, а их амплитуда уменьшается, причем продолжительность паузы Т сохраняется прежней, поскольку постоянная времени цепи разряда и уровень напряжения на конденсаторе, с которого он начинается, не изменяются. Таким образом, в устройстве используется широтно15 импульсная (ШИИ) частотно-импульс—

9 ная (ЧИИ) и амплитудная импульсная модуляции.

При дальнейшем понижении напряжения И максимальные значения величин

Up u Ug так же, как и максимальное значение напряжения на эмиттере Уз транзистора 7, сохраняются постоянными .

При понижении напряжения U до

25 заданной минимальной величины 11 и (с момента 1 ) конденсатор остается в заряженном состоянии и на нем сохраняется напряжение U "= U соотг „, ветственно сохраняются постоянными и максимальными напряжения на базе

30 и на эмиттере транзистора 7, а напря жение между ними L -U сохраняет небольшое отрицательное значение, при котором транзистор 7 отперт и соответственно замкнут ключ 1, на выходе стабилизатора устанавливается постоянное напряжение, примерно равное U

Задачей стабилизатора является сохранение среднего значения напряжения выходных импульсов на уровне укаэанного напряжения U,„при повышении стабилизируемого напряжения по сравнению с ним в несколько раз в течение длительного времени.

Это означает, что необходимо так изменять скважность и амплитуду ,выходных импульсов, чтобы соблюдалось условие -гп + ь- !

t(, где t — длительность импульсов вы4 ходного напряжения;

Т „ — пауза между ними (фиг. 3).

Выполнение указанного условия обеспечивают выбором постоянных времени цепей заряда и разряда хронирующего конденсатора 6 и режимов работы транзисторов 7 и 9 порогового элемента 2.

С помощью резистора 8 устанавливается уровень стабилизации Ц для случая, когда Е,а У „. Частота следования импульсов (частота коммутации) определяется величиной номиналов хронирующей С вЂ це и размахом колебаний напряжения Б . Величины этих номиналов практически не оказывают влияния на качество стабилизации в широком диапазоне номиналов.

Запуск и выключение стабилизатора обеспечивают принудительным отпиранием и запиранием транзистора 7.

Работа второго варианта стабилизатора в принципе не отличается от работы первого варианта.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Ключевой стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий транзисторный управляющий ключ, пороговый элемент на первом и втором тран39696

6 зисторах, база первого из которых через первый резистор соединена с первой силовой шиной, и хронирующую С-цепь, выход которой подключен к

> базе первого транзистора, делитель напряжения, источник питания, второй и третий резисторы, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения выходной мощности и упрощения lO стабилизатора, хронирующая gC †це состоит из двух соединенных между собой резисторов, между общей точкой которых и первой силовой шиной включен хронирующий конденсатор, тран1> зисторы порогового элемента имеют разный тип проводимости, причем база второго транзистора соединена с коллектором первого транзистор", эмит-, тер которого через второй резистор

2О подключен к дополнительному источнику питания, а коллектор через де— литель напряжения, выполченный на двух резисторах, подсоединен к первой сило. вой шине, общая точка двух резисто" ров делителя напряжения через третий резистор соединена с эмиттером первого транзистора, коллектор второго транзистора подключен к управляемому входу транзисторного управляющего

"0 ключа, рабочий вход которого соединен с второй сило ой шиной, а выходс входом хронирующей С -цепи и первой выходной клеммой, при этом вторая выходная клемма подключена к первой силовой шине.

1239696

Ik e

Фиг,3

Составитель С. Чернышева

Техред О . Гортв ай

Редактор Е. Папп

Корректор М. Демчик

Заказ 3395/48

Подписное

Цроизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Ф д

Иу д

frau е

Тираж 836

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ио делам изобретений и открытий

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