RU178952U1

RU178952U1 - Pulsed stabilized negative voltage source

Info

Publication number: RU178952U1
Application number: RU2017133069U
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Мечиславович Матюшевский; Василий Игоревич ЗУЙКОВ
Original assignee: Василий Игоревич ЗУЙКОВ
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2018-04-27

Abstract

Полезная модель относится к преобразовательной технике, в частности к импульсным стабилизированным источникам отрицательного напряжения.Импульсный стабилизированный источник отрицательного напряжения, включающий широтно-импульсный преобразователь, регулируемый стабилитрон, элемент нагрузки регулируемого стабилитрона, связанный с входом управления широтно-импульсного преобразователя и соединенный одним выводом с общей шиной широтно-импульсного преобразователя, и делитель напряжения, первый вывод которого подключен к отрицательной шине широтно-импульсного преобразователя, а средний вывод соединен с управляющим входом регулируемого стабилитрона, другой вывод элемента нагрузки регулируемого стабилитрона соединен с анодом регулируемого стабилитрона, катод которого подключен к положительной шине дополнительного источника напряжения и второму выводу делителя напряжения, при этом регулируемый стабилитрон выполнен с внутренним источником опорного напряжения, включенным относительно катода регулируемого стабилитрона.Технический результат заключается в расширении диапазона выходного отрицательного напряжения и расширении функциональных возможностей импульсного стабилизированного источника отрицательного напряжения.The invention relates to a converter technique, in particular to stabilized pulsed sources of negative voltage. A pulsed stabilized source of negative voltage, including a pulse-width converter, an adjustable zener diode, a load element of an adjustable zener diode, connected to the control input of a pulse-width converter, and connected to a common output by a common terminal bus pulse-width converter, and a voltage divider, the first output of which is connected to the negative bus of the pulse-width converter, and the middle terminal is connected to the control input of the adjustable zener diode, the other terminal of the load element of the adjustable zener diode is connected to the anode of the adjustable zener diode, the cathode of which is connected to the positive bus of the additional voltage source and the second terminal of the voltage divider, while the adjustable zener diode is made with an internal reference voltage source connected relative to the cathode of the adjustable zener diode. The technical result consists in expanding radiation of the output negative voltage range and the expansion of the functionality of a stabilized pulse source of negative voltage.

Description

Полезная модель относится к преобразовательной технике, в частности к импульсным стабилизированным источникам отрицательного напряжения, и может быть использована для питания электронных устройств. Техническим результатам полезной модели является расширение диапазона выходного напряжения до значений, необходимых для работы высоковольтных устройств (1000 В и более), а также расширение функциональных возможностей устройства.The invention relates to a converting technique, in particular to stabilized pulsed sources of negative voltage, and can be used to power electronic devices. The technical results of the utility model include expanding the output voltage range to the values necessary for the operation of high-voltage devices (1000 V and more), as well as expanding the functionality of the device.

Импульсный стабилизированный источник напряжения содержит, как правило, широтно-импульсный преобразователь и усилитель ошибки, включающий операционный усилитель и прецизионный источник опорного напряжения. Усилитель ошибки сравнивает напряжение источника опорного напряжения с выходным напряжением широтно-импульсного преобразователя (или частью его, снимаемого с выходного делителя напряжения) и формирует сигнал ошибки. Сигнал ошибки поступает на вход управления широтно-импульсного преобразователя непосредственно или через элемент гальванической развязки (например, оптопару) и, изменяя режим работы широтно-импульсного преобразователя, обеспечивает стабилизацию выходного напряжения.A pulsed stabilized voltage source contains, as a rule, a pulse-width converter and an error amplifier, including an operational amplifier and a precision reference voltage source. The error amplifier compares the voltage of the reference voltage source with the output voltage of the pulse-width converter (or part of it taken from the output voltage divider) and generates an error signal. The error signal is fed to the control input of the pulse-width converter directly or through an galvanic isolation element (for example, an optocoupler) and, changing the mode of operation of the pulse-width converter, provides stabilization of the output voltage.

В качестве усилителя ошибки широко используется регулируемый стабилитрон, содержащий однополярный операционный усилитель, источник опорного напряжения и транзистор, выполняющий функцию регулирующего элемента [1]. Регулируемый стабилитрон фактически представляет собой маломощный регулируемый параллельный стабилизатор напряжения. Известны два типа регулируемых стабилитронов [2]. В первом типе регулируемых стабилитронов внутренний источник опорного напряжения стабилитрона включен между входом операционного усилителя и выводом «нуля» питания операционного усилителя, т.е. включен относительно анода регулируемого стабилитрона. Это микросхемы TL431 (Texas Instruments), 142EH19 (АО «Научно-производственное предприятие «ЭлТом»). Во втором типе регулируемых стабилитронов внутренний источник опорного напряжения включен между входом операционного усилителя и «плюсом» питания операционного усилителя, т.е. включен относительно катода регулируемого стабилитрона. К данному типу относятся микросхемы AMS3100AM (Advanced Monolithic Systems), LM4041-ADJ (Texas Instruments). В обоих типах регулируемых стабилитронов второй вход операционного усилителя является управляющим входом регулируемого стабилитрона.As an error amplifier, an adjustable zener diode is widely used, which contains a unipolar operational amplifier, a reference voltage source, and a transistor that acts as a regulating element [1]. The adjustable zener diode is actually a low-power adjustable parallel voltage regulator. Two types of adjustable zener diodes are known [2]. In the first type of adjustable zener diodes, an internal zener diode reference source is connected between the input of the operational amplifier and the output of the “zero” power supply of the operational amplifier, i.e. included relative to the anode of the adjustable zener diode. This chip TL431 (Texas Instruments), 142EH19 (JSC "Scientific-Production Enterprise" ElTom "). In the second type of adjustable zener diodes, an internal reference voltage source is connected between the input of the operational amplifier and the “plus” of the power supply of the operational amplifier, i.e. included relative to the cathode of the adjustable zener diode. This type includes chips AMS3100AM (Advanced Monolithic Systems), LM4041-ADJ (Texas Instruments). In both types of adjustable zener diodes, the second input of the operational amplifier is the control input of the adjustable zener diode.

Известен импульсный стабилизированный источник напряжения [3], включающий широтно-импульсный преобразователь типа UC3842, регулируемый стабилитрон типа TL431 с оптопарой и резистивный делитель напряжения. Схема включения и тип регулируемого стабилитрона ограничивает максимальную величину выходного напряжения и не позволяет использовать широтно-импульсный преобразователь с отрицательным напряжением на выходе. Кроме того, функциональные возможности устройства ограничены, т.к. изменение величины выходного напряжения не может регулироваться электронным способом при помощи управляющего напряжения.Known pulse stabilized voltage source [3], including a pulse-width converter type UC3842, an adjustable zener diode type TL431 with an optocoupler and a resistive voltage divider. The switching circuit and the type of adjustable zener diode limits the maximum value of the output voltage and does not allow the use of a pulse-width converter with a negative output voltage. In addition, the functionality of the device is limited, because the change in the magnitude of the output voltage cannot be electronically controlled using the control voltage.

Известен импульсный стабилизированный источник отрицательного напряжения [4], содержащий широтно-импульсный преобразователь, регулируемый стабилитрон типа TL431 с оптопарой и резистивный делитель напряжения. Широтно-импульсный преобразователь содержит дополнительный узел формирования низковольтного положительного напряжения. Именно по величине дополнительного положительного напряжения и осуществляется стабилизация выходного отрицательного напряжения.Known pulse stabilized source of negative voltage [4], containing a pulse-width converter, an adjustable zener diode type TL431 with an optocoupler and a resistive voltage divider. The pulse-width converter contains an additional node for forming a low-voltage positive voltage. It is by the magnitude of the additional positive voltage that the output negative voltage is stabilized.

Недостатком устройства является его сложность, а также низкая стабильность выходного отрицательного напряжения (особенно при изменении тока нагрузки по этой цепи) из-за того, что его стабилизация осуществляется опосредованно через стабилизацию положительного напряжения, не зависящего от указанного тока нагрузки.The disadvantage of the device is its complexity, as well as the low stability of the output negative voltage (especially when the load current changes along this circuit) due to the fact that its stabilization is carried out indirectly through stabilization of the positive voltage, which does not depend on the specified load current.

Известен импульсный стабилизированный источник отрицательного напряжения [5], включающий широтно-импульсный преобразователь, регулируемый стабилитрон типа TL431 с оптопарой и резистивный делитель напряжения. Широтно-импульсный преобразователь содержит дополнительный узел формирования положительного напряжения, по которому, как и в выше описанном устройстве, производится общая стабилизация устройства. Для повышения же стабильности отрицательного напряжения в выходной каскад широтно-импульсного преобразователя введен дополнительный линейный стабилизатор типа 7912.Known pulse stabilized source of negative voltage [5], including a pulse-width converter, an adjustable zener diode type TL431 with an optocoupler and a resistive voltage divider. The pulse-width converter contains an additional node for generating a positive voltage, according to which, as in the device described above, the device is stabilized in general. To increase the stability of negative voltage, an additional linear stabilizer of type 7912 is introduced into the output stage of the pulse-width converter.

Недостатком данного устройства является его сложность, узкий диапазон выходного отрицательного напряжения и низкий КПД из-за особенности схем линейных стабилизаторов напряжения.The disadvantage of this device is its complexity, a narrow range of output negative voltage and low efficiency due to the peculiarities of the schemes of linear voltage stabilizers.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является импульсный стабилизированный источник отрицательного напряжения [6], который и принят в качестве прототипа.The closest in technical essence to the claimed utility model is a pulsed stabilized source of negative voltage [6], which is adopted as a prototype.

Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются: широтно-импульсный преобразователь, регулируемый стабилитрон, элемент нагрузки регулируемого стабилитрона, связанный с входом управления преобразователя и соединенный одним выводом с общей шиной преобразователя, и делитель напряжения, первый вывод которого подключен к отрицательной шине преобразователя, а средний вывод соединен с управляющим входом регулируемого стабилитрона.Signs of the prototype, which coincides with the essential features of the claimed utility model, are: a pulse-width converter, an adjustable zener diode, a load element of an adjustable zener diode connected to the control input of the converter and connected by one output to a common converter bus, and a voltage divider, the first terminal of which is connected to the negative the converter bus, and the middle output is connected to the control input of the adjustable zener diode.

В прототипе используется регулируемый стабилитрон, выполненный с внутренним источником опорного напряжения, включенным относительно анода стабилитрона (тип TL431). Элемент нагрузки регулируемого стабилитрона состоит из последовательно соединенных резистора и светодиода оптопары. Выход оптопары связан оптическим сигналом с входом управления преобразователя и тем самым обеспечивает гальваническую развязку по «общей» шине между входной и выходной цепями устройства. Дополнительно оптопара преобразует сигнал ошибки отрицательного напряжения, формируемый на катоде регулируемого стабилитрона, в сигнал положительного напряжения, необходимый для входа управления преобразователя. Если гальваническая развязка не нужна или не может быть реализована из-за конструктивных особенностей прибора, в котором применяется данный источник напряжения, то в качестве элемента нагрузки регулируемого стабилитрона используется просто резистор [7].The prototype uses an adjustable zener diode made with an internal voltage reference connected to the zener diode anode (type TL431). The load element of an adjustable zener diode consists of a series-connected resistor and an optocoupler LED. The output of the optocoupler is connected by an optical signal to the control input of the converter and thereby provides galvanic isolation on the "common" bus between the input and output circuits of the device. Additionally, the optocoupler converts the negative voltage error signal generated at the cathode of the adjustable zener diode into a positive voltage signal, which is necessary for the control input of the converter. If galvanic isolation is not needed or cannot be realized due to the design features of the device in which this voltage source is used, then simply a resistor is used as a load element of the regulated zener diode [7].

Недостатком прототипа является узкий диапазон выходного отрицательного напряжения.The disadvantage of the prototype is a narrow range of output negative voltage.

Это объясняется тем, что при начальном включении устройства, до момента достижения выходным напряжением своего номинального значения (минус 9 В), регулируемый стабилитрон заперт (не проводит ток) и все выходное напряжение устройства прикладывается к переходу катод-анод стабилитрона. Для регулируемых стабилитронов максимально допустимое напряжение катод-анод невелико - десятки вольт (для TL431 - 36 В), поэтому такой же величиной ограничено и выходное напряжение прототипа. Однако для ряда применений требуются источники отрицательного напряжения величиной до 1000 В и более.This is because when the device is initially turned on, until the output voltage reaches its nominal value (minus 9 V), the adjustable zener diode is locked (does not conduct current) and all the output voltage of the device is applied to the cathode-anode of the zener diode. For adjustable zener diodes, the maximum allowable voltage of the cathode-anode is small - tens of volts (for TL431 - 36 V), so the prototype output voltage is also limited by the same value. However, a number of applications require sources of negative voltage of up to 1000 V or more.

Попытка ограничения напряжения на переходе катод-анод регулируемого стабилитрона, например, при помощи параллельного включения дополнительного стабилитрона или резистора не позволяет расширить диапазон выходного напряжения. Это объясняется тем, что при больших выходных напряжениях и малых токах нагрузки, что часто имеет место на практике, мощность, рассеиваемая токоограничивающим резистором в цепи катода регулируемого стабилитрона из-за сравнительно большого тока светодиода оптопары (порядка 3-5 мА), будет велика и сравнима с мощностью, отдаваемой источником напряжения в нагрузку. Это приводит к проблеме с тепловыделением и с энергоэкономичностью устройства, а также (даже без оптопары) к конструктивной проблеме расположения мощного и высоковольтного токоограничивающего резистора в цепи катода регулируемого стабилитрона. Использование же дополнительного низковольтного источника отрицательного напряжения для «питания» анода регулируемого стабилитрона данного типа (TL431), во-первых, усложнит устройство и, во-вторых, приведет к большой нестабильности выходного напряжения, особенно при больших его значениях. Указанные причины также ограничивают диапазон отрицательного выходного напряжения прототипа.An attempt to limit the voltage at the cathode-anode junction of an adjustable zener diode, for example, by means of parallel connection of an additional zener diode or resistor, does not allow expanding the output voltage range. This is explained by the fact that at high output voltages and low load currents, which often takes place in practice, the power dissipated by the current-limiting resistor in the cathode circuit of an adjustable zener diode due to the relatively high current of the optocoupler LED (about 3-5 mA) will be large and comparable to the power given by the voltage source to the load. This leads to a problem with heat generation and energy efficiency of the device, as well as (even without an optocoupler) to the constructive problem of the location of a powerful and high-voltage current-limiting resistor in the cathode circuit of an adjustable zener diode. The use of an additional low-voltage source of negative voltage to “power” the anode of an adjustable zener diode of this type (TL431), firstly, complicates the device and, secondly, leads to great instability of the output voltage, especially at high values. These reasons also limit the range of negative output voltage of the prototype.

Другим недостатком прототипа является невозможность изменения величины выходного напряжения при помощи внешнего источника напряжения. Это ограничивает функциональные возможности устройства.Another disadvantage of the prototype is the inability to change the magnitude of the output voltage using an external voltage source. This limits the functionality of the device.

Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является расширение диапазона выходного отрицательного напряжения и расширение функциональных возможностей устройства.The technical result, which the utility model aims to achieve, is to expand the range of output negative voltage and expand the functionality of the device.

Указанный технический результат в импульсном стабилизированном источнике отрицательного напряжения, включающем широтно-импульсный преобразователь, регулируемый стабилитрон, элемент нагрузки регулируемого стабилитрона, связанный с входом управления широтно-импульсного преобразователя и соединенный одним выводом с общей шиной широтно-импульсного преобразователя, и делитель напряжения, первый вывод которого подключен к отрицательной шине широтно-импульсного преобразователя, а средний вывод соединен с управляющим входом регулируемого стабилитрона, достигается тем, что другой вывод элемента нагрузки регулируемого стабилитрона соединен с анодом регулируемого стабилитрона, катод которого подключен к положительной шине дополнительного источника напряжения и второму выводу делителя напряжения. При этом регулируемый стабилитрон выполнен с внутренним источником опорного напряжения, включенным относительно катода регулируемого стабилитрона.The specified technical result in a stabilized pulse source of negative voltage, including a pulse-width converter, an adjustable zener diode, a load element of an adjustable zener diode, connected to a control input of a pulse-width converter and connected by one output to a common bus of a pulse-width converter, and a voltage divider, the first output which is connected to the negative bus of the pulse-width converter, and the middle output is connected to the control input th zener diode, is achieved in that the other terminal of the load element connected to the adjustable zener anode adjustable zener diode cathode is connected to positive bus additional voltage source and the second terminal of the voltage divider. In this case, the adjustable zener diode is made with an internal reference voltage source connected relative to the cathode of the adjustable zener diode.

Сущность заявленной полезной модели поясняется неограничивающими чертежами. На фиг. 1 приведена схема устройства, на фиг. 2 - функциональная схема регулируемого стабилитрона с внутренним источником опорного напряжения, включенным относительно катода регулируемого стабилитрона.The essence of the claimed utility model is illustrated by non-limiting drawings. In FIG. 1 shows a diagram of the device, FIG. 2 is a functional diagram of an adjustable zener diode with an internal voltage reference connected to the cathode of an adjustable zener diode.

Импульсный стабилизированный источник отрицательного напряжения на фиг. 1 содержит широтно-импульсный преобразователь 1; регулируемый стабилитрон 2 с анодом А, катодом К и управляющим входом У и с внутренним источником опорного напряжения, включенным относительно катода (например, LM4041-ADJ); элемент 3 нагрузки регулируемого стабилитрона, выполненный, например, в виде резистора; делитель 4 напряжения, состоящий, например, из двух резисторов R1 и R2; вход 5 управления, общую шину 6 и отрицательную шину 7 широтно-импульсного преобразователя 1; положительную шину 8 дополнительного источника напряжения (сам дополнительный источник на фиг. 1 не показан).The pulsed stabilized negative voltage source in FIG. 1 comprises a pulse width converter 1; adjustable zener diode 2 with anode A, cathode K and control input Y and with an internal voltage reference connected to the cathode (for example, LM4041-ADJ); load element 3 adjustable zener diode, made, for example, in the form of a resistor; a voltage divider 4, consisting, for example, of two resistors R1 and R2; control input 5, common bus 6 and negative bus 7 of the pulse-width converter 1; positive bus 8 of an additional voltage source (the additional source itself in Fig. 1 is not shown).

Широтно-импульсный преобразователь 1 может быть построен по разным схемам: без гальванической развязки (прямоходовые, обратноходовые), с гальванической развязкой (однотактные, двухтактные) и т.д. [8]. В качестве элемента 3 нагрузки может использоваться просто резистор или светодиод оптопары с последовательно соединенным резистором или без него. Делитель 4 напряжения может быть как чисто резистивный, так и содержать дополнительные элементы: диоды, стабилитроны, конденсаторы.Pulse-width converter 1 can be built according to different schemes: without galvanic isolation (forward, flyback), with galvanic isolation (single-cycle, push-pull), etc. [8]. As the load element 3, a simple resistor or an optocoupler LED with or without a series resistor can be used. The voltage divider 4 can be either purely resistive or contain additional elements: diodes, zener diodes, capacitors.

На фиг. 2 приведена схема регулируемого стабилитрона 2, который содержит операционный усилитель 9, внутренний источник 10 опорного напряжения, включенный относительно катода регулируемого стабилитрона 2 (плюсом и минусом обозначена полярность источника 10 опорного напряжения) и транзистор 11. Буквами А, К и У обозначены соответственно анод, катод и управляющий вход регулируемого стабилитрона 2.In FIG. 2 is a diagram of an adjustable zener diode 2, which contains an operational amplifier 9, an internal reference voltage source 10, connected with respect to the cathode of an adjustable zener diode 2 (the polarity of the reference voltage source 10 is indicated with plus and minus) and a transistor 11. The letters A, K, and U denote the anode, respectively cathode and control input of an adjustable zener diode 2.

Импульсный стабилизированный источник отрицательного напряжения работает следующим образом.A pulsed stabilized source of negative voltage operates as follows.

В режиме стабилизации падение напряжения U_R2 на резисторе R2 делителя 4 напряжения с высокой степенью точности равно напряжению U_ОП внутреннего источника 10 опорного напряжения регулируемого стабилитрона 2. Т.е. уравнение стабилизации запишется в виде:In stabilization mode, the voltage drop U _R2 on the resistor R2 of the voltage divider 4 with a high degree of accuracy is equal to the voltage U _{OP of the} internal voltage source 10 of the adjustable zener diode 2. That is the stabilization equation is written in the form:

где U_ВЫХ и U_ДОП - напряжение на шинах 7 и 8 соответственно, R1 и R2 - сопротивление резисторов делителя 4 напряжения.where U _OUT and U _DOP - voltage on the buses 7 and 8, respectively, R1 and R2 - resistance of the resistors of the voltage divider 4.

При этом регулируемый стабилитрон 2 проводит ток, значение которого определяет величину падения напряжения на элементе 3 нагрузки, т.е. величину напряжения ошибки (+Uoш). Напряжение ошибки, поступающее на вход 5 управления широтно-импульсного преобразователя 1, определяет номинальный режим его работы и, следовательно, номинальное напряжение на выходе импульсного стабилизированного источника отрицательного напряжения, которое, как следует из (1), равно:In this case, the adjustable zener diode 2 conducts a current, the value of which determines the magnitude of the voltage drop on the load element 3, i.e. error voltage value (+ Uoш). The error voltage supplied to the control input 5 of the pulse-width converter 1 determines the nominal mode of its operation and, therefore, the nominal voltage at the output of the stabilized pulse source of negative voltage, which, as follows from (1), is equal to:

Таким образом, величина стабилизированного отрицательного выходного напряжения практически определяется значением Uoп внутреннего источника 10 опорного напряжения регулируемого стабилитрона 2 и отношением сопротивлений резисторов R1/R2 делителя 4 напряжения. При этом максимально возможное значение Uвых импульсного стабилизированного источника отрицательного напряжения ограничивается только предельными параметрами широтно-импульсного преобразователя 1.Thus, the value of the stabilized negative output voltage is practically determined by the value of Uoop of the internal voltage source 10 of the adjustable zener diode 2 and the ratio of the resistances of the resistors R1 / R2 of the voltage divider 4. In this case, the maximum possible value of Uout of a pulsed stabilized source of negative voltage is limited only by the limiting parameters of a pulse-width converter 1.

При изменении, например увеличении (по абсолютной величине) по какой-либо причине выходного напряжения устройства, падение напряжения U_R2 на резисторе R2 увеличивается. Это вызывает увеличение напряжения на выходе операционного усилителя 9 и увеличение тока транзистора 11, т.е. увеличение тока катод-анод регулируемого стабилитрона 2. В результате напряжение ошибки Uош на элементе 3 нагрузки увеличивается. При этом режим работы широтно-импульсного преобразователя 1 изменяется таким образом, что длительность такта передачи энергии от входного источника напряжения во вторичную цепь (цепь нагрузки) широтно-импульсного преобразователя 1 уменьшается. В результате, выходное напряжение уменьшается, т.е. «возвращается» к своему номинальному значению, определяемому формулой (2).When changing, for example, increasing (in absolute value) for any reason the output voltage of the device, the voltage drop U _R2 on the resistor R2 increases. This causes an increase in the voltage at the output of the operational amplifier 9 and an increase in the current of the transistor 11, i.e. an increase in the cathode-anode current of the regulated zener diode 2. As a result, the error voltage Uosh on the load element 3 increases. In this case, the operating mode of the pulse-width converter 1 is changed in such a way that the duration of the power transfer cycle from the input voltage source to the secondary circuit (load circuit) of the pulse-width converter 1 decreases. As a result, the output voltage decreases, i.e. “Returns” to its nominal value defined by formula (2).

Нестабильность выходного напряжения ΔUвых импульсного стабилизированного источника отрицательного напряжения определяется формулой:The instability of the output voltage ΔUvy pulse stabilized source of negative voltage is determined by the formula:

где ΔUoп - погрешность внутреннего источника 10 опорного напряжения регулируемого стабилитрона 2, ΔUдоп - погрешность напряжения на шине 8.where ΔUoop - the error of the internal source 10 of the reference voltage of the adjustable zener diode 2, ΔUop - the error of the voltage on the bus 8.

Как следует из (3), нестабильность импульсного стабилизированного источника отрицательного напряжения при больших выходных напряжениях определяется фактически погрешностью ΔUоп источника опорного напряжения (из-за большой величины отношения R1/R2), а вклад погрешности ΔUдоп дополнительного источника мал.As follows from (3), the instability of a stabilized pulse source of negative voltage at high output voltages is actually determined by the error ΔUop of the reference voltage source (due to the large ratio R1 / R2), and the contribution of the error ΔUadop of an additional source is small.

Достижение заявленного технического результата - расширение диапазона выходного отрицательного напряжения - объясняется тем, что в заявленном импульсном стабилизированном источнике отрицательного напряжения режимы работы регулируемого стабилитрона 2 и элемента 3 нагрузки и при начальном включении, и в процессе стабилизации не зависят от величины выходного напряжения и, следовательно, не накладывают ограничений на его максимальную величину. Так, в импульсном стабилизированном источнике отрицательного напряжения, при его работе, напряжение на переходе катод-анод регулируемого стабилитрона 2 не превышает значения Uдоп на шине 8 (для регулируемого стабилитрона 2 типа LM4041-ADJ - не более 10 В), а напряжения на управляющем входе регулируемого стабилитрона 2 и на элементе 3 нагрузки не превышают соответственно значений Uоп и Uош (единицы вольт). Кроме того, большие значения выходного напряжения не вызывают (в отличие от прототипа) необходимости применения в составе элемента 3 нагрузки мощных и высоковольтных компонентов.Achieving the claimed technical result - expanding the range of the output negative voltage - is explained by the fact that in the claimed pulsed stabilized source of negative voltage, the operating modes of the adjustable zener diode 2 and load element 3 both at initial start-up and during stabilization are independent of the value of the output voltage and, therefore, do not impose restrictions on its maximum value. So, in a pulsed stabilized source of negative voltage, during its operation, the voltage at the cathode-anode junction of the regulated zener diode 2 does not exceed the value of Udop on bus 8 (for adjustable zener diode 2 of the LM4041-ADJ type - no more than 10 V), and the voltage at the control input adjustable zener diode 2 and on element 3, the load does not exceed the values of Uop and Uosh (units of volts), respectively. In addition, large values of the output voltage do not cause (unlike the prototype) the need to use the composition of element 3 loads of powerful and high-voltage components.

Расширение функциональных возможностей в заявленном импульсном стабилизированном источнике отрицательного напряжения путем получения возможности изменения выходного напряжения при помощи внешнего источника напряжения следует из формулы (2) и обеспечивается изменением напряжения Uдоп на шине 8 дополнительного источника напряжения. Изменение напряжения Uдоп в пределах диапазона допустимых значений напряжения катод-анод регулируемого стабилитрона 2 позволяет подстраивать или модулировать по необходимому закону величину выходного напряжения. В зависимости от решаемой технической задачи дополнительный источник напряжения может быть выполнен по любой известной схеме в составе импульсного стабилизированного источника отрицательного напряжения или вне его и управляться с использованием гальванической развязки или без нее.The expansion of functionality in the claimed pulsed stabilized source of negative voltage by obtaining the possibility of changing the output voltage using an external voltage source follows from formula (2) and is provided by changing the voltage Udop on bus 8 of an additional voltage source. Changing the voltage Udop within the range of acceptable voltage values, the cathode-anode of the adjustable zener diode 2 allows you to adjust or modulate the value of the output voltage according to the necessary law. Depending on the technical task to be solved, an additional voltage source can be performed according to any known scheme as part of a stabilized pulse source of negative voltage or out of it and controlled using galvanic isolation or without it.

Практический образец полезной модели с использованием регулируемого стабилитрона типа LM4041-ADJ, при входном напряжении - плюс 24 В ± 10%, выходном напряжении - минус 1500 В и токе нагрузки 5 мА показал КПД более 90% и нестабильность выходного напряжения менее 0,1%.A practical example of a utility model using an adjustable zener diode of the LM4041-ADJ type, with an input voltage of plus 24 V ± 10%, an output voltage of minus 1500 V and a load current of 5 mA showed an efficiency of more than 90% and an instability of the output voltage of less than 0.1%.

Источники информацииInformation sources

1. В.И. Мелешин. Транзисторная преобразовательная техника. Москва: Техносфера, 2005. - 632 с. (стр. 507-510).1. V.I. Meleshin. Transistor converter technology. Moscow: Technosphere, 2005 .-- 632 p. (p. 507-510).

2. Г.И. Волович. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. - М.: Издательский дом «Додэка-ХХI», 2007. - 528 с., ил. (стр. 243).2. G.I. Volovich Circuitry of analog and analog-to-digital electronic devices. - M .: Publishing house "Dodeka-XXI", 2007. - 528 p., Ill. (p. 243).

3. Патент Китая № CN 203968000 U, Н02М 7/217, Н02М 3/155, публикация 26.11.2014.3. Chinese Patent No. CN 203968000 U, Н02М 7/217, Н02М 3/155, publication November 26, 2014.

4. Design of a TL431-Based Controller for a Flyback Converter. Dr. John Schonberger. Plexim GmbH.4. Design of a TL431-Based Controller for a Flyback Converter. Dr. John Schonberger. Plexim GmbH.

5. Патент Китая № CN 204349830U, H02M 3/335, H02M 7/217, публикация 20.05.2015.5. Chinese Patent No. CN 204349830U, H02M 3/335, H02M 7/217, publication 05/20/2015.

6. Application Note. Feedback Isolation Augments Power-Supply Safety and Performance. (fig. 3) … Jan 22, 2001. Maxim Integrated Products, Inc. (https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/664) (прототип).6. Application Note. Feedback Isolation Augments Power-Supply Safety and Performance. (fig. 3) ... Jan 22, 2001. Maxim Integrated Products, Inc. (https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/664) (prototype).

7. Патент США №5.982.641, H02M 3/335 (fig. l, R16).7. US patent No. 5.982.641, H02M 3/335 (fig. L, R16).

8. В.И. Мелешин. Транзисторная преобразовательная техника. Москва: Техносфера, 2005. - 632 с.8. V.I. Meleshin. Transistor converter technology. Moscow: Technosphere, 2005 .-- 632 p.

Перечень позицийList of items

1 - широтно-импульсный преобразователь;1 - pulse-width converter;

2 - регулируемый стабилитрон с анодом А, катодом К и управляющим входом У;2 - adjustable zener diode with anode A, cathode K and control input U;

3 - элемент нагрузки регулируемого стабилитрона;3 - load element of an adjustable zener diode;

4 - делитель напряжения, состоящий из двух резисторов R1 и R2;4 - voltage divider, consisting of two resistors R1 and R2;

5 - вход управления широтно-импульсного преобразователя 1;5 - input control pulse-width Converter 1;

6 - общая шина широтно-импульсного преобразователя 1;6 - common bus pulse-width Converter 1;

7 - отрицательная шина широтно-импульсного преобразователя 1;7 - negative bus pulse-width Converter 1;

8 - положительная шина дополнительного источника напряжения;8 - positive bus additional voltage source;

9 - операционный усилитель регулируемого стабилитрона 2;9 - operational amplifier adjustable zener diode 2;

10 - источник опорного напряжения регулируемого стабилитрона 2 с обозначенной плюсом и минусом полярностью;10 is a reference voltage source of an adjustable zener diode 2 with the indicated plus and minus polarity;

11 - транзистор регулируемого стабилитрона 2;11 - transistor adjustable zener diode 2;

А - анод регулируемого стабилитрона 2;A - anode of an adjustable zener diode 2;

К - катод регулируемого стабилитрона 2;K is the cathode of an adjustable zener diode 2;

У - управляющий вход регулируемого стабилитрона 2.U - control input of an adjustable zener diode 2.

Claims

A stabilized pulse source of negative voltage, including a pulse-width converter, an adjustable zener diode, an adjustable zener diode load element, connected to a pulse-width converter converter control input and connected by a single output to a common pulse-width converter bus, and a voltage divider, the first terminal of which is connected to a negative bus pulse-width Converter, and the middle output is connected to the control input of an adjustable zener diode, characterized in that the other output of the load element of the adjustable zener diode is connected to the anode of the adjustable zener diode, the cathode of which is connected to the positive bus of the additional voltage source and the second terminal of the voltage divider, while the adjustable zener diode is made with an internal reference voltage source connected relative to the cathode of the adjustable zener diode.