RU2794751C1 - Импульсный стабилизатор напряжения - Google Patents
Импульсный стабилизатор напряжения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2794751C1 RU2794751C1 RU2022132634A RU2022132634A RU2794751C1 RU 2794751 C1 RU2794751 C1 RU 2794751C1 RU 2022132634 A RU2022132634 A RU 2022132634A RU 2022132634 A RU2022132634 A RU 2022132634A RU 2794751 C1 RU2794751 C1 RU 2794751C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- operational amplifier
- terminal
- capacitor
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к области электротехники, в частности преобразовательной техники, и может быть использовано при проектировании вторичных источников электропитания различного назначения. Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению надежности. Импульсный стабилизатор напряжения содержит: МДП транзистор с индуцированным каналом n-типа, выполняющий функции ключевого элемента; дроссель; обратный диод; выходной конденсатор; устройство управления; нагрузку; МДП транзистор со встроенным каналом n-типа, выполняющий функции регулирующего транзистора; операционный усилитель; резисторный датчик тока; источник опорного напряжения; разделительный конденсатор; балластный резистор. 1 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области электротехники, в частности преобразовательной техники, и может быть использовано при проектировании вторичных источников электропитания различного назначения.
Уровень техники
Известны транзисторные импульсные стабилизаторы напряжения, которые содержат ключевой элемент, дроссель и конденсатор фильтра, обратный диод и устройство управления (Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Справочник / Г.С. Найвельт, К.Б. Мазель, Ч.И. Хусаинов и др. Под ред. Г.С. Найвельта. - М.: Радио и связь, 1986. - с. 306-318).
Недостатком импульсных стабилизаторов является большой уровень пульсаций выходного напряжения и, при низком допустимом коэффициенте пульсаций напряжения на нагрузке, их сглаживающий фильтр имеет большие объем и массу.
Наиболее близким аналогом-прототипом к заявляемому техническому решению является импульсный стабилизатор напряжения (патент RU №2767171, МПК G05F 1/565).
Импульсный стабилизатор напряжения содержит: ключевой элемент (биполярный транзистор n-p-n типа); дроссель; обратный диод; выходной конденсатор; устройство управления; нагрузку; регулирующий транзистор (биполярный транзистор n-p-n типа); операционный усилитель; резисторный датчик тока; источник опорного напряжения; разделительный конденсатор; балластный резистор, причем входной вывод положительной полярности стабилизатора подключен к коллектору ключевого элемента, к базе которого подключен выход устройства управления, эмиттер ключевого элемента соединен с катодом обратного диода и входом дросселя, к выходу которого подключены первые выводы балластного резистора, разделительного конденсатора, выходного конденсатора, нагрузки, вход положительной полярности источника опорного напряжения и первый вход устройства управления; входной вывод отрицательной полярности стабилизатора подключен к аноду обратного диода, вторым выводам резисторного датчика тока, выходного конденсатора, нагрузки, второму входу устройства управления, третьему выводу неинвертирующего входа операционного усилителя, входу отрицательной полярности источника опорного напряжения; первый вывод резисторного датчика тока соединен с инвертирующим входом операционного усилителя и эмиттером регулирующего транзистора, коллектор которого соединен со вторым выводом балластного резистора, а база с выходом операционного усилителя, первый вывод неинвертирующего входа которого соединен со вторым выводом разделительного конденсатора, а второй вывод неинвертирующего входа операционного усилителя соединен с выходом источника опорного напряжения.
Недостатком данного устройства является низкая надежность, обусловленная:
- реализацией ключевого элемента и регулирующего транзистора на базе биполярных транзисторов, приборов, управляемых током, собственное энергопотребление которых, а значит, и тепловой режим напрямую связан с величиной коммутируемого тока;
- повышенными требованиями к величине выходного тока устройства управления и операционного усилителя в силу значительных токов базы биполярных транзисторов используемых в качестве ключевого элемента и регулирующего транзистора.
Раскрытие изобретения
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению надежности.
Технический результат достигается тем, что в импульсный стабилизатор напряжения содержащий: дроссель; обратный диод; выходной конденсатор; устройство управления; нагрузку; операционный усилитель; резисторный датчик тока; источник опорного напряжения; разделительный конденсатор; балластный резистор, причем катод обратного диода соединен с входом дросселя, к выходу которого подключены первые выводы балластного резистора, разделительного конденсатора, выходного конденсатора, нагрузки, вход положительной полярности источника опорного напряжения и первый вход устройства управления; входной вывод отрицательной полярности стабилизатора подключен к аноду обратного диода, вторым выводам резисторного датчика тока, выходного конденсатора, нагрузки, второму входу устройства управления, третьему выводу неинвертирующего входа операционного усилителя, входу отрицательной полярности источника опорного напряжения; первый вывод резисторного датчика тока соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, первый вывод неинвертирующего входа которого соединен со вторым выводом разделительного конденсатора, а второй вывод неинвертирующего входа операционного усилителя соединен с выходом источника опорного напряжения, введены: МДП транзистор с индуцированным каналом n-типа, выполняющий функции ключевого элемента, сток которого служит входным вывод положительной полярности стабилизатора, исток соединен с катодом обратного диода и входом дросселя, а затвор подключен к выходу устройства управления; МДП транзистор со встроенным каналом n-типа, выполняющий функции регулирующего транзистора, сток которого соединен со вторым выводом балластного резистора, исток соединен с первый выводом резисторного датчика тока и инвертирующим входом операционного усилителя, а затвор подключен к выходу операционного усилителя.
Краткое описание чертежей
На чертеже представлена функциональная схема импульсного стабилизатора напряжения.
Осуществление изобретения
Импульсный стабилизатор напряжения (см. чертеж) содержит: МДП транзистор 1 с индуцированным каналом n-типа, выполняющий функции ключевого элемента; дроссель 2; обратный диод 3; выходной конденсатор 4; устройство управления 5; нагрузку 6; МДП транзистор 7 с встроенным каналом n-типа, выполняющий функции регулирующего транзистора; операционный усилитель 8; резисторный датчик тока 9; источник опорного напряжения 10; разделительный конденсатор 11; балластный резистор 12, причем входной вывод положительной полярности стабилизатора подключен к стоку МДП транзистора 1 с индуцированным каналом n-типа, выполняющего функции ключевого элемента, затвор которого подключен к выходу устройства управления 5, а исток соединен с катодом обратного диода 3 и входом дросселя 2, к выходу которого подключены первые выводы балластного резистора 12, разделительного конденсатора 11, выходного конденсатора 4, нагрузки 6, вход положительной полярности источника опорного напряжения 10 и первый вход устройства управления 5; входной вывод отрицательной полярности стабилизатора подключен к аноду обратного диода 3, вторым выводам резисторного датчика тока 9, выходного конденсатора 4, нагрузки 6, второму входу устройства управления 5, третьему выводу неинвертирующего входа операционного усилителя 8, входу отрицательной полярности источника опорного напряжения 10; первый вывод резисторного датчика тока 9 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 8 и истоком МДП транзистора 7 с встроенным каналом n-типа, выполняющим функции регулирующего транзистора, сток которого соединен со вторым выводом балластного резистора 12, а затвор с выходом операционного усилителя 8, первый вывод неинвертирующего входа которого соединен со вторым выводом разделительного конденсатора 11, а второй вывод неинвертирующего входа операционного усилителя 8 соединен с выходом источника опорного напряжения 10.
Импульсный стабилизатор напряжения работает следующим образом.
Стабилизатор имеет три контура регулирования.
Первый контур, образующий собственно импульсный стабилизатор, состоит из МДП транзистора 1 с индуцированным каналом n-типа, выполняющего функции ключевого элемента, дросселя 2, обратного диода 3, выходного конденсатора 4 и устройства управления 5. Этот контур обеспечивает стабилизацию среднего значения выходного напряжения при изменении напряжения питания и тока нагрузки и предварительное сглаживание пульсаций выходного напряжения. При замкнутом ключевом элементе происходит передача энергии от первичного источника питания в нагрузку 6 и подзаряд дросселя 2 и выходного конденсатора 4. При разомкнутом ключевом элементе энергия, накопленная в дросселе 2 и выходном конденсаторе 4, передается в нагрузку 6 через обратный диод.
Второй контур регулирования, состоящий из операционного усилителя 8, датчика тока 9 и источника опорного напряжения 10, обеспечивает работу МДП транзистора 7 с встроенным каналом n-типа, выполняющим функции регулирующего транзистора, в непрерывном режиме, т.е. поддерживает неизменной величину постоянной составляющей тока регулирующего транзистора при любом режиме работы стабилизатора. Эта составляющая больше, чем амплитуда переменной составляющей тока, обусловленной пульсациями напряжения на выходе первого контура регулирования.
Третий контур, состоящий из МДП транзистора 7 с встроенным каналом n-типа, выполняющим функции регулирующего транзистора, операционного усилителя 8 и разделительного конденсатора 11, осуществляет окончательное сглаживание пульсаций выходного напряжения стабилизатора.
В случае прототипа имеет место относительно низкий КПД. Это обусловлено реализацией ключевого элемента и регулирующего транзистора на базе биполярных транзисторов. Так как биполярные транзисторы - это приборы, управляемые током, собственное энергопотребление которых, а значит, и тепловой режим, напрямую связан с величиной коммутируемого тока. А попытка снижения транзисторами собственного энергопотребления (повышения КПД устройства) за счет использования транзисторов с меньшим током базы (а значит, и меньшей допустимой мощностью рассеивания - неизбежно повысит требования к увеличению теплоотвода), повлечет снижение надежности устройства.
В то же время МДП транзисторы с индуцированным каналом характеризуются рядом преимуществ относительно биполярных транзисторов (Окснер Э.С. Мощные полевые транзисторы и их применение. - М.: Радио и связь, 1985, с.19):
- управление напряжением (высокое сопротивление со стороны затвора, ток затвора практически равен нулю);
- высокая скорость переключения;
- почти неограниченная нагрузочная способность по выходу (если не учитывать скорость переключения);
- очень малая вероятность теплового саморазогрева;
- очень малая вероятность вторичного пробоя;
- допустимость резкого изменения тока стока.
А значит, предлагаемое устройство, в случае использования МДП транзисторов 1 и 7 в качестве ключевого элемента и регулирующего транзистора, при той же величине коммутируемой мощности, что и в случае прототипа, будет характеризоваться более высоким значением как КПД, так и, прежде всего, надежностью.
Немаловажный вклад в повышение как надежности, так и КПД предлагаемого устройства вносит факт упрощения схем устройства управления 5 и операционного усилителя 8, так как токи управления МДП транзисторов 1 и 7 практически равны нулю.
Claims (1)
- Импульсный стабилизатор напряжения, содержащий дроссель, обратный диод, выходной конденсатор, устройство управления, нагрузку, операционный усилитель, резисторный датчик тока, источник опорного напряжения, разделительный конденсатор, балластный резистор, причем катод обратного диода соединен с входом дросселя, к выходу которого подключены первые выводы балластного резистора, разделительного конденсатора, выходного конденсатора, нагрузки, вход положительной полярности источника опорного напряжения и первый вход устройства управления, входной вывод отрицательной полярности стабилизатора подключен к аноду обратного диода, вторым выводам резисторного датчика тока, выходного конденсатора, нагрузки, второму входу устройства управления, третьему выводу неинвертирующего входа операционного усилителя, входу отрицательной полярности источника опорного напряжения, первый вывод резисторного датчика тока соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, первый вывод неинвертирующего входа которого соединен со вторым выводом разделительного конденсатора, а второй вывод неинвертирующего входа операционного усилителя соединен с выходом источника опорного напряжения, отличающийся тем, что введены: МДП транзистор с индуцированным каналом n-типа, выполняющий функции ключевого элемента, сток которого служит входным вывод положительной полярности стабилизатора, исток соединен с катодом обратного диода и входом дросселя, а затвор подключен к выходу устройства управления; МДП транзистор со встроенным каналом n-типа, выполняющий функции регулирующего транзистора, сток которого соединен со вторым выводом балластного резистора, исток соединен с первым выводом резисторного датчика тока и инвертирующим входом операционного усилителя, а затвор подключен к выходу операционного усилителя.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2794751C1 true RU2794751C1 (ru) | 2023-04-24 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2339072C1 (ru) * | 2007-09-04 | 2008-11-20 | Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии | Понижающий стабилизатор |
US7498785B2 (en) * | 2005-03-17 | 2009-03-03 | Ricoh Company, Ltd. | Step-down switching regulator |
US8581567B2 (en) * | 2008-06-10 | 2013-11-12 | Ricoh Company, Ltd. | Controlling switching regulator under light load conditions |
RU2767171C1 (ru) * | 2020-12-01 | 2022-03-16 | Юрий Николаевич Шуваев | Импульсный стабилизатор напряжения |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7498785B2 (en) * | 2005-03-17 | 2009-03-03 | Ricoh Company, Ltd. | Step-down switching regulator |
RU2339072C1 (ru) * | 2007-09-04 | 2008-11-20 | Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии | Понижающий стабилизатор |
US8581567B2 (en) * | 2008-06-10 | 2013-11-12 | Ricoh Company, Ltd. | Controlling switching regulator under light load conditions |
RU2767171C1 (ru) * | 2020-12-01 | 2022-03-16 | Юрий Николаевич Шуваев | Импульсный стабилизатор напряжения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Banaei et al. | A novel structure for single-switch nonisolated transformerless buck–boost DC–DC converter | |
US6356059B1 (en) | Buck converter with normally off JFET | |
Anghel et al. | Variable off-time control loop for current-mode floating buck converters in LED driving applications | |
CN111711361B (zh) | 超低输入电压升压变换器及其控制电路和方法 | |
JP5508399B2 (ja) | 電圧変換回路およびエネルギー保存器へのエネルギーの規則的な供給の方法 | |
US11621636B2 (en) | Switching converter with low quiescent current and control circuit thereof | |
US6580252B1 (en) | Boost circuit with normally off JFET | |
US7098634B1 (en) | Buck-boost circuit with normally off JFET | |
CN109274258B (zh) | 具有起动电路的热电发电机 | |
RU2794751C1 (ru) | Импульсный стабилизатор напряжения | |
RU2601419C1 (ru) | Вторичный источник питания | |
RU203275U1 (ru) | Импульсный стабилизатор напряжения | |
RU2676678C1 (ru) | Энергопреобразующая аппаратура для систем электропитания постоянного тока | |
JPS6322149B2 (ru) | ||
RU2755496C1 (ru) | Импульсный стабилизатор напряжения | |
RU2798487C1 (ru) | Электронный стабилизатор постоянного напряжения | |
RU2314626C1 (ru) | Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения | |
RU2236745C1 (ru) | Транзисторный ключ с эмиттерной коммутацией | |
RU2795282C1 (ru) | Электронный стабилизатор постоянного напряжения | |
CN111799998B (zh) | 一种适用于高压电子设备的变换器 | |
RU2795045C1 (ru) | Стабилизатор напряжения | |
RU2798488C1 (ru) | Стабилизатор напряжения | |
RU2807298C1 (ru) | Стабилизатор напряжения постоянного тока | |
RU2767171C1 (ru) | Импульсный стабилизатор напряжения | |
RU208070U1 (ru) | Устройство стабилизации напряжения постоянного тока |