Пристрій стабілізації напруги з високим коефіцієнтом корисної дії

Пристрій стабілізації напруги з високим коефіцієнтом корисної дії, що містить перший імпульсний переривник постійної напруги, перший розряджуючий діод та перший дросель згладжування, який відрізняється тим, що введені другий та третій імпульсні переривники постійної напруги, другий та третій дроселі згладжування, другий та третій розряджуючі діоди, перший та другий опори навантажування, подільник напруги, компаратор постійних напруг, малопотужне джерело живлення стабільною напругою, генератор імпульсів регульованої частоти та джерело живлення нестабільною постійною напругою, вихід якого підключений до першого входу першого імпульсного переривника постійної напруги, виходи першого та другого імпульсного переривника постійної напруги ВІДПОВІДНО через перший та другий дроселі згладжування підключені до перших входів другого та тре тього імпульсних переривників постійної напруги, вихід третього імпульсного переривника постійної напруги через третій дросель згладжування з'єднаний з навантаженням і є виходом стабілізатора, до виходів першого, другого та третього імпульсних переривників постійної напруги ВІДПОВІДНО підключені катоди першого, другого та третього розряджуючих ДІОДІВ, аноди яких з'єднані з корпусом пристрою, до перших входів другого та третього імпульсних переривників постійної напруги ВІДПОВІДНО підключені перший та другий опори навантаження першого та другого імпульсних переривників постійної напруги, до виходу стабілізатора напруги підключений подільник напруги, виконаний на двох послідовно з'єднаних резисторах, вихід подільника напруги підключений до першого входу компаратора постійних напруг, до другого входу якого підключений вихід малопотужного джерела живлення стабільною напругою, вихід компаратора постійних напруг підключений до входу регулювання частоти генератора імпульсів, вихід якого ВІДПОВІДНО з'єднаний з другими входами першого, другого та третього імпульсних переривників постійної напруги 1 Винахід відноситься до техніки джерел живлення і може бути використаний в системах забезпечення стабільною напругою великої потужності Відомий пристрій [1] стабілізації напруги компенсаційного типу, який забезпечує достатньо високий коефіцієнт стабілізації Основний недолік такого пристрою - дуже низький коефіцієнт корисної дії Відомий пристрій [2] стабілізації напруги, який містить перший імпульсний переривач постійної напруги, перший розряжаючий діод та перший дросель згладжування, забезпечує високий коефіцієнт стабілізації напруги при підвищеній потужності навантаження Основний недолік такого пристрою - низький коефіцієнт корисної дії, який помітно знижується з підвищенням коефіцієнта стабілізації В основу винаходу поставлена задача значно го підвищення коефіцієнта корисної дії стабілізатора напруги незалежно від вимагаємого коефіцієнта стабілізації Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій стабілізатора напруги з високим коефіцієнтом корисної дії, який містить перший імпульсний переривач постійної напруги, перший розряжуючий діод та перший дросель згладжування шляхом послідовного підключення додатково введені другий та третій імпульсний переривач постійної напруги, другий та третій дросель згладжування, другий та третій розряжаючий діод, перший та другий опір навантажування, дільник напруги, компаратор постійних напруг, малопотужне джерело живлення стабільною напругою, генератор імпульсів регулюємої частоти та джерело живлення нестабільною постійною напругою, вихід якого підключений до першого входу першого імпульс о> ю ю 55997 ного переривача постійної напруги, виходи першого та другого імпульсного переривача постійної напруги ВІДПОВІДНО через перший та другий дросель згладжування підключені до перших входів другого та третього імпульсного переривача постійної напруги, вихід третього імпульсного переривача постійної напруги через третій дросель згладжування з'єднаний з навантаженням і являється виходом стабілізатора, до виходів першого, другого та третього імпульсного переривача постійної напруги ВІДПОВІДНО підключені катоди першого, другого та третього розряжаючих ДІОДІВ, аноди яких з'єднані з корпусом пристрою, до перших виходів другого та третього імпульсного переривача постійної напруги ВІДПОВІДНО підключений перший та другий опір навантаження першого та другого імпульсного переривача постійної напруги, до виходу стабілізатора напруги підключений дільник напруги, виконаний на двох послідовно з'єднаних резисторах, вихід дільника напруги підключений до першого входу компаратора постійних напруг, до другого входу якого підключений вихід малопотужного джерела живлення стабільною напругою, вихід компаратора постійних напруг підключений до входу регулювання частоти генератора імпульсів, вихід якого ВІДПОВІДНО з'єднаний з другими входами першого, другого та третього імпульсного переривача постійної напруги На фіг 1 показана структурна схема стабілізатора напруги ВІДПОВІДНО винаходу, на фіг 2, 3, 4 показані графіки, на яких ВІДПОВІДНО приведені значення функцій V(n, k), B(n, k) та W(n, k) в залежності від числа k каскадів багатокаскадного стабілізатора та вимагаємого коефіцієнта п стабілізації Пропонуємии стабілізатор напруги (фиг 1) містить перший (1), другий (2) та третій (3) імпульсний передавач постійної напруги, перший (L1), другий (L2) та третій (L3) дросель згладжування, перший (D1), другий (D2) та третій (D3) розряджальний діод, перший (Rn 1) та другий (Rn 2) опір навантаження, дільник (R3, R4) напруги, компаратор (4) постійних напруг, малопотужне джерело (5) живлення стабільною напругою, генератор (6) імпульсів регулюємо] частоти та джерело (7) живлення нестабільною постійною напругою, вихід якого підключений до першого входу (1і) першого (1) імпульсного передавача постійної напруги, виходи першого (1) та другого (2) імпульсного передавача постійної напруги ВІДПОВІДНО через перший (L1) та другий (L2) дросель згладжування підключені до перших входів другого (2) та третього (3) імпульсного переривача постійної напруги, вихід третього (3) імпульсного переривача постійної напруги через третій (L3) дросель згладжування з'єднаний з навантаженням і являється виходом стабілізатора до виходів першого (1), другого (2) та третього (3) імпульсного переривача постійної напруги ВІДПОВІДНО підключені катоди першого (D1) другого (D2) та третього (D3) ДІОДІВ згладжування, аноди яких з'єднані з корпусом пристрою, до перших входів другого (2) та третього (3) імпульсного переривача постійної напруги ВІДПОВІДНО підключені перший (Rn 1) та другий (Rn 2) опір навантаження першого (1) та другого (2) імпульсного переривача постійної напруги, до виходу стабілізатора напруги підклю чений дільник напруги, виконаний на двох послідовно з'єднаних резисторах (R3, R4), вихід дільника напруги з'єднаний з першим входом компаратора (4) постійних напруг, до другого входу якого підключений вхід малопотужного джерела (5) живлення стабільною напругою, вихід компаратора (4) постійних напруг підключений до входу регулювання частоти генератора (6) імпульсів, вихід якого ВІДПОВІДНО з'єднаний з другим виходом (2і) першого (1), другого (2) та третього (3) імпульсного переривача постійної напруги Пропонуємии стабілізатор напруги працює таким чином Подаваема постійна напруга від джерела (7) живлення перетворюється в імпульсну напругу на виході першого (1) імпульсного переривача під впливом управляючих імпульсів, поступаючих на другий вхід імпульсного переривача (1) від генератора (6) імпульсів Імпульсна напруга з першого (1) імпульсного переривача через перший (L1) дросель згладжування подається на перший (Rn 1) опір навантаження В періоди пауз між імпульсами накопичена на дроселі (L1) згладжування електрична енергія розряджається через перший опір (Rn 1) навантаження та через разряджуючии діод (D1), при цьому на першому опорі (Rn 1) навантаження буде отримана постійна напруга Un, яка визначається ВІДПОВІДНО формулі Uni=ti-f*E (1) де Е - настабілізована постійна напруга на вході імпульсного переривача (1), ti, f - ВІДПОВІДНО тривалість та частота імпульсів генератора (6) імпульсів При ПОСТІЙНІЙ тривалості t, імпульсів напруга Uni буде залежати від частоти f З опору навантаження Rn 1 постійна напруга подається на перший вхід другого (2) імпульсного переривача і знову перетворюється в імпульсну напругу на виході переривача (2), знову за допомогою дроселя згладжування L1 опору навантаження (R2) та розряжаючого діода (D2) згладжується в постійну напругу і подається на перший вхід третього (3) імпульсного переривача де знову перетворюється в імпульсну напругу, потім згладжується за допомогою дроселя (L3) згладжування, розряжаючого діоду (D3) та дільника напруги на резисторах R3, R4 отримана таким чином напруга використовується в системах живлення Частина постійної напруги знімається з регістра R4 дільника напруги подається на перший вхід компаратора (4), на другий вхід якого подається задана стабільна напруга (3) малопотужного джерела (5) На виходи компаратора (4) з'являється напруга, пропорційна різниці напруг, подаваємих на входах компаратора (4) Напруга на виході компаратора (4) подається на управляючий вхід генератора (6) імпульсів і змінює частоту імпульсів генератора (6) так, щоб напруга Un, на виході стабілізатора (знімаємо з резистора R3) відповідала вимогам на стабільність напруги ВІДПОВІДНО формулі Un = t i - f * E (2) Відомо (1, 2), що однокаскадний стабілізатор напруги, який складається з першого імпульсного переривача (1), першого дроселя (L1) згладжування та першого розряжаючого діода, має низький 55997 рівень К К Д V(n) визначає мий як функція від коефіцієнта п стабілізації ВІДПОВІДНО формулі мого формулою (10) до К К Д V(n) одно каскадного стабілізатора, визначає мого формулою (5) V(n) = ь(п,ю= (3) (п-ДІЦ+ип.,)-^ де Ін - струм навантаження, ДІІпі - нестабільність напруги на виході однокаскадного стабілізатора коефіцієнт п стабілізації напруги для однокаскадного стабілізатора визначається за формулою п = ДІІПн (4) де Ди в х - нестабільність напруги на вході стабілізатора Формула (3) виведена при умові, що втрати потужності на дроселі згладжування незначні, оскільки активний опір дроселя згладжування дуже малий Формулу (3) можна спростити, розділивши чисельник і знаменник на ДІІп-і, та Ін у+1 V(n) = (5) у+п У= де ДІІПн Коефіцієнт стабілізації n(k) багатокаскадного стабілізатора, який складається з k послідовно підключених каскадів можна визначити за формулою n(k) = m k (6) де m - коефіцієнт стабілізації в кожному і - ому каскаді, який можна визначити так т ^ (7) A U 1+1 де ДІД, ДІД+1 - допустимі відхилення напруг на вході та виході і-го каскаду стабілізації Потрібну величину коефіцієнта m можна визначити також за формулою 8 m = л/п ( ) ВІДПОВІДНО формулі (5) загальне значення К К Д V(n, k) k - каскадного стабілізатора можна визначити як здобуток величини К К Д на усіх k каскадах при умові, якщо їх величини однакові (9) V(n,k) = —+ m J v Використовуючи формулу (8), формулу (9) можна перетворити таким чином ^k мі п І V(n, к) =' У+к (10) Доцільно знайти відношення b(n,k) ККД V(n,k) багато каскадного стабілізатора, визначає (ID На графіках фіг 2 та 3, ВІДПОВІДНО приведені значення функцій V(n,k) та B(n,k) в залежності від числа k каскадів багатокаскадного стабілізатора та вимагає мого коефіцієнта п стабілізації Аналіз графіків (фіг 2, 3) наказує, що найбільш високий К К Д V(n,k) досягається при k = 3, а збільшення К К Д V(n,k) найбільш результативне, якщо вимагаємий коефіцієнт п стабілізації збільшується Якщо вважати, що використовуєма потужність р відповідає заданому К К Д V(n,k), то марні втрати потужності ДР будуть залежати пропорційно від величини 1 - V(n, k) Можна скласти рівняння такої пропорційності 1-V(n,k) V(n,k) = ДР P .... (12) Із виразу (12) легко вивести залежність '^"'"" ' (13) ДР = V(n,k) Формула (13) показує, що марні втрати ДР потужності джерела живлення, збільшишся пропорційно загальній потужності Р при низькому рівні К К Д V(n,k) Можна вважати, що марні втрати потужності ДР(п,1) в однокаскадному стабілізаторі будуть більше, ніж в багато каскадному Це можна визначити співвідношенням W(n,k) за формулою ДР(п,1) W(n,k) = (14) W(n,k) = (15) ДР(п.к) Використовуючи вираз (13), формулу (14) можна визначити більш детально ВІДПОВІДНО формулі (15) побудовані графіки (фіг 4), аналіз яких показує, що при збільшенні числа k каскадів стабілізатора до значення k = З можна зменшити марні втрати потужності живлення більше, як в 4 рази Це свідчить про те, що пропонує мій пристрій може і повинний знайти широке призначення в системах живлення стабільною напругою цифрових пристроїв, мікропроцесорних систем Джерела інформації 1 Исаков Ю А , Платонов А Л , Руденко В С , Сенько В И , Трифонюк В В , Юдин Е Е Основы промышленной электроники - Київ, "Техніка", 1976р -544 с 2 Забродин Ю С Промышленная электроника - Москва, "Высшая школа", 1982р - 496 с 55997 L3 L1 tperm Ярулин ііяпупьашй першим МХДОВСТЕНК D3 постійної напруги ПЮСТПОЮІ ЕЗ 2 1 Пенерптрр імпульси регуішоївої «UTOIXC сюсхшн»» R4 л а, JL поспйник Мпзгатпуэкне ШКДОТОІ» Фіг 1 tv(nk) 0.6! 2.61 Ь(І0О.к) 221 " f f / ' 1 2 3 4 Фіг 2 7 8 12 3 4 5 6 7 Фіг З я к 10 55997 1 _ „ 1 2 „„„ _ „ І 4 5 б 7 к Фіг. 4 Підписано до друку 05 05 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24