Стабилизированный источник напряжения

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к сетевым стабилизированным источникам питания и может использоваться в приборостроении и в бытовой технике.
Уровень техники
Известен сетевой стабилизированный источник питания, содержащий источник однофазного переменного тока, выпрямительный мост, реактивное сопротивление (конденсатор фильтра, индуктивность), активное сопротивление, диод Зенера (стабилитрон), [Справочник радиолюбителя-конструктора, 3-е изд. - М.: Радио и связь, 1983, с. 314, 320].
Известен стабилизированный источник питания [Справочник для линейных источников питания и их применение. - М.: изд. "Додека", 1998, с. 17, рис. 3]. В качестве стабилизатора напряжения в нем используется "линейный стабилизатор", что является более общим понятием, к которому относится и диод Зенера (стабилитрон).
Недостатком подобных стабилизированных источников питания являя-ется инерционность конденсаторного фильтра, ограничивающая скорость установления выходного напряжения источника питания в тех случаях, когда требуется сокращение времени готовности его к работе, а также ограниченные функциональные возможности обусловленные:
низкой температурной стабильностью выходного напряжения (узким диапазоном рабочих температур) в случае широкого диапазона выходных напряжений;
узким диапазоном выходных напряжений при высокой температурной стабильности (широком диапазоне рабочих температур).
Наиболее близким аналогом - прототипом к заявляемому техническому решению является стабилизированный источник питания (патент RU №2159460, МПК: G05F 3/16, Н02М 7/06).
Стабилизированный источник питания содержит источник однофазного переменного тока, активное сопротивление, реактивное сопротивление (емкостное или индуктивное), трехфазный выпрямительный мост, диод Зенера (стабилитрон), при этом: первый выход источника однофазного переменного тока подключен к первому входу трехфазного выпрямительного моста; второй выход источника однофазного переменного тока подключен к первым выводам активного и реактивного сопротивления, вторые выводы которых подключены, соответственно, ко второму и третьему входам трехфазного выпрямительного моста, выходы которого служат выходами устройства; параллельно выходным выводам трехфазного выпрямительного моста подключен диод Зенера (стабилитрон), причем катодом к выводу положительной полярности, а анодом к выводу отрицательной полярности.
Недостатком данного устройства являются ограниченные функциональные возможности обусловленные:
низкой температурной стабильностью выходного напряжения (узким диапазоном рабочих температур) в случае широкого диапазона выходных напряжений;
узким диапазоном выходных напряжений при высокой температурной стабильности (широком диапазоне рабочих температур).
Раскрытие полезной модели
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к расширению диапазона рабочих температур устройства и расширению диапазона выходных напряжений.
Технический результат достигается тем, что в стабилизированный источник питания, содержащий: источник однофазного переменного тока, активное сопротивление, реактивное сопротивление (емкость или индуктивность), трехфазный выпрямительный мост, диод Зенера (стабилитрон), при этом: первый выход источника однофазного переменного тока подключен к первому входу трехфазного выпрямительного моста; второй выход источника однофазного переменного тока подключен к первым выводам активного и реактивного сопротивления, вторые выводы которых подключены, соответственно, ко второму и третьему входам трехфазного выпрямительного моста, выходы которого служат выходами устройства; катод диода Зенера (стабилитрона) подключен к выходному выводу положительной полярности трехфазного выпрямительного моста, введен второй диод Зенера (стабилитрон), причем второй диод Зенера (стабилитрон) однотипный первому и включен встречно первому диоду Зенера (стабилитрону), анодом к аноду первого диода Зенера (стабилитрона), а катодом к выходному выводу отрицательной полярности стабилизированного источника питания.
Краткое описание чертежа
На фиг. 1 представлена функциональная схема стабилизированного источника питания.
На фиг. 2 представлены временные диаграммы напряжений стабилизированного источника питания.
Осуществление полезной модели
Стабилизированный источник питания содержит: источник однофазного переменного тока 1, активное сопротивление 2, реактивное сопротивление (емкость или индуктивность) 3, трехфазный выпрямительный мост 4, первый и второй диоды Зенера (стабилитроны) 5 и 6, при этом: первый выход источника однофазного переменного тока 1 подключен к первому входу трехфазного выпрямительного моста 4; второй выход источника однофазного переменного тока 1 подключен к первым выводам активного и реактивного сопротивления 2 и 3, вторые выводы которых подключены, соответственно, ко второму и третьему входам трехфазного выпрямительного моста 4, выходы которого служат выходами устройства; параллельно выходным выводам трехфазного выпрямительного моста 4 подключены последовательно соединенные первый и второй диоды Зенера (стабилитроны) 5 и 6, причем первый диод Зенера (стабилитрон) 5 подключен катодом к выводу положительной полярности, анодом - к аноду второго диода Зенера (стабилитрона) 6, катод которого подключен к выводу отрицательной полярности.
Стабилизированный источник питания работает следующим образом.
Выходное напряжение источника однофазного переменного тока 1 подается на трехфазный выпрямительный мост 4. Реактивное сопротивление 3 (емкость или индуктивность) обеспечивает сдвиг фазы переменного тока на 90 градусов относительно тока в цепи активного сопротивления 2, что обеспечивает после выпрямления трехфазным выпрямительным мостом 4 взаимное перекрытие полуволн напряжения, как показано на фиг. 2, кривая 7. Это обеспечивает непрерывность выпрямленного тока на уровне, обозначенном прямой 8, фиг. 2. Диод Зенера (стабилитрон) 5 должен иметь напряжение стабилизации ниже уровня напряжения, обозначенного на фиг. 2 прямой 8. В случае выполнения данного условия, предлагаемый стабилизированный источник питания обеспечивает сглаживание пульсаций без использования конденсаторного фильтра, что, в свою очередь, обеспечивает установление выходного стабилизированного напряжения в пределах первой же половины периода выпрямленного переменного напряжения.
В случае прототипа, приемлемая температурная стабильность выходного напряжения обеспечивается при использовании в качестве диода Зенера (стабилитрона) 5, стабилитрона с напряжением стабилизации близким к 6 В. Так как лишь в этом случае стабилитроны имеют температурный коэффициент напряжения стабилизации стремящийся к нулю (см. П. Хоровиц, У. Хилл. «Искусство схемотехники», М.: Мир, 1998 г., с. 350). При других напряжениях стабилизации, значительный температурный коэффициент напряжения стабилизации приводит к ограничению диапазона рабочих температур устройства.
Использование в качестве диода Зенера (стабилитрона) 5 лавинного стабилитрона, то есть стабилитрона с напряжением стабилизации более 6 В, характеризуемого положительным коэффициентом напряжения стабилизации (см. П. Хоровиц, У. Хилл. «Искусство схемотехники», М.: Мир, 1998 г., с. 351), и диода Зенера (стабилитрона) 6 однотипного диоду Зенера (стабилитрону) 5, но включенного ему встречно (в прямом направлении), а значит характеризуемого отрицательным коэффициентом напряжения стабилизации (см. Китаев В.Е., Бокуняев А.А., Колканов М.Ф. «Электропитание устройств связи», М.: Связь, 1975 г., с. 184), обеспечивает взаимную компенсацию коэффициентов напряжения стабилизации диодов Зенера (стабилитронов) 5, 6, а значит и расширение диапазона рабочих температур устройства, что существенно расширяет функциональные возможности предлагаемого стабилизированного источника питания.