Регулируемый стабилизатор мощности

Полезная модель относится к устройствам для стабилизации электрической мощности. Устройство может быть использовано для стабилизации электрической мощности в управляемых напряжением транзисторах при тестировании этих транзисторов, в частности биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), либо полевых транзисторов с изолированным затвором (MOSFET).
Известно устройство стабилизации мощности, содержащее стабилизатор тока, резистивный датчик, систему регистрации энергии в виде пересчетного устройства, времяимпульсную астатическую следящую систему, в которую входят ключ, интегратор, компаратор, источник эталонного напряжения, триггер с раздельным запуском, генератор постоянной частоты и ключ (SU 471577, МПК G05F 1/56, опубл. 25.05.1975).
Недостатками известного устройства являются высокая сложность и низкое быстродействие.
Известен регулируемый стабилизатор мощности, содержащий выпрямитель, входом подключенный к входным выводам, фильтр, регулирующий элемент, обеспечивающий требуемое значение выходной мощности, LC-фильтр, предназначенный для фильтрации выходного напряжения, резистивный датчик напряжения, датчик тока (резистивный), нагрузку, подключенную к выходным выводам, сумматор, компаратор, генератор пилообразного напряжения, усилитель обратной связи, регулируемый опорный элемент, блок обратной связи по мощности, включающий в себя преобразователь аналог - код, усилители тока с регулируемым коэффициентом передачи, второй преобразователь аналог - код, усилители напряжения с регулируемым коэффициентом передачи, перемножитель, измеритель мощности (SU 1539752, G05F 1/66, опубл. 30.01.1990 г.).
Недостатками известного решения являются высокая сложность устройства из-за применения в нем преобразователей аналог-код, перемножителя, генератора пилообразного напряжения, и относительно низкое быстродействие стабилизации мощности в нагрузке, что связано с затратами времени на преобразование аналогового сигнала в код, а также наличием LC-фильтра между регулирующим элементом и нагрузкой.
th
th
При проведении испытаний управляемых напряжением транзисторов, например, при определении их переходной тепловой характеристики Z и установившегося значения теплового сопротивления кристалл-корпус R, вследствие саморазогрева испытуемых транзисторов происходит изменение величин их электрических параметров, что приводит к изменению выделяемой в них электрической мощности и нарушению условий измерений. Отсюда возникает необходимость стабилизации электрической мощности в управляемых напряжением транзисторах при испытании.
Технический результат заключается в упрощении конструкции устройства и повышении быстродействия стабилизации мощности в управляемом напряжением транзисторе.
Технический результат достигается тем, что регулируемый стабилизатор мощности содержит выпрямитель, входы которого соединены с питающей сетью переменного напряжения, а выход его с входом фильтра. Выход фильтра соединен с входом стабилизатора напряжения, первый выход которого соединен с первым входом регулирующего элемента, а второй выход стабилизатора напряжения через резистивный датчик тока соединен со вторым входом регулирующего элемента. Выход резистивного датчика тока соединен со вторым входом усилителя обратной связи, выход усилителя обратной связи соединен с управляющим входом регулирующего элемента, а первый вход усилителя обратной связи соединен с выходом регулируемого опорного элемента. Регулирующий элемент, являющийся нагрузкой, представляет собой управляемый напряжением транзистор. Управляемый напряжением транзистор, в частности, может представлять собой биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) или полевой транзистор с изолированным затвором (MOSFET).
На чертеже представлена схема регулируемого стабилизатора мощности.
Регулируемый стабилизатор мощности содержит подключенный к питающей сети переменного напряжения выпрямитель 1, к выходу выпрямителя подключен фильтр 2. Выход фильтра 2 подключен к стабилизатору напряжения 3, первый выход которого подключен к первому входу регулирующего элемента 4. Регулирующий элемент 4 является нагрузкой и представляет собой управляемый напряжением транзистор (в частности, биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), полевой транзистор с изолированным затвором (MOSFET)). Второй выход стабилизатора напряжения 3 через резистивный датчик тока 5 соединен со вторым входом регулирующего элемента 4. Выход резистивного датчика тока 5 соединен со вторым входом усилителя обратной связи 6, к первому входу усилителя обратной связи 6 подключен регулируемый опорный элемент 7. Выход усилителя обратной связи 6 соединен с управляющим входом регулирующего элемента 4.
СТ
Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения питающей сети на выходе выпрямителя 1 формируется пульсирующее напряжение, которое сглаживается фильтром 2, полученное постоянное нестабилизированное напряжение подается на вход стабилизатора напряжения 3. При этом на выходе стабилизатора напряжения 3 формируется стабилизированное постоянное напряжения U, которым питается последовательная цепь, состоящая из выходной цепи регулирующего элемента 4 и резистивного датчика тока 5.
РОЭ
РЭ
СТ
РДТ
Регулируемый опорный элемент 7 формирует на выходе напряжение заданной величины U, которое поступает на первый вход усилителя обратной связи 6, выходной сигнал которого подается на управляющий вход регулирующего элемента 4, на выходе которого формируется напряжение U. При этом по последовательному контуру, состоящему из выходной цепи стабилизатора напряжения 3, выходной цепи регулирующего элемента 4 и резистивного датчика тока 5, протекает контурный ток I, который на резистивном датчике тока 5 создает напряжение U.
РДТ
РДТ
РОЭ
Напряжение U подается на второй вход усилителя обратной связи 6, в котором осуществляется сравнение двух входных сигналов напряжения U и U одинаковых по величине. В результате этого на выходе усилителя обратной связи 6 образуется сигнал управления для регулирующего элемента 4.
СТ
Контурный ток I в последовательной цепи из регулирующего элемента 4 и резистивного датчика тока 5 определяется как:
СТ
РДТ
РДТ
РОЭ
РДТ
I=U/R=U/R,                                (1)
РДТ
где R – сопротивление резистивного датчика тока 5.
РЭ
СТ
РДТ
РДТ
РОЭ
РЭ
Падение напряжения на регулирующем элементе 4 находится как U=U–U, а с учетом равенства U=U напряжение Uопределяется как:
РЭ
СТ
РОЭ
U =U– U,                                         (2)
Н
В результате мощность P на регулирующем элементе 4, который является нагрузкой, и представляет собой управляемый напряжением транзистор, определяется как:
Н
РОЭ
СТ
РОЭ
РДТ.
P=(U(U–U))/R                         (3)
Н
РОЭ
СТ,
РДТ
При этом, так как мощность в нагрузке P, то есть в управляемом напряжением транзисторе, зависит от только заданных величин U, Uи R, то её регулирование можно осуществлять путем изменения только величин этих параметров, а также, в теории, отсутствует задержка времени стабилизации мощности, что обеспечивает высокое быстродействие устройства.
РОЭ
СТ,
РДТ
Н
При выборе постоянных величин U, Uи R мощность в нагрузке P будет постоянной.
РОЭ
СТ
РДТ
Н
РОЭ
При изменении напряжения U и стабильных величинах U и R мощность P может изменяться по закону изменения U.
РОЭ
СТ
РДТ
Н
При одновременном изменении величин U и U и дополнительном изменении Rмощность в нагрузке P можно изменять по более сложным законам.
Все это позволяет создать относительно простое и быстродействующее регулируемое устройство стабилизации мощности в управляемом напряжением транзисторе.