Стабилизатор напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к источникам вторичного электропитания, и может быть использовано для питания маломощной бытовой радиоэлектронной an- паратуры. Цель изобретения - упрощение при одновременном обеспечении защиты от перегрузок по току. Стабилизатор содержит трансформатор 1 с первичной 2 и вторичной обмотками 3, силовой транзистор k, компаратор 5 усилитель 6 мощности, делитель 7 напряжения, первый 8 и второй 9 конденсаторы , разрядный транзистор 10, первый 11, второй 12 и третий 13 диоды , источник l опорного напряжения. резисторы 15-17. В стабилизатор введен четвертый 18,пятый 19,шестой 20 диоды. При включении сигнал с компаратора 5 через усилитель 6 мощности включается 23 W НЗ77 Я о с 5S tf С Фиг Л

СОКИ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1700546

А1

Р1), G 05 > 1/569

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ IlEHT СССР (21) 4751967/07 (22) 23 ° 10 ° 89 (46) 23.12.91. Бюл. М 47 (71) Центральное научно-производственное объединение "Ленинец" (72) В.С.Уманский (53) 621.316.722.1(088.8) (56) Заявка ФРГ V 3321404, кл. H 02 P 13/32, 1983.

Авторское свидетельство СССР

1 1327082, кл. G 05 Г 1/56, 1987. (54) СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯ)КЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам вторичного электропитания, и может быть использовано для питания мэло2 мощной бытовой радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - упрощение при одновременном обеспечении защиты от перегрузок по току. Стабилизатор содержит трансформатор 1 с первичной 2 и вторичной обмотками 3, силовой транзистор 4, компаратор 5Ä усилитель 6 мощности, делитель 7 напряжения, первый 8 и второй 9 конденсаторы, разрядный транзистор 10, первый 11, второй 12 и третий 13 диоды, источник 14 опорного напряжения. резисторы 15-17. В стабилизатор введен ч ет верт ый 18, пят ый 19, шестой 20 диоды.

При включении сигнал с компаратора 5 через усилитель 6 мощности включается

1700546 транзистор 4.: Из-за встречного включения обмоток диод 11 заперт. В момент, когда ток коллектора транзистора 4 достигнет допустимой величи5 ны, напряжение, снимаемое с резистора 15, открывает транзистор 10, который шунтирует входы транзистора

10. Это приводит к запиранию транзистора 4. На вторичной обмотке 2 1О ,наводится ЭРС гамоиндукции.Происходит

i, Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам вторичного электропитания, и может быть использовано для питания маломощнойбытовой радиоэлектронной аппаратуры, например, переносных телевизоров, от автомобильных аккумуляторов.

Целью изобретения является упро. щение устройства и одновременно защита от перегрузок по току.

На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема стабилизатора напряжения, на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений.

Стабилизатор напряжения содержит трансформатор 1 с первичной обмоткой 2 и вторичной обмоткой 3, силовой транзистор 4, компаратор 5, усилитель 6 мощности, делитель 7 напряжения, первый,8 и второй 9 конденсаторы, разрядный транзистор 10, первый 11, второй 12 и третий 13 диоды, источник 14 опорного напрян<ения, а также резисторы 15-17.

В отличие от известного в стабилизатор введены дополнительный четвертый 18, пятый 19 и шестой 20 риоды, источник 14 выполнен в виде стабилитрона 21 и резистора 22. Генератор тактовых импульсов, триггер, вспомогательный транзистор и дроссель с двумя обмотками, имеюц|иеся в прототипе, из предлагаемого устройства исключены.

В некоторых случаях параллельно силовому транзистору 4 может быть включен ограничитель 23 амплитуды, например, в составе диода 24, конденсатора 25 и стабилитрона 26.

Обмотка 2 трансформатора 1 включена между шиной питания Е„ и коллектором транзистора 4, база которого связана с выходом усилителя 6 мощ20

55 процесс перекачки энергии в конрен< сатор 8. При коротком замыкании в на-: грузке отпирается транзистор 10, напряжение компаратора .5 спадает до нуля и транзистор 4 закрывается. Конденсатор 8 почти полностью разряжается. После прекращения короткого замыкания стабилизатор переходит в режим установления, 1 з.п.ф-лы, 2 ил . ности. Выход делителя 7 присоединен к первому (инвертирующему) входу компаратора 5, второй (неинвертирующий) вход которого соединен с положительным,полюсом источника 14 (т.е. с катодом стабилитрона 21) . Отрицательный полюс этого источника (анод стабилитрона 21) соединен с общей шиной. К ней через обмотку 3 трансформатора 1 присоединен анод риода

11 и через конденеатор 8 подключена первая выходная шина F, . К коллектору транзистора 10 присоединен катод диода 12. Вторая выходная шина

-Fggy c0Bринен с первым входным вы водом делителя 7 напряжения.

Вход усилителя 6 соединен с выходом компаратора 5, к каждому из входов которого присоединены соответственно аноды диодов 12 и 13. Катод диода 13 подключен к коллектору транзистора 10, к базе которого присоединены катоды вновь введенных диодов t8, 19 и 20, Анод диода 18 соединен непосредственно с эмиттером транзистора 4 и через резистор 15 соединен с общей шиной. Анод диода 19 через резистор 16 соединен с анодом. диода 11, катод которого соединен с первой выходной шиной Е <,< < и с вторым входным выводом делителя 7. Эмиттер транзистора !0 соединен непосредственно с общей шиной и через резистор 17 соединен с второй выходной шиной

-Е в> < и с анолом диора 20. К общей шине через конденсатор 8 присоединен первый (инвертирующий) вход компаратора 5, Обмотки 2 и 3 трансформатора

1 включены встречно одна относительно другой. В базовые цепи транзисторов

4 и 10 включены резисторы 27 и 28, Стабилизатор работает следующим образом.

1700г46

В момент подачи напряжения питания

Е выходное напряжение Ueb> стабилизаььа тора равно нулю. Опорное напряжение

Е источника 14, т.е. с катода стабилитрона 21, поступает на неинвертирующий вход компаратора 5, на его инвертирующем входе напряжение равно нулю. В результате на выходе компаратора 5 получается напряжение Е 10 логической единицы (фиг.2 в), поступающее через неинвертирующий усилитель 6 на базу транзистора 4. Он отпирается и через него, обмотку 2 и резистор 15 нач:знает протекать ток I< от шины Е . Диод 11 при этом заперт, так как в силу встречного включения обмотки 3 относительно обмотки 2 напряжение на аноде диода 11 имеет отрицательную полярность относитель- 2р но общей шины. Ток 1 нарастает по приблизительно линейному закону во времени, на резисторе 15 образуется пилообразное напряжение Е положительной полярности, пропорциональ- 25 ное текущему значению I< (фиг.2 а и

6). В момент, когда. значение Е, достигает пороговой величины F „ примерно равной 1,4 В, транзистор 10 отпирается. Сопротивление R<< резистора 15 выбирается при этом таразом что FÎO /R(5 C I)() где

Ig()p — максимальйо допустимый ток эмиттера транзистора 4 (фиг.2 а).

Этим обеспечивается защита транзистора 4 от перегрузок по току. Транзистор 10 через диоды 1? и 13 шунтирует . оба входа компаратора 5 и конденсатор

9 на выходе делителя 7, Благодаря этому выходное напряжение Е компаратора приобретает уровень логического нуля (фиг.2 a), а транзистор

4 запирается. Для более надежного обнуления целесообразно,чтобыпри открытом транзисторе 10 напряжение на инвертирующем входе компаратора было бы большим чем на его инвертирующем входе. С этой целью можно в качестве элемента 13 испольэовать два последовательно соединенных диода. Энергия,50 накопленная к этому времени в индуктивности обмотки 2 вследствие протекания тока Ig в момент запирания транзистора 4 вызывает появление

ЭДС самоиндукции обратного знака.

Под ее действием отпирается диод 11, 55 при этом начинается протекание тока заряда I8 конденсатора Я через диод

11 (фиг.? г) . Напряжение на аноде диола 11 и на конленсаторе 8 перво- . начапьно возрастает на величину, недостаточную для отпирания диода

19 и база-эмиттерного перехода транзистора 10, включенных последовательно. Поэтому транзистор 10 остается открытым только в течение времени выключения. Транзистор 4 включается снова (режим установления), режим повторяется несколько раз рс òåõ пор, пока напряжение F.>b X не достигнет величины, достаточной для отпирания диода 19 и база-эмиттернпго перехода транзистора 10 (фиг.2 а-r).

Тогда уже транзистор 10 после начала каждого импульса тока заряда I< 6y дет удерживаться в открытом состоянии импульсом Е <,, поступающим на базу от анода диода 11 (фиг.2 д). К концу этого импульса выходное напряжение Eebix на внешней нагрузке оказывается уже близким к номиналу Ек (фиг.2 е), а напряжение Е - близким к опорному напряжению F. . Поэтому в установившемся режиме работы стабилизатора в очередной момент запирания диода 11 (что соответствует окончанию процесса переда и очередной порции энергии из индуктивности трансформатора 1 в конденсатор 8) транзистор 10 запирается, а транзистор 4 отпирается. Конденсатор 9 начинает заряжаться напряжением E через делитель 7. Напряжение Е9 йа нем линейно зависит от Е gb x и нарастает по закону, близкому к пилооб" разному (фиг.2 ж). В процессе установления E> (Е и амплитуда пилообразного напряжения Е на инвер9 тирующем входе компаратора 5 остается меньшей, чем опорное напряжение Е на неинвертирующем входе.

В установившемся режиме Е9 в процессе нарастания становится равным опорному напряжению E . В момент этого равенства выходйое напряжение

Е у компаратора 5 спадает до уровня логического нуля (фиг.2 в,ж).Это вызывает запирание транзистора 4, а затем отпирание диода 11 и транзистора 10, через который разряжается конденсатор 9. Время разряда конденсатора равно длительности Т и.передачи энергии из индуктивности обмотки- 2 в конденсатор 8 и в нагрузку (фиг.2 д,е,ж). Запирание транзистора

4 таким образом происходит уже не при

Е,5 = Евор а в УсловиЯх, когДа на1700546 пряжение Е становится, примерно, равным Е 4 (с точностью ро гистерезиса в компараторе 5) . Этот .гистеРезис определяет величину пуль5 саций выходного напряжения. Амплитуда пилообразного тока I< в установившемся режиме в общем случае оказыВается меньшей, чем ток в процессе установления стабилизатора (фиг.2.а-е)10

Ограничитель 23 обеспечивает за циту транзистора 4 от коммутационных перенапряжений, обусловленных конечНым временем включения диода 1 I..

Если ток нагрузки, протекающий через низкоомный резистор 17, не превышает максимально допустимой величиНы Х д, то падение напряжения,F.4у ,на 17 недостаточно для от пирания диода 20 и транзистора 10, 20

При коротком замыкании в нагрузке или .при токовой перегрузке F 4g возрастает настолько, что отпирается транзистор 10, благодаря чему аналогично описанному выше выходное на- 25 пряжение Е компаратора 5 спадает до уровня логического нуля, чем обеспечивается запирание транзистора 4 и прекращение накопления энергии в индуктивности обмотки 2. При коротком Э0 замыкании в нагрузке конденсатор 8 практически полностью разряжается, поэтому после прекращения короткого замыкания стабилизатор переходит в режим установления. При этом перегрузок по току у силового транзистора 4 не наблюдается.

Формула и зобрет ения

Стабилизатор напряжения, содер" жащий трансформатор, силово" транзистор, компаратор, усилитель мощности, делитель напряжения, первый и второй конденсаторы, разрядный транзистор, первый, второй и третий диоды, источник опорного напряжения, а также первый, второй и третий резисторы, при этом первичная обмотка трансформатора включена между шиной питания и коллектором силового транзистора, база которого соединена с выходом усилителя мощности, выход делителя напряжения присоединен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с положительным выводом источника опорного напряжения, отрицательный вывод которого соединен с общей шиной, к которой через вторичную обмотку трансформатора присоединен анод первого риода, катогам соединенного непосредственно с первой выходной шиной и через первый конденсатор подключенного к общей шине, к коллектору разрядного транзистора при. соединен катод второго диода, а к второй выходной шине - первь1й входной вывод делителя напряжения, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения при одновременном обеспечении защиты от перегрузок по току, в него введены четвертый, пятый и шестой диоды, а вход усилителя мощности соединен с выходом компаратора, к каждому из входов которого присоеди-Ю иены соответственно аноды второго и

4 третьего диодов, катод третьего диода подключен к коллектору разрядного транзистора, к базе которого присоединены катоды четвертого, пятого и шестого диодов, анод четвертого диода соединен непосредственно с эмиттером силового транзистора и через первый резистор соединен с. общей шиной, анод пятого диода через второй резистор соединен с анодом первого диода, катод которого соединен с вторым входным выводом делителя напряжения, эмиттер разрядного транзистора соединен непосредственно с общей шиной и через третий резистор - с второй выходной шиной и анодом шестого диора, к общей шине через второй конденсатор присоединен первый вход компаратора, а обмотки трансформатора включены встречно одна относительно другой.

2. Стабилизатор по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что источник опорного напряжения выполнен на стабилитроне и резисторе, включенных последовательно.

1700546

0 Ig

Редактор М.Рнкович

Корректор Л.Пилипенко

Заказ 4467 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета,по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

О б"

Е, tiv9

Г

О

Еп

8 ЕВы а ж

Составитель С.Аверин

Техред А.Кравчук