Резервированный стабилизатор напряжения постоянного тока

 

Использование: при проектировании источников вторичного электропитания. Сущность изобретения: устройство содержит включенные в разнополярные шины регулирующие транзисторы 5,6, коллекторами и подключенные к входным выводам 1,2, оптоэлектронный прибор 14, фототранзистор 16 которого включен между базами транзисторов 5,6, а светодиод 15 - в выходную цепь усилителя 9 обратной связи на транзисторах 11, 10, включенных по дифференциальной схеме, делитель выходного напряжения и источник 12 опорного напряжения. Устройство при простой схеме обладает высокой надежностью, т.к. в случае пробоя одного из транзисторов 1,2 обеспечивает потребителя стабильным напряжением. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании источников вторичного электропитания.

Известны стабилизаторы напряжения постоянного тока, обладающие свойством резервирования питания потребителя в случае пробоя регулирующего элемента.

В одном из известных стабилизаторов для резервирования питания потребителя применен защитный стабилизатор напряжения параллельного типа, включенный между выходными выводами. Недостатком данного стабилизатора является большая мощность рассеяния защитного стабилизатора в аварийных режимах [1].

В другом известном стабилизаторе содержится два последовательно включенных стабилизирующих узлов, один из которых выполняет функцию резервирования питания потребителя. Однако его существенными недостатками являются несколько повышенное напряжение питания потребителя в режиме резервирования питания, а также сложность схемы [2].

Из известных стабилизаторов наиболее близким по технической сущности и является резервированный стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий два биполярных регулирующих транзистора разного типа проводимости, каждый из которых включен в соответствующую полярную шину, включенные между разнополярными выходными выводами, делитель выходного напряжения и источник опорного напряжения, два резистора и два усилительных транзистора [3].

Указанный стабилизатор обладает малой мощностью рассеяния и номинальным значением выходного напряжения в режиме резервирования питания потребителя.

Однако существенным недостатком известного резервированного стабилизатора напряжения постоянного тока является низкая надежность из-за сложности схемы, пониженной устойчивости и сложности условий запуска. Сложность схемы объясняется наличием двух измерительно-усилительных элементов и двух подстроечных элементов, пониженная устойчивость - работой двух стабилизирующих узлов на общую нагрузку и наличием связи между усилительными транзисторами измерительно-усилительных элементов, сложность условий запуска - запертым состоянием транзисторов в момент запуска.

Целью изобретения является повышение надежности путем упрощения схемы, повышения устойчивости работы и улучшения условий запуска.

Поставленная цель достигается тем, что в резервированный стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий два биполярных регулирующих транзистора разного типа проводимости, каждый из которых включен в соответствующую полярную шину, включенные между разнополярными выходными выводами, делитель выходного напряжения и источник опорного напряжения, два резистора и два усилительных транзистора, введен оптоэлектронный элемент на фототранзисторе и светодиоде, а усилительные транзисторы включены по дифференциальной схеме усилителя, включенного между разнополярными выходными выводами, причем выход источника опорного напряжения подключен к базе одного усилительного транзистора, выход делителя выходного напряжения - к базе другого усилительного транзистора, светодиод фотоэлектронного прибора включен в выходную цепь упомянутой дифференциальной схемы усилителя, фототранзистор - между базами упомянутых регулирующих транзисторов, которые подключены к разнополярным выходным выводам эмиттерами, а упомянутые резисторы подключены к переходам коллектор-база соответствующих регулирующих транзисторов.

В нормальном режиме работы один или два регулирующих транзистора находятся в линейном режиме работы и под воздействием усилителя изменяют свою проводимость таким образом, что при колебаниях питающего напряжения выходное напряжение остается неизменным. В случае пробоя любого из этих транзистров функцию регулирования выходного напряжения выполняет другой регулирующий транзистор под воздействием того же усилителя.

Проведенный анализ научно-технической и патентной литературы не выявил аналогичных технических решений.

На чертеже представлена электрическая схема предлагаемого резервированного стабилизатора напряжения постоянного тока.

Предлагаемый резервированный стабилизатор напряжения постоянного тока содержит входные 1, 2 и выходные 3, 4 выводы, биполярные регулирующие транзисторы 5, 6, резисторы 7, 8, усилитель обратной связи 9, выполненный на усилительных транзисторах 10, 11 по дифференциальной схеме, источник опорного напряжения 12, делитель выходного напряжения 13 и оптоэлектронный элемент 14, выполненный на светодиоде 15 и фототранзисторе 16.

Коллекторы регулирующих транзисторов 5, 6 подключены к соответствующим входным 1, 2 выводам, эмиттеры - к соответствующим выходным 3, 4 выводам, базы через резисторы 7, 8 соединены с коллекторами, а между собой связаны через фототранзистор 16 оптоэлектронного прибора 14, светодиод 15 которого включен в выходной цепи усилителя обратной связи 9. Выход источника 12 опорного напряжения подключен к базе усилительного транзистора 10, выход делителя выходного напряжения 13 соединен с базой усилительного транзистора 11.

Предлагаемый резервированный стабилизатор напряжения постоянного тока работает следующим образом.

В нормальном режиме два или, по крайней мере, один из регулирующих транзисторов 5, 6 находятся в линейном режиме и участвуют в работе стабилизатора, изменяя свою проводимость под воздействием сигнала усилителя обратной связи 9 таким образом, чтобы выходное напряжение при колебаниях входного напряжения изменялось в малых пределах. Происходит это следующим образом. Базовые токи регулирующих транзисторов 5, 6 равны разности токов резисторов 7, 8 и тока фототранзистора 16. Например, при повышении входного напряжения незначительное увеличение выходного напряжения стабилизатора вызывает существенное повышение выходного тока усилителя обратной связи 9, в результате увеличивается падение напряжения на светодиоде 15 оптоэлектронного элемента 14. Это приводит к увеличению проводимости фототранзистора 16, уменьшению базовых токов регулирующих транзисторов 5, 6, их призапиранию и ограничению повышения выходного напряжения с необходимой точностью.

Так как регулирование проводимости регулирующих транзисторов 5, 6 осуществляется с помощью одного оптоэлектронного элемента 14 под воздействием усилителя обратной связи 9, в данной схеме обеспечивается возможность сохранения стабилизирующих свойств и номинального значения выходного напряжения в случае пробоя одного из регулирующих транзисторов 5, 6. При пробое, например, регулирующего транзистора 5 незначительное повышение выходного напряжения вызывает увеличение выходного тока усилителя обратной связи 9 и повышение падения напряжения на светодиоде 15. При этом увеличивается проводимость фототранзистора 16, снижаются базовый ток регулирующего транзистора 6 и соответственно его проводимость, выходное напряжение изменяется незначительно и далее остается неизменным за счет соответствующего изменения проводимости регулирующего транзистора 6 под воздействием сигнала усилителя обратной связи 9 через оптоэлектронный элемент 14.

Таким образом предложенный резервированный стабилизатор напряжения постоянного тока обеспечивает бесперебойность питания потребителя стабильным напряжением в случае пробоя одного из регулирующих транзисторов и по сравнению с прототипом обладает повышенной надежностью, т.к. является более простым по причине наличия только одного усилителя обратной связи 9 и одного делителя выходного напряжения 13, более устойчивым поскольку имеется только одна замкнутая система авторегулирования и обладает лучшими условиями запуска, т. к. запуск (отпирание регулирующих транзисторов 5, 6 в момент включения) осуществляется через резисторы 7, 8.

Экспериментальная проверка подтвердила работоспособность и положительные качества предлагаемого резервированного стабилизатора напряжения постоянного тока. При закорачивании любого из регулирующих транзисторов качество выходного напряжения остается на прежнем уровне.

Формула изобретения

РЕЗЕРВИРОВАННЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий два биполярных регулирующих транзистора разного типа проводимости, каждый из которых включен в соответствующую полярную шину, включенные между разнополярными выходными выводами делитель выходного напряжения и источник опорного напряжения, два резистора и два усилительных транзистора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем упрощения схемы, повышения устойчивости работы и улучшения условий запуска, в него введен оптоэлектронный элемент на фототранзисторе и светодиоде, а усилительные транзисторы включены по дифференциальной схеме усилителя, включенного между разнополярными выходными выводами, причем выход источника опорного напряжения подключен к базе одного усилительного транзистора, выход делителя выходного напряжения - к базе другого усилительного транзистора, светодиод фотоэлектронного прибора включен в выходную цепь упомянутой дифференциальной схемы усилителя, фототранзистор - между базами упомянутых регулирующих транзисторов, которые подключены к разнополярным выходным выводам эмиттерами, а упомянутые резисторы подключены к переходам коллектор - база соответствующих регулирующих транзисторов.

РИСУНКИ

Рисунок 1