Стабилизатор постоянного напряжения

 

Область использования: в системах вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Сущность изобретения: устройство содержит составной транзистор на регулирующем и согласующем транзисторах, датчик тока, делитель выходного напряжения, источник опорного напряжения, транзистор защиты и смещающий делитель напряжения. Согласующий транзистор подключен эмиттером к выходному выводу, а коллектором - к базе регулирующего транзистора, эмиттер которого соединен с входным выводом. Оба транзистора составного транзистора выполнены разного типа проводимости. Такое выполнение схемы устройства позволило исключить влияние падения напряжения на датчике тока на падение напряжения на согласующем транзисторе. Повышается КПД устройства. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

В настоящее время в компенсационных стабилизаторах постоянного напряжения вторичных источников питания получили широкое распространение схемы с регулирующим элементом в виде составного транзистора и средствами защиты от перегрузок по току.

Одним из основных параметров указанных стабилизаторов является минимальное входное напряжение, величина которого определяется суммой величин напряжения стабилизации и потерь напряжения в силовой цепи стабилизатора.

Традиционно потери напряжения в силовой цепи стабилизатора, а значит и минимальное входное напряжение, уменьшают за счет раздельного питания регулирующего и согласующего транзисторов, а именно согласующий транзистор подключают к дополнительному источнику питания, напряжение которого превышает напряжение источника питания регулирующего транзистора.

Однако это требует наличия дополнительного источника питания, усложняет конструкцию, повышает материальные затраты.

Известен стабилизатор постоянного напряжения, содержащий входной вывод для подключения первого полюса источника питания, выходной вывод для подключения первого вывода нагрузки, общий вывод для подключения второго полюса источника питания и второго вывода нагрузки, составной транзистор, состоящий из регулирующего и согласующего транзисторов, (согласующих транзисторов может быть несколько), датчик тока, при этом указанные входной вывод, регулирующий транзистор, датчик тока и выходной вывод, образуют последовательную цепь, источник опорного напряжения, первый вывод которого подключен к указанному входному выводу или к дополнительному источнику питания, его второй вывод подключен к указанному общему выводу, его третий вывод подключен к базе указанного согласующего транзистора, его четвертый вывод подключен к среднему выводу делителя выходного напряжения, один из крайних выводов, которого подключен к указанному выходному выводу, а его другой крайний вывод подключен к указанному общему выводу, транзистор защиты от перегрузок по току, коллектор которого подключен к базе указанного согласующего транзистора, его эмиттер подключен к указанному выходному выводу, а его база подключена к среднему выводу смещающего делителя напряжения, первый крайний вывод которого подключен к указанному общему выводу. Согласующий транзистор подключен к указанному датчику тока последовательно, а именно коллектором к указанному входному выводу, а эмиттером - к базе указанного регулирующего транзистора. Регулирующий транзистор подключен к указанному входному выводу коллектором, а к указанному датчику тока - эмиттером, при этом указанные регулирующий и согласующие транзисторы выполнены с одинаковым типом проводимости, а второй крайний вывод указанного смещающего делителя напряжения подключен через диод к базе указанного регулирующего транзистора.

Недостаток такого стабилизатора напряжения являются большие потери напряжения в силовой цепи стабилизатора и как следствие -необходимость повышения минимального входного напряжения источника питания.

Наличие составного транзистора, каждый транзистор которого подключен к датчику тока последовательно, увеличивает минимальное входное напряжение источника питания, что ухудшает один из основных параметров стабилизатора.

Известен также стабилизатор постоянного напряжения, содержащий входной вывод для подключения первого полюса источника питания, выходной вывод для подключения первого вывода нагрузки, общий вывод для подключения второго полюса источника питания и второго вывода нагрузки, составной транзистор, состоящий из регулирующего и согласующего транзисторов (согласующих транзисторов несколько, в данном случае три), датчик тока, при этом входной вывод, регулирующий транзистор, датчик тока и выходной вывод образуют последовательную цепь, интегральный стабилизатор постоянного напряжения, источник опорного напряжения которого первым выводом подключен к дополнительному источнику питания или к входному выводу, вторым выводом - к общему выводу, третьим выводом - к базе согласующего транзистора, четвертым выводом - к среднему выводу делителя выходного напряжения, один из крайних выводов которого подключен к выходному выводу, а его другой крайний вывод подключен к общему выводу, транзистор защиты от перегрузок по току интегрального стабилизатора постоянного напряжения коллектором подключен к базе согласующего транзистора интегрального стабилизатора, эмиттером подключен к выходному выводу, а базой - к среднему выводу смещающего делителя напряжения, первый крайний вывод которого подключен к общему выводу, причем все согласующие транзисторы подключены к датчику тока последовательно, а именно коллектором к входному выводу, а эмиттером - к базе указанного регулирующего транзистора, регулирующий транзистор подключен к входному выводу коллектором, а к датчику тока - эмиттером, при этом регулирующий транзистор и все согласующие транзисторы выполнены с одинаковым типом проводимости, а второй крайний вывод указанного смещающего делителя напряжения подключен к базе указанного регулирующего транзистора.

К недостаткам данного стабилизатора напряжения также можно отнести большие потери напряжения в силовой цепи стабилизатора и необходимость повышения минимального входного напряжения источника питания.

Наличие составного транзистора, состоящего из регулирующего и трех согласующих транзисторов, каждый из которых подключен к датчику тока последовательно, увеличивает минимальное входное напряжение источника питания, что ухудшает один из основных параметров стабилизатора.

Цель изобретения - уменьшение минимального напряжения питания за счет исключения влияния на его значение падения напряжения на датчике тока.

Это достигается тем, что в стабилизаторе постоянного напряжения, содержащем входной вывод для подключения первого полюса источника питания, выходной вывод для подключения первого вывода нагрузки, общий вывод для подключения второго полюса источника питания и второго вывода нагрузки, составной транзистор, состоящий из регулирующего и согласующего транзисторов, датчик тока, причем указанные входной вывод, регулирующий транзистор, датчик тока и выходной вывод образуют последовательную цепь, источник опорного напряжения, первый вывод которого подключен к входному выводу, его второй вывод - к общему выводу, его третий вывод - к базе согласующего транзистора, его четвертый вывод - к среднему выводу делителя выходного напряжения, один из крайних выводов которого подключен к выходному выводу, а его другой крайний вывод - к общему выводу, транзистор защиты от перегрузок по току, коллектор которого подключен к базе согласующего транзистора, его эмиттер - к выходному выводу, а его база подключена к среднему выводу смещающего делителя напряжения, первый крайний вывод которого подключен к общему выводу, согласующий транзистор подключен к указанному датчику тока параллельно, а именно коллектором к базе регулирующего транзистора, а эмиттером - к выходному выводу, регулирующий транзистор подключен к входному выводу эмиттером, а к датчику тока - коллектором, причем регулирующий и согласующие транзисторы выполнены с различным типом проводимости, а второй крайний вывод смещающего делителя напряжения подключен к точке соединения коллектора регулирующего транзистора и датчика тока.

Подключение согласующего транзистора, являющегося тоже, как правило, составным, к датчику тока параллельно, а не последовательно, как в прототипе, образование с регулирующим транзистором также составного транзистора и выполнение указанных транзисторов с различным типом проводимости, изменение подключения их выводов и смещающего делителя напряжения исключают влияние на напряжение питания падение напряжения на датчике тока, что уменьшает величину минимального напряжения питания стабилизатора, т.е. обеспечивает выполнение поставленной цели изобретения, определяется выражением и подтверждено опытами U_вх.min= U_{э.б.рег.}+U_{к.э.согл.}+U_стаб. где U_вх.min - минимальное входное напряжение предложенного стабилизатора; U_{э.б.рег.} - напряжение на переходе эмиттер-база регулирующего транзистора; U_{к.э.согл.} - напряжение на переходе коллектор-эмиттер согласующего транзистора, при котором еще обеспечивается стабилизация выходного напряжения U_стаб.

При выполнении предложенного стабилизатора на элементной базе прототипа и с его параметрами уменьшение минимального входного напряжения составляет 0,66В, так как величина сопротивления датчика тока - резистора R₉=0,33 Ом, а ток нагрузки I_н=2А.

Это уменьшение обеспечивается тем, что падение напряжения на датчиках тока в стабилизаторах меньше падения напряжения на согласующем транзисторе, особенно если он выполнен составным, что и позволяет осуществить указанное параллельное включение согласующего транзистора к датчику тока с уменьшением минимального входного напряжения.

На чертеже изображена электрическая принципиальная схема стабилизатора постоянного напряжения.

Стабилизатор постоянного напряжения содержит входной вывод 1, подключенный к положительном полюсу источника питания 2, выходной вывод 3, подключенный к первому выводу нагрузки 4, общий вывод 5, подключенный к отрицательному полюсу источника питания 2 и второму выводу нагрузки 4, регулирующий транзистор 6, p-n-p-типа, который эмиттером подключен к входному выводу 1, а коллектором подключен к датчику 7 тока, который подключен к выходному выводу 3. Согласующий транзистор 8, в данном случае составной n-p-n-типа, подключен коллектором к базе регулирующего транзистора 6, а эмиттером - к выходному выводу 3. Транзисторы 6 и 8 образуют составной транзистор. Источник 9 опорного напряжения состоит из транзисторов 10-14, резисторов 15-17, стабилитрона 18, диода 19. Первый вывод источника 9 опорного напряжения подключен к входному выводу 1, его второй вывод - к общему выводу 5, его третий вывод - к базе согласующего транзистора 8, а его четвертый вывод - к среднему выводу делителя 20 выходного напряжения, крайние выводы которого подключены соответственно к выходному выводу 3 и общему выводу 5.

Транзистор 21 защиты от перегрузок по току подключен коллектором к базе согласующего транзистора 8, эмиттером - к выходному выводу 3, а базой - к среднему выводу смещающего делителя 22 напряжения, крайние выводы которого соответственно подключены к общему выводу 5 и коллектору регулирующего транзистора 6.

В качестве согласующего транзистора 8, источника 9 опорного напряжения и транзистора 21 защиты от перегрузок по току можно использовать интегральный стабилизатор 23, например, типа 142ЕН2А. Составной транзистор, состоящий из регулирующего транзистора 6 p-n-p-типа и согласующего транзистора 8 n-p-n-типа, ведет себя как транзистор n-p-n-типа.

Работа непосредственно стабилизатора постоянного напряжения, выполненного на элементах 1-6, 8-20, очевидна, а схема его защиты от перегрузок по току работает следующим образом. В нормальном рабочем режиме, когда ток нагрузки не превышает максимально допустимый, падение напряжения на датчике 7 тока недостаточно для открывания транзистора 21 защиты от перегрузок по току, режим работы которого определен смещающим делителем 22. При возникновении перегрузки по току падение напряжения на датчике 7 тока возрастает, транзистор 21 открывается и шунтирует переход база-эмиттер согласующего транзистора 8, при этом регулирующий транзистор 6 входит в режим стабилизации тока на уровне тока срабатывания схемы защиты от перегрузки по току транзистора 21 и остается в этом режиме до устранения нагрузки по току.

Характерной особенностью параллельного подключения согласующего транзистора 8 к датчику 7 тока является то, что минимальное входное напряжение U_вх.min стабилизатора не изменяется при коротком замыкании датчика 7 тока, зависит только от параметров транзисторов 6 и 8 и определяется выражением U_вх.min=U_э.б.6+U_к.э8+U_стаб. где U_э.б.6- минимальное напряжение на переходе эмиттер - база регулирующего транзистора 6, при котором обеспечивается стабилизация выходного напряжения U_стаб.

U_к.э8 - минимальное напряжение на переходе коллектор-эмиттер согласующего транзистора 8, при котором обеспечивается стабилизация выходного напряжения U_стаб.

Как видно из указанного выражения и чертежа, падение напряжения на датчике 7 тока компенсируется суммой напряжений на переходах база-коллектор регулирующего транзистора 6 и коллектор-эмиттер согласующего транзистора 8 и поэтому не влияет на минимальное входное напряжение U_вх.min стабилизатора.

По сравнению с известным предложенный стабилизатор постоянного напряжения позволяет уменьшить минимальное входное напряжение на величину падения напряжения на датчике тока, сохранив функцию защиты от перегрузок по току.

Формула изобретения

СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий входной вывод для подключения первого полюса источника питания, выходной вывод для подключения первого вывода нагрузки, общий вывод для подключения второго вывода источника питания и второго вывода нагрузки, составной транзистор , состоящий из регулирующего и согласующего транзисторов, датчик тока, причем силовая цепь регулирующего транзистора и датчик тока включены последовательно между указанными входным и выходным выводами, источник опорного напряжения, первый вывод которого подключен к указанному входному выводу, второй вывод - к указанному общему выводу, третий вывод - к базе согласующего транзистора, четвертый вывод - к среднему выводу целителя выходного напряжения, крайними выводами включенного между указанными выходным и общим выводами, транзистор защиты от перегрузок по току, коллектор которого подключен к базе согласующего транзистора, эммиттер - к указанному выходному выводу, а база соединена со средним выводом смещающего делителя напряжения, первый крайний вывод которого подключен к указанному общему выводу, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД путем уменьшения минимального падения напряжения исключением влияния на его значение падения напряжения на датчике тока, согласующий транзистор подключен коллектором к базе регулирующего транзистора, а эмиттером - к указанному выходному выводу, силовая цепь регулирующего транзистора подключена к входному выводу эмиттером, кроме того, регулирующий и согласующий транзистры выполнены с разным типом проводимости, а второй крайний вывод указанного смещающего делителя напряжения подключен к точке соединения коллектора регулирующего транзистора с датчиком тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1