Стабилизатор постоянного напряжения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик нп824168

Ф,,© (61) Дополнительное к авт. свид-ву(51) М. Кл.з (22) Заявлено 13,07.79 (21) 2796295/24-07

G 05 F 1/56 с присоединением заявки Мо

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 230481. Бюллетень Н9 15

Дата опубликования описания 2304.81 (53) УДК 621.316. .722.1(088.8) (72) Автор изобретения

A.Â. Воробьев (71) Заявитель (54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к области электропитания и может быть использовано в качестве вторичного источника электропитания аппаратуры связи и метрологии.

Известны полупроводниковые стабилизаторы постоянного напряжения с самозащитой от перегрузок, содержащие регулирующий элемент на "составном" транзисторе, выходные и согласующие транзисторы которого включены последовательно с нагрузкой, устройство обратной связи"(включающее транзисторный усилитель постоянного тока, опорный элемент .на стабилитроне и резисторе, резистивный делитель выходного напряжения) и устройство запуска (1) .

Недостатком известных стабилизаторов является значительная величи-. на (2-4 В) минимально допустимого (для нормальной работы стабилизатора) падения напряжения на регулирующем элементе — параметра в значительной степени определяющего КПЦ и способы практического использования низковольтных стабилизаторов напряжения.

Наиболее близким к предлагаемому является стабилизатор, обеспечивающий минимально возможную величину (1-1,5 В) падения напряжения на регулирующем элементе, который представляет собой полупроводниковый стабилизатор постоянного напряжения линейного типа с самозащитой от перегрузок, содержавший регулирующий элемент. на двух транзисторах одного типа проводимости, один из которых (выходной) подключен последовательно с нагрузкой эмиттером ко входному выводу, а коллектором — к выходному выводу стабилизатора, а другой (согласующий транзистор) подключен

1з параллельно входу стабилизатора (эмиттером к базе выходного транзистора, а коллектором через токоогра. ничительный резистор - к общей шине стабилизатора), устройство обратной

2О связи, включающее усилительный транзистор с типом проводимости, противоположным типу проводимости согласующего транзистора, опорный элемент на стабилитроне и резисторе, резистивный делитель выходного напряжения. Выход устройства обратной связи (коллектор усилительного транзистора) связан с управляющим входом регулирующего элемента (базой сог3() ласующего транзистора) (21.

824168

Однако стабилизатор имеет значительные потери мощности в цепи сог.— ласующего транзистора, сравнимые с мощностью,. теряемой на выходном транзисторе, и как следствие этого недостаточно высокий КПД.

Цель изобретеиия — повышение КПД стабилизаторов.

Поставленная цель достигается введением в стабилизатор диода, делителя входного напряжения и ключевого элемента, имеющего входной, выходной, опорный и общий выводы, при этом укаэанный диод включается между коллектором согласующего тран зистора и выходным выводом стабилизатора в проводящем направлении, входной вывод ключевого элемента подключен к средней точке делителя входного напряжения, опорный вывод к выходному выводу стабилизатора, общий вывод — к общей шине стабилизатора, а выходной вывод — к тому концу токоограничивающего резистора, который не связан с коллектором согласующего транзистора.

Сущность состоит в обеспечении автоматического подключения коллекторной цепи согласующего транзистора последовательно с нагрузкой при превышении входным напряжением некоторого минймального значения, что существенно уменьшает мощность, теряемую в стабилизаторе, а в конечном итоге, повышает КПД, уменьшает габариты стабилизаторов постоянного напряжения с самозащитой от перегрузок.

На чертеже приведена схема предлагаемого стабилизатора.

Стабилизатор содер.кит выходной регулирующий транзистор 1, согласуюв"ий транзистор 2, токоограничительный резистор 3, устройство 4 обратной связи (включающее транзисторный усилитель постоянного тока, опорный элемент и делитель выходного напряжения), диод 5, ключевой элемент б, делитель 7 входного напряжения, нагрузку 8.

Устройство работает следующим образом.

Известно, что КПД линейных ста" билизаторов постоянного напряжения (при работе их s условиях изменения входного напряжения U> в определенных пределах) определяется отношениЬм выходной мощНости Рвы„ к максимально возможной входной (потребляемой) мощности Р в„ ма„с, соответствующей максимально возможному входному напряжению 0 вх.макс . Для стабилизаторов, в которых выходные транзисторы включены последовательно с нагрузкой, а согласующие (через переход база-эмиттер выходных транзисторов) - параллельно входу, мощность

Рв„ ц с определяется произведением напряжения 0 вх. „с на сумму тока нагрузки Эц и тока коллектора Э с согласующего транзистора, т.е.

Р йх.макс ВХ.макс,йи с) >

p&b t "Sbl 3H и вых

I в.. макс "вх. wa « ñ "ех.МксР „) 1 где Бв„,х — выходное напряжение стабилизатора.

Следовательно, КПД таких стабилизаторов (при заданных U b,„ и Зн

fP определяется величинами напряжения

0 х. макс и тока с

В практических схемах стабилизаторов (с использованием выпускаемых промышленностью. мощных транзисторов)

15 ток Э может достигать (0 1 — 0,1) т.е. имеет место уменьшения КПД на 10-15%. Очевидно, что увеличить

КПД можно, уменьшая величину Ue щд„ если исходную схему стабилизатора

2О (схему с согласующим транзистором, включенным параллельно входу) какимлибо способом заставить работать л;."ь в нижней части диапазона изменения Ug)((максимально приближенной к 08ûõ ), а ПРи пеРеходе (в пРоцессе изменения) в верхнюю часть указанного диапазона (вплоть до

08„ „,а„с ) скачком видоизменить схе.му регулирующего элемента стабилизатора таким образом, чтобы согласующий транзистор оказался подключенным последовательно с нагрузкой (отключить коллекторную цепь согласующего транзистора от общей шины стабилизатора и подключить ее к выходному Выводу стабилизатора).

В этом случае также обеспечивается повышение КПД за счет исключения потерь мощности в цепи согласующего, транзистора (поскольку при включении

40 согласующего транзистора последовательно с нагрузкой коллекторный ток этого транзистора протекает через нагрузку).

Стабилизатор работает следующим

45 образом.

Часть напряжения U « снимается с делителя 7 входного напряжения, поступает на измерительный вывод A ключевого элемента б, где сравнивается с опорным напряжением (в ка.честве которого используется выходное напряжение 0э х стабилизатора), поступающим на опорный вывод Б ключевого элемента. При пониженных значениях (меньших некоторого уровня

Озх.q,, минимально допустимого для нормальной работЫ стабилизатора с последовательным подключением выходного и согласующего транзисторов по отношению к нагрузке) величина

60 напряжения на выводе А ключевого элемента ниже напряжения Ugbiq (опор-.. ного напряжения) и .ключевой элемент б включен. При этом его выходной вывод В замкнут на общий вывод Г

Я (на общую шину стабилизатора), коллектор, согласующего транзистора 2 через токоограничительный резистор 3 и выходную цепь ВГ ключевого элемента подключен к общей шине стабилизатора,, а диод 5 заперт напряжением

0Иь,» (приложенным к нему в обратном направлении через резистор 3 и цень

ВГ .ключевого элемента). Иначе говоря, коллекторная цепь согласующего транзистора 2 подключена параллельно входу стабилизатора, как в известной схеме. В этом случае стабилиза:тор с одной стороны может работать при минимально возможной величине падения напряжения (1-1,5 В) на регулирующем элемейте, а с другой сто" роны имеет существенно меньшие потери мощности и больший КПД (в сравнении с известными стабилизаторами), поскольку работает при минимальных значениях U Bx (ниже U bx ) . Когда напряжение Ugx (в процессе своего 20 изменения) повышается до величины

U8x n, напряжение на выводе А ключевого элемента 6 становится равным

U b,„ (опорному íà IpHKBHHlo}, ключевой элемент выключается, отключая выходной вывод В, а следовательно, и коллекторную цепь транзистора 2 оТ общей шины стабилизатора. При этом коллектор транзистора 2 оказывается подключенным к выходному выводу стабилизатора через коммутирующий диод 5 (включенный в проводящем направлении по отношению к току нагрузки стабилизатора). Иначе говоря коллекторная цепь транзистора 2 через диод 5 включается последовательно с нагрузкой 8 стабилизатора, и коллекторный ток этого транзистора протекает уже через нагрузку. При дальнейшем повышении 0 э„ (вплоть до ,U „ „ ) ключевой элемент нахо- 40 дйтся в выключенном состоянии, а коллекторная цепь транзистора 2 через диод 5 подключена последова тельно с нагрузкой 8. В этом случае стабилизатор также имеет существенно д5 меньшие потери мощности (в сравнении с известными), благодаря исключению потерь мощности в цепи согласующего транзистора 2, а следовательно больший КПД. 50

Ключевой элемент 6 наиболее просто реализуется на двух транзисторах разного типа проводимости (или на транзисторе и реле). Поскольку ключевой элемент обладает весьма высоким коэффициентом усиления по току, ток управления им пренебрежимо мал, и делитель 7 может быть сделан достаточно высокоомНым (с пренебрежимо малыми потерями мощности в нем).

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет: а) снизить потери мощности в стабилизаторе и, тем самым, существенно (на 10-15%) повысить его КПД (за счет автоматического изменения схемы регулирующего элемента таким образом, чтобы при увеличении ОВр< свыше заданного уровня U

Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий выходной регулирующий транзистор, подключенный последовательно с нагрузкой коллектором к выходному выводу стабилизатора, согласующий .транзистор, токоограничительный резистор, соединенный одним концом с коллектором согласующего транзистора, и устройство обратной связи, о т л и ч а ю .шийся тем., что, с целью повышения КПД, в него введены диод, делитель входного напряжения и ключевой элемент, имеющий входной, выходной, опорный и общий выводы, при этом диод включен между коллектором согласующего транзистора и выходным выводом стабилизатора.в пропускном направлении, другой конец токоограничительного резистора подключен к выходному выводу ключевого элемента, входной вывод которого подключен к средней точке делителя входного напряжения, опорный вывод — к выходному выводу стабилизатора, а общий вывод — к общей шине стабилизатора. °

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство сссР

9 372553, кл. 6 05 Г 1/58, 1971.

2. Акцептованная заявка ФРГ

Р 2428119, кл. Q 05 F 1/58, 1978 °

824168

Составитель В. Полякова

Редактор И. Николайчук Техред H.Áäáóðêà Корректор О.Билак

Заказ 2109/69 Тираж 940 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР о делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 .