Стабилизатор постоянного напряжения

 

О П И C À Í È Å 9О9669

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических республим (61) Дополимтельное к авт. свид-ву (22) Заявлено 1 6.07.80 (21) 2959830/24-07 (5l)M. Кл.

G 05 F 1/58 с присоединением заявки Ph

9вуаеретееннФ квинтет еСС1 ае делам нзебретеннй н открытнй (23) Приоритет

Опубликовано 28.02.82. Бюллетень № 8

Дата опубликования описания 28.02.82 (53) УДК 621.316ú .722.1(088.8) (72) Автор изобретения

ГеВаКожуховский

i;

Институт, горного дела Сибирского отделени АН QCCP (71) Заявмтель

/ т

t

7 (54) СТАБИ31ИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электр технике и может найти.применение в устройствах электропитания узлов автоматики, вычислительной и измерительной техники и средств связи.

Известен стабилизатор напряжения, содержащий регулирующий элемент на составном транзисторе и блок защиты 1), Однако применение известного блока. защиты снижает надежность из-за своей сложности и наличия кон актных устройств.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является стабилизатор постоянного напряжения, содержащий последовательно включенный в выходную шину составной регулирующий элемент на транзисторах разного типа проводимости, управляющей цепью, подключенный к выходу усилителя постоянного тока, входом соединенного с выходом сравнивают щего блока, входы которого подключены к выходам делителя выходного напряжеиия и источника опорного напряжения, входами .подключенных к соответствующим выходным выводам, и блок для защиты с пусковой цепочкой j2)

Блок защиты данного стабилизатора содержит два транзистора, что усложняет схему блока защиты, а также транзистор, подключенный эмиттером к выходу стабилизатора, а базой10, к эмиттеру согласующего транзистора при срабатывании блока защиты оказывается под максимальным входным напряжением и при входных напряже1S ниях в десятки вольт допустимое наЭ пряжение перехода база — эмиттер должно быть также десятки вольт, но такие транзисторы имеют низкое быстродействие и, следовательно, быстродействие блока защиты будет не высоким, а использование высокочастотных транзисторов с известньпм способами защиты указанного перехода еще больше усложнит схему.

909669

Цель изобретения — увеличение быстродействия защиты.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизаторе постоянного напряжения блок для защиты выполнен на транзи торе той же проводимости, что и согласующий транзистор, база которого подключена через резистор к выходному выводу и через пусковую цепочку — к входному выво- 10 ду, коллектор — к эмиттеру согласующего транзистора, а эмиттер — к общей шине стабилизатора через конденсатор, параллельно которому подключены последовательно соединенные ин-, 15 дикатор тока защиты и датчик тока защиты, а параллельно переходу эмиттер — база транзИстора подключен диод °

Датчик тока защиты выполнен в виде источника стабильного тока, например, на транзисторе с эталонным резистором в цепи эмиттера и источни- ком эталонного напряжения в цепи базы, причем транзистор коллектором под- ключен к индикатору тока защиты, Ьазой — к выходу источника опорного напряжения, а эмиттером — через эталонный резистор к общей шине стабили50 затора.

ЗО

Кроме того, эталонный резистор датчика тока защиты и источник опорного напряжения подключены к общей шине стабилизатора через дополнительныи источник напряжения.

Также между общей шиной стабилизатора и базой транзистора блока защиты дополнительно подключен конденсатор.

На фиг. 1, 2 и 3 изображены прин- . ципиальные схемы. стабилизатора постоянного напряжения.

На фиг. 1 стабилизатор содержит регулирующий элемент 1 на силовом транзисторе 2, эмиттером подключен45 ный к входу, а коллектором к выходу стабилизатора и согласующем транзисторе 3, коллектором подключенный к базе силового транзистора 2, а базой к выходу усилителя 4 постоянного тока, входом соединенного с выходом сравнивающего блока 5, входы которо"

ro подключены к выходам делителя 6 выходного напряжения и источника 7 опорного йапряжения, входами подключенные к соответствующим выходным

55 выводам, и блок 8 защиты, выполненный на транзисторе 9, база которого подключена через резистор 10 к выходу стабилизатора и через пусковую цепочку на резисторе ll и кнопке 12 к входу стабилизатора, коллектор подключен к эмиттеру согласующего транзистора 3, а эмиттер — к общей шине стабилизатора через конденсатор 13, параллельно которому подключены последовательно соединенные индикатор 14 тока защиты и датчик

15 тока защиты на резисторе 16.

Параллельно переходу эмиттер — база транзистора 9 подключен диод. 17 и база дополнительно соединена с общей шиной стабилизатора .через конденсатор 18.

На фиг. 2 датчик 15 тока защиты выполнен на транзисторе 19, коллектор которого соединен с индикатором

14 тока защиты, база — .с выходом источника опорного напряжения, а эмиттер через эталонный резистор 20 с общей шиной. стабилизатора.

На фиг. 3 эталонный резистор 20 и источник 7 опорного напряжения соединены с общей шиной стабилизатора через дополнительный источник 21 напряжения.

Стабилизатор работает следующим образом.

Для включения стабилизатора после подачи напряжения на его вход замыкаются контакты кнопки 12 и напряжение с входа стабилизатора через резистор ll поступает на базу транзистора 9, в результате через эмит.терный переход идет ток заряда конденсатора. 13, ограниченный резистором 11, это способствует быстрому насыщению транзистора 9 и открыванию согласующего транзистора 3, а также как ток его коллектора является базовым током силового транзистора 2, то транзистор и последний, т.е. открывается регулирующий элемент 1. После этого на выходе стабилизатора появляется напряжение, которое возрастает до тех пор, пока ие заработает схема 5 сравнения и усилитель 4 постоянного тока, который уменьшает управляющее напряжение на базе согласующего транзистора 3, т.е. срабатывает цепь отрицательной обратной связи и рост выходного напряжения прекращается.

Когда возрастающее напряжение на выходе становится больше, чем на базе транзистора 9, через резистор

l0 с выхода стабилизатора течет ток в базу транзистора 9, который ускоу9 Этя эт9

5 90 ряет заряд конденсатора 13 и.поддерживает транзистор 9 в состоянии насыщения. Таким образом, стабилизатор включается и при дальнейшей нормальной работе транзистор, 9 находится в состоянии. насыщения и на качественные характеристики стабилизатора не влияет.

При перегрузке или к.з. нагрузки ток эмиттера согласующего транзистора 3 увеличивается, т,е. увеличивается ток коллектора транзистора 9, это приводит к увеличению падения напряжения на сопротивлении индикатора 14 и датчика 16 тока защиты, в результате уменьшается напряжение между эмиттером транзистора 9 и выходом стабилизатора, т.е. уменьшается ток базы. Дальнейшее увеличение тока эмиттера согласующего транзистора 3 приводит к снижению тока базы до нуля, но транзистор 9 остается в режиме насыщения,, так как избыточный заряд, накопленный в области базы, не может измениться мгновенно. Рост тока эмиттера согласующего транзистора 3 происходит до тех пор, пока напряжение на эмиттере транзистора 9 не становится . больше, чем на выходе стабилизатора, вь после этого. начинает разряжаться конденсатор 13 через базо-эмиттерный переход транзистора 9 и резистор 10 на нагрузку и ток разряда уменьшается, накопленный в базе транзистора

9, заряд, т.е. разряд конденсатора

13 способствует ускорению рассасывания избыточного заряда в базе и запиранию транзистора 9. Закрывание транзистора 9 приводит к резкому возрастанию сопротивления в цепи эмиттера согласующего транзистора

3 и, следовательно, к резкому уменьшению его .тока коллектора практически до нуля, следовательно, ток базы. силового транзистора 2 и ток нагрузки тоже падают до нуля, т.е. ре" гулирующий элемент 1 закрывается.

Ток эмиттера транзистора 9 при работе стабилизатора равен

9т 9 кт9 6т9

Зэт9, 3 9и 3- соответственнО ТОК эт9 ОЭ Етая эмиттера, коллектора и базы транзистора 9 и тогда напряжение на эмиттере транзистора 9 будет

9669 где . — напряжение на эмиттере тран"эт9 зистора 9 Р.„-. сопротивление эмит" =r9 терной цепи транзистора 9, т.е. общее сопротивление индикатора 14 и датчик 15 тока защиты. База транзистора 9 через резистор 10 подключена к выходу стабилизатора и тогда, считая, что на переходах насыщенного

:транзистора 9 напряжения равны ну10 лю, получаем

Нэт9 ЪьоГ1 о 6т9 где Н вЂ” выходное напряжение стабилиеых затора, К1 — сопротивление резисто15 ра 10 и тогда

11эта ЪТИ=НЬых о 36r9 а так как закрывание транзистора 9 начинаются когда 3 =0, то при его отО

20 закрывании будет эт9 ут 9 вью

Ток коллектора транзистора 9 является базовым током силового транзистора 2 (3 т ), поэтому ток нагрузки будет равен н =3 бт Ng 3 тя ò9ð где J - ток нагрузки, т — статичесН

30 кий коэффициент усиления тока базы силового транзистора 2. Следовательно, при изменении сопротивления К5т9, т.е. сопротивления датчика 15 тока защиты, будет изменяться величина тока нагрузки, при которой срабатывает блок 8 защиты и ток защиты J<> можно определить из равенства

"вью

Вт вь ц„в

40 а замеряя ток эмиттера транзистора 9 индикатором 14 тока защиты, можно определить ток срабатывания защиты.

При этом показания индикатора 14 зависят от тока нагрузки, т.е. при

45 разных токах нагрузки будут разные токи базы транзистора 9, а следовательно, и разные Н и 3 и поэтому установку тока защиты на требуемое значение необходимо производить

50 при рабочем токе нагрузки или практически определять зависимость установленного тока защиты от тока нагрузки.

Регулировка выходного напряже55 ния стабилизатора в больших пределах изменяет ток срабатывания защиты, поэтому в стабилизаторе по схеме на фиг. 2 датчик тока защиты 15

909669

20 выполнен в виде стабилизатора тока на транзисторе 19 и эталонном резисторе 20, это позволяет исключить влияние выходного напряжения на ток срабатывания, защиты, а также позволяет производить установку требуемого тока защиты при любом токе нагрузки, т.е. изменения и 3 не влияют на ток эмиттера транзистора 9.

В схеме по фиг. 2 нельзя умень- 10 шать выходное напряжение стабилизатора меньше опорного напряжения ис-. точника 7, так как прекратит работу транзистор 19 и схема 5 сравнения, т.е. стабилизатор не будет 15 работать, поэтому для получения регулировки выходного напряжения от нуля в схеме по фиг. 3 используется дополнительный источник 21 напряжения, напряжение которого больше, чем напряжение источника 7.

Когда выходное напряжение стабилизатора больше допустимого обратного напряжения перехода база — эмиттер транзистора 9, то при срабатывании бло- у5 ка защиты к указанному переходу будет риложено недопустимое обратное напряжение за счет остаточного напряжения на конденсаторе 13, поэтому цля защиты перехода используется 30 циод i 7.

При импульсной нагрузке, когда средний ток нагрузки меньше тока защигы, а ток в импульсе больше выходное напряжение стабилизатора может оказаться меньше, чем напряжение на конденсаторе 13, что приведет к срабатыванию блока 8 защиты. В этом случае к базе транзистора 9 подключается конденсатор 18, который задерживает срабатывание блока защиты на время, определяемое емкостью конденсатора 18 и сопротивлением резистора 10, и исключает возможность срабатывания блока защиты от импульсного тока нагрузки. Величина емкости конденсатора 18 должна быть такой, чтобы время задержки было меньше, чем время заряда конденсатора 13 током эмиттера тран50 зистора 9, иначе напряжение на конденсаторе 18 сыграет роль выходного .напряжения и блок защиты сработает.

Использование предлагаемой схемы стабилизатора позволяет использовать в блоке защиты любые высокочастотные транзисторы, у которых допустимое напряжение перехода. коллектор— эмиттер больше входного напряжения стабилизатора, что повышает быстродействие блока защиты.

Формула изобретения

1. Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий последовательно включенный в выходную шину составной регулирующий элемент на транзисторах разного типа проводимости, управляющей цепью, подключенный к выходу усилителя постоянного тока, входом соединенного с выходом сравнивающего блока, входы которого подключены к выходам делителя выходного напряжения и источника опорного напряжения, входами подключенных к соответствующим:выходным выводам, и блок для защиты с пусковой цепочкой, о т.л и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения быстродействия защиты, блок для защиты выполнен иа транзисторе той же проводимости, что и согласующий транзистор, база которого подключена через 1 езистор.к выходному выводу и через пусковую цепочку — к входному выводу, коллектор — к эмиттеру согласующего транзистора, а эмиттер — к общей шине стабилизатора через конденсатор, параллельно которому подключены последовательно соединенные индикатор тока защиты и датчик тока защиты, а параллельно переходу эмиттер — база транзистора подключен диод.

2 Стабилизатор по и. 1, о т л.ич а ю шийся тем, что датчик тока защиты выполнен на резисторе.

3. Стабилизатор по и. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что датчик тока защиты выполнен в виде источника стабильного тока.

4. Стабилизатор по пп. 1, 3, о тл и ч .а ю шийся тем, что источник стабильного тока выполнен на транзисторе с эталонным резистором в цепи эмиттера и источником напряжения в цепи базы, причем транзистор коллектором подключен к индикатору тока защиты, базой — к выходу источника опорного напряжения, а эмиттером через резистор — к общей шине.

5. Стабилизатор по пп. 1, 2, о тл и ч а ю шийся тем, что резистор датчика тока защиты и источник опорного напряжения подключены к

909669

10 общей шине через дополнительный источник напряжения.

6 ° Стабилизатор по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности работы при импульсной нагрузке, между общей шиной и базой транзистора блока защиты дополнительно подключен конденсатор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 418845, кл. G 05 Н 1/58, 1972.

2 ° Авторское свидетельство СССР

У 650068, кл. G 05 Н 1/58, 1976.

909669

Составитель С.Горбачева

Редактор В.Пилипенко Техред И.Гайду КоРРектоРВ.Синицкая

Заказ 895/71 Тираж 908 11одписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал П1П1 "Патент", г. Ужгород, ул. 11роектная, 4