Компенсационный стабилизатор постоянного напряжения

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскии

Соцнапистнческик.

Респубики 918940 (б! ) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 25. 04, 77 (21) 2478740/24-07 г с присоединением заявки № (5! )М. Кл.

0 05 F I/56

3Ъеударетюпай комитет

СССР аю делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 07.04.82, Бктллетень № 13 (53) УДК621.316.

° 722. 1 (088.8) Дата опубликования описания 07.04.82 (71) Заявитель нау д а к @ с ру рск институт научного приборостроения (54) КОМПЕНСАЦИОННЫЙ СТАБИЛИЗАТОР

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электропитания устройств различного назначения.

Известен компенсационный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий по меньшей мере два параллельно включенные последовательные цепочки из регулирующих транзисторов и выравнивающих резисторов и усилитель обратной связи с источником опорно го напряжения (1) .

Наиболее близким к изобретениютехническим решением является компенсационный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий по меньшей мере две параллельно соединенные последовательные цепочки, каждая из которых состоит из регулирующего транзистора и выравнивающего резистора в коллекторной цепи этого транзистора и включена в одну из силовых шин, усилитель обратной связи, одним из входов подключенный к змиттерам регулирующих транзисторов и к одному из выходных выводов, другим входомк источнику опорного напряжения, а . выходом через согласующий узел - к базам регулирующих транзисторов и к

К одной из обкладок конденсатора, другая обкладка которого соединена с общей шиной, причем свободные концы указанных выравнивающих резисторов подключены к одному из входных выводов (2j .

Недостатком известных компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения является то, что необходимость сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения при повышенном значении номинального тока нагрузки источника питания приводит к увеличению емкости, а, следовательно, габаритов и веса конденсатора сгла20 живающего фильтра и всего стабилизатора в целом. В противном случае возможно насыщение регулирующего транзистора предстабилизатора, срыв

918940 4

5 0 го

25 зо

40

35 стабилизации вследствие этого и сбои в работе питаемых .устройств, снижение надежности функционирования как стабилизатора, так и питаемой быстродействующей радиоэлектронной аппаратуры. Кроме того, включение резисторов в базовые цепи регулирующих транзисторов увеличивает выходное сопротивление, и, следовательно, снижает устойчивость стабилизатора при значительных скачкообразных изменениях тока нагрузки, потребляемого одновременно большим количеством питаемых логических плат счетно-решающих устройств. При этом выбросы переходного процесса на эмиттерных выходах регулирующих транзисторов могут приводить к сбоям и отказам в работе питаемых логических устройств. Цель изобретения - повышение надежности работы, КПД и быстродействия и улучшение весо-габаритных характеристик .компенсационного стабилизатора постоянного напряжения.

Цель достигается тем, что в компенсационный стабилизатор постоянно. го напряжения, содержащий по меньшей мере две параллельно соединенные последовательные цепочки, каждая из которых состоит из регулирующего транзистора и выравнивающего резистора в коллекторной цепи этого .транзистора и включена в одну из силовых шин, усилитель обратной связи, одним из входов подключенный к эмиттерам регулирующих транзисторов и к-одному иэ выходных выводов, другим входомк источнику опорного напряжения, а выходом через согласующий узел - к базам регулирующих транзисторов и к одной из обкладок конденсатора, другая обкладка которого соединена с общей шиной, причем свободные концы указанных выравнивающих резисторов подключены к одному иэ входных выводов, введено по меньшей мере два дополнительных конденсатора, каждый из которых подключен между коллектором соответствующего регулирующего транзистора и общей шиной.

На чертеже представлена функциональная схема компенсационного стабилизатора постоянного напряжения.

Компенсационный стабилизатор постоянного напряжения содержит три параллельно соединенные. последователь ные цепочки из регулирующих транзисторов 1-.3 и выравнивающих резисторов

4-6, включенные в одну из силовых шин, усилитель 7 обратной связи, одним из входов подключенный к эмиттерам регулирующих транзисторов и к нагрузке 8, другим входом - к источнику опорного напряжения, а выходом через согласующий узел 9 - к базам транзисторов 1-3 и к одной из обкладок конденсатора 10, другая обкладка которого соединена с общей шиной, и дополнительные конденсаторы 11-13, подключенные между коллектором соответствующего регулирующего транзистора и общей шиной, причем свободные концы выравнивающих резисторов 4-6 соединены с питающим источником 14 постоянного напряжения (выпрямитель), а нагрузка 8 зашунтирована конденсатором 15, Компенсационный стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом.

Пульсирующее напряжение с выхода выпрямителя 14 поступает на регулирующие транзисторы 1-3. В точке соединения выравнивающих резисторов, 4

6 происходит разветвление выпрямленного тока на три приблизительно одинаковые составляющие. Таким образом, через каждый из резисторов 4-6 и цепь коллектор - эмиттер соединенного с ним последовательно регулирующеro транзистора протекает ток, величина которого приблизительно равна

1 I Х02 IH Тм

111 - ток нагрузки стабилизированного источника питания; и-3 - число параллельно соединенных регулирующих транзисторов.

Выравнивающие резисторы 4-6 и конденсаторы 11-13 образуют п=3 сглаживающих РС-фильтров. Таким образом, благодаря включению конденсаторов, 1 t-13 резисторы 4-6 обеспечиваю1 не только выравнивание мощностей, рассеиваемых параллельно соединенными транзисторами 1-3, но и сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения на коллекторах упомянутых транзисторов.

Указанное подключение выравнивающих резисторов к конденсаторам обеспечивают необходимую для нормальной работы каждого из регулирующих тран9!8940 зисторов фильтрацию выпрямленного напряжения в цепи тока (коллекторно», ro тока каждого из регулирующих тран зисторов), величина которого в n=3 раэ меньше выходного тока выпрямите-. ля либо тока нагрузки.

Таким образом, выравнивающие резисторы обеспечивают как выравнивание мощностей, рассеиваемых параллельно соединенными регулирующими транзисторами, так и сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения на коллекторах упомянутых транзисторов. При этом исключается необходимость предварительной фильтрации. выпрямленного напряжения в цепи выходного тока выпрямителя, что упро- . щает конст рукцию и настройку источника питания, уменьшает энергопотребление, габариты и вес.

Кроме того, повышается надежность функционирования стабилизатора и питаемой быстродействующей радиоэлектронной аппаратуры, так как предотвращается насыщение регулирующих транзисторов при повышенных токах нагрузки.

Исключение резисторов иэ базовых цепей регулирующих транзисторов ,обеспечивает меньшую, по сравнению с известными устройствами, величину выходного сопротивления стабилизато-. ,ра, что уменьшает выбросы и провалы выходного напряжения при,отработке кратковременных скачков тока нагруз- ки и повышает быстродействие. Кроме того, сохраняется воэможность конст; руктивного выполнения регулирующего элемента в виде некоторого множест-. ва модулей. В зависимости от характера нагрузки и ее конструктивного исполнения эти модули устанавливаются либо в блоке централизованного источника питания, либо вне его, например, на платах функциональных узлов или блоков питаемой быстродействующей аппаратуры, что улучшает теп . ловой режим устройства и позволяет реализовать распределенную стабилизацию при централизованном стабилизированном источнике питания.

Конденсатор 10, подключенный к соединенным между собой базам тран» зисторов 1-3 и общей шине, обеспечи-, вает уменьшение амплитуды пульсации на нагрузке 8 до необходимого (требуемого) уровня, а также устойчивость стабилизатора.

Конденсатор 1, устанавливаемый в непосредственной близости от нагрузки 8, позволяет существенно уменьшить выбросы выходного напряжения источника питания при значительных скачкообразных изменениях потребляемого нагрузкой тока, а его емкость практически невелика, В качестве регулирующих можно использовать относительно маломощные, а, следовательно, более высокочастотные транзисторы, так как ток, коллектора каждого из транзисторов в п=3 раз меньше тока нагрузки.

Работает предлагаемый регулирующий элемент в нестационарном режиме, например, при включении стабилизированного источника питания на нагрузку следующим образом.

20 До начала работы петли отрицательной обратной связи стабилизатора цепь тока для каждого из регулирующих транзисторов включает в себя внутреннее сопротивление выпрямителя 14, сопротивление одного из выравнивающих резисторов, сопротивление одного из насыщенных транзисто, ров, один из конденсаторов 11-13, конденсаторы. 10 и 15 и нагрузку 8.

30 Напряжение питания на регулирующие транзисторы поступает с выходов сглаживающих фильтров, образованных выравнивающими резисторами 4-6 и конденсаторами 11-13. у Отсутствие резонансных свойств цепи выпрямленного тока исключает перенапряжения на регулирующих транзисторах с момента начала работы петли обратной связи (выход стабилиза4о тора, усилитель 7 обратной связи, согласующий узел 9 и регулирующие транзисторы 1-3), а также в установившемся режиме работы при значительных скачкообразных изменениях (в частности, при резких уменьшениях) тока нагрузки s ряде применений источника питания, например, при питании функциональных узлов или блоков счетно-решающих устройств, или быстродействующей электронной аппаратуры для физикотхимического эксперимента.

Сущность изобретения не изменится при использовании элементов и цепей, обеспечивающих регулировку величины

SS стабилизированного выходного напряжения (например, регулируемых делителей), и известных схем защиты от перегрузки по току и короткого за7 91

-ыкания нагрузки, не предусматривающих включения резистивных датчиков тока в цепи эмиттеров или баз регулирующих транзисторов, а также защиты от перенапряжения на нагрузке и регулирующих транзисторах.

Эффективность от повышения быстродействия стабилизатора и уменьше- . ния выбросов и провалов выходного напряжения при скачкообразных изменениях тока нагрузки определяется существенным уменьшением вероятности сбоев в работе питаемой быстродействующей электронной аппаратуры. Конкретный экономический эффект в этом случае определяется в процессе эксплуатации аппаратуры, в комплект которой входит данный стабилизатор.

Формула изобретения

Компенсационный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий по меньшей мере две параллельно соединенные последовательные цепочки, каждая из которых состоит из регулирующего транзистора и выравнивающего ре8940 8 зистора в коллекторной цепи этого транзистора и включена в одну из силовых шин, усилитель обратной связи, одним из входов подключенный к эмиттерам регулирующих транзисторов и к одному из выходных выводов, другим входом - к источнику опорного напряжения, а выходом через согласующий узел - к базам регулирующих транзисto торов и к одной из обкладок конденсатора, другая обкладка которого соединена с общей шиной, причем свободные концы указанных выравнивающих резисторов подключены к одному из вход<5 ных выводов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности его в работе, КПД и быстродействия и улучшения весогабаритных .характеристик, в него введены по меньшей мещ ре два дополнительных конденсатора, каждый из, которых подключен между коллектором соответствующего регулирующего транзистора и общей шиной.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США У 3259835, кл. 323-22, 1966.

2. Патент СИА М 3514691, кл. 323-9, 1970 (прототип) .

Составитель С.Ситко

Редактор Н.Джуган Техред З.фанта Корректор А.Дзятко

Заказ 2141/32 Тираж 908 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 филиал 11llll "Патент", г.ужгород, ул. Проектная, 4