Стабилизатор постоянного напряжения

 

О П И С А Й И Е (943677

И ЗОБ РЕТЕ Н,ИЯ

Союз Советскик

Социапистическик

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное w авт. свнд-ву (22) Заявлено 16. 04. 80 (2! ) 2910771/24-07 с присоединением заявки РЙ— (23) Приоритет—

Опчбликовано 15. 07. 82. Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 15 07,82 (51)М. Кл.

G 05 F 1/58

3ЪеудэрсткнныН комнтет

СССР иа делам нэабретеннй н открытнй (53) УД К 621. 316.

° 722.1(088.8) (72) Автор изобретения

А. И. Зарукин

Ульяновский политехнический институ (71) Заявитель (54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике.

Известен стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий элемент на составном транзисторе, усилитель постоянного тока, выход которого подключен к базе одного из транзисторов регулирующего элемента, источник опорного напряжения (1

Наиболее близким техническим решением к изобретению является стабилизатор постоянного напряжения, содержащий последовательно включенный в силовую шину регулирующий элемент, состоящий из составного транзистора, база-эмиттерный переход каждого из которых зашунтирован обратным диодом, усилитель, один из входов которого подключен к эмиттеру выходного транзистора регулирующего элемента и к одному из выходных выводов, а другой вход через источник опорного напряжения подключен к общей шине, токоэадающий узел, выход которого через дио-.

2. ды подключен соответственно к выходу усилителя и к управляющей цепи регулирующего элемента P2 ).

Однако в этом устройстве эффектив- . ность защиты транзистора регулирующе5 го элемента недостаточна. При коротком замыкании нагрузки составной транзистор регулирующего элемента работает в режиме фиксированного тока базы, . который обеспечивает фиксированное значение тока коллектора. Однако в этом режиме на составном транзисторе регулирующего элемента рассеивается максимальназ мощность,. значительно большая рассеиваемой им мощности в нормальном режиме работы, так как резко повышается падение напряжения на составном транзисторе регулирующего элемента.

2о Целью изобретения является повышение эффективности защиты транзистора регулирующего элемента и обеспечение регулируемого стабильного тока включения защиты и стабильного

94367 тока составного транзистора в аварийном режиме независимого от выходного напряжения стабилизатора в нормальном режиме работы.

Эта цель достигается тем, что в стабилизатор постоянного напряжения введены токоограничивающий резистор, два токозадающих резистора, ключевой узел, дополнительный источник опорного напряжения и вспомогательный ис- 1g точник напряжения, один вывод которого подключен к общей шине, а другой — к общей точке дополнительного источника опорного напряжения и к общей точке токозадающего узла, выполненного управляемым, управляющий вход которого через первый токозадающий резистор подключен к выходу ключевого узла, а через второй - к выходу дополнительного источника о опорного напряжения и к первому входу ключевого узла, второй вход которого через токоограничивающий резистор подключен к выходу усилителя, а питающий вход подключен к общей шине, 5 кроме того, ключевой узел выполнен на двух транзисторах разного типа проводимости, эмиттеры которых соединены между собой, а базы использованы в качестве соответственно первого и второго входов ключевого узла, коллектор первого транзистора использован в качестве выхода указанного узда, а коллектор второго транзистора связан с питающим входом ключевого узла.

На чертеже приведена принципиальная схема стабилизатора постоянного напряжения.

Стабилизатор постоянного напряжения содержит источник входного напряжения l,òîêîñòàáèëèçèðóþùèé узел

2, выполненный, например, на инверсном повторителе (усилителе} тока (токовое зеркало), выход которого

45 через диоды 3 и 4 подключен к выходу усилителя 5 и к управляющей цепи регулирующего элемента 6 на составном транзисторе, источник опорного напряжения 7, включенный между общей шиной и одним из входов усилителя 5, резистор нагрузки 8, источник вспомогательного напряжения 9, один вывод которого подключен к общей шине, токоограничивающий резистор 10, вклю- ченный между выходом усилителя 5 и вторым входом ключевого узла 11 (компаратор напряжений), собранного, например, на первом и втором транзисторах соответственно 12 и 13, дополнительный источник опорного напряжения 14, первый и второй токозадающие резисторы соответственно 15 и 16, через которые ключевой узел 11 связан с управляющим входом токостабилизирующего узла 2, обратный диод

17, включенный между базами транзисторов 12, 1.3.

Стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом.

В нормальном режиме схема работает как обычный компенсационный стабилизатор. Напряжение на выходе дополнительного источника опорного напряжения 14 по отношению к общей шине выбиоается несколько больше максимального напряжения на выходе усилителя 5. При применении данной схемы в стабилизаторе с регулируемым выходом максимальное напряжение на выходе стабилизатора определяется при максимальном выходном напряжении стабилизатора1. Через токоограничивающий резистор 10 протекает ток базы транзистора 12. Транзистор 11 в этом случае открыт и работает в режим ме насыщения. Напряжение на его коллекторе примерно равно напряжению на выходе дополнительного источника опорного напряжения 14. Входной, а следовательно и выходной ток токозадающего узла 2, определяется суммарным током через первый и второй токозадающие резисторы. В аварийном режиме, например при коротком замыкании нагрузки, при гревышении тока предельного значения, входной ток составного транзистора достигает величины, определенной током токозадающего узла и более возрасти не может. Составной транзистор при этом работает в режиме фиксированного тока базы, который обеспечивает фиксированное значение ,тока коллектора. Так как напряжение ,на нагрузке при этом падает по срав нению с источником опорного напряжения 7, то на выходе усилителя 5 появляется большой положительный потенциал, что приводит к запиранию диода

4, разрыву петли отрицательной обработкой связи и запиранию транзисторов ключевого элемента. Напряжение вспомогательного источника 9 и напряжение дополнительного источника опорного напряжения выбирается таким, чтобы напряжение на выходе усилителя ,в аварийном режиме по отношению к

943677 общей шине, было больше напряжения на выходе дополнительного источника опорного напряжения. Обратный диод 17, включенный между базами транзисторов

12 и 13 предотвращает пробой их эмит- S терно-базовых переходов при подаче обратного напряжения. Входной, а следовательно и выходной токи токозадающего узла, определяются лишь током через первое токозадающее сопротивление. Следует отметить, что усилитель в аварийном режиме отключается, включает цепь дополнительной защиты и более на работу схемы стабилизатора не влияет. IS

Таким образом, за счет выбора первого токозадающего сопротивления возможен выбор выходного тока стабилизатора в аварийном режиме. Его величина выбирается значительно меньше 20 тока в нормальном режиме работы, что повышает эффективность защиты, так как на регулирующем элементе рассеивается значительно меньшая мощность.

При обрыве данного резистора (напри- 2S мер, из-за аварий схемы коммутации) ток в аварийном режиме уменьшается до нуля. (Регулирующий элемент работает в режиме фиксированного тока базы,определяющего ток коллектора,но щ при значительно меньших значениях выходного тока).

Величина тока включения защиты не зависит от значения выходного напряжения стабилизатора в нормальном режиме работы. Поэтому данный стабилизатор желательно использовать как стабилизатор с регулируемым выходным напряжением, параметры схемы защиты которого не зависят от уровня выход- 4в ного напряжения и могут быть легко заданы (программируемые ток включения защиты и ток защиты в режиме короткого замыкания).

Схема защиты имеет высокую помехо- 4 защищенность от случайных включений, так как усилитель в нормальном режиме работы охвачен глубокой отрицательной обратной связью. Схема может быть собрана на типовой элементной базе, в том числе и на интегральной.

Таким образом, предлагаемый стабилизатор постоянного напряжения при сохранении всех достоинств известного устройства - защите выхода усилителя при перегрузках по току - обладает более эффективной защитой транзисторов регулирующего элементауменьшается ток через эти транзисторы в аварийном режиме, а следовательно и рассеиваемая ими мощность. 8 предлагаемом стабилизаторе возможна регулировка тока включения защиты и тока в аварийном режиме, независимая от выходного напряжения стабилизатора в нормальном режиме работы. При случайных коротких замыканиях и токах нагрузки, меньших тока аварийного режима, обеспечивается автоматическое восстановление первоначального . режима.

Формула изобретения

1. Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий последовательно . включенный в силовую шину регулирующий элемент, состоящий из составного транзистора, база-эмиттерный переход каждого из которых зашунтирован обратным диодом, усилитель, один из входов которого подключен к эмиттеру выходного транзистора регулирующего элемента и к.одному из выходных выводов, а другой вход через источник опорного напряжения подключен к общей шине, токозадающий узел, выход которого через диоды подключен соответственно к выходу усилителя и к управляющей цепи регулирующего элемента, о т л и ч а, ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности защиты, в него введены токоограничивающий резистор, два токозадающих резистора, ключевой узел, дополнительный источник опорного напряжения и вспомогательный источник напряжения, один вывод которого подключен к общей шине, а другой — к общей точке дополнительного источника опорного напряжения и к общей точке токозада ощего узла, выполненного управляемым, управляющий вход которого через первый токозадающий резистор подключен к выходу ключевого узла, а через второй — к выходу дополнительного источника опорного напряжения и к первому входу ключевого узла, второй вход которого через токоограничивающий резистор подключен к выходу уси" лителя, а питающий вход подключен к общей шине.

2. Стабилизатор по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что ключевой узел выполнен на двух транзисторах

943677

Составитель С. Горбачева

Редактор fl. Повхан Техред А. Бабинец Корректор Г. Решетник

Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5107/54

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная. разного типа проводимости, эмиттерь которых соединены между собой, а базы использованы в качестве соответственно первого и второго входов ключевого узла, коллектор первого транзистора использован в качестве выхода указанного узла, а коллектор второго транзистора связан с питающим входом ключевого узла.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Китаев В. Е. и др. Электрическая защита полупроводниковых источников питания, М., "Связь", 1977, с. 89, рис. 3.14б.

2. Авторское свидетельство CCCP по заявке Н 2762766, кл, G 05 F 1/58, 1979.