РЕЗЕРВИРОВАННЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 1994 года по МПК G05F1/569 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании источников вторичного электропитания.

Известны стабилизаторы напряжения постоянного тока, обладающие свойством резервирования питания потребителя в случае пробоя регулирующего элемента.

В одном из известных стабилизаторов для резервирования питания потребителя применен защитный стабилизатор напряжения параллельного типа, включенный между выходными выводами. Недостатком данного стабилизатора является большая мощность рассеяния защитного стабилизатора в аварийных режимах [1].

В другом известном стабилизаторе содержится два последовательно включенных стабилизирующих узлов, один из которых выполняет функцию резервирования питания потребителя. Однако его существенными недостатками являются несколько повышенное напряжение питания потребителя в режиме резервирования питания, а также сложность схемы [2].

Из известных стабилизаторов наиболее близким по технической сущности и является резервированный стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий два биполярных регулирующих транзистора разного типа проводимости, каждый из которых включен в соответствующую полярную шину, включенные между разнополярными выходными выводами, делитель выходного напряжения и источник опорного напряжения, два резистора и два усилительных транзистора [3].

Указанный стабилизатор обладает малой мощностью рассеяния и номинальным значением выходного напряжения в режиме резервирования питания потребителя.

Однако существенным недостатком известного резервированного стабилизатора напряжения постоянного тока является низкая надежность из-за сложности схемы, пониженной устойчивости и сложности условий запуска. Сложность схемы объясняется наличием двух измерительно-усилительных элементов и двух подстроечных элементов, пониженная устойчивость - работой двух стабилизирующих узлов на общую нагрузку и наличием связи между усилительными транзисторами измерительно-усилительных элементов, сложность условий запуска - запертым состоянием транзисторов в момент запуска.

Целью изобретения является повышение надежности путем упрощения схемы, повышения устойчивости работы и улучшения условий запуска.

Поставленная цель достигается тем, что в резервированный стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий два биполярных регулирующих транзистора разного типа проводимости, каждый из которых включен в соответствующую полярную шину, включенные между разнополярными выходными выводами, делитель выходного напряжения и источник опорного напряжения, два резистора и два усилительных транзистора, введен оптоэлектронный элемент на фототранзисторе и светодиоде, а усилительные транзисторы включены по дифференциальной схеме усилителя, включенного между разнополярными выходными выводами, причем выход источника опорного напряжения подключен к базе одного усилительного транзистора, выход делителя выходного напряжения - к базе другого усилительного транзистора, светодиод фотоэлектронного прибора включен в выходную цепь упомянутой дифференциальной схемы усилителя, фототранзистор - между базами упомянутых регулирующих транзисторов, которые подключены к разнополярным выходным выводам эмиттерами, а упомянутые резисторы подключены к переходам коллектор-база соответствующих регулирующих транзисторов.

В нормальном режиме работы один или два регулирующих транзистора находятся в линейном режиме работы и под воздействием усилителя изменяют свою проводимость таким образом, что при колебаниях питающего напряжения выходное напряжение остается неизменным. В случае пробоя любого из этих транзистров функцию регулирования выходного напряжения выполняет другой регулирующий транзистор под воздействием того же усилителя.

Проведенный анализ научно-технической и патентной литературы не выявил аналогичных технических решений.

На чертеже представлена электрическая схема предлагаемого резервированного стабилизатора напряжения постоянного тока.

Предлагаемый резервированный стабилизатор напряжения постоянного тока содержит входные 1, 2 и выходные 3, 4 выводы, биполярные регулирующие транзисторы 5, 6, резисторы 7, 8, усилитель обратной связи 9, выполненный на усилительных транзисторах 10, 11 по дифференциальной схеме, источник опорного напряжения 12, делитель выходного напряжения 13 и оптоэлектронный элемент 14, выполненный на светодиоде 15 и фототранзисторе 16.

Коллекторы регулирующих транзисторов 5, 6 подключены к соответствующим входным 1, 2 выводам, эмиттеры - к соответствующим выходным 3, 4 выводам, базы через резисторы 7, 8 соединены с коллекторами, а между собой связаны через фототранзистор 16 оптоэлектронного прибора 14, светодиод 15 которого включен в выходной цепи усилителя обратной связи 9. Выход источника 12 опорного напряжения подключен к базе усилительного транзистора 10, выход делителя выходного напряжения 13 соединен с базой усилительного транзистора 11.

Предлагаемый резервированный стабилизатор напряжения постоянного тока работает следующим образом.

В нормальном режиме два или, по крайней мере, один из регулирующих транзисторов 5, 6 находятся в линейном режиме и участвуют в работе стабилизатора, изменяя свою проводимость под воздействием сигнала усилителя обратной связи 9 таким образом, чтобы выходное напряжение при колебаниях входного напряжения изменялось в малых пределах. Происходит это следующим образом. Базовые токи регулирующих транзисторов 5, 6 равны разности токов резисторов 7, 8 и тока фототранзистора 16. Например, при повышении входного напряжения незначительное увеличение выходного напряжения стабилизатора вызывает существенное повышение выходного тока усилителя обратной связи 9, в результате увеличивается падение напряжения на светодиоде 15 оптоэлектронного элемента 14. Это приводит к увеличению проводимости фототранзистора 16, уменьшению базовых токов регулирующих транзисторов 5, 6, их призапиранию и ограничению повышения выходного напряжения с необходимой точностью.

Так как регулирование проводимости регулирующих транзисторов 5, 6 осуществляется с помощью одного оптоэлектронного элемента 14 под воздействием усилителя обратной связи 9, в данной схеме обеспечивается возможность сохранения стабилизирующих свойств и номинального значения выходного напряжения в случае пробоя одного из регулирующих транзисторов 5, 6. При пробое, например, регулирующего транзистора 5 незначительное повышение выходного напряжения вызывает увеличение выходного тока усилителя обратной связи 9 и повышение падения напряжения на светодиоде 15. При этом увеличивается проводимость фототранзистора 16, снижаются базовый ток регулирующего транзистора 6 и соответственно его проводимость, выходное напряжение изменяется незначительно и далее остается неизменным за счет соответствующего изменения проводимости регулирующего транзистора 6 под воздействием сигнала усилителя обратной связи 9 через оптоэлектронный элемент 14.

Таким образом предложенный резервированный стабилизатор напряжения постоянного тока обеспечивает бесперебойность питания потребителя стабильным напряжением в случае пробоя одного из регулирующих транзисторов и по сравнению с прототипом обладает повышенной надежностью, т.к. является более простым по причине наличия только одного усилителя обратной связи 9 и одного делителя выходного напряжения 13, более устойчивым поскольку имеется только одна замкнутая система авторегулирования и обладает лучшими условиями запуска, т. к. запуск (отпирание регулирующих транзисторов 5, 6 в момент включения) осуществляется через резисторы 7, 8.

Экспериментальная проверка подтвердила работоспособность и положительные качества предлагаемого резервированного стабилизатора напряжения постоянного тока. При закорачивании любого из регулирующих транзисторов качество выходного напряжения остается на прежнем уровне.

Использование: при проектировании источников вторичного электропитания. Сущность изобретения: устройство содержит включенные в разнополярные шины регулирующие транзисторы 5,6, коллекторами и подключенные к входным выводам 1,2, оптоэлектронный прибор 14, фототранзистор 16 которого включен между базами транзисторов 5,6, а светодиод 15 - в выходную цепь усилителя 9 обратной связи на транзисторах 11, 10, включенных по дифференциальной схеме, делитель выходного напряжения и источник 12 опорного напряжения. Устройство при простой схеме обладает высокой надежностью, т.к. в случае пробоя одного из транзисторов 1,2 обеспечивает потребителя стабильным напряжением. 1 ил.

РЕЗЕРВИРОВАННЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий два биполярных регулирующих транзистора разного типа проводимости, каждый из которых включен в соответствующую полярную шину, включенные между разнополярными выходными выводами делитель выходного напряжения и источник опорного напряжения, два резистора и два усилительных транзистора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем упрощения схемы, повышения устойчивости работы и улучшения условий запуска, в него введен оптоэлектронный элемент на фототранзисторе и светодиоде, а усилительные транзисторы включены по дифференциальной схеме усилителя, включенного между разнополярными выходными выводами, причем выход источника опорного напряжения подключен к базе одного усилительного транзистора, выход делителя выходного напряжения - к базе другого усилительного транзистора, светодиод фотоэлектронного прибора включен в выходную цепь упомянутой дифференциальной схемы усилителя, фототранзистор - между базами упомянутых регулирующих транзисторов, которые подключены к разнополярным выходным выводам эмиттерами, а упомянутые резисторы подключены к переходам коллектор - база соответствующих регулирующих транзисторов.