СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к технике вторичного электропитания, и может быть использовано при мощности источников электропитания до 20Вт при повышенных требованиях и к.п.д.

Известен компенсационный стабилизатор постоянного напряжения, в котором для уменьшения энергетических потерь, по крайней мере, при предельно сниженном входном направлении, при котором еще сохраняется стабилизация, подача входного напряжения осуществляется на эмиттер регулирующего транзистора [1] . В этом стабилизаторе коллектор управляющего транзистора подключен к базе регулирующего транзистора, база - через делитель к выходу стабилизатора, а эмиттер - к общей точке резистора и стабилитрона, включенного между коллектором регулирующего и эмиттером управляющего транзисторов. Недостатком этой схемы является затрудненный запуск, вплоть до его невозможности, потому что ток базы регулирующего транзистора может появиться только после того, как появится базовый ток управляющего транзистора, возможный только при наличии тока через регулирующий транзистор.

В другом известном аналоге регулирующий транзистор также подключен эмиттером к входу стабилизатора, а коллектором - к выходу. Схема сравнения содержит первый и второй транзисторы, эмиттерами соединенные между собой, а базами подключенные соответственно к источнику опорного напряжения и через резистивный делитель - к выходу стабилизатора [2]. Выход схемы сравнения подключен к узлу для изменения тока смещения базы регулирующего транзистора. Этот узел выполнен на третьем и четвертом транзисторах. Пятый транзистор, служащий для определения предельного тока базы регулирующего транзистора, базой и эмиттером подключен к первому резистору, включенному последовательно с упомянутым узлом, а коллектором - к входу этого узла, выход которого подключен к базе регулирующего транзистора, причем к ней подключена также цепь питания схемы сравнения, а параллельно переходу база-эмиттер регулирующего транзистора подключен второй резистор.

Схемотехника этого источника питания приближена к возможности управления регулирующим транзистором током потребления источника опорного напряжения и схемы управления, что могло бы способствовать повышению к.п.д. Эта возможность, однако, осталась нереализованной потому, что по условию работы схемы величина резистора выбирается столь малой, чтобы падение напряжения на нем за счет составляющих тока потребления источника опорного напряжения и схемы управления было меньше, чем начальное напряжение перехода база-эмиттер регулирующего транзистора. Поэтому этот транзистор управляется только третьей составляющей - от узла для изменения тока смещения, рабочий ток которого идет от входа источника питания и лишь частично через переход база-эмиттер регулирующего транзистора. Кроме того, схема данного источника питания относительно сложна.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является стабилизатор постоянного напряжения, содержащий включенный эмиттерно-коллекторной цепью между входным и выходным выводами регулирующий транзистор, транзисторный усилитель постоянного тока, резисторный делитель выходного напряжения, включенный между выходным выводом и общей шиной и выходом соединенный с первым входом усилителя постоянного тока, источник опорного напряжения на последовательно соединенных токоограничительном резисторе и стабилитроне, выходом подключенный к второму входу усилителя постоянного тока, а свободным выводом стабилитрона - к общей шине [3].

В прототипе проводимость регулирующего транзистора изменяется посредством дополнительного транзистора, управление которым осуществляется в зависимости от результата сравнения выходного напряжения с опорным и усиления разностного сигнала, которое производится усилителем постоянного тока. Для обеспечения устойчивого запуска введен запускающий резистор, включенный между эмиттером регулирующего транзистора и коллектором транзистора усилителя постоянного тока, эмиттер которого подключен к первому стабилитрону. Коллектор транзистора усилителя постоянного тока соединен также с базой дополнительного транзистора, а эмиттер через второй стабилитрон - с общим проводом схемы. Ток первого стабилитрона проходит через запускающий резистор и транзистор усилителя постоянного тока. Опорное напряжение формируют таким образом из энергии первичного источника напряжения, а ток базы регулирующего транзистора проходит от этого же источника по отдельной ветви через дополнительный транзистор.

Недостатком прототипа является недостаточно высокий к.п.д. из-за потерь, обусловленных наличием двух различных цепей тока: на источник опорного напряжения и на базу регулирующего транзистора, т.е. раздельным формированием опорного напряжения и управляющего тока регулирующего транзистора.

Цель изобретения состоит в повышении к.п.д.

Достигается это тем, что в стабилизатор постоянного напряжения, содержащий включенный эмиттерно-коллекторной цепью между входным и выходным выводами регулирующий транзистор, транзисторный усилитель постоянного тока, резисторный делитель выходного напряжения, включенный между выходным выводом и общей шиной и выходом соединенный с первым входом усилителя постоянного тока, источник опорного напряжения на последовательно соединенных токоограничительном резисторе и стабилитроне, выходом подключенный к второму входу усилителя постоянного тока, а свободным выводом стабилитрона - к общей шине, первый транзистор и первый резистор, введен второй резистор, причем последовательная цепь из первого и второго резисторов включена между выходом усилителя постоянного тока и входным выводом, точка соединения первого и второго резисторов подключена к базе первого транзистора, эмиттером соединенного с эмиттером регулирующего транзистора, а коллектором - с базой регулирующего транзистора и со свободным выводом токоограничительного резистора источника опорного напряжения. Усилитель постоянного тока выполнен на втором транзисторе с проводимостью, противоположной проводимости регулирующего и первого транзисторов, при этом база использована в качестве первого входа, эмиттер - в качестве второго входа, а коллектор - в качестве выхода усилителя постоянного тока. Может вводиться третий резистор, включенный между базой регулирующего транзистора и коллектором первого транзистора.

На чертеже представлена схема конкретного выполнения стабилизатора постоянного напряжения.

Стабилизатор состоит из регулирующего транзистора 1, усилителя постоянного тока 2, резисторного делителя 3, источника опорного напряжения 4, выполненного на последовательно соединенных токоограничительном резисторе 5 и стабилитроне 6, первого транзистора 7, первого 8 и второго 9 резисторов. В простейшем случае усилитель постоянного тока 2 выполнен на втором транзисторе 10, имеющем противоположный тип проводимости относительно транзисторов 1 и 7. База и эмиттер транзистора 10 образуют первый и второй вход соответственно усилителя постоянного тока, а коллектор - его выход. Эмиттеры транзисторов 1 и 7 подключены к входному выводу стабилизатора. Между выводом и выходом усилителя постоянного тока 2 последовательно включены резисторы 8 и 9, общая точка которых подключена к базе транзистора 7, к коллектору которого подключена цепь питания источника опорного напряжения 4. Коллектор транзистора 1 подключен к выходному выводу стабилизатора, связанному через резистор 3 с первым входом усилителя постоянного тока 2, второй вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения 4. Общая точка коллектора транзистора 7 и источника опорного напряжения подключена к базе транзистора 1 непосредственно или через резистор 11 (на чертеже показано пунктиром). Параллельно выходу стабилизатора подключен конденсатор 12.

Работает устройство следующим образом. При подаче первичного напряжения открывается транзистор 1. Ток его перехода база-эмиттер одновременно является током источника опорного напряжения, подключенного к базе транзистора 1. Часть тока источника опорного напряжения 4 может быть ответвлена к коллектор-эмиттерному переходу транзистора 7. Тогда ток базы транзистора 1 будет уменьшен, так как ток источника опорного напряжения 4 представляет собой сумму токов базы транзистора 1 и коллектор-эмиттерного тока транзистора 7. Проводимость транзистора 1 зависит таким образом от соотношения обеих составляющих тока источника опорного напряжения 4.

При отклонении выходного напряжения от заданного уровня изменяется в ту же сторону ток базы и, следовательно, коллектора транзистора 1, и в ту же сторону изменяется ток базы транзистора 7, что влечет за собой пропорциональное изменение коллекторного тока транзистора 7. Поэтому при повышении выходного напряжения (или его уменьшении) происходит увеличение (уменьшение) проводимости транзистора 1 и выравнивание уровня выходного напряжения, вызванное появившейся тенденцией его изменения из-за изменения входного напряжения или тока нагрузки. Резистор 11 может устанавливаться в том случае, если напряжение база-эмиттер транзистора 1 является сравнимым с остаточным напряжением между эмиттером и коллектором транзистора 7.

Преимущество данного стабилизатора перед прототипом заключается в том, что ток базы регулирующего транзистора (1) одновременно является током источника опорного напряжения (или его частью), благодаря чему отпадает необходимость в использовании дополнительного тока для управления регулирующим транзистором и, следовательно, экономится ток входа стабилизатора на величину тока базы регулирующего транзистора.

Характерно, что настоящее устройство обеспечивает гарантированный запуск, причем без каких-либо цепочек запуска. Запуск обеспечивается самой операцией формирования тока источника опорного напряжения за счет совмещения этого тока с управляющим током регулирующего элемента. Таким образом устройство оказывается проще, чем прототип.

Область использования: в качестве вторичного источника электропитания с малыми потерями мощности. Устройство содержит последовательный регулирующий транзистор 1, транзисторный усилитель 2 постоянного тока, резисторный делитель 3 выходного напряжения и источник 4 опорного напряжения на токоограничительном резисторе 5 и стабилитроне 6, последовательной цепью включенных между цепью базы транзистора 1 и общей шиной транзистор 7, и два резистора 8, 9, последовательной цепью включенные между входным выводом, соединенным с эмиттером транзистора 1, и выходом усилителоя 2. Точка соединения резисторов 8, 9 подключена к базе транзистора 7, эмиттер которого соединен с входным выводом, а коллектор - с цепью базы транзистора 1, в которую может быть включен третий резистор 11. В такой схеме отпадает необходимость в использовании дополнительного тока для управления регулирующим транзистором 1. Повышается КПД устройства. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий включенный эмиттерно-коллекторной цепью между входным и выходным выводами регулирующий транзистор, транзисторный усилитель постоянного тока, резисторный делитель выходного напряжения, включенный между выходным выводом и общей шиной, и входом соединенный с первым входом усилителя постоянного тока источник опорного напряжения на последовательно соединенных токоограничительном резисторе и стабилитроне, выходом подключенный к второму входу усилителя постоянного тока, а свободным выводом стабилитрона - к общей шине, первый транзистор и первый резистор, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, в него введен второй резистор, причем последовательная цепь из первого и второго резисторов включена между выходом усилителя постоянного тока и входным выводом, точка соединения первого и второго резисторов подключена к базе первого транзистора, эмиттером соединенного с эмиттером регулирующего транзистора, а коллектором - с базой регулирующего транзистора и со свободным выводом токоограничительного резистора источника опорного напряжения. 2. Стабилизатор по п.1, отличающийся тем, что усилитель постоянного тока выполнен на втором транзисторе с проводимостью, противоположной проводимости регулирующего и первого транзисторов, при этом его база использована в качестве первого входа, эмиттер - в качестве второго входа, а коллектор - в качестве выхода усилителя постоянного тока. 3. Стабилизатор по п.1, отличающийся тем, что в него введен третий резистор, включенный между базой регулирующего транзистора и коллектором первого транзистора.