СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G05F1/56 

Стабилизатор напряжения относится к электротехнике и может быть использован в системах вторичного электропитания.

Известен стабилизатор напряжения (см. а.с. СССР 892429, G 05 F 1/56, 1981).

Известный стабилизатор содержит регулирующий узел, включенный между входной и выходной клеммами, вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя, у которого один из входов связан с выходной клеммой, а эмиттеры транзисторов подключен к коллектору транзистора стабилизатора тока, токозадающий вход которого, состоящий из последовательно включенных резистора и базо-эмиттерного перехода указанного транзистора, подключен к выходу резистивного делителя, входом связанного с источником опорного напряжения, который запитан со входа стабилизатора.

Недостатками данного аналога являются:
наличие источника опорного напряжения и резистивного делителя; суммарная мощность, потребляемая источником опорного напряжения, резистивным делителем и токозадающим входом стабилизатора тока больше минимального необходимой мощности, потребляемой токозадающим входом стабилизатора тока, что снижает к. п.д. стабилизатора напряжения;
наличие источника опорного напряжения сужает область применения схемы тракта рассогласования, содержащего стабилизатор тока и дифференциальный усилитель, использованный в аналоге в тех стабилизаторах, у которых отсутствует источник опорного напряжения или приводит к усложнению схемы. Известна "Схема стабилизации напряжения" (см. заявка Японии N 60-51125. G 05 F 1/56, 1985).

В данном аналоге дифференциальный усилитель тракта рассогласования собран на транзисторах, вход связан с выходной клеммой, коллектор транзистора стабилизатора тока подключен к эмиттерам транзисторов указанного усилителя, а токозадающий вход стабилизатора тока, состоящий из последовательно соединенных базо-эмиттерного перехода и резистора, один вывод которого соединен с эмиттером транзистора стабилизатора тока, запитан выходным напряжением схемы стабилизации напряжения, часть которого стабилизирована источником опорного напряжения на транзисторах и подключена к токозадающему входу.

Недостатками данного анализа являются:
наличие источника опорного напряжения на транзисторах, который питает токозадающий вход стабилизатора тока и в силу причин, общий для указанных аналогов, приводит к снижению к.п.д. стабилизатора, усложняет схему, сужает область применения тракта рассогласования, примененного в аналоге,
наличие источника опорного напряжения, питаемого выходным напряжением через регулирующий транзистор вызывает дополнительный ток через указанный транзистор и снижает надежность, схемы стабилизации напряжения.

Известен источник опорного напряжения /см. а.с. СССР N 1374200, G 05 F 1/56, 1988/, выбранный в качестве прототипа.

Известный источник опорного напряжения содержит регулирующий элемент, соединенный силовыми выводами с входной и выходной клеммами, узел сигнала рассогласования, соединенный первым входным выводом с общей шиной, а вторым входным выводом с общей шиной, а вторым входным выводом связанный с выходной клеммой, и дифференциальный усилитель, подключенный соответственно входами к выходу узла сигнала рассогласования и включающий в себя первый и второй транзисторы, подключенные как элементы усиления сигнала рассогласования. При этом эмиттеры первого и второго транзисторов подключены к выходной клемме и входному выводу следящего делителя напряжения, общим выводом подключенного к общей шине, регулирующий элемент выполнен на первом транзисторе, базой подключенном к первому выходу узла сигнала рассогласования, функционально совмещенного с внутренним источником опорного напряжения, второй транзистор базой подключен ко второму выходу узла сигнала рассогласования, а коллектором ко входу повторителя тока, выходами подключенного к выходам узла сигнала рассогласования, корректирующей конденсатор подключен первым выводом к базе первого транзистора, а вторым выводом к общей шине.

Недостатком известного источника является характер связей выходной клеммы с эмиттером второго транзистора и второго транзистора с повторителем тока, приводящий к бесконечному возрастанию тока через первый и второй транзисторы в режиме которого замыкания выходных клемм и, как следствие, к их тепловому пробою, например в результате аварии в нагрузке.

Устранить упомянутый недостаток позволяет стабилизатор напряжения, содержащий регулирующий элемент, соединенный силовыми выводами с входной и выходной клеммами, узел сигнала рассогласования, соединенный первым входным выводом с общей шиной, а вторым входным выводом связанный с выходной клеммой, и дифференциальный усилитель, подключенный соответственно входами к выходам узла сигнала рассогласования и включающий в себя первый и второй транзисторы, подключенные как элементы усиления сигнала рассогласования, при этом в дифференциальный усилитель, подключенный выходом к управляющему входу регулирующего элемента, введен стабилизатор тока, состоящий из резистора, соединенного первым выводом с общей шиной, и третьего транзистора, соединенного эмиттером со вторым выводом резистора, базой со вторым входным выводом узла сигнала рассогласования и коллектором с эмиттерами первого и второго транзисторов.

Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении изобретения, является повышение надежности. На чертеже представлена принципиальная электрическая схема одной из возможных реализаций стабилизатора напряжения.

Стабилизатор содержит пусковой узел 1/VT2, R1, R7, R8/, узел 2 сигнала рассогласования /VT1, VT3, R2, R3, R4, R5/, дифференциальный усилитель 3, включающий в себя первый /VT4/ и второй /VT6/ транзисторы, подключенные как элементы усилия сигнала рассогласования и стабилизатор 4 тока, состоящий из резистора /R6/, первым выводом подключенного к общей шине и первому входному выводу узла 2 сигнала рассогласования и третьего транзистора /VT5/, коллектором подключенного к эмиттерам первого и второго транзисторов, эмиттером ко второму выводу резистора, регулирующий элемент 5 /VT7/, подключенный силовыми выводами к входной и выходной клеммам, а управляющим входом к выходу дифференциального усилителя 3. Выходная клемма связана со вторым входным выводом узла 2 сигнала рассогласования, база третьего транзистора подключена ко второму входному выводу узла 2 сигнала рассогласования.

Пусковой узел обеспечивает режим пуска стабилизатора.

Устройство работает следующим образом.

При появлении напряжения на входных клеммах, начинает протекать ток управляющего электрода регулирующего элемента 5, который вызывает его отпирание. На входах узла 2 и стабилизатора 4 тока появится отпирающее для них напряжение. Через эти узлы, вход узла 1 и дифференциальный усилитель начинает протекать ток. При достижении суммарного тока эмиттерно-коллекторных цепей узла 2 величины, достаточной для захвата слежения выходного напряжения обратной связью, узел 1 перейдет в режим насыщения, а стабилизатор напряжения перейдет в режим стабилизации выходного напряжения.

Уровень отключения запуска устанавливается выбором резистора R1 узла 1.

Синфазная помеха, возникающая в процессе регулирования, вызванная изменением напряжения на токозадающем входе стабилизатора 4 тока и приводящая к изменению суммарного тока ветвей дифференциального усилителя 3, устраняется за счет большого коэффициента усиления тракта напряжения рассогласования, который осуществляет перераспределение токов между ветвями дифференциального усилителя 3 и компенсирует указанную помеху.

Действие дестабилизирующих факторов практически не влияет на ток стабилизации стабилизатора 4 тока вследствие действия местной отрицательной обратной связи, создаваемой резистором R6, общей следящей обратной связи.

В режиме которого замыкания токи всех транзисторов и регулирующего элемента 5 уменьшается практически до нуля, чем обеспечивается повышение надежности.

Экспериментальные исследования заявляемого стабилизатора напряжения в системах вторичного электропитания показали высокую надежность всего устройства в широком диапазоне изменения входного напряжения.

Стабилизатор не имеет катушек индуктивности и конденсаторов и может использоваться для разработки интегральной микросхемы.

Предложенная область использования стабилизатора напряжения экономичные источники малого опорного напряжения.

Использование: в системах вторичного электропитания. Сущность изобретения: стабилизатор напряжения содержит пусковой узел 1, узел 2 сигнала рассогласования, дифференциальный усилитель 3, включающий в себя два транзистора и стабилизатор 4 тока, выполненный на транзисторе и резисторе, и регулирующий элемент 5. Действие дестабилизирующих факторов практически не влияет на ток стабилизации стабилизатора 4 тока вследствие действия местной отрицательной обратной связи и общей обратной связи. В режиме короткого замыкания токи всех транзисторов и регулирующего элемента 5 уменьшаются практически до нуля, чем обеспечивается повышение надежности. 1 ил.

Стабилизатор напряжения, содержащий регулирующий элемент, соединенный силовыми выводами с входной и выходной клеммами, узел сигнала рассогласования, соединенный первым входным выводом с общей шиной, а вторым входным выводом связанный с выходной клеммой и дифференциальный усилитель, подключенный соответственно входами к выходам узла сигнала рассогласования и включающий в себя первый и второй транзисторы, подключенные как элементы усиления сигнала рассогласования, отличающийся тем, что в дифференциальный усилитель, подключенный выходом к управляющему входу регулирующего элемента, введен стабилизатор тока, состоящий из резистора, соединенного первым выводом с общей шиной, и третьего транзистора, соединенного эмиттером с вторым выводом резистора, базой с вторым входным выводом узла сигнала рассогласования и коллектором с эмиттерами первого и второго транзисторов.