КОМПЕНСАЦИОННЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Известны стабилизаторы постоянного напряжения, например по а.с. 828181, G 05 F 1/56, опубл. 7.05.1981 г, БИ № 17, а.с. 1684782 G 05 F 1/56, опубл. 15.10. 1991 г., БИ №38, позволяющие надежно запускать схему стабилизатора при подаче входного напряжения.

Общим недостатком известных стабилизаторов является большое число элементов, выполняющих только функцию запуска, что приводит к усложнению устройства и, следовательно, к ухудшению массогабаритных показателей.

Известен стабилизатор напряжения постоянного тока по а.с. 1617419, G 05 F 1/56, опубл. 30.12.1990 г., БИ № 48, в котором схема пусковой цепи упрощена, однако он имеет сравнительно низкое значение коэффициента стабилизации и не позволяет регулировать или устанавливать с достаточной точностью выходное напряжение, которое практически равно напряжению стабилизации стабилитрона и вследствие разброса его значений может изменяться на ±(5-15)% от своего номинального значения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является компенсационный стабилизатор постоянного напряжения по а.с. 1665354, G 05 F 1/56, опубл. 23.07.1991 г., БИ № 27, принятый за прототип.

Схема устройства-прототипа представлена на фиг.1, где обозначено:

1 - регулирующий транзистор;

2, 3 - первый и второй резисторы делителя выходного напряжения;

4, 5 - первый и второй транзисторы дифференциального усилителя;

6 - резистор дифференциального усилителя;

7 - опорный элемент;

8 - ограничительный резистор опорного элемента;

11 - пусковой резистор;

12 - вспомогательный транзистор;

13 - токозадающий резистор.

Стабилизатор-прототип содержит регулирующий транзистор 1 р-n-р типа, делитель выходного напряжения на первом 2 и втором 3 резисторах, дифференциальный усилитель сигнала рассогласования на транзисторах 4 и 5 и резисторе 6, источник опорного напряжения на опорном элементе 7 и ограничительном резисторе 8, узел запуска на вспомогательном транзисторе 12 р-n-р типа, токозадающем резисторе 13 и пусковом резисторе 11. При этом регулирующий транзистор подключен эмиттером к входной шине, а через резистор 10 - к коллектору вспомогательного транзистора 12, база которого соединена с выходом усилителя (коллектором транзистора 5) и базой транзистора 1, коллектор которого соединен с выходной шиной. Эмиттер транзистора 12 через резистор 11 соединен с опорным входом усилителя (базой транзистора 5) и первыми выводами опорного элемента 7 и резистора 8, вторые выводы которых соединены с общей и выходной шинами соответственно. Средний вывод делителя выходного напряжения соединен с сигнальным входом усилителя (базой транзистора 4), общий вывод которого соединен с общей шиной.

Работает стабилизатор-прототип следующим образом.

При подаче на вход стабилизатора питающего напряжения, значение которого превышает обратное напряжение пробоя базоэмиттерного перехода транзистора 12, по цепи эмиттер-база транзистора 1, база-эмиттер транзистора 5, резистор 6 начинает протекать ток, который открывает транзисторы 5 и 1. В результате на выходе стабилизатора появляется напряжение, которое через резистор 8 подается на опорный элемент 7 и опорный вход усилителя. В стабилизаторе создается положительная обратная связь, способствующая запуску стабилизатора. Как только разность между входным и опорным напряжением становится меньше порогового значения напряжения база-эмиттер транзистора 12, последний переходит в активный режим. При достижении выходным напряжением номинального значения в активный режим переходит транзистор 4 усилителя, а контуре стабилизатора устанавливается отрицательная обратная связь. При изменении выходного напряжения, вызываемого изменениями напряжения питания и тока нагрузки, изменяется сигнал на выходе усилителя и напряжение на параллельно включенных управляющих цепях транзисторов 1 и 12. Это приводит к изменению токов транзисторов 1 и 12. Изменение тока транзистора 12 приводит к изменению падения напряжения на опорном элементе 7 и дополнительному изменению токов транзистора 5 усилителя и транзистора 1. В конечном итоге выходное напряжение возвращается на ранее установленный уровень с заданной точностью.

Однако стабилизатор-прототип имеет недостаточно высокую стабильность выходного напряжения при изменении в широком диапазоне входного напряжения. Это обусловлено протеканием дополнительного тока запуска в режиме стабилизации через опорный элемент 7. Изменение входного напряжения приводит к изменению нерегулируемой составляющей тока, протекающего через опорный элемент 7, что приводит к изменению опорного напряжения и, следовательно, к увеличению нестабильности выходного напряжения. Кроме того, транзистор запуска работает в инверсном режиме, что лишает стабилизатор технической надежности работы.

Недостатками устройства-прототипа являются низкая стабильность выходного напряжения и к.п.д., а также необходимость соблюдать определенное соотношение между токами регулирующего и запускающего транзисторов.

Для устранения указанных недостатков в компенсационный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий транзистор, эмиттером и коллектором соединенный соответственно с входным и выходным выводами, дифференциальный усилитель на первом и втором транзисторах, соединенные эмиттеры которых через резистор подключены к общей шине, коллектор первого транзистора соединен с базой регулирующего транзистора, коллектор второго транзистора соединен с выходным выводом, делитель выходного напряжения, выход которого соединен с базой второго транзистора, опорный элемент, включенный между точкой соединения ограничительного резистора и базы первого транзистора и общей шиной, согласно изобретению введена пусковая цепь, включенная параллельно эмиттерно-коллекторному переходу регулирующего транзистора и состоящая из последовательно соединенных конденсатора и диода, точка соединения которых подключена к другому выводу ограничительного резистора.

Схема предлагаемого компенсационного стабилизатора постоянного напряжения представлена на фиг.2, где обозначено:

1 - регулирующий транзистор;

2, 3 - первый и второй резисторы делителя выходного напряжения;

4, 5 - первый и второй транзисторы дифференциального усилителя;

6 - резистор дифференциального усилителя;

7 - опорный элемент;

8 - ограничительный резистор опорного стабилитрона;

9 - конденсатор;

10 - диод.

Предлагаемый стабилизатор содержит регулирующий транзистор 1, эмиттером и коллектором соединенный с соответственно входным и выходным выводами, дифференциальный усилитель на транзисторах 4 и 5, соединенные эмиттеры которых подсоединены к общей шине через резистор 6. При этом коллектор первого транзистора 5 подключен к базе регулирующего транзистора 1, а коллектор второго транзистора 4 соединен с выходным силовым выводом. Выход делителя выходного напряжения на резисторах 2 и 3 соединен с базой второго транзистора 4. Опорный элемент (в качестве опорного элемента может быть использован стабилитрон) 7 включен между точкой соединения ограничительного резистора 8 и базы первого транзистора 5 и общей шиной. Пусковая цепь, состоящая из последовательно соединенных конденсатора 9 и диода 10, включена параллельно эмиттерно-коллекторному переходу регулирующего транзистора 1. Другой вывод ограничительного резистора 8 подсоединен к точке соединения конденсатора 9 и диода 10.

Предлагаемый стабилизатор работает следующим образом.

При подаче на вход стабилизатора входного напряжения происходит заряд конденсатора 9 через ограничительный резистор 8, это создает условие для открывания первого транзистора 5 дифференциального усилителя, а затем и регулирующего транзистора 1, в результате на выходе стабилизатора появляется напряжение. Диод 10 исключает протекание тока заряда конденсатора 9 через делитель выходного напряжения и нагрузку, что повышает надежность запуска. При достижении выходным напряжением номинального значения стабилизатор переходит в режим с отрицательной обратной связью. После выхода на рабочий режим прохождение тока через конденсатор 9 прекращается и соответственно полностью исключается потребление мощности пусковой цепью.

Стабилизация выходного напряжения осуществляется при помощи дифференциального усилителя на транзисторах 4 и 5, воздействующего на регулирующий транзистор 1 таким образом, что выходное напряжение возвращается на установленный уровень с заданной точностью.

С момента достижения выходным напряжением номинального значения питание опорного стабилитрона 7 осуществляется через диод 10 стабильным выходным напряжением, что позволяет стабилизировать ток, протекающий через опорный стабилитрон 7. Это обеспечивает высокую стабильность выходного напряжения в широком диапазоне изменения входного напряжения и тока нагрузки.

После снятия входного напряжения конденсатор 9 через резистор 8 и стабилитрон 7, который в данный момент оказывается включенным в прямом направлении, подсоединяется к входным выводам и разряжается за счет работы самого стабилизатора. Это обеспечивает быстрый разряд конденсатора и значительно уменьшает время подготовки стабилизатора для последующего включения.

Таким образом, предлагаемый стабилизатор в отличие от прототипа

- во-первых, обеспечивает развязку входной цепи стабилизатора от неуправляемого тока запуска, протекающего через опорный стабилитрон, и тем самым исключает воздействие пусковой цепи на процесс стабилизации выходного напряжения, это приводит к повышению стабильности выходного напряжения и полностью исключает потребление мощности пусковой цепью в рабочем режиме, что повышает к.п.д.;

- во-вторых, при сохранении высокой надежности запуска снимаются ограничения по выбору параметров элементов запуска, тогда как в прототипе задается определенное соотношение между токами регулирующего и запускающего транзисторов.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Технический результат - повышение стабильности выходного напряжения и к.п.д. Для этого в стабилизатор введена пусковая цепь, включенная параллельно эмиттерно-коллекторному переходу регулирующего транзистора и состоящая из последовательно соединенных конденсатора и диода, точка соединения которых подключена к другому выводу ограничительного резистора. 2 ил.

Компенсационный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий транзистор, эмиттером и коллектором соединенный соответственно с входным и выходным выводами, дифференциальный усилитель на первом и втором транзисторах, соединенные эмиттеры которых через резистор подключены к общей шине, коллектор первого транзистора соединен с базой регулирующего транзистора, коллектор второго транзистора соединен с выходным выводом, делитель выходного напряжения, выход которого соединен с базой второго транзистора, опорный элемент, включенный между точкой соединения ограничительного резистора и базы первого транзистора и общей шиной, отличающийся тем, что введена пусковая цепь, включенная параллельно эмиттерно-коллекторному переходу регулирующего транзистора и состоящая из последовательно соединенных конденсатора и диода, точка соединения которых подключена к другому выводу ограничительного резистора.