Стабилизатор напряжения Российский патент 2025 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано для построения источника электропитания мощных переносных радиоустройств, например малогабаритных беспилотных летательных аппаратов.

В обычной практике для увеличения общей емкости источника электропитания используется объединение аккумуляторных батарей на общую нагрузку через диоды. Такое соединение батарей обеспечивает последовательное подключение к нагрузке новой неиспользованной батареи взамен разряженной. Но при таком включении количество используемых батарей не обеспечивает увеличение тока в нагрузке. Объединение выходов двух батарей на общую нагрузку с целью увеличения продолжительности работы устройства возможно только при достижении полной идентичности величин напряжений обеих батарей, например по способу параллельного соединения по меньшей мере двух аккумуляторов по патенту RU №2765911 С1, опубл. 02.04.2022.

Повышение мощности питаемого от аккумулятора радиоустройства путем, сложения токов аккумуляторных батарей может быть достигнуто подключением выходов аккумуляторных батарей с разной степенью разряженности к нагрузке через стабилизаторы напряжения.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению является стабилизатор напряжения питания электронных схем по патенту RU №2727713, опубл. 23.07.2020, бюл. №21 (прототип), содержащий регулирующий биполярный транзистор в виде эмиттерного повторителя, коллектор которого подключен к потенциальному выходу нестабильного источника напряжения, полевой транзистор с p-n переходом и одинаковой с биполярным транзистором проводимостью канала, сток которого соединен с коллектором регулирующего транзистора, потенциометр в виде двух последовательно соединенных резисторов, при этом свободный вывод первого резистора присоединен к базе регулирующего транзистора, и нагрузку, включенную между эмиттером биполярного транзистора и общей шиной источника, исток полевого транзистора подключен к точке соединения базы биполярного транзистора и первого резистора, затвор полевого транзистора подключен к точке соединения первого и второго резисторов, а свободный вывод второго резистора соединен с общей шиной через два последовательно включенных в прямом: направлении полупроводниковых диода.

При больших уровнях тока в нагрузке в таком стабилизаторе требуется значительный ток базы регулирующего транзистора. Соответственно, этот ток должен быть обеспечен источником опорного напряжения - полевым транзистором. Полевые транзисторы с n-каналом обеспечивают удовлетворительную стабильность при напряжениях, близких к напряжению отсечки, то есть при токах стока на уровне 1 мА и меньше. Чтобы сохранить характеристики стабильности опорного напряжения, дополнительный ток через полевой: транзистор для питания базы регулирующего транзистора должен быть минимальным. В связи с этим при использовании в мощных радиоустройствах известное устройство не показывает требуемых характеристик: по стабильности выходного напряжения и току нагрузки.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является упрощение реализации сложения в нагрузке токов двух и более аккумуляторных батарей с разной степенью разряженное™ для повышения мощности нагрузочного радиоустройства.

Технический результат достигается тем, что в стабилизатор напряжения, содержащий первый полевой транзистор с р-n переходом, сток которого является входом стабилизатора и присоединен к потенциальному выходу аккумуляторной батареи, исток первого полевого транзистора присоединен к первому выводу первого резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом второго резистора, затвор первого полевого транзистора подключен к точке соединения первого и второго резисторов, а второй вывод второго резистора соединен с общей шиной аккумуляторной батареи через два последовательно включенных в прямом направлении полупроводниковых диода, дополнительно введены третий полупроводниковый диод и второй полевой транзистор с изолированным затвором и одинаковой с первым полевым транзистором проводимостью канала таким образом, что сток второго полевого транзистора соединен со стоком первого полевого транзистора, затвор второго полевого транзистора подключен к точке соединения истока первого полевого транзистора и первого вывода первого резистора, к истоку второго полевого транзистора подключен в прямом направлении третий полупроводниковый диод, второй контакт которого является выходом стабилизатора, при этом мощности второго полевого транзистор и "третьего полупроводникового диода соответствуют нагрузочному току аккумуляторной батареи.

На фигуре приведена электрическая схема параллельной работы двух аккумуляторных батарей с подключенными идентичными по электрической схеме предлагаемыми стабилизаторами напряжения, где приняты следующие обозначения:

1,2 - аккумуляторные батареи;

3, 4 - стабилизаторы напряжения;

5 - первый полевой транзистор;

6 - первый резистор;

7 - второй полевой транзистор;

8 - второй резистор;

9-10 - полупроводниковые диоды;

11 - третий полупроводниковый диод;

12 - нагрузочное радиоустройство.

Для обеспечения параллельной работы на общую нагрузку двух аккумуляторных батарей 1 и 2 потенциальные выходы каждой батареи подключаются соответственно ко входам идентичных по электрической схеме стабилизаторов напряжения 3 и 4. Каждый из стабилизаторов напряжения 3, 4 аккумуляторных батарей содержит первый полевой транзистор с p-n переходом 5, сток которого является входом стабилизатора. Исток первого полевого транзистора 5 присоединен к первому выводу первого резистора 6, второй вывод которого соединен с первым выводом второго резистора 8. Затвор первого полевого транзистора 5 подключен к точке соединения первого резистора 6 и второго резистора 8, а второй вывод второго резистора 8 соединен с общей шиной аккумуляторных батарей через два последовательно включенных в прямом направлении полупроводниковых диода 9, 10.

В каждый стабилизатор введен второй полевой транзистор 7 с изолированным затвором и одинаковой с первым полевым транзистором

проводимостью канала. Сток второго полевого транзистора 7 соединен со стоком первого полевого транзистора 5, затвор второго полевого транзистора 7 подключен к точке соединения истока первого полевого транзистора 5 и первого вывода первого резистора 6. К истоку второго полевого транзистора 7 подключен в прямом: направлении третий полупроводниковый диод 11, второй: контакт которого является выходом стабилизатора.

Выходы стабилизаторов напряжения аккумуляторных батарей соединены и подключены к нагрузке 12, а общие шины стабилизаторов, аккумуляторных батарей и нагрузки 12 объединены.

Устройство работает следующим образом

Минимальное напряжение каждой батареи в конце срока хранения должно превышать напряжение электропитания нагрузочного радиоустройства на величину падения напряжения на втором полевом транзисторе 7 стабилизатора. При таком входном напряжении до начала использования каждый стабилизатор напряжения 3, 4 индивидуально с помощью резисторов 6, 8 регулируется на внешней технологической нагрузке» идентичной по мощности нагрузочному радиоустройству, на выходное напряжение, равное напряжению электропитания нагрузочного радиоустройства. После регулирования общая шина стабилизаторов соединяется с общей шиной аккумуляторных батарей, выходы стабилизаторов напряжения аккумуляторных батарей соединяются, входы стабилизаторов напряжения присоединяются к потенциальным контактам аккумуляторных батарей 1 и 2, а нагрузочное радиоустройство включается между точкой соединения выходов стабилизаторов и объединенной общей шиной аккумуляторных батарей.

Полевой транзистор с изолированным затвором 7 имеет ток затвора на порядок меньше рабочего тока полевого транзистора 5 - источника опорного напряжения и позволяет получить высокую стабильность выходного напряжения стабилизатора. Полупроводниковый диод 11, соединяющий полевой транзистор 7 и нагрузочное радиоустройство 12, защищает аккумуляторную батарею от замыканий при падении напряжения на одной, из батарей ниже напряжения электропитания радиоустройства. Мощности второго полевого транзистора 7 и третьего полупроводникового диода 11 соответствуют нагрузочному току аккумуляторной батареи и гарантируют суммирование токов в нагрузочном радиоустройстве.

Диоды 9, 10 обеспечивают стабильность выходного напряжения на нагрузке при изменении температуры окружающей среды.

В таблицах, приведены результаты моделирования работы аккумуляторных батарей с подключенными предлагаемыми стабилизаторами напряжения. Номинальное напряжение аккумуляторных батарей 27±10% В.

В таблице 1 показано изменение выходного напряжения стабилизатора на нагрузках R_H=20 Ом (ток 1 А) и R_H=20 м (ток 10А) при изменении напряжения аккумуляторной батареи i (АБ1) от 30 В до 24 В.

В таблице 2 показано изменение напряжения и тока в нагрузке, токов разряда при параллельном соединении аккумуляторных батарей с включением обоих стабилизаторов 3 и 4 на нагрузку R_H=20 Ом. (ток 1 А) и R_H=2 Ом (ток 10А) при одинаковом изменении напряжения аккумуляторных батарей 1 и 2 (АБ1 и АБ2) от 30 В до 24 В при температуре окружающей среды 25°С.

В таблице 3 показано изменение напряжения и тока в нагрузке, токов разряда при параллельном соединении аккумуляторных батарей с включением обоих стабилизаторов 3 и 4 на нагрузку R_H=20 м (ток 10А) при неодинаковых напряжениях аккумуляторных батарей 1 и 2 (АБ1 и АБ2) при температуре окружающей среды 25°С, 50°С, минус 40°С.

Таким образом, предлагаемый стабилизатор напряжения позволяет реализовать параллельное соединение аккумуляторных батарей с различной степенью разряда для увеличения мощности нагрузочного радиоустройства,

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано для построения источника электропитания мощных переносных радиоустройств, например малогабаритных беспилотных летательных аппаратов. Стабилизатор напряжения аккумуляторной батареи содержит полевой транзистор, сток которого является входом стабилизатора и присоединен к аккумуляторной батарее, первый резистор, второй резистор, соединенный с общей шиной аккумуляторной батареи через два последовательно включенных в прямом направлении полупроводниковых диода, третий полупроводниковый диод и второй полевой транзистор с изолированным затвором и одинаковой с первым полевым транзистором проводимостью канала, при этом сток второго полевого транзистора соединен со стоком первого полевого транзистора, затвор второго полевого транзистора подключен к точке соединения истока первого полевого транзистора и вывода первого резистора, к истоку второго полевого транзистора подключен в прямом направлении третий полупроводниковый диод, второй контакт которого является выходом стабилизатора, при этом мощности второго полевого транзистора и третьего полупроводникового диода соответствуют нагрузочному току аккумуляторной батареи. Технический результат заключается в упрощении реализации сложения в нагрузке токов двух и более аккумуляторных батарей с разной степенью разряда для повышения мощности нагрузочного радиоустройства. 1 ил., 3 табл.

Стабилизатор напряжения двух или более параллельно работающих аккумуляторных батарей с подключенными идентичными по электрической схеме стабилизаторами напряжения, каждый из которых содержит первый полевой транзистор с р-n-переходом, сток которого является входом стабилизатора и присоединен к потенциальному выходу аккумуляторной батареи, исток первого полевого транзистора присоединен к первому выводу первого резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом второго резистора, затвор первого полевого транзистора подключен к точке соединения первого и второго резисторов, а второй вывод второго резистора соединен с общей шиной аккумуляторной батареи через два последовательно включенных в прямом направлении полупроводниковых диода, отличающийся тем, что в стабилизаторе напряжения каждой из аккумуляторных батарей дополнительно введены третий полупроводниковый диод и второй полевой транзистор с изолированным затвором и одинаковой с первым полевым транзистором проводимостью канала таким образом, что сток второго полевого транзистора соединен со стоком первого полевого транзистора, затвор второго полевого транзистора подключен к точке соединения истока первого полевого транзистора и первого вывода первого резистора, к истоку второго полевого транзистора подключен в прямом направлении третий полупроводниковый диод, второй контакт которого является выходом стабилизатора, при этом мощности второго полевого транзистор и третьего полупроводникового диода соответствуют нагрузочному току аккумуляторной батареи.