Стабилизатор постоянного тока Советский патент 1984 года по МПК G05F1/56 

Изобретение отр оситсл к электротехнике, а именно к стабилизированным HcTO4fmKaM постоянного тока, предназна енным для стабилизации тока н импульсных нагрузках при высоких частотах их переключения, например в микросхемах, ЦВМ,

Известны схемы транзисторных стабилизаторов постоянного тока, содержащие включенные последовательно во входные шины эталонное сопротивление, регулирующий транзистор и сопротивление нагрузки, усилитель обратной СВЯЗИ-, входы которого соеднены с эталонным сопротивлением и источником опорного напряжения, а выход соединен с базой регулирующего транзистора 1 .

Наболее близким ( предлагаемому является стабилизатор постоянного тока, содержащий включенные последовательно во входную шину эталонный резистор и регулирующий транзистор, между коллектором которого и общей шиной включены выводы для подключения нагрузки, опорный элемент, состоящий из стабилитрона, включенного между базой регулирующего транзистора и входной шиной и токоограничивающего резистора, включенного межд базой регулирующего транзистора и выводом для подключения источника электропитания опорьюго элемента или общей шиной С2 .

Недостатком известнЕлх стабилизаторов постоянного тока является их неработоспособность при высокочастотных коммутациях нагрузки без введения дополнительных нагрузок, что не позволяет их использовать для электропитания постоянным током некоторых экономичных устройств вычислительной техники.

Это объяср яется тем, что в соответствии с физическими принципами работы стабилизатора тока момент импульсного включения нагрузки {после ее отключения) сопровождается насыщением регулирующего транзистора, связанным с накоплением избыточных носителей заряда в области базы и таким образом отсутствием стабилизации тока ( появлеь:ие импульса тока), I

Цель изобретения - обеспечение

работоспособности стабилизатора при высокочастотных коммутациях нагрузки и повышение КПД,

Указанная цель достигается тем, что в стабилизаторе постоянного тока, содержащий включенные во входну шину последовательно соединенные этлонный резистор и регулирующий транзистор, между коллектором которого и общей шиной включены выводы для подключения riarpyjKH, опорный элемент, состоящий из (габилитрс на,

включенного между базой регулирующего транзистора и входной шиной, и токоограничивающего резистора, один вывод которого соединен с базой регулирующего транзистора, введены блок управления опорным элементом, состоящий из транзистора, коллектор которого соединен с другим выводом токоограничивающего резистора, а эмихтер - или с выводом для подключения источника электропитания опорного элемента или с общей шиной, и блок контроля тока нагрузки, состоящей из транзистора, база которого подключена к точке соединения этгшонного резистора и эмиттера регулирующего транзистора и образует один из входов блока контроля, эмиттер - к одному из выводов резистора, другой вывод которого образуют другой вход блока контроля, который подключен к входной шине, а коллектор образует выход блока контроля, который соедине с базой транзистора блока управлени опорным элементом, между коллектором и эмиттером регулирующего транзистора включен введенный первый резистор, а база регулирующего транзистора через введенный второй резистор соединена с входной шиной

Введение в блок управления опорным элементом блока контроля тока нагрузки позволяет выключить опорный элемент в моменты отключения на:1 рузки и избежать таким образом насыщения регулирующего транзистора в момент подключения нагрузки, обеспечивая стабилизацию тока.

На чертеже приведена электрическая схема стабилизатора постоянного тока.

Стабилизатор тока содержит включенные последовательно во входную шину 1 эталонный резистор 2 и регулирующий транзистор 3, нагрузку 4, включенную между коллектором регулирующего транзистора 3 и общей шиной 5, опорный элемент 6, включенный между базой регулирующего транзистора 3 и входной шиной 1., состоящей из стабилитрона 7 и токоограничива)ющего резистора 8, включенного между базой регулирующего транзистора 3 и выводом 9 для подключения источника электропитания опорного элемента или общей шиной 5 блок 10 управления опорным элементом, соединенный выходом 11 с опорным элементом 6 и состоящий йз транзистора 12, коллектор которого соеднен с токоограничивающим резистором 8, а эГ-шттер с выводом 9 для подключ ения источника электропитания опорного элемента или с общей ишной 5, блок 13 контроля тока наГрузки, соединенный выходом 14 с блоком 10 управления опорным элементом, а входами 15 и 16 - с эталонным резистором 2 и состоящий из транзистора 17, база которого подключена к точке соединения эталрнного резистора 2 и эмиттера регулирующего транзистора 3, эмиттер которого через резистор 18 соединен с входной шиной 1, а коллектор соединен с базой транзистора 12 блока 10 управления опорным элементом между коллектором и эмиттером регулирующего транзистора включен резистор 19, а база регулирующего транзистора через резистор 20 соединена с входной клеммой. Стабилизатор тока работает следующим образом. При появлении на входной 1 и общей 5 шинах напряжения и подклю чения нагрузки 4 устройство работа ет как токостабилизирующее, двухполюсник и регулирующий транзистор выполняют роль элемента сравнения напряжения опорного элемента 6 и напряжения на эталонном резисторе Напряжение на эталонном резисторе поддерживается постоянным и ток в нагрузке 4 стабилизирован. При этом тра нзистор 17 блока 13 контроля тока нагрузки и транзистор 12 блока 10 управления опорным элементом открыты, а стабилитрон 7 опорного элемента через токоограни чивающий резистор 8 подключен к вы воду 9 для подключения источника электропитания опорного элемента и к общей шине 5. Резистор 19 создает начальный ток через эталонный р зистор 2, обеспечивая включение схемы. При импульсном отключении нагру ки 4 транзистор 17 блока контроля тока нагрузки и транзистор 12 блок управления опорным элементом закры ваются, а цепь питания стабилитрона 7 опорного элемента б от вывода 9 для подключения источника эле ропитания опорного элемента или об щей шины разрывается. Опорный элемент 6 выключается. При этом резистор 20 обеспечивает режим регул рующего транзистора, в результате чего при следующем включении нагрузки 4 не происходит насыщение регулирующего транзистора 3, связанного с накоплением избыточных носителей в области базы и обеспечивается быстрое установление тока стабилизации без дополнительной подгрузки устройства. Таким образом, согласно описанию достигается стабилизация тока при высокочастотных коммутациях нагрузки и повышение КПД. Основном техническим эффектом является стабилизация тока при высокочастотных коммутациях тока, лежащих в мегагерцовой области. Наличие стадии рассасывания состоит в задержке начала фронта относительно момента поступления запирающего сигнала. Эта задержка характеризуется временем рассасывания t«, которое опр еделяется из формулы -Д-Ч). //3- V, где t - длительность отпирающего сигнала; TH - время накопления; Jyt - начальный и конечный токи 2 базы/ , - ток насыщения у коллектора. Наличие времени рассасывания приводит к тому, что в момент включения нагрузки появляется импульс тока через нагрузку, вызванный наличием избыточных носителей заряда в области базы. Расчетные значения при использовании современных дрейфовых транзисторов дают значение фронта установления стабилизированного тока равным 0,5 мс, что недопустимо при частоте переключения лежащей в мегагерцовой области. Отключение опорного элемента и запирание регулирующего транзистора позволяет сократить время установления до 10-20 мс.

СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий включенные во входную шину последовательно соединенные эталонный резистор и регулирующий транзистор, между коллектором которого и общей шиной включены выводы для подключения нагрузки, опорный элемент, состоящий из стабилитрона, включенного между базой регулирующего транзистора и входной шиной, и токоограничивающего резистора, один вывод которого соединен с базой регулирующего транзистора, о тличающийся тем, что, с целью обеспечения его работоспособности при высокочастотных переключениях нагрузки и повышения КПД, в него введены блок управления опорным элементом, состоящий из транзистора, коллектор которого соединен с другим выводом токоограничивающего резистора, а эмиттер- или с выводом для подключения источника электропитания опорного элемента или с общей шиной, и блок контроля тока нагрузки, состоящий из транзистора, база которого подключена к точке соединения эталонного резистора и эмиттера регулирующего транзистора, и образует один из входов блока контроля, эмиттер - к одному из вы(У) водов резистора, другой вывод которого образует другой вход блока с контроля, который подключен к входной шине, а коллектор образует выход блока контроля,- который соединен с базой транзистора блока управления опорным элементом, между коллектором и эмиттером регулирующего транзистора включен введенный первый резистор/ а база регулирующего 00 4 транзистора через введенный второй резистор соединена с входной шиной. СЛ