Двухступенчатый стабилизатор напряжения постоянного тока Советский патент 1985 года по МПК G05F1/569 

ный транзистор коллектором подключен через конденсатор к общей шине стабилизатора и через последовательно соединенные резистор и контакты пусковой кнопки - к источнику постоянного напряжения, эмиттером - к общей щине стабилизатора, а базой через диод - к общей шине стабилизатора и через параллельно соединенные резистор и конденсатор - к точке соединения двух резисторов, соединен ных последовательно и подключенных параллельно к входу стабилизатора, и параллельно резистору, подключенному к общей шине, подключен стабилитрон.

1. ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий два регулирующих элемента, включенных последовательно в выходную шину, первый регулирующий элемент выполнен составным и управляющим входом подключен к выходу узла сравнения, первый вход которого подключен к точке соединения регулирующих элементов, а второй вход - к выходной клемме, конденсатор, включенный между общей щиной и указанной точкой соединения регулирующих элементов, второй регулирующий элемент выполнен на транзисторе, управляющий вход которого подключен к выходу блока управления, соединенного с выходными клеммами, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности, эмиттер согласующего транзистора первого регулирующего элемента подключен к выходу введенного блока защиты, подключенного к общей щине, первый вход которого подключен к выходной клемме, второй - к точке соединения регулирующих элементов и конденсатора, а третий - к выходу введенного блока запуска, соединенного с входными и выходными клеммами. 2. Стабилизатор по п. 1, отличающийся тем, что блок защиты выполнен на двух транзисторах разного типа проводимости, первый из них подключен к второму, соответственно база - к коллектору, коллектор - к базе, и эмиттер через резистор подключен к первому входу и через диод - к второму входу, коллектор - к третьему входу блока защиты и база через резистор подключена к выходу блока защиты, а второй транзистор эмиттером через параллельно соединенные конденсатор и источник стабильного тока подключен к общей шине стабилизатора и параллельно его переходу база-эмиттер подключен диод. 3.Стабилизатор по п. 2, отличающийся тем, что первый транзистор блока для защиты подключен эмиттером к резистору через один диод, а параллельно его база-эмиттерному переходу подключен другой диод. 4.Стабилизатор по п. 1, отличающийся i тем, что блок для запуска содержит триггер на двух транзисторах, причем первый (Л транзистор триггера эмиттером соединен с эмиттером второго транзистора триггера и через параллельно соединенные резистор и конденсатор - с общей щиной стабилизатора, базой через резистор - с коллектором второго транзистора триггера, через другой резистор - с коллектором введенного первого дополнительного транзистора и с общей шиной стабилизатора - через пеоо оо реход коллектор-эмиттер введенного второго дополнительного транзистора, база которого через резистор соединена с обшей шиной и через последовательно соединенные резистор и стабилитрон - с выходной клем00 мой, коллектором через резистор - с источником постоянного напряжения и через параллельно соединенные резистор и конденсатор - с базой второго транзистора триггера, которая через резистор соединена с общей шиной стабилизатора, а коллектор второго транзистора триггера подключен через последовательно соединенные резистор и стабилитрон к выходу блока запуска, через резистор - к источнику постоянного напряжения и через конденсатор - к общей шине стабилизатора, первый дополнитель

1

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в устройствах электропитания различной радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения - повыщение надежности путем защиты первого регулирующего элемента от пусковых токов и токов перегрузки.

На чертеже приведена принципиальная схема двухступенчатого стабилизатора напряжения постоянного тока.

Стабилизатор содержит регулирующий элемент 1 на согласующем транзисторе 2 и силовом транзисторе 3, параллельно база-эмиттерному переходу которого подключен резистор 4. Согласующий транзистор 2 базой подключен к выходу узла сравнения 5, коллектором - к базе силового транзистора 3, эмиттер которого подключен к входной клемме, а коллектор - к конденсатору 6, коллектору регулирующего транзистора 7, к первому входу узла сравнения 5 и к диоду 8 блока защиты 9. Эмиттер согласующего транзистора 2 подключен через резистор 10 к базе транзистора 11 и коллектору транзистора 12 блока защиты 9. Транзистор 11 эмиттером подключен через диод 13 к диоду 8 и резистору 14, второй вывод которого подключен к выходной клемме, к второму входу узла сравнения 5 и к эмиттеру регулирующего транзистора 7. Коллектор транзистора 11 подключен к базе транзистора 12, диоду 15 и через последовательно соединенные резистор 16 и стабилитрон 17 к резисторам 18 и 19, конденсатору 20 и коллектору второго транзистора 21 триггера 22 блока запуска 23, а параллельно переходу база-эмиттер транзистора 11 подключен диод 24. Транзистор 12 эмиттером подключен через параллельно соединенные конденсатор 25 и источник стабильного тока 26 к общей шине стабилизатора. Регулирующий транзистор 7 базой подключен к выходу органа управления 27, соединенного с выходными клеммами. Конденсатор 20 вторым выводом подключен к общей шине стабилизатора, резистор 19 - к выходу источника постоянного напряжения 28, а резистор 18 -

к резистору 29, коллектору второго дополнительного транзистора 30 и к базе первого транзистора 31 триггера 22. Коллектор транзистора 31 через резистор 32 подключен к выходу источника постоянного напряжения 28 и через параллельно соединенные резистор 33 и конденсатор 34 - к базе транзистора 21 и резистору 35, .а эмиттер - к эмиттеру транзистора 21 и через параллельно соединенные резистор 36 и конденсатор 37 - к общей шине стабилизатора. Дополнительный транзистор 30 базой через резистор 38 подключен к общей щине стабилизатора и через последовательно соединенные резистор 39 и стабилитрон 40 к выходной клемме, эмиттером - к общей шине

5 стабилизатора. Резистор 29 вторым выводом подключен к конденсатору 41, резистору 42 и к коллектору первого дополнительного транзистора 43, эмиттер которого подключен к общей шине стабилизатора, а база -

0 к диоду 44 и через параллельно соединенные резистор 45 и конденсатор 46 к точке соединения резисторов 47 и 48 и стабилитрона 49. Резистор 47 вторым выводом подключен к входной клемме, резистор 48, стабилитрон 49 и диод 44 - к общей шине стабилизатора, а резистор 42 через контакты пусковой кнопки 50 - к выходу источника постоянного напряжения 28.

Работа второй ступени стабилизатора на регулирующем транзисторе 7 с органом

Q управления 27 аналогична работе известных компенсационных стабилизаторов с последовательным регулирующим транзистором. Эта ступень служит для стабилизации выходного напряжения и сглаживания пульсаций. Регулирующий элемент 1 на согласующем транзисторе 2 и силовом транзисторе 3 со схемой сравнения 5 служит для стабилизации напряжения на регулирующем транзисторе 7 при широких пределах изменения питающего переменного напряжения и регулировки выходного постоянного напряжения. Это обеспечивается путем прекращения заряда емкости конденсатора 6 на то время периода питающего пульсирующего напряжения, пока его величина выше

максимального напряжения на конденсаторе 6. Достигается это открыванием согласующего транзистора 2 и силового транзистора 3 регулирующего элемента 1 при возрастании входного напряжения до уровня минимального напряжения на конденсаторе 6 и закрыванием, когда напряжение на конденсатор 6 достигает максимального.

Работа блока защиты основана на том, что при включении сетевого напряжения регулирующий элемент 1 остается закрытым до срабатывания блока защиты 9, включение которого осуществляется из блока запуска 23 в момент прохождения сетевого напряжения через ноль, независимо от времени нажатия пусковой кнопки 50, это позволяет ограничить пусковые токи на уровне рабочих, а за счет стабилизации базового тока силового транзистора 3, проходящего через согласующий транзистор 2, резистор 10, транзистор 12 и источник стабильного тока 26 блока защиты 9, и, кроме того, блок защиты при перегрузке или коротком замыкании нагрузки срабатывает и закрывает регулирующий элемент 1, защищая от аварийных режимов стабилизатор.

Блок защиты работает следующим образом.

При включении сетевого напряжения напряжение на выходе стабилизатора, на конденсаторе 6 и на базе транзистора 12 равно нулю и в результате транзистор 12 остается закрытым, а следовательно, закрыт согласующий транзистор 2 и силовой транзистор 3 и в таком состоянии стабилизатор .будет находиться, пока в базу транзистора 12 не поступит открывающий импульс из блока запуска. При поступлении открывающего импульса транзистор 12 открывается и открывает согласующий транзистор 2 и силовой транзистор 3, в результате конденсатор 6 начинает заряжаться. При достижении возрастающего напряжения на конденсаторе 6 рабочей величины включается вторая ступень на регулирующем транзисторе 7 и на выходе стабилизатора появляется напряжение и, когда оно станет больще, чем напряжение на коллекторе открытого транзистора 12, открывается транзистор 11 и в базу транзистора 12. с выхода стабилизатора через резистор 14 и . открытый транзистор 11 поступает ток и поддерживает транзисторы 12 и 11 в открытом состоянии.

При работе стабилизатора транзисторы 11 и 12 находятся в состоянии насыщения и не влияют на работу первой ступени стабилизатора, а при перегрузке или коротком замыкании в нагрузке ток эмиттера согласующего транзистора 2, протекающий через резистор 10, транзистор 12 и источник стабильного тока 26, увеличивается, а ток базы транзистора 11 уменьшается, так как ток транзистора 12 (Iriz) равен:

1т1г 1эт2 Ибти

где 1э12-эмиттерный ток согласующего транзистора 2;

I Tii-ток базы транзистора II, и постоянен по величине ввиду того, что проходит через источник стабильного тока 24.

При токе

1 КТ11 1

0 где 1к711-коллекторный ток транзистора 11; Т11-коэффициент усиления тока базы

транзистора II,

транзистор 11 выходит из состояния насыщения и закрывается. Это приводит к уменьшению тока базы транзистора 12 - к его закрыванию. В результате сопротивление цепи эмиттера согласующего транзистора 2, образованное переходом коллектор-эмиттер закрытого транзистора 12, резистором 10 и источником стабильного тока 26, резко

0 увеличивается, так как диод 13 исключает влияние низкоомной нагрузки на эту цепь, а при отсутствии диодов 13 и 24 влияние нагрузки исключает база-эмиттерный переход закрытого транзистора И. Увеличение

5 сопротивления в цепи эмиттера транзистора 2 уменьщает ток эмиттера практически до нуля, а следовательно, и ток базы силового транзистора 3, регулирующий элемент 1 закрывается - срабатывает блок защиты 9.

0 При перегрузке или коротком замыкании в момент, когда регулирующий элемент 1 закрыт, срабатывание блока защиты 9 происходит за счет напряжения на конденсаторе 25, которое становится больще выходного, в результате снижения последнего при

аварии, и закрывает транзисторы 12 и 11, при этом диоды 24 и 13 служат для ограничения обратного напряжения на базаэмиттерном переходе транзистора 11 на время переходных процессов при срабатыва0 НИИ блока для защиты 9 и если обратное допустимое напряжение на база-эмиттерном переходе транзистора 11 будет больше входного, то диоды 24 и 13 могут отсутствовать, тогда эмиттер транзистора 11 соединяется с диодом 8 и резистором 14

5 непосредственно.

При аварии во второй ступени стабилизатора напряжение на конденсаторе 6 резко снижается и, когда оно станет ниже, чем на конденсаторе 25, открывается диод 8

(j и транзисторы 12 и 11 закрываются, что приводит к закрытию регулирующего элемента 1. Диод 8 необходим для ускорения срабатывания блока защиты при аварии во второй ступени стабилизатора, так как наличие конденсатора на выходе стабилизатора (на чертеже не показан) будет вызывать задержку в срабатывании блока защиты 9, что приведет к перегрузке регулирующего элемента 1.

После срабатывания блока защиты 9 и устранения аварии стабилизатор включается вновь блоком запуска.

Блок запуска осуществляет запуск стабилизатора в момент перехода сетевого напряжения через ноль следующим образом.

При включении источника 28 напряжение на конденсаторе 20 равно нулю и база первого транзистора 31 триггера 22 в первый момент включения оказывается отключенной от источника 28, в результате в базу второго транзистора 21 триггера 22 поступает открывающий ток по цепи резистор 32 и конденсатор 34, открывает его, на резисторе 36 и конденсаторе 37 появляется напряжение автосмещения, которое поддерживает закрытым первый транзистор 31, и триггер 22 устанавливается в состояние - транзистор 21 открыт, транзистор 31 закрыт. На коллекторе второго транзистора 21 триггера 22 будет напряжение, равное напряжению автосмещения, при условии, что напряжение насыщения транзистора 21 равно нулю, и чтобы напряжение с коллектора открытого транзистора 21 не поступало в базу транзистора 12 блока защиты, используется стабилитрон 17, напряжение стабилизации которого больще напряжения автосмещения триггера 22. Входное пульсирующее напряжение через резистор 47, резистор 45 и конденсатор 46 поступает в базу первого дополнительного транзистора 43 и поддерживает его в состоянии насыщения все время, когда входное напряжение больше напряжения стабилизации стабилитрона 49, который служит для стабилизации базового тока транзистора 43 за счет стабибизации напряжения на резисторе 45. При снижении входного напряжения ниже напряжения стабилизации стабилитрона 49 напряжение на конденсаторе 46 закрывает транзистор 43 и он перестает щунтировать базовую цепь включения транзистора 31 и, если в этот момент будут замкнуты контакты кнопки 50, в базу транзистора 31 поступает открывающий ток, транзистор 31 открывается

и триггер 22 изменяет свое состояние - транзистор 21 закрыт, транзистор 31 открыт. Напряжение с коллектора транзистора 21 через стабилитрон 17 и резистор 16 поступает в базу транзистора 12 блока защиты и открывает его. Открывающий импульс поступает в базу транзистора 12 до тех пор, пока на выходе стабилизатора напряжение не достигнет рабочего, после чего открывается стабилитрон 40 и в базу транзистора 30 поступает открывающий импульс и открывает его, в результате на базе транзистора 31 напряжение меньще, чем на конденсаторе 37, и транзистор 31 закрывается, а триггер 22 возвращается в исходное состояние - транзистор 21 открыт, транзистор 31 закрыт. В результате через резистор 16 и стабилитрон 17 течет часть коллекторного тока транзистора 11 блока защиты 9 в коллектор транзистора 21 триггера 22, т. е. с цепи базы транзистора 12 снимается включающий сигнал из блока для запуска 22 и транзистор 12 блока защиты 9 поддерживается в состоянии насыщения только частью коллекторного тока транзистора 11, т.е. блок защиты находится в рабочем состоянии.

После устранения причины, вызвавшей срабатывание защиты, блок защиты 9 включается кнопкой 50 и процесс подачи запускающих импульсов происходит так же, как было указано ранее и блок защиты

вновь включается.

Для исключения срабатывания триггера 21 при максимальном напряжении на входе и одновременном включении сетевого напряжения и пусковой кнопки или импульса помехи используется конденсатор 41, а транзистор ЙО, щунтируя базу транзистора 31, препятствует ошибочному переключению триггера 22 при работе стабилизатора, так как в противном случае передача запускающего импульса в работающий блок для защиты 9 будет поддерживать транзистор 12 в открытом состоянии независимо от напряжения на выходе стабилизатора и на конденсаторе 6, т.е. отключит блок защиты от влияния нагрузки, что недопустимо.