Стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1986 года по МПК G05F1/569 

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для электропитания маломощной радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения - повышение КПД путем снижения минимально допустимого падения напряжения на регулирующем транзисторе.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема стабилизатора постоянного напряженияi на фиг.2 и 3 - вольт-амперные характеристики устройства.

Предлагаемый стабилизатор содержит составной регулирующий транзистор 1, усилитель 2 сигнала рассогласования, первый источник 3 тока, цепь дополнительной обратной связи по току нагрузки и узел защиты от перегрузки по выходному току и рассеиваемой мощности, включающие в себя первый 4, второй 5, третий 6, четвертый 7 и пятый 8 транзисторы, первый 9, второй 10 и третий 11 резисторы, стабилитрон 12 и второй источник 13 тока, причем силовой вход регулирующего транзистора 1 соединен с входным выводом 14, с входами питания усилителя 2 и источника 3, с эмиттерами транзисторов 4 и 5, через резистор 10 - с эмиттером транзистора 6. База регулирующего транзистора

Iсоединена с выходом усилителя 2, с вькодом источника 3 и с коллекторами транзисторов 6 и 7. Выход регулирующего транзистора 1 соединен с выходным выводом 15, с эмиттером транзистора 7, с входом усилителя 2 сигнала рассогласования, через резистор

II- с эмиттером транзистора 8, база кото рого подключена к базе проходного регулирукщего транзистора 1. Коллектор транзистора 8 соединен с коллектором транзистора 5 и с базами транзисторов 4-6. База транзистора

7 соединена с первым выводом второго источника 13 тока и через последовательно соединенные резистор 9 и стабилитрон 12 - с входным выводом 14. Общий вывод усилителя 2 и второй вьгоод источника тока 13 соединены с общей шиной 16,

Стабилизатор постоянного напряжения работает следующим рбразом.

Усилитель 2 сигнала рассогласова- 55 ходную характеристику транзистора 4, ния и регулирукяций транзистор 1 обра- кривая 2 - проходную характеристику зуют основной контур отрицательной обратной связи, за счет которого вытранзистора 6 с учетом резистора 10. Из расстояния характеристик следует,

ходное напряжение стабилизатора под- .держивается постоянным при изменении в широких пределах входного напряжения. Увеличение тока нагрузки IH приводит к увеличению напряжения эмиттер-база проходного регулирующего транзистора 1, при этом появляется приращение коллекторного тока IKJ, транзистора 8, вызывающее соответствующее приращение тока коллектора tj транзистора 6. Приращение коллекторного тока транзистора 6 компенсирует приращение входного тока igxi регулирующего транзистора 1, вызванное изменением тока нагрузки.

При изменении тока нагрузки в диапазоне (где IHJ - ток нагрузки, при котором срабатывает схема защиты стабилизатора) транзистор 7 обесточен и не влияет на работу стабилизатора. При токах нагрузки 1ц S Тнз коллекторный ток транзистора 4 становится равным току I,, второго источника 13 тока. Появляется базовый ток транзистора 7 и он переходит в активный режим и шунтирует управляющий вход регулирующего транзистора 1. При перегрузке по входному напряжению или коротком замыкании на выходе стабилизатора коллекторный ток транзистора 4 суммируется с током, протекающим по цепи первый резистор 9 - стабилитрон 12, что сдвигает порог срабатывания схе-

мы защиты в сторону меньших токов нагрузки, чем и обеспечивается защита стабилизатора от перегрузки по

рассеиваемой мощности. I

Для обеспечения эффективной работы цепи дополнительной обратной связи по току нагрузки необходимо, чтобы в диапазоне токов нагрузки , транзистор 6 имел большую крутизну, проходной характеристики, чем транзистор 4, т.е. имел большую площадь перехода змиттер-база. При токах нагрузки IH IMJ для получения высокой крутизны срабатывания токовой защиты крутизна проходной характеристики

транзистора 6 должна быть меньше

крутизны транзистора 4, что достигается включением резистора 10 в змит- терную цепь транзистора 6.

На фиг.2 кривая 1 отображает про

ходную характеристику транзистора 4, кривая 2 - проходную характеристику

транзистора 6 с учетом резистора 10. Из расстояния характеристик следует,

что отношение токов эмиттеров транзисторов 4 и 6 будет иметь вид (фиг.З):

-i Lxp1эб

R.nl%bН т

рде 1

дЧ

и.

Э6

ТОКИ эмиттеров транзисторов 4 и 6 соответственно , разность напрялсений э шттep-бaзa транзисторов 6 и 4 при равных токах, температурный потенциал ( fy 26 мВ при i 20 О.

AU Vrt J/5a4, площади переходов эмиттер-база транзисторов 6 и 4 соответственно.

Таким образом, в предлагаемом устройстве при соответствующем выборе соотношения площадей переходов эмиттер-база транзисторов 4 и 6 и сопротивления резистора 10 достига- высокая эффективность работы цепи дополнительной обратной связи по току нагрузки и цепи защиты стабштигде

5-:

Э6

АЛ

10

203493

затора от перегрузки по выходному . току и рассеиваемой мощности.

Ток срабатывания защиты определяется след тощим образом:

5 1нГ-М1оехРР,, .

где 1 - значение выходного токаисточника 13j

М - отношение площадей пере- .ходов эмиттер-база проходного регулирующего транзистора 1 и транзистора 8.

Стабилизатор постоянного напряжения имеет минимальное падение напряжения вход-выход:

{ eA BMxlMw

Предлагаемый стабилизатор посто явного напряжения по сравнению с известным имеет на 25% меньшее допустимое падение напряжения вход-вы- хоДз что позволяет существенно увеличить его КПД. Так, при выходном напряжении 5 В, известный стабилиза- 25 тор имеет максимальный КПД 63%, а пpeд.лaгae ьш 71%,

Применение стабилизатора постоянного напряжения для электропитания маломощной радиоэлектронной аппаратуры позволит значительно улучшить ее энергетические характеристики.

5

.,2,f8.

20

30

Фиг. /

3,36

Фиг.1

гО«,гг

&и 1

36

иг.З

40