Стабилизатор напряжения Советский патент 1991 года по МПК G05F1/569 

3

транзистор . Из-за встречного включения обмоток диод 11 заперт. В момент, когда ток коллектора транзистора k достигнет допустимой величины, напряжение, снимаемое с резистора 15, открывает транзистор 10, который шунтирует входы транзистора 10, Это приводит к запиранию транзистора k . На вторичной обмотке 2 ,на водится ЭЛС самоиндукции.Происходит

процесс перекачки энергии в конденсатор 8 . При коротком замыкании в нагрузке отпирается транзистор 10, на- 5 пряжение компаратора 5 спадает до

нуля и транзистор k закрывается. Конденсатор 8 почти полностью разряжается. После прекращения короткого замыкания стабилизатор переходит в ре- tO жим установления. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам вторичного электропитания, и может быть использовано для питания маломощной бытовой радиоэлектронной an- паратуры. Цель изобретения - упрощение при одновременном обеспечении защиты от перегрузок по току. Стабилизатор содержит трансформатор 1 с первичной 2 и вторичной обмотками 3, силовой транзистор k, компаратор 5 усилитель 6 мощности, делитель 7 напряжения, первый 8 и второй 9 конденсаторы, разрядный транзистор 10, первый 11, второй 12 и третий 13 диоды, источник l опорного напряжения. резисторы 15-17. В стабилизатор введен четвертый 18,пятый 19,шестой 20 диоды. При включении сигнал с компаратора 5 через усилитель 6 мощности включается 23 W НЗ77 Я о с 5S tf С Фиг Л

Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам вторичного электропитания, и может быть использовано для питания маломощной - бытовой радиоэлектронной аппаратуры, например, переносных телевизоров, от автомобильных аккумуляторов.

Целью изобретения является упрощение устройства и одновременно защита от перегрузок по току.

На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема стабилизатора напряжения на фиг, 2 - временные диаграммы напряжений.

Стабилизатор напряжения содержит трансформатор 1 с первичной обмоткой 2 и вторичной обмоткой 3 силовой транзистор 4, компаратор 5, усилитель б мощности, делитель 7 напряжения, первый .8 и второй 9 конденсаторы, разрядный транзистор 10, пер вый 11, второй 12 и третий 13 диоды, источник 1 опорного напряжения, а также резисторы 15-17.

В отличие от известного в стабилизатор введены дополнительный четвертый 18, пятый 19 и шестой 20 диоды, источник 14 выполнен в виде стабилитрона 21 и резистора 22. Генератор тактовых импульсов, триггер, вспомогательный транзистор и дроссель с двумя обмотками, имеющиеся в прототипе, из предлагаемого устройства исключены.

В некоторых случаях параллельно силовому транзистору k может быть включен огра-ничитель 23 амплитуды, например, в составе диода 2k, конденсатора 25 и стабилитрона 26.

Обмотка 2 трансформатора 1 включена между шиной питания Еи и коллектором транзистора , база которого связана с выходом усилителя 6 мощ0

5

0

5

0

5

0

5

ности. Выход делителя 7 присоединен к первому (инвертирующему) входу компаратора 5, Езторой (неинвертирующий} вход которого соединен с положительным полюсом источника 1 (т.е. с катодом стабилитрона 21). Отрицательный полюс этого источника (анод стабилитрона 21) соединен с общей шиной. К ней через обмотку 3 трансформатора 1 присоединен анод диода 11 и через конденсатор 8 подключена первая выходная шина Евых. К коллектору транзистора 10 присоединен катод диода 12. Вторая выходная шина -Е8ы)( соединен с первым входным вы-- водом делителя 7 напряжения.

Вход усилителя 6 соединен с выходом компаратора 5, к каждому из входов которого присоединены соответственно аноды диодов 12 и 13. Катод диода 13 подключен к коллектору транзистора 10, к базе которого присоединены катоды вновь введенных диодов 18, 19 и 20. Анод диода 18 соединен непосредственно с эмиттером транзистора k и через резистор 15 соединен с общей шиной. Анод диода 19 через резистор 16 соединен с анодом-диода 11, катод которого соединен с первой выходной шиной Евы и с вторым входным выводом делителя 7. Эмиттер транзистора 10 соединен непосредственно с общей шиной и через резистор 17 соединен с второй выходной шиной вык ,и с анодом диода 20. К обией шине через конденсатор 8 присоединен первый (инвертирующий) вход компаратора 5. Обмотки 2 и 3 трансформатора 1 -включены встречно одна относительно другой. В базовые цепи транзисторов 4 и 10 включены резисторы 27 и 28.

Стабилизатор работает следующим образом.

В момент полами напряжения питани Е выходное напряжение Ь стабилизатора равно нулю. Опорное напряжение Е.) источника 1, т.е. с катода ста билитронз 21, поступает на неинвертирующий вход компаратора 55 на его инвертирующем входе напряжение равно нулю. В результате на выходе компаратора 5 получается напряжение Eg логической единицы (фиг.2 в), поступающее через неинвертирующий усилитель 6 на базу транзистора k. Он отдирается и через него, обмотку 2 и резистор 15 начинает протекать ток 1 от шины Еп. Диод 11 при этом заперт, так как в силу встречного включения обмотки 3 относительно обмотки 2 напряжение на аноде диода 11 имеет отрицательную полярность относитель- но общей шины. Ток 1 нарастает по приблизительно линейному закону во времени, на резисторе 15 образуется пилообразное напряжение положительной полярности, пропорциональ- ное текущему значению 12 (фиг.2 а и б). В момент, когда значение Е15 достигает пороговой величины F.пор , примерно равной 1, В, транзистор 10 отпирается. Сопротивление R{5 ре- зистора 15 выбирается при этом таким образом, что F.nop /PM5 L , где Iаоп - максимально допустимый ток эмиттера транзистора k (фиг.2 а). Этим обеспечивается защита транзисто- pa k от перегрузок по току. Транзистор 10 через диоды 12 и 13 шунтирует оба входа компаратора 5 и конденсатор 9 на выходе делителя 7. Благодаря этому выходное напряжение Eg ком- паратора приобретает уровень логического нуля (фиг.2 в), а транзистор U запирается. Для более надежного обнуления целесообразно,чтобы при открытом транзисторе 10 напряжение на инвертирующем входе компаратора было бы большим, чем на его инвертирующем входе. С этой целью можно в качестве элемента 13 использовать два последовательно соединенных диода. Энергия накопленная к этому времени в индуктивности обмотки 2 вследствие протекания тока 1г, в момент запирания транзистора 4 вызывает появление ЭДС самоиндукции обратного знака. Под ее действием отпирается диод 11, при этом начинается протекание тока заряда Ig конденсатора 8 через диод 11 (фиг.2 г). Напряжение на аноде

диола 11 и на конденсаторе 8 первоначально возрастает на величину, недостаточную для отпирания диода 19 и база-эмиттерного перехода транзистора 10, включенных последовательно. Поэтому транзистор 10 остается открытым только в течение времени выключения. Транзистор 1 включается снова (режим установления), режим повторяется несколько раздотех пор, пока напряжение Е&Ь(Х не достигнет величины, достаточной для отпирания диода 19 и база-эмиттерного перехода транзистора 10 (фиг.2 а-г). Тогда уже транзистор 10 после начала каждого импульса тока заряда Ig будет удерживаться в открытом состоянии импульсом Е ( , поступающим на базу от анода диода 11 (фиг.2 д). К концу этого импульса выходное напряжение ЕЙЫХ на внешней нагрузке оказывается уже близким к номиналу Ец (фиг.2 е) , а напряжение Е- - близким к опорному напряжению Е. Поэтому в установившемся режиме работы стабилизатора в очередной момент запирания диода 11 (что соответствует окончанию процесса передачи очередной порции энергии из индуктивности трансформатора 1 в конденсатор 8) транзистор 10 запирается, а транзистор Ц отпирается. Конденсатор 9 начинает заряжаться напряжением Е-... через делитель 7 Напряжение . на нем линейно зависит от Е ebtj( и нарастает по закону, близкому к пилообразному (фиг.2 ж). В процессе установления EgblK (. Е и амплитуда пилообразного напряжения Еа на инвертирующем входе компаратора 5 остается меньшей, чем опорное напряжение Е на неинвертирующем входе. В установившемся режиме Eg в процессе нарастания становится равным опорному напряжению . В момент этого равенства выходное напряжение Eg у компаратора 5 спадает до уровня логического нуля (фиг.2 в,ж).Это вызывает запирание транзистора k, a затем отпирание диода 11 и транзистора 10, через который разряжается конденсатор 9. Время разряда конденсатора равно длительности Т и.передачи энергии из индуктивности обмотки- 2 в конденсатор 8 и в нагрузку (фиг.2 д,е,ж). Запирание транзистора. k таким образом происходит уже не при

Е,5 Е

пор , а в условиях, когда наf5

пряжение Hq становится,примерно, равным Е 44 (с точностью ло гистерезиса в компараторе 5). Этот гистерезис определяет величину пульсаций выходного напряжения. Амплитуда пилообразного тока 1 в установившемся режиме в общем случае оказывается меньшей, чем ток в процессе установления стабилизатора (фиг.2 a-e)jQ

Ограничитель 23 обеспечивает за- 1циту транзистора Ц от коммутационных Перенапряжений, обусловленных конечным временем включения диода 1I„

Если ток нагрузки, протекающий Через низкоомный резистор 17, не превышает максимально допустимой величины то паление напряжения В на резисторе 17 недостаточно для от- (чирания диода 20 и транзистора 10, При коротком замыкании в нагрузке или при токовой перегрузке Е возрастает настолько, что отпирается транзистор 10, благодаря чему аналогично описанному выше выходное напряжение Eg компаратора 5 спадает до уровня логического нуля, чем обес печиваегся запирание транзистора 1 и прекращение накопления энергии в индуктивности обмотки 2. При коротком замыкании в.нагрузке конденсатор 8 практически полностью разряжается, поэтому после прекращения короткого замыкания стабилизатор переходит в режим установления. При этом пере--, грузок по току у силового транзистора Ц не наблюдается.

20

25

Формула изобретения

1 „ Стабилизатор напряжения, содержащий трансформатор, силовой транзистор, компаратор, усилитель мощности, делитель напряжения, первый и второй конденсаторы, разрядный транзистор, первый, второй и третий диоды, источник опорного напряжения, а также первый, второй и третий резисторы, при этом первичная обмотка трансформатора включена между шиной питания и коллектором силового транзистооа,

17005 68

база которого соединена с выходом усилителя мощности, выход делителя напряжения присоединен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с положительным выводом источника опорного напряжения, отрицательный вывод которого соединен с общей шиной, к которой через вторичную обмотку трансформатора присоединен анод первого диода , катодом соединенного непосредственно с первой выходной шиной и через первый конденсатор подключенного к общей шине, к коллектору разрядного транзистора присоединен катод второго диода, а к второй выходной шине - первый входной вывод делителя напряжения, отличающийся тем, что, с целью упрощения при одновременном обеспечении защиты от перегрузок по току, в него введены четвертый, пятый и шестой диоды, а вход усилителя мощности соединен с выходом компаратора5 к каждому из входов которого присоеди- нены соответственно аноды второго и третьего диодов, катод третьего диода подключен к коллектору разрядного транзистора, к базе которого присоединены катоды четвертого, пятого и шестого диодов, анод четвертого диода соединен непосредственно с эмиттером силового транзистора и через первый резистор соединен с общей шиной, анод пятого диода через второй резистор соединен с анодом первого диода, катод которого соединен с вторым входным выводом делителя напряжения, эмиттер разрядного транзистора соединен непосредственно с общей шиной и через третий резистор - с второй выходной шиной и анодом шестого диода, к общей шине через второй конденсатор присоединен первый вход компаратора, АС а обмотки трансформатора включены встречно одна относительно другой.

30

35

40

50

а г

8 ,

&

о г hi

о

3 Е«1

fl , A A

О

е Ј«ых

Ж

ЛЛ

Jk

+

п