Стабилизатор напряжения Советский патент 1992 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания и автоматики.

Известен стабилизатор напряжения постоянного тока с непрерывным регулированием, содержащий основной и N дополнительных регулирующих транзисторов, коллекторы которых подключены соответственно к основному и N дополнительным источникам питания, а эмиттеры - к одному из выходных выводов. N запирающих транзисторов, эмиттеры которых соединены с эмиттерами, а базы - с базами соответствующих дополнительных регулирующих транзисторов, при этом база каждого из запирающих транзисторов через резистор подключена к коллектору предыдущего регулйруТо щвго транзистора, а базы основного и дополнительных регулирующих транзисторов чере з резисторы подключены к выходу блока управления.

Однако известное техническое решение имеет значительные пульсации напряжения при максимальных Значениях напряжений входных источников вследствие непосредственной связи входных источников с выходом через резистивные делители и проводящие эмиттерные переходы запирающих транзисторов.

Другим недостатком является потеря работоспособности стабилизатора при малых токах нагрузки из-за непосредственной

а

о

связи входных источников с выходом через резисторы и проводящие эмиттерные переходы запирающих транзисторов, из-за наличия которой выходное напряжение стабилизатора отклоняется от номинального значения.

Известен стабилизатор напряжения, содержащий основной и N дополнительных регулирующих транзисторов, коллекторы которых подключены соответственно к основному и N дополнительным источникам питания, а эмиттеры - к одной из выходных клемм, последовательную цепочку из N диодов, подключенную между выходом усилителя постоянного тока и базой N-ro дополнительного регулирующего транзистора, N запирающихтранзисторов, эмиттерами подключенных к базам, а базами через коллекторы - к коллекторам соответствующих регулирующих транзисторов, коллекторами - к точкам соединения диодов последовательной цепочки.

Однако в известном стабилизаторе напряжения возможна одновременная проводимость двух регулирующих транзисторов, когда предыдущий запирающий транзистор выходит в активный режим, что снижает КПД

Другим недостатком является повышенный уровень пульсаций из-за связи баз регулирующих транзисторов с нестабилизированными источниками через резисторы и эмиттерные переходы запирающихтранзисторов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является стабилизатор, содержащий N регулирующих транзисторов, эмиттеры которых подключены к выходной шине, коллекторы через диоды - к источникам напряжения, включенным последовательно, а базы подключены к выходу измерительно-усилительного узла через силовые электроды коммутирующих транзисторов, включенных последовательно.

В известном техническом решении сигналом Для включения коммутирующего транзистора является превышение тока в цепи базы регулирующего транзистора определенного значения,которое выбирается несколько большим значения соответствующего максимального рабочего тока нагрузки. В пусковые промежутки времени ток через регулирующий транзистор может значительно превышать рабочий, что вызывает паразитное включение коммутирующими транзисторами последующих регулирующих транзисторов со значительными перепадами напряжений на силовых электродах, что способствует снижению надежности стабилизатора.

Цель изобретения - повышение надежности путем исключения паразитного включения регулирующих транзисторов со значительными перепадами напряжений на

силовых электродах.

Указанная цель достигается тем, что в стабилизатор напряжения, содержащий N регулирующих транзисторов, первую и вторую группу из N резисторов смещения каждая, N-1 коммутирующих транзисторов с проводимостью, противоположной проводимости регулирующих транзисторов, третью группу из Км резисторов смещения. N-1 развязывающих диодов, измерительноусилительный узел, N входных шин для подключения последовательно соединенных источников питания, выходную и общую шины, введена четвертая группа из N-1 резисторов смещения, N-1 коммутирующих

диодов и N-1 диодов смещения, N-1 корректирующих конденсаторов, причем первый и последующие коммутирующие транзисторы подключены эмиттерами к в ыходу измерительно-усилительного узла и к второму выводу первого резистора смещения второй группы, коллекторами - к вторым выводам второго и последующих резисторов смещения второй группы, базами - к общей шине через цепочки из последовательно соединенных коммутирующего диода и резистора смещения четвертой группы, точка соединения которых соединена с первой и последующими входными шинами через соответствующий диод смещения, корректирующие конденсаторы включены параллельно коллекторно-базовым цепям соответствующих коммутирующих транзисторов.

Сигналом для включения коммутирующих транзисторов является снижение напряжений входных источников и отсутствие зависимости включения этих коммутирующих транзисторов от изменения тока нагрузки. Поэтому при пусковых превышениях

тока нагрузки отсутствует паразитное включение нештатных регулирующих транзисторов со значительными перепадами напряжений между силовыми электродами, что исключает перегрузки по мощности не0 штатных регулирующих транзисторов в отличие от устройства-прототипа, где при пусковых превышениях тока нагрузки происходит паразитное включение последующих регулирующих транзисторов, что

5 вызывает перегрузку их по мощности, приводящую к снижению надежности стабилизатора.

Положительный эффект предлагаемого технического решения заключается в повышении надежности путем исключения перегрузок по мощности регулирующих транзисторов в пусковые промежутки времени в отличие от устройства-прототипа, где существуют перегрузки по мощности нештатных регулирующих транзисторов в результате паразитного их подключения к выходу измерительно-усилительного узла коммутирующими транзисторами при превышениях тока нагрузки в пусковые промежутки времени.

На чертеже изображена электрическая схема стабилизатора.

Стабилизатор напряжения содержит регулирующие транзисторы 1-4, причем транзисторы 1-3 связаны через диоды 5-7 с источниками 8-10 питания, включенными последовательно, транзистор 4 связан непосредственно с выводом источника 11 питания.

База регулирующего транзистора 1 соединена с цепью управления регулирующими транзисторами через резистор 12, базы регулирующих транзисторов 2-4 соединены через резисторы 13-15 с коллекторами коммутирующих транзисторов 16-18 соответственно, коллекторные переходы которых зашунтированы конденсаторами 19-21, а эмиттерные переходы этих транзисторов зашунтированы резисторами 22-24. Базы запирающих транзисторов 16-18 соединены через встречно-последовательно включенные диоды 25 и 26, 27 и 28, 29 и 30 с выводами источников 8-10 питания соответственно, причем точки соединения между собой указанных диодов соединены с общим выводом источников 8-11 через резисторы 31-33. Измерительно-усилительный узел 34 своими входными выводами соединен с выходными выводами стабилизатора, один из которых является общим с источником 8-11, а другой соединен с обье- диненными эмиттерами регулирующих транзисторов 1-4, причем между эмиттерами и базами этих транзисторов включены резисторы 35-38.

Работа стабилизатора напряжения основана на пропускании тока нагрузки через регулирующий транзистор с минимальным падением напряжения между коллектором и эмиттером. При максимальном напряжении источников 8-11 ток нагрузки пропускает только транзистор 1, управляемый по цепи базы измерительно-усилительным узлом нерез резистор 2. Регулирующие транзисторы 2-4 при этом закрыты, так как их базы оказываются отключенными от выхода измёрит@лшс -ушлительного узла 34 благодаря запертому состоянию коммутирующих транзисторов 16-18, через силовые электроды которых подключены базы указанных

регулирующих транзисторов 2-4. Транзисторы 16-18 оказываются запертыми через резисторы 22-24 из-за отсутствия отпирающего напряжения на их базах относительно 5 эмиттеров благодаря непроводящему состоянию диодов 26, 28 и 30. напряжения на катодах которых, определяемые падениями напряжений на резисторах 31-33, подключенных через проводящие диоды 25, 27 и 29 10 к источникам 8-10, превышают напряжение на анодах, равное выходному напряжению измерительно-усилительного узла 34. При уменьшении напряжения источника 8 до значения, меньшего, чем на эмиттере регу- 15 лирующего транзистора 1, равного выходному напряжению стабилизатора, диод 26 переходит в проводящее состояние, а диод 25 - в непроводящее состояние, так как выход измерительно-усилительного узла 34, 0 напряжение на котором незначительно превышает выходное напряжение стабилизатора, оказывается подключенным через переход эмиттер - база транзистора 16 и диод 26 к одному выводу резистора 31, дру- 5 гой вывод которого соединен с общим выводом источника 8-11. Транзистор 16 открывается и подключает выход измерительно-усилительного узла 34 через резистор 13 к базе транзистора 2, который 0 начинает выполнять функцию регулирующего и пропускать через себя ток нагрузки. Конденсатор 19 выполняет роль антипаразитного и исключает возникновение пульсаций в моменты перехода транзистора 16 из 5 закрытого состояния в открытое, и наоборот. Диод 5 переходит в непроводящее состояние и исключает шунтирование выхода измерительно-усилительного узла 34 на источник 8 питания. Незначительная часть 0 мощности измерительно-усилительного узла, определяемая падением напряжения между коллектором и эмиттером открытого транзистора 16, ответвляется на резистор 12. При дальнейшем уменьшении входных 5 напряжений до значения, когда сумма напряжений источников 8 и 9 становится меньше выходного напряжения стабилизатора, диод 28 переходит в проводящее состояние, а диод 27 - в непроводящее 0 состояние, транзистор 17 открывается через диод 28 и резистор 32 и подключает выход измерительно-усилительного узла 34 через резистор 14 к базе транзистора 3 который начинает выполнять роль регулиру- 5 ющего и пропускать ток нагрузки. При этом конденсатор 20 выполняет роль антипаразитного, как и конденсатор 19. Диод 6 закрывается, транзистор 16 остается в открытом состоянии и пропускает неболь- шой ток, определяемый падениями напряжений на транзисторе 17 и резисторе 14. Транзистор 18 остается в закрытом состоянии. При минимальном сходном напряжении источников 8-11 открывается транзистор 18 через проводящий диод 30 и резистор 33 и закрывается диод 29. Выход измерительно-усилительного узла 34 оказывается подключенным через открытый транзистор 18 и резистор 15 к базе транзистора 4, который начинает пропускать ток нагрузки. Конденсатор 21 выполняет функцию антипаразитного аналогично конденсаторам 19 и 20. Диод 7 закрывается и отключает источник 10 от коллектора транзистора 3, Транзистор 16 и 17 открыты, но мощность, ответвляемая от выхода измерительно-усилительного узла 34 через эти транзисторы и резисторы 12-14, незначительна,благодаря непроводящему состоянию диодов 5-7 При увеличении входных напряжений источников 8-11 происходит обратный процесс: последовательно закрываются транзисторы 18 и 4, 17 и 3, 16 и 2, и при максимальном входном напряжении проводит транзистор 1.

В пусковые промежутки времени ток нагрузки может значительно превышать номинальное значение, однако паразитного включения последующих, относительно рабочего, регулирующих транзисторов не происходит, так как последующие коммутирующие транзисторы оказываются надежно запертыми. Например, напряжения источников 8-11 таковы, что сумма напряжений источников 8 и 9 превышает выходное напряжение стабилизатора, роль регулирующего выполняет транзистор 2, и при пусковых превышениях тока нагрузки включение последующего транзистора 3 не происходит вследствие того, что коммутирующий транзистор 17 заперт через резистор 23, так как диод 28 находится в непроводящем состоянии, и его состояние не зависит от изменения тока нагрузки.

Таким образом, при любых условиях, в том числе при пусковых токовых превышениях, ток нагрузки пропускает один из регулирующих транзисторов 1-4, причем цепь управления этими транзисторами всегда отключена от нестабилизированных источников 8-11 благодаря непроводящему состоянию одного из диодов 25 или 26, 27 или 28. 29 или 30. что уменьшает уровень пульсаций и исключает перегрузки по мощности нештатных регулирующих транзисторов при пусковых токовых превышениях, повышая надежность стабилизатора напряжения.

Ф о р м у л а и з о б р е те н и я

Стабилизатор напряжения, содержащий N регулирующих транзисторов, первую и вторую группы из N резисторов смещения

каждая, N-1 коммутирующих транзисторов с проводимостью, противоположной проводимости регулирующих транзисторов, третью группу из N-1 резисторов смещения, N-1 развязывающих диодов, измерительноусилительный узел, N входных шин для подключения последовательно соединенных HCT04Hnko8 питания, выходную и общую шины, причем первый и последующие регулирующие транзисторы подключены

эмиттерами к выходной шине, коллекторами - к первой и последующим входным шинам, кроме последней, через соответствующие развязывающие диоды, базами - к выходной шине через соответствующие резисторы смещения первой группы, к первым выводам резисторов смещения второй группы, резисторы смешения третьей группы подключены параллельно базозмиттерным цепям соответствующих коммутирующих транзисторов, вход изме- рительно-усилительного узла подключен к выходной и общей шинам, отличающий- с я тем, что, с целью повышения надежности путем снижения пусковых токов, в него введены четвертая группа из N-1 резисторов смещения, N-1 коммутирующих диодов и N- 1 диодов смещения, N1-1 корректирующих конденсаторов, причем первый и последующие коммутирующие транзисторы подключены эмиттерами к выходу измерительно-усилительного узла и второму выводу первого резистора смещения второй группы, коллекторами - к вторым выводам второго и последующих резисторов смещения второй группы, базами - к общей шине через цепочки из последовательно соединенных коммутирующего диода и резистора смещения четвертой группы, точка соединения которых соединена с первой и последующими входными шинами через соответствующий диод смещения, корректирующие конденсатору включены параллельно коллекторно-базоаым цепям соответствующих коммутирующих транзисторов.

Использование: во вторичных источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры, где требуется высокая надежность. Сущность изобретения: стабилизатор содержит N регулирующих транзисторов, N-1 коммутирующих транзисторов с цепями смещения измерительно-усилительный узел. Регулирующие транзисторы включены между выходной шиной и входными шинами для подключения N источников питания. Соединение выхода измерительно- усилительного узла с управляющей цепью первого регулирующего транзистора непосредственно, а с управляющими цепями остальных регулирующих транзисторов - через соответствующие коммутирующие транзисторы, управляющие входы которых подключены к входным шинам, кроме последней, через соответствующие цепи смещения, позволяет обеспечить включение только первого регулирующего транзистора при подаче питающего напряжения, исключить включение остальных регулирующих транзисторов, устранить их Пусковые токи и пиковые мощности рассеШия й ем самым повысить надежность стабилизатора. 1 ил. (Л t