Стабилизатор напряжения Советский патент 1992 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках питания радиоаппаратуры.

Известен стабилизатор напряжения постоянного тока с непрерывным регулированием, содержащий блок управления, входом подключенный к выходным выводам стабилизатора, основной и N дополнительных регулирующих транзисторс-в, коллекторы которых соединены с выводами для подключения основного и N дополнительных источников питания, а эмиттеры соединены с одним из выходных выводов, N запирающих транзисторов, эмиттеры которых соединены с эмиттерами соответствующих дополнительных регулирующих

транзисторов, а базы через резисторы подключены к коллекторам предыдущих регулирующих транзисторов, причем переходы коллектор - база запирающих транзисторов зашунтированы конденсаторами, N отключающих транзисторов, эмиттеры которых подключены к базам соответствующих регулирующих транзисторов, коллекторы и базы через резисторы подключены к коллекторам соответствующих запирающих транзисторов, а выход блока управления через резисторы подключен к коллекторам отпирающих транзисторов.

Недостатком известного стабилизатора является то, что блок управления необходимо запитывать от N-ro источника, чтобы при

VI

ел

о

00

о

00

минимальном входном напряжении питания блока управления напряжение на нем превышало выходное напряжение. При максимальном входном напряжении блок управления оказывается запитанным от довольно высокого напряжения, что приводит к большой загрузке блока управления и, как следствие, снижает надежность стабилизатора. Кроме того, при снижении напряжений первичных источников до значений, когда напряжение основного источника становится меньше, чем выходное напряжение стабилизатора, выход блока управления оказывается подключенным чер е з прямо- смещенный переход коллектор - база регулирующего транзистора к основному источнику. Блок управления оказывается нагруженным дополнительно через указанную паразитную цепь из прямосмещенного перехода база - коллектор основного транзистора, что также снижает надежность стабилизатора.. ; « „ .

Известен стабилизатор, содержащий блок управления, входом подключенный к выходным выводам стабилизатора, основной и N дополнительных регулирующих транзисторов, коллекторы котор ых соединены с выводам для подключения основного и N дополнительных источников питания, а эмиттеры соединены с одним из выходных выводов, N загшрающих транзисторов, эмиттеры которых соединены с эмиттерами соответствующих дополнительных транзисторов, а базы подключены к коллекторам предыдущих регулирующих тр анзисторов, причем переходы коллектор - база запирающих транзисторов saufyk™ррваны кон- дёнсатбрами, N отключающих транзисторов, эмиттеры которых подключены к базам соответствующих дополнитель- ных регулирующих транзисторов, коллекторы и базы через резисторы подключены к коллекторам соответствующих запирающих транзисторов, N первых диодов, N вторых отключающих транзисторов, коллекторы которых соединены с выводами для подключения соответствующих N до-- полнительных источников питания, эмиттеры N-1 вторых отключающих транзисторов через N-1 первых диодов подключены к одному из питающих выводов блока управления, эмиттер N-ro из вторых отключающих транзисторов соединен с указанным питающим выводом непосредственно, а базы каждого из вторых отключающих транзисторов через последовательную цепочку из введенных первого и второго дополнительных резисторов соединена с выводом для пбдклю чения соответствующих дополнительного источника питания и через первый

из указанных дополнительных; резисторов с коллектором соответствующего запирающего транзистора и с катодом соответствующего из N вторых диодов, анод которого

соединен с резисторами в цепи базы соответствующего из первых отключающих транзисторов, причем N-й из первых диодов включен между эмиттерами N-ro из вторых отключающих транзисторов и выводами для

0 подключения основного источника питания, выход блока управления через резисторы подключен к коллекторам отпирающих транзисторов.

Недостатком известного стабилизатора

5 является невысокая надежность из-за перегрузки блока управления на основной источник напряжения при снижении напряжения указанного источника до величины, меньшей, чем выходное напряжение стабилиза0 тора, когда выход блока управления оказывается подключенным к этому источнику чере з прямосмещенный переход база - коллектор основного транзистора. Кроме того, при снижении напряжений входных

5 источников До значений, когда эти напряжения становятся меньшими, чем выходное, к переходам эмиттер - база запирающих транзисторов Оказываются приложенными обратные напряжения, равные разности

0 между выходным и входным напряжениями. Величины допускаемых обратных напряжений большинстоа кремниевых транзисторов оказываются при этом значительно меньшими, чем указанная разность, что ограни5 чивает область применения кремниевых транзисторов в качестве запирающих всего несколькими типами, а следовательно, снижает технологичность стабилизатора.

Наиболее близким к изобретению по

0 технической сущности и достигаемому результату является стабилизатор, содержащий N регулирующих транзисторов, эмиттеры которых подключены к выходным шинам для подключения основного и допол5 нительных источников напряжения, базы - к первым выводз м основных резисторов смещения, N-1 коммутирующих транзисторов, измерительно-усилительный узел, управляющие входы которого соединены с

0 выходной и общей шинами, дополнительные резисторы смещения, включенные параллельно цепи база - эмиттер регулирующих и Коммутирующих транзисторов противоположного типа проводимо5 сти, при этом вторые выводы основных резисторов смещения, кроме последнего, соединены с базами коммутирующих транзисторов, коллекторы предыдущих коммутирующих транзисторов соединены с эмиттерами последующих коммутирующих

транзисторов, коллектор последнего коммутирующего транзистора соединен с вторым выводом последнего основного резистора смещения, а эмиттер первого коммутирующего транзистора соединен с выводом измерительно-усилительного узла. Датчиком включения коммутирующих транзисторов является ток базы регулирующего транзистора, причем порог включения этих коммутирующих транзисторов выбирается несколько большим значения, соответствующего максимальному току нагрузки.

В пусковые промежутки времени ток через регулирующий транзистор может значительно превышать рабочий что вызывает паразитное включение коммутирующими транзисторами последующих регулирующих транзисторов, напряжение между силовыми электродами которых имеет значительную величину, что вызывает перегрузки их по мощности и способствует таким образом снижению надежности стабилизатора. Другим недостатком является запитывание измерительно-усилительного узла от N-ro источника, чтобы при минимальном входном напряжении перепад напряжения на его выводах превышал выходное напряжение стабилизатора, что вызывает его загрузку по мощности при максимальном входном напряжении, когда напряжение питания имеет максимальную величину, в результате снижается надежность.

Целью изобретения является повышение надежности стабилизатора путем разгрузки блока управления по мощности, а также исключением паразитное о включения нештатных регулирующих транзисторов в пусковые моменты времени

Указанная цель достигается тем. что в стабилизатор напряжения, содержащий первую группу из N резисторов смещения, подключенных параллельно базоэмиттер- ным цепям регулирующих транзисторов, первую группу из N-1 коммутиругощихтран- зисторов с проводимостью, противоположной проводимости регулирующих транзисторов, вторую группу из N-1 резисторов смещения, третью группу из N-1 резисторов смещения, третью группу из N-1 резисторов смещения, подключенных соответственно параллельно базоэмиттерным цепям коммутирующих транзисторов первой . группы, измерительно-усилительный узел, входом подключенный к выходной и общей шинам, а регулирующие транзисторы подключены эмиттерами к выходной шине, коллекторами - к соответствующим шинам, хроме последней, для подключения М последовательно соединенных источников питания через развязывающие диоды, базами второго и последующих регулирующих транзисторов, кроме первого и последнего, подключены к первым выводам 5 соответствующих резисторов второй группы, введены вторая и третья группы из N-2 коммутирующих транзисторов каждая, четвертая и пятая группы из N-1 резисторов смещения каждая, шестая/седьмая и вось- 10 мая группы из IM-2 резисторов смещения каждая, первая группа из N-f коммутирующих диодов, вторая группа из N-2 раздели- тельных диодов, дополнительные коммутирующие транзисторы и диод, N-1 15 корректирующих конденсаторов, причем выход измерительно-усилительного узла соединен с эмиттерами коммутирующих транзисторов первой группы, с базой первого регулирующего транзистора через цепь кол0 лектор- омиттер дополнительного коммутирующего транзистора, база которого соединена с коллектором через первый резистор смешения второй группы, с первой входной шиной через дополнительный ком5 мутирующий диод, коллекторы коммутирующих транзисторов первой группы, кроме последнего, соединены с вторыми выводами второго и последующих резисторов сме- щения второй группы, коллектор

0 последнего коммутирующего транзистора первой фуппы соединен с базой последнего регулирующего транзистора, базы - с первой и последующими входными шинами, кроме последней, через цепочки из после5 довательно соединенных резистора смещения четвертой группы и коммутирующего диода первой гоуппы, корректирующие конденсаторы подключены параллельно цепям коллектор - база соответствующих комму0 тирующих транзисторов первой группы, коммутирующие транзисторы второй группы подключены эмиттерами к первой и последующи, входным шинам, базами - к первому v последующим регулирующим

5 транзисторам через соответствующие резисторы смещения шестой группы, коллекторами - к базам соответствующих транзис оров третьей группы через соответствующие резисторы смещения седьмой

0 группы резисторы смещения восьмой группы подключены параллельно базоэмиттерным переходам транзисторов третьей группы резисторы смещения пятой группы подключены параллельно цепям коллектор

5 -эмиттер регулирующих транзисторов, кроме последнего, ввод питания измерительно- усилительного узла Соединен с второй шиной чзрез соответствующий развязывающий диод второй группы, с третьей и после- дующими входными шинами, кроме

последней, через последовательно соединенные соответствующие развязывающий диод второй группы и цепь коллектор эмиттер коммутирующей транзистора третьей группы, с последней вводной ши- ной через цепь коллектор- эмиттер последнего коммутирующего транзистора третьей группы, при этом проводимость коммутирующих транзисторов второй группы аналогична проводимости регулирующих транзисторов, а проводимость коммутирующих транзисторов третьей группы противоположна проводимости регулирующих транзисторов.

Дополнительный коммутирующий тран- зистор отключает базу первого регулирующего транзистора при снижении первого входного источника питания до значения напряжений, меньшего выходного напряжения, коммутирующие транзисторы вто- рой группы управляют коммутирующими транзисторами третьей группы таким образом, что напряжение на измерительно-усилительном узле при всех условиях поддерживается на минимальном уровне, что способствует исключению перегрузки по мощности. Сигнал управления коммутирующими транзисторами первой группы появляется при снижении входных напряжений до значений, меньших выход- ного напряжений. В устрдйстве-прототипе сигналом управления коммутирующими транзисторами является ток базы регулирующего транзистора.

В предлагаемом техническом решении происходит отключение первого регулирующего транзистора от выхода измерительно- усилительного узла при снижении напряжения первого входного источника до значения, меньшего выходного, что умень- шает токовую нагрузку этого узла. Автоматическое переключение выводов питания измерительно-усилительного узла к входному источнику, имеющему незначительное превышение относительно выходного на- пряжения, исключает перегрузку указанного узла по мощности в отличие от устройства-прбтотипа, где выводы питания измерительно-усилительного узла подключены постоянно к наибольшему напряже- нию, что способствует большей загрузке по мощности этого узла при максимальных значениях входных напряжений. Переключение коммутирующих транзисторов первой группы при изменении входных напряжений, а не базовых токов регулирующих транзисторов, исключает паразитное включение нештатных регулирующих транзисторов в пусковые промежутки времени и в связи с этим их перегрузки, что повышает

надежность по отношению к прототипу, где перегрузки указанных регулирующих транзисторов в пусковые моменты времени присутствуют.

Положительный эффект достигается снижением рассеиваемой мощности измерительно-усилительного узла, а также исключением перегрузок регулирующих транзисторов в пусковые промежутки времени, что повышает надежность.

На чертеже изображена электрическая схема стабилизатора.

Стабилизатор содержит основной источник 1 напряжения, последовательно с которым включены дополнительные источники 2-4 напряжений, основной регулирующий транзистор 5, дополнительные регулирующие транзисторы 6-8, эмиттеры которых объединены и соединены с выходным выводом стабилизатора, а базы соеди- нены со своими эмиттерами через резисторы 9-12, причем база регулирующего транзистора 5 соединена с эмиттером отключающего транзистора 13, а базы регулирующих транзисторов 6 и 7 соединены с коллекторами отключающих транзисторов 14 и 15 через резисторы 16 и 17 соответственно, база регулирующего транзистора 8 соединена с коллектором транзистора 18 непосредственно, переходы коллектор- база транзисторов 14, 15 и 18 зашунтированы конденсаторами 19-21, переход коллектор - база отключающего транзистора 13 за- шунтирован резистором 22, а переходы база - эмиттер транзисторов 14, 15 и 18 зашунтированы резисторами 23-25, коллекторы основного 5 и дополнительных 6 и 7 регулирующих транзисторов соединены с соответствующими источниками 1-3 напряжений через диоды 26-28, Выход измерительно-усилительного узла 29 соединен с коллектором дополнительного транзистора 13 и эмиттерами коммутирующих транзисторов первой группы 14, 15 и 18. Между коллекторами и эмиттерами регулирующих транзисторов 5-7 включены резисторы 30- 32. Коммутирующие транзисторы 33 и 34 второй группы эмиттерами соединены с источниками 1 и 2 напряжений соответственно, базами через резисторы 35 и 36 - с коллекторами регулирующих транзисторов 6 и 5. Через цепочки из последовательно соединенных резисторов 37-39 и диодов 40-42 базы первых коммутирующих транзисторов 14,15 и 18 соединены с источниками 1-3 питания. База транзистора 13 через диод 43 подключена к источнику 1 питания. Коллекторы коммутирующих транзисторов 33 я 34 соединены через резисторы 44 и 45 с базами коммутирующих транзисторов 46

и 47 третьей группы, эмиттеры которых соединены с источниками 3 и 4 напряжений соответственно и со своими базами черев резисторы 48 и 49. Коллектор транзистора 46 соединен с питающим выводом измери- тельно-усилительного узла 29 через диод 50, а коллектор транзистора 47 соединен с указанным выводом непосредственно, источник 2 напряжения соединен с питающим выводом измерительно-усилительного узла через диод 51.

Работа стабилизатора напряжения основана на пропускании тока нагрузки через транзистор с минимальным падением напряжения между коллектором и эмиттером. При максимальном напряжении источников 1-4 ток нагрузки пропускает только транзистор 5, коллектор которого подключен к основному источнику 1 напряжения через открытый диод 26, а база подключена к вы- ходу измерительно-усилительного узла через открытый транзистор 13. Последний открыт положительным смещением относительно эмиттера, приложенным со своего коллектора через резистор 22 Диод 43 при этом находится в непроводящем состоянии, так как к его катоду приложено большее напряжение, чем к аноду, подключенному к источнику 1. Коммутирующие транзисторы 33 и 34 находятся в закрытом состоянии, так как к переходам база - эмиттер этих транзисторов приложены через резисторы 35 и 36 обратные запирающие напряжения, равные прямым падениям напряжений на вторых Диодах 26 и 27. Диод 26 открыт благодаря протеканию коллекторного тока через регулирующий транзистор 5, а диоды 27 и 28 открыты токами через резисторы 31 и 32, Резисторы 31 и 32 выбираются из условия протекания через них тока, который по величине значительно меньше, чем ток нагрузки, поэтому указанные резисторы не оказывают существенного влияния на качественные показатели стабилизатора. Коммутирующие транзисторы 14, 15 и 18 закрыты через резисторы 23-25, благодаря наличию которых отсутствует отпирающее напряжение на базе каждого из этих транзисторов относительно эмиттера. Диоды 40-42 находятся в непроводящем состоя- нии, так как напряжение на их катодах, под- ключенных через резисторы 37-39 и последовательно соединенные диоды 40-42 к источникам 1-3 напряжений, превышают напряжения на анодах, подключенных че- рез резисторы 23-25 к выходу измерительно-усилительного узла 29. Отключающие транзисторы 46 и 47 третьей группы также закрыты из-за отсутствия отпирающих напряжений на их базах относительно эмиттеров вследствие того, что закрыты коммутирующие транзисторы 33 и 34 первой группы Выход измерительно-усилительного узла 29 оказывается подключенным через диод 51 к ис1 очнику 2. При уменьшении входного напряжения до зна. напряжение источника 1 ста нетме ыйим чемна выходе стабилизатора, диод проводящее состояние, потенциал на эмиттере транзистора 14 становится большим, чем на базе, указанный транзистор открывается и подключает выход измерительно-усилительного узла 29 к базе транзистора 6, кото- рый начинает еыполнят функцию регулирующего. Диод 43 также открывается, потенциал на базе транзистора 13 становится меньшим, чем на эмиттере, транзистор 13 закрывается и отключает базу регулирующего транзистора 5 от выхода измерительно-усилительного узла 29, поэтому указанный транзистор закрывается через резистор 9. Открывается транзистор 33 через резисторы 30 и 35, который открывает, в свою очередь, транзистор 46, подключающий через диод 50 напряжение с выхода источника 3 к питающему выводу измерительно-усилительного узла 29, При дальнейшем уменьшении напряжений источников, когда напряжение на выходе источника 2 становится меньше-выходного, открывается транзистор 15 через диод 41, который переходит в проводящее состояние, и функцию регулирования начинает выполнять тракзи- стор 7, тзк как его база оказывается подключенной через транзистор 15 к выходу измерительно-усилительного узла 29. При этом на резисторе 16 падает напряжение, примерно равное падению напряжения между коллектором и эмиттером открытого транзистора 15, и потери мощности на указанном резисторе вследствие малости паде- ния напряжения незначительны Открывается транзистор 34 через резистор 36, подключающий базу транзистора 47 через резистор 45 и открытый транзистор 34 к источнику 2 напряжения. При минимальном входном напряжении источников открывается транзистор 18 через диод 42, переходящий в проводящее состояние, и Функцию регулирования начинает выполнять транзистор 8. При этом транзисторы 33 и 34 остаются в открытом состоянии, транзисторы 14 и 15 также открыты, на резисторе 16 падает напряжение, равное падению напряжения между коллектором и эмиттерами транзисторов 15 и 18, а на резисторе 17 - равное падению напряжения на транзисторе 18 Ввиду малости падений напряжений на указанных открытых транзисторах потери из- за протекания тока с выхода

измерительно-усилительного узла 29 через указанные резисторы незначительны. Транзистор 46 открыт, но напряжение На питающий вывод усилительно-измерительного узла 29 поступает через открытый транзистор 47, так как диоды 50 и 51 оказываются в непроводящем состоянии. Конденсаторы 19-21. включенные между коллекторами и базами транзисторов 14, 15 и 18, предотвращают паразитные пульсации при переходе из закрытого состояния в открытое, и наоборот. При повышении входных напряжений процессы протекают в обратном направлении: закрываются транзисторы 47 и 46, открывается транзистор 13, закрываются транзисторы 18, 15 и 14.

Таким образом, в предложенном стабилизаторе снижена рассеиваемая мощность измерительно-усилительного узла, исключено паразитное включение регулирующих транзисторов со значительным перепадом напряжения между силовыми электродами в пусковые промежутки времени, что повышает надежность стабилизатора.

Формула изобретения

Стабилизатор напряжения, содержащий N регулирующих транзисторов, первую группу из N резисторов смещения, подключенных соответственно параллельно базоэ- ммттерным цепям регулирующих транзисторов, первую группу из N-1 коммутирующих транзисторов с проводимостью, противоположной проводимости регулирующих транзисторов, вторую группу из N-1 резисторов смещения, третью группу из N-1 резисторов смещения, подключенных соответственно параллельно базозмиттерйым цепям коммутирующих транзисторов первой группы, измерительно-усилительный узел, входом подключенный к выходной и общей шинам, а регулирующие транзисторы подключены эмиттерами к выходной шине, коллекторами - к соответствующим входным шинам, кроме последней, для подключения N последовательно соединенных источников питания через развязывающие диоды, базами второго и последующих регулирующих транзисторов, кроме первого и последнего, подключены к первым выводам соответствующих резисторов второй группы, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем снижения пусковых токов регулирующих транзисторов и мощности рассеяния измерительно-усилительного узла, в него введены, вторая и третья группы из N-2 коммутирующих транзисторов каждая, четвертая и пятая группы из N-1 резисторов смещения каждая, шестая, седьмая и восьмая группы из N-2 резисторов смещения каждая, первая группа из N-1 коммутирующих диодов, вторая группа из N-2 разделительных диодов, дополнительные коммутирующие транзистор и диод, М-1 корректирующих конденсаторов, причем выход измерительно-усилительного узла соединен с эмиттерами коммутирующих транзисторов первой группы, с базой

0 первого регулирующего транзистора через цепь коллектор - эмиттер дополнительного коммутирующего транзистора, база которого соединена с коллектором через первый резистор смещения второй группы, с пер5 вой входной шиной через дополнительный коммутирующий диод, коллекторы коммутирующих транзисторов первой группы, кроме последнего, соединены с вторыми выводами второго и последующих резисто0 ров смещения второй группы, коллектор последнего коммутирующего транзистора первой группы соединен с базой последнего регулирующего транзистора, базы - с первой и последующими входными шинами,

5 кроме последней, через цепочки из последовательно соединенных резистора смещения четвертой группы и коммутирующего диода первой группы, корректирующие конденсаторы подключены параллельно цепям

0 коллектор - база соответствующих коммутирующих транзисторов первой группы, коммутирующие транзисторы второй группы подключены эмиттерами к первой и последующим входным шинам, базами - к

5 первому и последующим регулирующим транзисторам через соответствующие резисторы смещения шестой группы, коллекторами - к базам соответствующих коммутирующих транзисторов третьей

0 группы через соответствующие резисторы смещения седьмой группы, резисторы смещения восьмой группы подключены парал- лельнЪ базозмиттерным переходам коммутирующих транзисторов третьей

5 группы, резисторы смещения пятой группы подключены параллельно цепям коллектор - эмиттер регулирующих транзисторов, кроме последнего, йвод питания измерительно- усилительного узла соединен с второй

0 входной шиной через соответствующий развязывающий диод второй группы, с третьей и последующими входными шинами, кроме последней, через последовательно соединенные соответствующие развязывающий

5 диод второй группы и цепь коллектор - эмиттер коммутирующего транзистора третьей группы, с последней входной шиной через цепь коллектор - эмиттер последнего коммутирующего транзистора третьей груп- пы, при этом проводимость коммутирующих

транзисторов второй группы аналогична проводимости регулирующих транзисторов, а проводимость коммутирующих тран-

зисторов третьей группы противоположна проводимости регулирующих транзисторов

Использование: во вторичных источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры, где требуется высокая надежность. Сущность изобретения: стабилизатор содержит N регулирующих транзисторов, включенных между выходной и N входными шинами, измерительно-усилительный узел и три группы коммутирующих транзисторов с цепями их смещения. Соединение выхода измерительно-усилительного узла с управляющими входами регулирующихтранзисторовчерез коммутирующие транзисторы первой группы, ввода питания измерительно-усилительного узла с входныйти Шинами через коммутирующие транзисторы второй и третьей групп, а цепей смещения коммутирующих транзисторов с входными шинами позволяет обеспечить включение только первого регулирующего транзистора при подаче питающего наНрКжёнйя, исключить включение остальных регулирующих транзисторов, снизить уровень напряжения питания измерительно-усилительного узла, уменьшить пусковые токи итоковые мощности рассеяния регулирующих транзисторов и измерительно-усилительного узла и тем самым повысить надежность стабилизатора. 1 ил. сл С