Стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1992 года по МПК G05F1/573 

Фиг.1

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение главным образом для питания радиоэлектронной аппаратуры общего применения, в частности блоков ЭВМ,i

Известен стабилизатор постоянного напряжения, который содержит силовой п-р- п-транзистор, DLC-фильтр, делитель напряжения, резистор, блок управления, четыре управляющих n-p-n-транзистора и один р-п-р-транзистор, ч

Основным недостатком стабилизатора является его сложность,

Известен также стабилизатор постоянного напряжения, Содержащий силовой транзистор, DLC-фильтр, усилитель напряжения, резистор, блок управления и управляющий транзистор.

Основным недостатком этого стабилизатора является отсутствие защиты при коротких замыканиях в нагрузке.

На.иболее близким к предлагаемому является стабилизатор постоянного напряжения, содержащий датчик тока, силовой п-р-п-транзистор, DLC-фИлЪтр, первый и второй p-n-p-транзисторы, первый управляющий n-p-n-транзистор, первый резистор,второйуправляющий n-p-n-транзистор, источник опорного напряжения и делитель напряжения. При этом последовательно между входным и выходным выводами включены датчик тока, силовой n-p-n-транзистор и дроссель „ DLC-фильтра, конденсатор которого вклю- чен между выходными выводом и общей ши- 4 ной. Эмиттеры первого и второго р-п-р-транзисторов соединены с крайними выводами датчика тока, а базы соединены между, собой и подключены к коллектору второго p-n-p-транзистора. Эмиттер первого управляющего n-p-n-транзистора подключен к общей шине. Первый вывод первого резистора соединен с общей шиной, а второй вывод подключен к базе пер- вого управляющего п-р-п-транзистора, База второго управляющего п-р-п-транзи- стора соединена с/юложи тельным полюсом источника опорного напряжения, отрицательный полюс которого подключён к общей шине. Эмиттер второго управляющего n-p-n-транзистора соединен с выходом делителя напряжения, включенного между выходным выводом и общей шиной, а коллектор соединен с общей точкой баз первого и второго p-n-p-транзисторов и коллектора второго р-п-р-транзистора.

Основной недостаток известного устройства состоит в сложности конструкции и повышенной стоимости комплектующих изделий.

Целью изобретения является упрощение устройства..

Сущность изобретения состоит в том, что стабилизатор постоянного напряжения

5 содержит включенные последовательно между входным и выходным выводами датчик тока, силовой n-p-n-транзистор и дроссель DLC-фильтра, конденсатор которого включен между выходным выводом и общей

0 шиной. Имеются первый и второй р-п-р транз исторы, эмиттеры которых соединены

с крайними выводами датчика тока, а базы

соединены между собой и подключены к

коллектору второго р-п-р-трзнзистора.

5 Имеются также первый управляющий п-р- п-транзистор, эмиттер которого подключен к общей шине, и первый резистор, первый вывод которого соединен с общей шиной, а второй вывод подключен к базе первого уп0 равляющего п-р-п-тран зйстора

Имеется второй управляющий п-р-п- транзистор, база которого соединена с положительным полюсом источника опорного напряжения, отрицательный полюс кЧэторо5 го подключен к общей шине, эмиттер соединен с выходом дёлиfeля напряжения, включенного между выходным выводом и общей шиной, а коллектор соединен с общей точкой баз первого и второго р-п-р0 транзисторов и коллектора второго р-п-р-транзистора.

В стабилизатор введен третий р-п-р- транзистор, а датчик тока снабжен отводом, При этом эмиттер третьего р-п-р-транзи5 стора соединен с отводом датчика тока, коллектор подключён к общей точке базы первого управляющего n-p-n-транзистоа и первого резистора, а база - к общей точке баз первого и второго p-ri-p-транзисторов,

40 коллектора второго р-п-р-транзистора и коллектора второго управляющего п-р-п- транзистора. При этом коллектор первого управляющего п-р-п транзистора подключен к базе второго управляющего п-р-п45 транзистора, а коллектор первого р-п-р-транзистора соединен с базой силового п-р-п-транзистора.

Источник опорного напряжения выполнен на стабилитроне, параллельно которо50 му подключен конденсатор, причем анод стабилитрона использован в качестве отрицательного полюса источника опорного напряжения, а катод стабилитрона, через второй резистор соединенный с ёходный

55 выводом, использован в качестве полбжи- тельного полюса источника опорного напряжения.

На фиг. 1 показана принципиальная

электрическая схема предлагаемого стабилизатора постоянного напряжения; на фиг.

2 - временные диаграммы напряжений и токов. Стабилизатор постоянного напряже- ния (фиг. 1) содержит входной 1 и выходной 2 выводы, датчик 3 тока, силовой п-р-п- транзистор4, DLC-фильтр 5 в составе дросселя 6, конденсатора 7 и диода 8, первый 9 и второй 10 p-n-p-транзисторы, первый управляющий п-р-п-транзистор 11, общую шину 12, первый резистор 13, второй управляющий п-р-п-транзистор 14, источник 15 опорного напряжения и делитель 16 напряжения. В стабилизатор введен третий р-п- р-транзистор 17, а датчик 3 тока снабжен отводом. Источник 15 опорного напряжения выполнен на стабилитроне 18 и конденсаторе 19. Имеются также резисторы 20-23.

Между входным 1 и выходным 2 выводами включены последовательно датчик 3 тока, силовой п-р-п-транзистор 4 и дроссель DLC-фильтра 5, конденсатор 7 которого включен между выходным выводом 2 и общей шиной 12. Эмиттеры первого 9 и вто- рого 10 p-n-p-транзисторов соединены с крайними выводами датчика 3 тока, а базы соединены между собой и подключены к коллектору второго р-п-р-транзистора 10. Эмиттер первого управляющего п-р-п- транзистора 11 подключен к общей шине 12. Первый вывод первого резистора 13 соединен с общей шиной 12, а второй вывод подключен к базе первого управляющего п-р-п-транзистора 11. База второго управляющего п-р-п-транзистора 14 соединена с положительным полюсом источника 15 опорного напряжения, отрицательный полюс которого подключен к общей шине 12, эмиттер соединен с выходом делителя 16 напряжения, включенного между выходным выводом 2 и общей шиной 12 Коллектор транзистора 14 соединен с общей точкой баз первого 9 и второго 10 р-п-р-транзисто- ров и коллектора второго р-п-р-транзистора 10.

Эмиттер третьего р-n-р-транзистора 17 соединен с отводом датчика 3 тока, коллектор подключен к общей точке базы первого управляющего п-р-п-транзистора 11 и первого резистора 13, а база - к общей точке баз первого 9 и второго 10 р-п-р-тран- зисторов, коллектора второго р-п-р-тран- зистора- 10 и коллектора второго управляющего п-р-п-транзистора 14. При этом коллектор первого р-п-р-транзистора 9 соединен с базой силового транзистора 4.

Источник 15 опорного напряжения выполнен на стабилитроне 18, параллельно которому подключен конденсатор 19, причем анод стабилитрона 18 использован в качестве отрицательного полюса источника 15 опорного напряжения. Катод стабилитрона 18, через второй резистор 20 соединенный с входным выводом 1, использован, в качестве положительного полюса источника 15 опорного напряжения. Резисторы 21- 5 23 шунтируют базовые цепи транзисторов 4, 17 и 14 соответственно.

Стабилизатор работает следующим образом.

В момент Ti подачи напряжения Еп пи10 тания на вывод 1 и шину 12 выходное напряжение Евых на выходном выводе 2 еще равно нулю. Эмиттер транзистора 14 имеет поэтому близкий к нулю потенциал относительно общей шины 12, а на его базу подается на15 пряжение от вывода 1 через резистор 20. Опорное напряжение Ешна базе транзистора 14 в этих условиях стабилизируется стабилитроном 18 (фиг. 2г). Транзистор 14 отпирается, благодаря чему начинается

0 протекание тока ерез р-п-р-транзистор 10, включенный диодом. Как следствие, отпираются транзисторы 9 и 4, через транзистор 4 и дроссель 6 начинается протекание пилообразного тока и заряда конденсатора

5 7 фильтра 5 (фиг.2а). При этом диод 8 заперт, через транзистор 9 и базоэмиттерный переход транзистора 4 протекает ток Ig. пропорциональный току 4 его коллектора (фиг. 26). По мере нарастания тока k выходное

0 напряжение Евых на конденсаторе 7 и на шине 2 тоже нарастает то тех пор, пока не достигнет заданного номинального значения. В этот момент времени Т% напряжение на эмиттере транзистора 14 и на выходе

5 делителя 16, пропорциональное Евых, становится равным опорному напряжению Е is источника 15 на базе транзистора 14. поэтому он запирается. В результате запираются как транзисторы 9 и 10, так и силовой транзи0 стор 4. протекание тока ц в момент Т2 прекращается. Если ток А при этом не достиг максимально допустимого значения д, то ток через транзистор 17 и базоэмиттерный переход транзистора 11 оказывается слиш5 ком малым для оптирания транзистора 11 (фиг. 2а). Транзисторы 17 и 11 в этих условиях не влияют на работу стабилизатора (это достигается выбором величины части сопротивления датчика 3 между отводом и

0 правым крайним выводом).

В момент Та, когда транзистор 4 запирается, в индуктивности дросселя 6 возникает ЭДС самоиндукции, под действием которой отпирается диод 8. Энергия, накоп5 ленная в индуктивности дросселя 6, передается в конденсатор 7 через диод 8 током в (фиг. 2в).

По мере разряда конденсатора 7 фильтра 5 на внешнюю нагрузку напряжение Евых на выходе стабилизатора уменьшается до тех пор, пока транзистор 14 не откроется снова, затем описанные процессы повторяются. Выходное напряжение Е0ых получается стабилизированным,

Предлагаемое устройство по своему принципу действия является релейно-им- пульсным стабилизатором. В нем в отличие от прототипа обеспечивается пропорционально-токовое управление силовым транзистором: ток базы транзистора 4 пропорционален току А его коллектора. В свою очередь, ток N однозначно связан с величиной тока внешней нагрузки. Пропорционально-токовое управление позволяет обеспечить постоянство режима насыщения силового транзистора 4 в расширенном диапазоне изменений тока нагрузки, что способствует повышению КПД.

Если при возникновении перегрузки на выходе ток U в интервале времени (Ti, 12) проводимости транзистора 4 достигнет максимально допустимой величины 1Д, а напряжение Евых существенно уменьшится, то ток коллектора транзистора 17 станет достаточным для отпирания транзистора 11, что приведет к уменьшению опорного напряжения Eis почти до нуля и к запиранию транзисторов 14, 9 и 4 (фиг. 2а,г, штриховые линии). Этим достигается защита стабилизатора от перегрузок по току.

Формула изобретения

1. Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий включенные последовательно между входным и выходным выводами датчик тока, силовой п-р-п-тран- зистор и дроссель DLC-фильтра, конденсатор которого включен между выходным выводом и общей шиной, первый и второй p-n-p-транзисторы, эмиттеры которых соединены с крайними выводами датчика тока, а базы соединены между собой и подключены к коллектору второго р-п-р-транзистора, первый управляющий п-р-п-транзи- стор, эмиттер которого подключен к общей шине, первый резистор, первый вывод которого соединен с общей шиной, а второй

вывод подключен к базе первого управляющего n-p-n-транзистора, второй управляющий n-p-n-транзистор, база которого соединена с положительным полюсом источника опорного напряжения, отрицательный полюс которого подключен к общей шине, эмиттер соединен с выходом делителя напряжения, включенного между выходным выводом и общей шиной, а коллектор соединен с общей точкой баз первого и второго p-n-p-транзисторов и коллектора второго p-n-p-транзистора, отличающий- с я тем, чго, с целью упрощения, в него введен третий p-n-p-траизистор, а датчик тока снабжен отводом, причем эмиттер

третьего p-n-p-транзистора соединен с отводом датчика тока, коллектор подключен к общей точке базы первого управляющего n-p-n-транзистора и первого резистора, а база - к общей точке баз первого и второго

p-n-p-траизисоров, коллектора второго p-n-p-транзистора и коллектора второго управляющего n-p-n-транзистора, при этом коллектор первого управляющего п-р-п- транзистора подключен к базе второго управляющего n-p-n-транзистора, а коллектор первого p-n-p-транзистора соединен с базой силового п-р-п-транзистора. 2. Стабилизатор поп. 1,отличающий- с я тем, что источник опорного напряжения

выполнен на стабилитроне, параллельно которому подключен конденсатор, причем анод стабилитрона использован в качестве отрицательного полюса источника опорного напряжения, а катод стабилитрона, через

второй резистор соединенный с входным выводом, использован в качестве положительного полюса источника опорного на- пряже ния,

Фие.2

Использование: для питания радиоэлектронной аппаратуры общего применения, в частности блоков ЭВМ, Сущность изобретения: стабилизатор содержит силовой п-р-п- транзистор 4, фильтр 5, делитель напряжения 16, источник опорного напряжения 15, два управляющих п-р-п-транзи- стора 11 и 14, резистор 13, два p-n-р транзистора 9 и 10, датчик тока 3 и третий p-n-р транзистор 17. Схема отличается простотой и обеспечивает защиту стабилизатора от перегрузок по току. 1 з.п. . 2 ил.