Стабилизатор напряжения Советский патент 1992 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания радиоаппаратуры.

Известна стабилизированная система питания постоянным током по а.с. СССР № 575634, М., кл. G 05 F 1/56, содержащая непрерывный стабилизатор напряжения, N последовательно включенных нестабилизированных источников, выход одного из них с меньшим падением напряжения включен ко входу непрерывного стабилизатора через диод, а выводы остальных источников

питания подключены ко входу непрерывного стабилизатора через диод и коллектор- эмиттерсоответствующего предварительного регулирующего транзистора, и цепь из N-1 последовательно включенных стабисторов, причем один крайний вывод стабисторов соединен с выводом дополнительного источника питания и выходной клеммой, а другие выводы стабисторов подключены через резисторы к другому выводу дополнительного источника и непосредственно - к базам соответствующих

VI

Os

О 4 СЛ

регулирующих транзисторов, причем база предварительного регулирующего транзистора с большим напряжением подключена к выводу стабистора с меньшим напряжением.

В известной стабилизированной системе необходим дополнительный источник питания, гальванически развязанный от основных, что усложняет стабилизированную систему питания. Другим недостатком является то, что к переходам эмиттер-база предварительных регулирующих транзисторов прикладываются значительные обратные напряжения, равные разностям между напряжением основного источника питания и напряжением на их базах, что снижает надежность системы, т.к. величины допустимых напряжений эмиттер-база большинства кремниевых транзисторов равны единицам вольт, в то время как обратные напряжения на указанных переходах превышают эти значения.

Известен стабилизатор напряжения постоянного тока с непрерывным регулированием по а.с. СССР № 531140, М., кл.С 05 F 1/56. Известный стабилизатор содержит основной и N дополнительных регулирующих транзисторов, коллекторы которых подключены соответственно к основному и N дополнительных источникам питания, а эмиттеры к - одной из выходных клемм, и последовательную цепочку из N диодов, подключенную между выходом усилителя постоянного тока и базой N-ro дополнительного регулирующего транзистора, N запирающих транзисторов, один из которых подключен эмиттером непосредственно к базе, базой через двухполюсник, например резистор - к коллектору основного регулирующего транзистора, коллектором - к выходу усилителя постоянного тока, а остальные N-1 запирающих транзисторов подключены эмиттерами непосредственно к базам, базами - через двухполюсник, например резистор - к коллекторам соответствующих N-1 дополнительных регулирующих транзисторов, коллекторами - к точкам соединения диодов последовательной цепочки.

В известном техническом решении резисторы в цепях без запирающих транзисторов выбираются из условия протекания наибольшего тока нагрузки; при пусковых превышениях тока нагрузки этих значений, увеличивается падение напряжения на силовых электродах запирающего транзистора и увеличивается напряжение на выходе усилителя постоянного тока, что вызывает подключение последующих запирающих и регулирующих транзисторов, перепад напряжений на силовых электродах которых имеет значительную величину, что вызывает перегрузку по мощности усилителя постоянного тока, снижающую надежность

стабилизатора напряжения.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности является техническое решение - а.с. по заявке № 4700455, G 05 F 1 /56,1989, содержа0 щее N регулирующих транзисторов, подключенных кллектрами через диоды к N источникам напряжений, измерительно- усилительный узел, выход которого подключен через N-1 последовательно включенных

5 коммутирующих транзисторов к базам регулирующих транзисторов.

В известном техническом решении датчиком включения коммутирующих транзисторов являются токи в цепях баз

0 регулирующих транзисторов, причем порог включения этих коммутирующих транзисторов выбирается несколько большим значения, соответствующего максимальному току нагрузки. В пусковые промежутки времени

5 ток через рабочий регулирующий транзистор может значительно превышать рабочий, что вызывает паразитное включение коммутирующими транзисторами последующих регулирующих транзисторов, напря0 жеьие между силовыми электродами которых имеет значительную величину, что вызывает перегрузки по мощности и способствует снижению надежности стабилизатора. Другим недостатком является

5 подгрузка выхода измерительно-усилительного узла на нерабочие регулирующие транзисторы при снижении напряжений входных источников, при этом увеличивается нагрузка по мощности измерительно-уси0 лительного узла, снижающая надежность стабилизатора.

Целью изобретения является повышение надежности путем снижения пусковых токов через регулирующие транзисторы и

5 снижения выходного тока измерительно- усилительного узла. Указанная цель достигается тем, что в стабилизатор напряжения, содержащий первую группу из N резисторов смещения, вторую и третью группы из

0 N-1 резисторов смещения каждая, первую группу из N-1 коммутирующих транзисторов с проводимость, противоположной проводимости регулирующих транзисторов, N-1 развязывающих диодов, N входных

5 шин для подключения N последовательно соединенных источников питания, выходную и общие шины, измерительно-усилительный узел, 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 соединены с выходной шиной через соответствующие резисторы смещения пер- вой группы, базами, кроме базы последнего регулирующего транзистора подключены к первым выводам соответствующих транзисторов второй группы, резисторы смещения третьей группы подключены параллельно базо-эмиттерным цепям соответствующих коммутирующих транзисторов первой группы, введены вторая группа из N-1 коммутирующих транзисторов с проводимостью, аналогичной проводимости регулирующих транзисторов, четвертая и пятая группы из N-1 резисторов смещения каждая, первая и вторая группы изМ-1 коммутирующих транзисторов каждая, N-1 корректирующих конденсаторов, причем базы первого и последующих коммутирующих транзисторов первой группы подключены к первой и последующим входным шинам через цепочки из последовательно соединенных резистора смещения четвертой группы и коммутирующего диода первой группы, эмиттеры - к выходу измерительно-усилительного узла и к коллектору первого коммутирующего транзистора второй группы, коллекторы кроме коллектора последнего транзистора, подключены соответственно к коллекторам второго и последующих коммутирующих транзисторов второй группы, а коллектор последнего транзистора соединен с базой последнего транзитора, эмитте- ры первого и последующих коммутирующих транзисторов второй группы соединены соответственно со вторыми выводами первого и последующих резисторов смещения второй группы, резисторы пятой группы подключены параллельно коллекторно-базовым цепям коммутирующих транзисторов второй группы, коммутирующие диоды второй группы включены соответственно между базами первого и последующих коммутирующих транзисторов второй группы и первой и последующими входными шинами, корректирующие конденсаторы подключены параллельно коллекторно-базовым цепям коммутирующих транзисторов первой труп- пы.

Новым в предлагаемом техническом решении является подключение объединенных эмиттеров N-1 коммутирующих транзисторов первой группы к выходу изме- рительно-усилительного узла, а коллекторов коммутирующих транзисторов через силовые электроды коммутирующих транзисторов второй группы к базам регулирующих транзисторов.

Существенным отличием предлагаемого технического решения является отсутствие зависимости переключения коммутирующих транзисторов от тока нагрузки стабилизатора, а также отключение выхода измерительно-усилительного узла от баз нерабочих регулирующих транзисторов, что разгружает измерительно-усилительный узел по мощности. Отсутствие паразитного включения регулирующих транзисторов при колебаниях тока нагрузки сверх номинального уровня и разгрузка по мощности измерительно-усилительного узла повышает надежность по отношению к прототипу, где при превышениях тока нагрузки оптимального значения происходит паразитное включение регулирующих транзисторов со значительными перепадами напряжения на силовых электродах, а также измерительно-усилительный узел со своим выходом оказывается подключенны к нескольким регулирующим транзисторам при снижении входных напряжений источников.

Положительный эффект предлагаемого технического решения заключается в повышении надежности вследствие разгрузки измерительно-усилительного узла по мощн- соти путем отключения его выхода от баз нерабочих регулирующих транзисторов, а также исключением паразитного включения регулирующих транзисторов со значительным падением напряжения на силовых электродах при набросах нагрузки, превышающем оптимальное значение.

Сущность изобретения поясняется электрической схемой, изображенной на чертеже. Стабилизатор напряжения содержит основной 1 и дополнительные 2-4 регулирующие транзисторы, основной 5 и дополнительные 6-8 источники питания; транзисторы 1-4 подключены эмиттерами к одному из выходных клемм, измерительно- усилительный узел 9, входом подключенный к выходным клеммам стабилизатора, коммутирующие транзисторы 10-12, эмиттеры которых объединены и подключены к выходу измерительно-усилительного узла 9 и через резисторы 13-15 - к своим базам, подключенным через цепочки из последовательно соединенных резисторов 16-18 и диодов 19-21 к основному 5 и дополнительным 6, 7 источникам питания, а также через конденсаторы 22-24 - к своим коллекторам; отключающие транзисторы второй группы 25-27, причем коллектор транзистора 25 соединен с выходом измерительно-усилительного узла 9 и через резистор 28 - со своей базой, которая соединена через диод 29 с источником питания 5, эмиттер транзистора 25 соединен через резистор 30 с базой регулирующего транзистора 1. Коллекторы транзисторов 26, 27 соединены с коллекторами соответстуующих транзисторов 10, 11 и через резисторы 31, 32 - со своими базами, соединенными через диоды 33, 34 с источниками питания 6, 7. Эмиттеры транзисторов 26, 27 соединены через резисторы 35, 36 с базами регулирующих транзисторов 2, 3, коллектор транзистора 12 соединен с ба- зой регулирующего транзистора 4. Между базами и эмиттерами регулирующих транзисторов 1-4 включены резисторы 37-40. Коллекторы регулирующих транзисторов 1- 3 подключены к источникам питания 5-7 через диоды 41-43.

Работа стабилизатора напряжения основана на пропускании тока нагрузки через регулирующий транзистор с минимальным падением напряжения между коллектором и эмиттером. При максимальном напряжении источников 5-8 ток нагрузки пропускает только транзистор 1, управляемый по цепи базы через последовательно включенный открытый транзистор 25 и резистор 30. Транзистор 25 открыт отпирающим смещением на базе относительно эмиттера через резистор 28, подключенный к коллектору этого транзистороа. диод 29 находится в непроводящем состоянии, т.к. напряжение на его катоде, подключенном к источнику 5, превышает напряжение на аноде, близкое по величине к выходному напряжению измерительно-усилительного узла 9. Транзисторы 10-12 закрыты через резисторы 13-15, вследствие отсутствия отпирающих напряжений на их базах относительно эмиттеров, диоды 19-21 находятся в непроводящем состоянии, так как напряжения на их катодах, подключенных к выходам источни- ков 5-7} превышает напряжения на анодах, равных выходному напряжению измерительно-усилительного узла 9. Вследствие того, что транзисторы 10+312 заперты, разорвана цепь через них, и регулирующие тран- зисторы 2-4 закрыты через резисторы 38-40. При уменьшении напряжений источников до значений, когда напряжение на источнике 5 становится меньше, чем напряжение на0э миттере транзистора 1, диод 19 начинает проводить ток, напряжение на эмиттере транзистора 10 становится больше, чем на базе, он открывается и подключает выход измерительно-усилительного узла 9 к коллектору транзистора 26, послед- ний также открывается смещением на своей базе относительно эмиттера через резистор 31 и подключает указанный выход измерительно-усилительного узла через открытые транзисторы 10, 26 и резистор 35 к базе

регулирующего транзистора 2. Диод 33 находится при этом в непроводящем состоянии, так как напряжение на его катоде превышает напряжение на аноде. Функцию регулирования начинает выполнять транзистор 2, так как база транзистора 1 отключается от измерительно-усилительного узла вследствие закрывания транзистора 25 через диод 29, переходящий в проводящее состояние и уменьшающий напряжение на базе транзистора 25 относительно эмиттера. При дальнейшем уменьшении напряжений входных источников открывается транзистор 11, открывающий в свою очередь транзистор 27. Выход измерительно- усилительного узла 9 оказывается подключенным к базе транзистора 3 через открытые транзисторы 11, 27 и резистор 36. Функцию регулирования начинает выполнять транзистор 3. База транзистора 2 отключается от цепи управления вследствие запирания транзистора 26 через проводящий диод 33, подключающий базу транзистора 26 к выходу источника 6, напряжение на котором меньше, чем на эмиттере транзистора 26. Поэтому транзистор 2 закрывается через резистор 38. Транзистор 10 остается в открытом состоянии. При минимальном напряжении источников 5-8 открывается транзистор 12 через диод 21 и подключает выход измерительно-усилительного узла 9 к базе транзистора 4. Функцию регулирования начинает выполнять транзистор4, транзистор 3 закрывается при этом через резистор 39 вследствие разрыва цепи управления закрывшимся транзистором 27 через диод 34, При увеличении входных напряжений происходит обратный процесс: закрываются транзисторы 4, 12 и открываются транзисторы 3, 27: закрываются транзисторы 3, 27, 11 и открываются транзисторы 2, 26: закрываются транзисторы 2, 26, 10 и открываются транзисторы 1, 25. При этом во всех случаях проводит один из регулирующих транзисторов 1-4. Конденсаторы 22-24 предотвращают пульсации в моменты перехода транзисторов 10-12 из закрытого состояния в открытое и наоборот. Диоды 41-43 предотвращают шунтирование стабилизатора через транзисторы 1-3 при минимальном значении напряжений источников 5-8 в случае использования в качестве регулирующих транзисторов 1-3 составных транзисторов, кристалл которых содержит обратно включенный диод параллельно силовым электродам,

Таким образом, отключение коммутирующими транзисторами второй группы выхода измерительно-усилительного узла от

нерабочих регулирующих транзисторов разгружает его по мощности. Переключение коммутирующих транзисторов первой группы при изменениях входных напряжений и отсутствие зависимости переключений этих транзисторов от превышения выходного тока, исключает паразитное включение регулирующих транзисторов со значительными падениями напряжений на силовых электродах, что, в совокупности, повышает надежность стабилизатора напряжения.

Формула изобретения Стабилизатор напряжения, содержащий N регулирующих транзисторов, первую группу из N резисторов смещения, вторую и третью группыиз N-1 резисторов смещения каждая, первую группу из N-1 коммутирующих транзисторов с проводимостью противоположной проводимости регулирующих транзисторов, N-1 развязывающих диодов, N входных шин для подключения N последовательно соединенных источников питания, выходную и общую шины, измерительно-усилительный узел, 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 соединены с выходной шиной .через соответствующие резисторы смещения первой группы, базами, кроме базы последнего регулирующего транзистора, подключены к первым выводам соответствующих резисторов смещения второй группы, резисторы смещения третьей группы подключены параллельно базо-эмиттерным цепям соответствующих коммутирующих транзисторов первой группы, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем снижения пусковых токов регулирующих транзисторов и выходного тока измерительно-усилительного узла, в него введены вторая группа из N-1 коммутирующих транзисторов с проводимостью аналогичной проводимости регулирующих транзисторов, четвертая и пятая группы из N-1 резисторов смещения каждая, первая и вторая группы из N-1 коммутирующих диодов каждая, N-1

корректирующих конденсаторов, причем базы первого и последующих коммутирующих транзисторов первой группы подключены к первой и последующим входным шинам через цепочки из последовательно

соединенных резистора смещения четвертой группы и коммутирующего диода первой группы, эмиттеры - к выходу измерительно-усилительного узла и к коллектору первого коммутирующего транзистора второй группы, коллекторы, кроме коллектора последнего транзистора, подключены соответственно к коллекторам второго и последующих коммутирующих транзисторов второй группы, а коллектор

последнего транзистора соединен с базой последнего регулирующего транзистора, эмиттеры первого и последующих коммутирующих транзисторов второй группы соединены соответственно с вторыми выводами

первого и последующих резисторов смещения второй группы, резисторы пятой группы подключены параллельно коллекторно-ба- зовым цепям коммутирующих транзисторов второй группы, коммутирующие диоды второй группы включены соответственно между базами первого и последущих коммутирующих транзисторов второй группы и первой и последующими входными шинами, корректирующие конденсаторы

подключены параллельно коллекторно-ба- зовым цепям коммутирующих транзисторов первой группы,

Использование: во вторичных источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры, где требуется высокая надежность. Сущность изобретения: стабилизатор содержит N регулирующих транзисторов, две группы из N-1 коммутирующих транзисторов каждая с соответствующими цепями смещения и измерительно-усилительный узел. Регулирующие транзисторы включены между выходной шиной и N входными шинами для подключения N последовательно соединенных источников питания. Соединение выхода измерительно-усилительного узла с управляющим входом первого регулирующего транзистора через первый коммутирующий транзистор второй группы, с управляющими входами последующих регулирующих транзисторов, кроме последнего, через последовательно соединенные коммутирующие транзисторы первой и второй групп, с управляющим входом последнего регулирующего транзистора через последний коммутирующий транзистор первой группы, а цепей смещения коммутирующих транзисторов первой и второй групп с соответствующими входными шинами, кроме последней, позволяет обеспечить включение только первого регулирующего транзистора при подаче питающего напряжения, а также подачу управляющих токов через два регулирующих транзистора, что устраняет пусковые токи и пиковые мощности регулирующих транзисторов, мощность измерительно-усилительного узла и тем самым способствует повышению надежности стабилизатора. 1 ил. СП с