Универсальный высоковольтный стабилизатор напряжения Советский патент 1992 года по МПК G05F1/569 

Фиг. 1.

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в устройствах питания радиоэлектронной аппаратуры.

Известны стабилизаторы напряжения. Наиболее близким к данному изобретению является универсальный высоковольт- ный стабилизатор напряжения, отличающийся возможностью получения выходного напряжения разной полярности, уменьшенными остатками выходного напряжения в выключенном состоянии и повышенной надежностью содержащий соединенные последовательно регулирующий транзистор итокоограничительный резистор, включенные в первую силовую шину, причем коллектор регулирующего транзистора и свободный вывод токоогра- ничительного резистора соединены соответственно с первым входным и первым выходным выводами, транзистор защиты, коллектор которого подключен к базе регулирующего транзистора, эмиттером соеди- ненного с базой, а через токоограничительный резистор - с эмиттером транзистора защиты, первый модулятор, выход которого через первый разделительный конденсатор подключен к входу первого детектора, выходом соединенного с базой регулирующего транзистора, генератор импульсов, выход которого подключен к первому входу первого модулятора, операционный усилитель, инвертирующий вход которого через первый резистор соединен с первым выходным выводом и через второй резистор - с общей шиной, неинвертирующий вход соединен с первым выводом третьего резистора и через четвертый резистор К - с вторым выходным выводом, через вторую силовую шину соединенным с вторым входным выводом, а выход операционного усилителя подключен к второму входу первого модулятора, ключ управления, вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход - с вторым выводом третьего резистора, конденсатор, включенный между первым и вторым выходными выводами.

Недостатком данного стабилизатора является отсутствие возможности ускоренного закрывания выходного регулирующего транзистора, что не позволяет использовать данный стабилизатор в ключевом режиме, а только в линейном.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения работы как в линейном, так и в ключевом режимах.

Поставленная цель достигается тем. что в универсальный высоковольтный стабилизатор напряжения введены запирающий транзистор, второй детектор, второй разделительный конденсатор, второй модулятор, инвертор, компаратор, элемент И, триггер и

выводы для подключения источников сигнала Пуск и Сброс, причем коллектор запирающего транзистора подключен к базе регулирующего транзистора. Эмиттер - к первому выходному выводу, а база через

0 соединенные последовательно второй детектор и второй разделительный конденсатор соединена с выходом второго модулятора, первый вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а вто5 рой вход через инвертор соединен с выходом операционного усилителя подключенные также к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход - с пер0 вым входом элемента И, вторым входом подключенного к выводу для подключения источника сигнала Пуск, а выходом - к первому входу триггера, второй вход которого соединен с выводом для подключения

5 источника сигнала Сброс, а выход триггера подключен к управляющему входу ключи управления,

На фиг, 1 изображена структурная схема универсального высоковольтного стаби0 лизатора напряжения; на фиг, 2 - временные характеристики его работы.

Универсальный высоковольтный стабилизатор напряжения, содержащий соединенные последовательно регулирующий

5 транзистор 1 и токоограничительный резистор 2, включенные в первую силовую шину, причем коллектор регулирующего транзй стора 1 и свободный вывод токоограничй тельного резистора 2 соединены

0 соответственно С первым входным 3 и пер - вым выходным 4 выводами, коллектор трай- зистора защиты 5 подключен к базе регулирующего транзистора 1, эмиттеров соединенного с базой, а через токоогранй

5 чительный резистор 2-е эмиттером транзистора защиты 5, выход модулятора 6 чере разделительный конденсатор 7 подключен к входу детектора 8, выходом соединенного с базой регулирующего транзистора 1. выход

0 генератора импульсов 9 подключен к первому входу модулятора 8, инвертирующий вход операционного усилителя 10 через резистор 11 соединен с первым выходным выводом 5 и через резистор 12 - с общей

5 шиной, неинвертирующий вход соединен с первым выводом резистора 13 и через резистор 14 - с вторым выходным выводом 15, через вторую силовую шину соединенным с вторым входным выводом, а выход операционного усилителя 10 подключен к второму

входу модулятора 8, вход ключа управления 16 соединен с источником опорного напряжения 17, а выход - с вторым выводом резистора 13, конденсатор 18, включенны между первым и вторым выходными выво- дами 4 и 15, коллектор запирающего транзистора 19 подключен к базе регулирующего транзистора 1, эмиттер - к первому выходному выводу 4, а база через соединенные последовательно детектор 20 и разделительный конденсатор 21 соединена с выходом модулятора 22, первый вход которого подключен к выходу генератора импульсов 9, а второй через инвертор 23 соединен с выходом операционного усили- теля 10, подключенным также к первому входу компаратора 24, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения 17, а выход-с первым входом элемента И 25, вторым входом подключенного к выво- ду 26 для подключения источника сигнала Пуск, а выходом - к первому входу триггера 27, второй вход которого соединен с выводом 28 для подключения источника сигнала Сброс, а выход триггера 27 под- ключей к управляющему входу ключа управления 16.

Универсальный высоковольтный стабилизатор напряжения может работать как в линейном, так и в ключевом режиме.

В линейном режиме стабилизатор работает следующим образом.

Генератор импульсов 9 вырабатывает сигнал с частотой 1-5 МГц(см.фиг. 2.1), Этот сигнал поступает на модулятор 8, на выходе которого формируется такой же сигнал, но модулированный по амплитуде (см.фиг. 2.2). Амплитуда этого сигнала определяется выходным напряжением операционного усилителя 10 и может устанавливаться с большой точностью в зависимости от сигналов на его входе.

В случае выходного напряжения положительной полярности (силовая шина 15 подключена к общей шине) сигнал обратной связи поступает через делитель напряжения, состоящий из резисторов 11 и 12, .о инвертирующий вход операционного усилителя 10, на неинвертирующий вход поступает напряжение с источника опорного напряжения 17, через ключ 16 и резистор 13. Изменение напряжения на выходе первой силовой шины 4 стабилизатора, например, его увеличение, вызывает уменьшение напряжения на выходе операционного уси- лителя 10, уменьшая амплитуду сигнала на выходе модулятора 8.

Сигнал с выхода модулятора 8 через емкость 7 и детектор 6 поступает на базу регулирующего транзистора 1, при этом уровень

базового тока IBI определяется амплитудой модулированного напряжения (см.фиг, 2,3). Уменьшение напряжения, выпрямляемого детектором 6, вызывает закрывание регулирующего транзистора 1, что обеспечивает снижение выходного напряжения до исходного уровня. Конденсатор 18 служит для замыкания переменной составляющей сигналов модуляторов 8 и 22.

В случае получения выходного напряжения отрицательной полярности (выход первой силовой шины 4 подключен к общей шине) сигнал обратной связи поступает через делитель, состоящий из резисторов 13 и 15. В остальном работа стабилизатора аналогична.

Стабилизатор выключается путем подачи сигнала Сброс на вход 28,триггер 27 переводится в состояние Выключено и выключается ключ 16, на выходе операционного усилителя 10, а следовательно и стабилизатора, устанавливается нулевое напряжение.

При подаче сигнала Пуск на вход 26 этот сигнал через схему И 25 устанавливает триггер 27 в состояние Включено, напряжение с источника опорного напряжения 17 через ключ 16 и резистор 13 поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя 10 и на выходе стабилизатора появляется исходное напряжение.

При перегрузке стабилизатора по выходному току увеличивается падение напряжения на токоограничительном резисторе 2, и открывается транзистор защиты 5, забирая на себя базовый ток регулирующего транзистора 1. Выходной сигнал операционного усилителя 10 отрабатывает снижение выходного напряжения на выходе стабилизатора, и напряжение на выходе операционного усилителя возрастает до максимально возможного. Это приводит к Срабатыванию компаратора 24, который в свою очередь устанавливает триггер 27 в состояние Выключено, на-выходе операционного усил ителя 10 низкий уровень выходного напряжения, и регулирующий транзистор 1 закрывается полностью.

Работа стабилизатора в ключевом режиме.,

В этом случае регулирующий транзистор 1 , должен работать в режиме насыщения и иметь минимально возможное время выключения. С этой целью используется запирающий транзистор 19, который управляется сигналим модулятора 20.

Управление операционным усилителем 10 возможно как непосредственно по его входам, так и с помощью входов 26 Пуск и 28 Сброс, на которые поступает широтноодулированный сигнал со схемы управле- ия в зависимости от напряжения на выходе табилизатора. При уменьшении напряжеия на выходе стабилизатора схема управения выдает сигнал Пуск на вход 26, при том включается ключ управления 16, на выходе операционного усилителя 10 появяется напряжение, которое посредством модулятора 8 через разделительный коненсатор 7 и детектор 6 открывает регулирующий транзистор 1. Напряжение на выходе стабилизатора 5 увеличивается, достигая требуемого значения. После этого схема управления выдает сигнал Сброс на вход 28. Ключ 16 закрывается, на выходе операционного усилителя 10, а следовательно, и базе регулирующего транзистора 1 напряжение уменьшается до нуля. Одновременно на выходе инвертора 23, а следовательно и на выходе модулятора 22 появляется напряжение, которое через разделительный конденсатор 21 и детектор 20 поступает в базу запирающего транзистора 19, обеспечивая ускоренное закрывание регулирующего транзистора 1. Напряжение на выходе стабилизатора уменьшается, Схема управления выдает сигнал Пуск на вход 26 и процесс повторяется,

Таким образом, ключевой режим регулирующего транзистора 1 обеспечивает по- очередным формированием сигнала, подаваемого на детекторы 6 или 20 с помощью включения одного из модуляторов 8 или 22. Формируемые при этом сигналы изображены на фиг, 2.4 и 2.5. Напряжение, формируемое регулирующим транзистором 1 в ключевом режиме, показано на фиг, 2.6. Формула изобретения Универсальный высоковольтный стабилизатор напряжения, содержащий соединенные последовательно регулирующий транзистор и токоограничительный резистор, включенные в первую силовую шину, причем коллектор регулирующего транзистора и свободный вывод токоограничи- тельного резистора соединены соответственно с первым входным и первым выходным выводами, транзистор защиты, коллектор которого подключен к базе регулирующего транзистора, эмиттером соединенного с базой, а через токоограничительный резистор - с эмиттером

транзистора защиты, первый модулятор, выход которого через первый разделительный конденсатор подключен к входу первого детектора, выходом соединенного с

базой регулирующего транзистора, генератор импульсов, выход которого подключен к первому входу первого модулятора, операционный усилитель, инвертирующий вход которого через первый резистор соединен с

первым выходным выводом и через второй резистор - с общей шиной, неинвертирующий вход соединен с первым выводом третьего резистора и через четвертый резистор - с вторым выходным выводом, через

вторую силовую шину соединенным с вторым входным выводом, а выход операционного усилителя подключен к второму входу первого модулятора, ключ управления, вход которого соединен с источником опорного

напряжения, а выход - с вторым выводом третьего резистора, конденсатор, включенный между первым и вторым выходными выводами, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения работы как в линейном, так и в ключевом режимах, в него введены запирающий транзистор, второй детектор, второй разделительный конденсатор, второй модулятор, инвертор, компаратор, элемент И, триггер и выводы для подключения источников сигнала Пуск и Сброс, причем, коллектор запирающего транзистора подключен к базе регулирующего транзистора, эмиттер - к первому выходному выводу, а база через соединенные последовательно второй детектор и второй разделительный конденсатор соединена с выходом второго модулятора, первый вход которого подключен к выходу генератора

импульсов, а второй вход через инвертор соединен с выходом операционного усилителя, подключенным также к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, а

выход - с первым входом элемента И, вторым входом подключенного к выводу для подключения источника сигнала Пуск, а выходом - к первому входу триггера, второй вход которого соединен с выводом для подключения источника.сигнала Сброс, а выход триггера подключен к управляющему входу ключа управления.

U9

ЛМЖШШШШ

Фиг. 2.1.

Использование: в устройствах питания радиоэлектронной аппаратуры Сущность 1 2 --х/ изобретения: устройство содержит регулирующий транзистор 1, транзистор защиты 5, запирающий транзистор 19, детекторы 6. 20, модуляторы 8,22, генератор импульсов 9, операционный усилитель 10, инвертор 23, компаратор 24,-источник опорного напряжения 17, элемент И 25, триггер 27, ключ управления 16 и выводы для подключения источников сигнала Пуск 26 и Сброс 28, В устройстве предусмотрена защита от перегрузки по току, благодаря обеспечению возможности ускоренного запирания регулирующего транзистора 1 устройство может работать как в линейном, так и в ключевом режимах 2 ил сл С vj 00 V4 VI

Lsr

Фиг. 2.5.

Фиг 26

40