СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ Советский патент 1974 года по МПК G05F1/569 

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в иолуироводтппшвых стабилизаторах постоянного напряжения с последовательным регулирующим элементом.

Известны стабилизаторы напряжения, содержащие включенный последовательно с нагрузкой регулирующий элемент (состоящий из регулирующего и управляющего транзисторов) и блок сравнения с усилителем постоянного тока.

Однако известным устройствам свойственны добавочные потери па резисторе, включаемом последовательно с нагрузкой и используемом в качестве датчика тока, или наличие лополпительпого источника напряжения и нечувствительность к перегрузке по току.

Цель изобретения - просто и универсально обеспечить защиту стабилизатора, обеспечив при этом быстродействие и надежность его работы.

Это достигается тем, что между базой регулирующего и эмиттером управляющего транзисторов включены параллельно между собой резистор, кнопка и коллекторно-эмиттсрный переход защитного п-р-п транзистора, база которого через переменный резистор подключена к точке соединения дополнительного стабилитрона и балластного резистора, другой конец которого подключен к коллектору ре2

гулирующего транзистора; другой конец стабилитрона подключен к общей шине питания. Сущность изобретения поясняется чертежом. Устройство содержит регулируюндий трапзистор 1, управляющий транзистор 2, устройство защиты 3. в которое входят транзистор защиты 4, балласпплй резистор 5, переменный резистор 6, резистор 7, стабилитрон 8, кнопка 9; блок сравпени;; 10 с усилителем постоянного тока и нагрузка 11.

Принцип работы устройства защиты стабилизатора при уменьн1енни сопротивления нагрузки il или к.з. на выходе стабилизатора объясняется следующим образом.

Элементы схемь; устройства защиты рассчитаны так, что в 10р 1альном режиме (когда нет перегрузок илп к.з. на выходе стабилизатора) транзистор занаиты 4 насьицен и не влияет на работу стабилизатора.

При уменьшении сонротивлення нагрузки 11, как только ток превысит некоторое критическое зна:е ие, гплизистор защиты 4 переходит из насыщенного режима в линейный и ограничивает . б:ЗЫ регулирующего транзистора 1: сгабнлнзатор напряжения нереходит в режим ограничепнм тока. Прн дальнейшем уменьшении сонротнвленпя нагрузки, так как ток нагрузки больпю не увеличивается, начинает уменьшаться выходное напряжение.

Уменьшение выходного напряжения стабилизатора вызывает уменьшение падения нанряження на резисторе 6, так как

вых + бэр + кэз --- бэз + и,+Е,

где ббэр - напряжение база-эмиттер регулирующего транзистора 1;

кэз бэз-напряжение коллектор - эмиттер и база-эмиттер транзистора защиты; f/o - напряжение на резисторе 6; Е - нанряжение стабилитрона, которое выбирается немного меиьще выходного напряжения f/Bbix;

бор, кэз, бэз- малы но сравнению с t/вых и Ei, поэтому ими можно пренебречь, тогда

Е, (Е, const)

и. :.. и

Уменьшение падения напряжения на резисторе 6 уменьшает базовый и коллекторный токи транзистора защиты 4. Это приводит к уменьшению тока базы и эмиттера регулируюгцего транзистора 1, что, в свою очередь, уменьнгает выходное напряжение. А при соблюдении условия

Д,ь,х(1)

действует положительпая обратная связь с коэффициентом усиления больше единицы и происходит лавинообразный процесс уменьшения выходного напряжения стабилизатора. Из схемы устройства защиты видно, что

,Д4з А/КЗ A/,

д/«

R

где А/эр - изменение эмиттериого тока регулирующего транзистора 1; А/КЗ - изменение коллекторного тока

транзистора защиты 4; А/6 - изменение тока резистора 6; рь Р4 - коэффициент усиления по току регулирующего транзистора 1 и защитиого 4;

- изменение выходного напряжения; - сопротивление нагрузки немного

меньще номинального.

Подставляя в неравенство 1 значения параметров из выражений 2, 3, 4, после преобразования получим:

Рь34/ Н / в(5)

Следовательно, в предлагаемом устройстве защиты стабилизатора при соблюдении неравенства 5 наступает лавинообразный процесс уменьшения выходного напряжения при незначительном его уменьшении по сравнению с номинальным.

В устройстве защиты для выполнения неравенства 5 необходимо включить стабилитрон 8, напряжение Ei которого зависит от величины сопротивления резистора 6. Для лучшего

лавиноооразного уменьщеиия выходиого напряжения желательно брать величину сонротивления резистора 6 небольшой, а EI немного меньше (./«ыхУменьшение выходного напряжения приводит к изменению полярности напряжения перехода база-эмиттер транзистора зашиты 4, вследствие чего он закрывается. Напряжение на выходе становится нрактически равным нулю. Ток базы и коллектора регулирующего транзистора онределяется резистором 7, который расчитывается из условия рассеивания мощности на регулирующем транзисторе не выще номинальной при выходном нанряжеНИН, равном нулю.

При к. 3. на выходе стабилизатора через переменный резистор 6 резко прикладывается напряжение в запирающем направлении к переходу база-эмиттер транзистора защиты 4,

что приводит к быстрому его запиранию.

Для восстановления нормальной работы стабнлизатора необходимо устранить аварийную ситуацию и запустить схему кратковременным нажатием кнопки 9. При кратковременно закороченном переходе коллектор- эмиттер транзистора защиты 4 и резистора 7 в базу регулирующего транзистора 1 подается определениый ток, что восстанавливает нормальную работу стабилизатора, и на выходе

его устанавливается номинальное напряжение. Если аварийная ситуация не устранена, то кратковременное нажатие кнопки не восстановит нормальную работу стабилизатора. Особенностью предлагаемого устройства за(2) (3)

щиты стабилизатора является то, что датчик тока перегрузки (транзистор защиты 4) не стоит в силовой цепи, у которого потребляемая мощность практически равна нулю, что упрощает н повышает к.п.д. стабилизатора в

сравнении с известной схемой защиты.

Особенностью устройства защиты является и то, что при аварийной ситуации прикладывается напряжение в запирающем направлении к переходам база-эмиттер транзистора

защиты 4, что обеспечивает быстрое и надежное его запирание, и при снятии аварийной ситуации нет необходимости отключать и включать мощиый источник питания стабилизатора- достаточно кратковременно нажать

слаботочную кнопку 9 (кнопка 9 с самовозвратом).

Предмет изобретения

Стабилизатор напряжения, содержащий последовательный регулирующий и управляющий транзисторы, блок сравнения с усилителем постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью упрощепия, повышения надежности и быстродействия, а также увеличения к.н.д. нри перегрузках по току и коротком замыкании, между базой регулирующего и эмиттером управляющего транзисторов включены параллельно между собой резистор, кнопочный выключатель и коллекторио-эмиттерный переход защитного транзистора п-р-п типа, база которого через переменный резистор подключена к точке соединения дополнительного стабилитрона и балластпого резистора, причем другой копец стабилитрона подключеп к общей шине питания, а балластного резистора - к коллектору регулирующего транзистора.