Полупроводниковый стабилизатор напряжения постоянного тока Советский патент 1979 года по МПК G05F1/58 

Изобретение относится к радиотехнической и электротехнической промышленности, а именно к устройствам стабилизации постоянного напряжения, и может быть использовано в качестве стабилизатора постоянного напряжения источников питания радиоэлектронной аппаратуры.

Известны схемы стабилизаторов напряжения с блоками для защиты от токов перегрузки и короткого замыкания со стороны нагрузки 1. Все эти схемы блоков для защиты различаются точностью срабатывания, быстродействием, сложностью устройства, характером исполнительного элемента и другими параметрами, однако все они имеют один общий признак, заключающийся в том, что воздействующий фактор определяется током нагрузки, а датчиком тока является активное сопротивление (шунт), последовательно включенное в выходную шину стабилизатора в цепь всего тока нагрузки.

Мощность потерь в шунте, снижающая КПД стабилизатора в целом, определяется в этом случае выражением:

Pnom , (1) где l - ток в цепи нагрузки стабилизатора.

Для стабилизаторов средней и большой мощности эта величина может достигать значительных значений.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является полупроводниковый стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий последовательно включенный в выходную шину регулирующий транзистор, измерительно-усилительный блок, входом подключенный к выходным выводам, и блок для защиты, выполненный на маломощном транзисторе и туннельном диоДе 2.

Недостатком известного стабилизатора напряжения с блоком для защиты является снижение КПД стабилизатора. Данное обстоятельство обусловлено тем, что датчик тока нагрузки включен последовательно к выходной щине стабилизатора (в цепь всего тока нагрузки) и мощность потерь на нем также определяется выражением (1). Кроме того, включение датчика тока в выходную шину стабилизатора увеличивает его выходное сопротивление.. Целью изобретения является увеличение КПД стабилизатора при высоком быстродействии и упрощении блока для защиты. Поставленная цель достигается тем, что в полупроводниковом стабилизаторе напряженин постоянного тока 2 туннельный диод включен в базовую цепь регулирующего транзистора и катодом подключен к эмиттеру маломощного п-р-п транзистора и выходу измерительно-усилительного блока, а анод через дополнительно введенный кремниевый диод соединен с базой маломощного п-р-п транзистора, коллектор которого подключен к одному из выходных выводов. На чертеже нредставлена принципиальная электрическая схема полупроводникового стабилизатора напряжения постоянного тока. Схема стабилизатора состоит из измерительно-усилительного блока на транзисторе 1 с резистором коллекторной нагрузки 2, в эмиттерную цепь которого включен стабилитрон 3, а в базу - делитель напряжения на резисторах 4 и 5, регулирующего транзистора 6 и блока для защиты. В качестве датчика тока блока для защиты, производного от тока нагрузки (в данном случае это базовый ток регулирующего транзистора) используется туннельный диод 1 включенный непосредственно в базу транзистора 6. Одновременно анод туннельного диода через кремниевый диод 8 подсоединен к базе маломопл.ного п-р-п транзистора 9, который в исходном соотоянии заперт благодаря наличию резистора 10, резистор 11, Стабилизатор работает следующим образом. В номинальном режиме работы (ток нагрузки не превыщает тока перегрузки) рабочая точка туннельного диода 7 находится на туннельной ветви вольт-амперной характеристики с положительным сопротивлением и падение напряжения на туннельном диоде незначительно. Этого напряжения недостаточно для отпирания диода 8, вследствие чего транзистор 9 находится в закрытом состоянии и не оказывает влияния на работу регулирующего транзистора 6. При увеличении тока нагрузки ток базы регулирующего транзистора 6, а следовательно, и ток туннельного диода 7 возрастают и при достижении током базы величины 1маяс туннельного диода его рабочая точка переходит на диффузионную ветвь вольт-амперной характеристики. Падение напряжения на туннельном диоде 7 и ток диода 8 резко возрастают в результате чего транзистор 9 открывается. При этом шунтируется участок эмиттер-база регулирующего транзистора 6, который закрывается и ограничивает потребляемый ток. Аналогично работает схема блока для защиты при коротком замыкании нагрузки. Как следует из работы схемы величина тока нагрузки, при котором срабатывает блок для защиты, определяется величиной тока туннельного диода 7 и коэффициентом передачи тока без регулирующего транзистора. Следовательно, выбор туннельного диода в каждом конкретном случае регламентируется назначением полупроводникового стабилизатора напряжения. Для точной установки величины тока перегрузки следует предусмотреть возможность его регулировки в некоторых пределах. Это достигается включением параллельно туннельному диоду, резистора 11, изменяющего величину Ыаис общей вольт-амперной характеристики такого параллельного включения. Наличие кремниевого диода 8 обеспечивает релейный характер перехода маломощного п-р-п транзистора в насыщенное состояние. При устранении перегрузки схема стабилизатора автоматически возвращается в рабочее состояние и отключение источника входного напряжения не требуется. Поскольку датчик тока в предлагаемом блоке для защиты включен в цепь базы транзистора и связь тока базы la с током нагрузки 1ц определяется выражением . где - коэффициент передачи по току регулирующего транзистора, то мощность потерь по сравнению с известным устройством уменьшается примерно в/3 раз. Формула изобретения Полупроводниковый стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий последовательно включенный в выходную шину регулирующий транзистор, измерительно-усилительный блок, входом подключенный к выходным выводам, и блок для защиты, выполненный на маломощном транзисторе и туннельном диоде, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД стабилизатора при высоком быстродействии и упрощении блока для защиты, туннельный диод включен в базовую цепь регулирующего транзистора и катодом подключен к эмиттеру маломощного п-р-п транзистора и выходу измерительно-усилительного блока, а анодом через дополнительно введенный кремниевый диод соединен с базой маломощного п-р-п транзистора, коллектор которого подключен к одному из выходных выводов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Карпов В. И. Устройства защиты полупроводниковых стабилизаторов от перегрузки и их классификация. Сб. статей под ред. Федотова Я. А. «Полупроводниковые приборы и их применение. Вып. П. - М., 1964, с. 258. 2.Авторское свидетельство СССР № 190432, кл. G 05 F 1/56, 1963.