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

Изобретение относится к области ра диоэпектроники и может быть использовано в устройствах электропитания узлов радиоэлектронной аппаратуры, автоматики, вычислительной техники и средств .связи. Известен стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий компаратор, усилитель постоянного тока и регулирую щий элемент на тиристоре l J. Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий включенный последовательно в выходную шину регулирующий элемент на силовом и согласуюпотх транзисторах, дифференциальный усилитель постоянного тока на транзисторах, один вход которого соединен с выходом переменного резистора делителя, верхнее и нижнее плечи которого включены между выходными выводами, другой вход - с источником опорного напряжения, а выход подключен к управ ляющей цепи регулирующего элеме ЯтаС2. Однако известные стабилизаторы напряжения постоянного тока работают в уз ком диапазоне входного напряжения, причем предельное значение напряжения стабилизации не превышает 1ОО В. Целью изобретения является расширение диапазона напряжения стабилизации. Поставленная цель достигается тем, что в стабилизаторе напряжения постоянного тока 2 в цепь эмиттеров транзисторов дифференциального усилителя постоянного тока включен вновь введенный генератс тока на транзисторе, база которого включена в цепь нижнего плеча делится до нижнего вывода переменного резистора зашунтированного вновь введенным стабилитроном, а между родним из входных выводов и входом силового транзистора включен коллекторно-эмяттариой целью вновь введенный дополнительный транзистор, база которого соединена с коллектбрами согласуюших транзисторов, кроме того, с целью повышения надежности стабилизатора он снабжен низкоомным реле. обмотка которого одним из выводов соединена с выходом силового транзистора регулирующего элемента, а вторым выводом свой размыкающий контакт - с одним выходным выводом, а через замыкающий с другим выходным выводом. На чертежа приведена схема стабилизатора напряжения постоянного тока. Стабилизатор напряжения постоянного тока содержит регулирующий элемент, вы полненный на транзисторах 1, 2, 3, 4 и резисторе 5, дифференциальный усилитель постоянного тока на транзисторе 6, коллектор которого через резистор 7 подклю чен к выходу стабилизатора, и транаисторе 8, а их эмиттеры объединены и подклю чены к генератору тока, собранному на транзисторе 9 и резисторе 10, делитель напряжения на резисторах 11, 12, 13, 14, нижнее плечо которого зашунтировано стабилитроном 15, источник опорного напряжения на резисторе 16 и стабилитро не 17, управляющую цепь регулирующего элемента, на транзисторе 18, токостабили зирующий двухполюсник, выполненный на транзисторе 19, коллектор которого соединен через конденсатор 2О с общей шиной, и стабилитроне 21, резисторы 22 и 23,и схему защиты, содержащую реле 24,обмотка которого зашунтирована днодом 25 и конденсатором 26, кнопку 27, резистор 28 и группу контактов 29, 30, выпрямитель 31. Стабилизатор работает следующим образом. Регултфующий элемент содержит согласующие транзисторы 1,2 и мощный сило вой транзистор 3. Все транзисторы имею одинаковый тип проводимости, например Y -р- и , а их число и мощность выбираются в соответствии с требуемой величиной регулировочного тока, мощностью, отдаваемой в нагрузку, а также допустимым значением изменения напряжения пос тоянного тока на входе стабилизатора. Стабилизатор подключается к выходу выпрямителя 31, обеспечивающего выпрям ление переменного йапряжения промышленной частоты требуемого значения. Пос кольку нестабильность напряжения сети с учетом пульсаций на входе стабилизатора по ГС)СТу составляет +15%, то рааиирение диапазона напряжения стабилизации (достижение поставленной цели) автомат чески приводит к расширению диапазона входного напряжения. Например, при получении стабилиаированного напряжения 50О В и настройке стаб191изатор& по минимальному уровню 0,85ицодд в момент повышения напряжения сети на +15% от номинального падение напряжения на электродах эмиттер - коллектор транзисторов 1,2 и 3 достигнет критического значения (150В), что приведет к появлению опасности пробоя согласующих транзисторов, особенно маломощных, поскольку их предельное напряжение обычно значительно ниже, чем у мощных. Поэтому для обеспечения возможности расширения диапазона напряжения стабилизации с учетом изменения входного напряжения на +15%, ко входу силового транзистора 3 подключен эмиттером силовой транзистор 4 такого же типа, что и транзистор 3, т. е. обладающий аналогичными параметрами. Коллектор его подключен к контактной группе 30 реле 24, а база - к коллекторам согласующих транзисторов 1 И 2 регулирующего элемента. Дифференциальный усилитель постоянного тока выполнен на транзисторах 6 и 8, включенных по балансной схеме. С целью расширения диапазона напряжения стабилизации в цепь эмиттеров транзисторов 6 и 8 включен генератор тока, выполненный на транзисторе 9 и резисторе 10. Транзистор 9 выбирается с высоким предельным напряжением U чтобы разгрузить по напряжению транзисторы 6 и 8. В данном случае при изменении входного напряжения на 30% падение напряжения на каждом из транзисторов 3 и 4 составит только лишь 15%, т. е. уменьшится в два раза, что позволяет в два раза расширить .диапазон изменения стабилизированного напряжения. Нормальная работа генератора тока и дифференциального усилителя постоянного тока обеспечивается путем выполнения делителя напряжения на четырех резисторах 11, 12, 13 и 14. При этом к среднему выводу переменного резистора 12 подключен базой транзистор 8, а к нижнему выводу этого переменного резистора 12 подключен стабилитрон 15, обладающий аналогичными электрическими параметрами со стабилитроном 17. База транзистора 9 гейератора тока включена также в цепь делителя напряжения, т, е. к сред да и точке резисторов 13 и 14, параллельно которым включен стабилитрон 15. Падением напряжения на резисторе 14 и резисторе 1О, подключенным к эммитеру транзистора 9, задается нужный ток его коллектора, т. е, требуемый ток генератора. Любое изменение выходного напряжения, приводящее к изменению тбка, протекающего через 11 и 12 не повлияет на работу ге нератора тока, поскольку это изменение тока полностью компенсируется стабилитроном 15. Изменение напряжения стабилизации будет зафиксировано вспёдствии изменения входного напряжения транзистора 8 и перераспределения эмиттерных токов транзисторов б и 8. При этом чувствительность транзисторов 6 и 8 к изменению напряжения стабилизации будет значитель но выше (более чем в 3 раза), чем при обычном исполнении делителя напряжения поскольку это приращение распределяется пропорционально лишь двум резисторам 11 и 12 вместо трех в обычном варианте, Следует особо указать, что включение генератора тока в эмиттерную цепь транзисторов 6 и 8 предотвращает автоматическое опрокидывание транзисторов б и 8 в режим открыт - закрыт и, соответственно, срыв стабилизации напряжения устройством, как это имеет место для балансного каскада при больших значениях сопротивления эмиттерной цепи (при стремлении увеличить предельное напряжение стабилизации замечет увеличения падения его части на резисторе). Рабочее напряжение стабилитронов 15 и 17 выбирается из условия О, QUp -Ugin предельное транзистора 9. Транзисторы 6 и 8 исполы ются аналогичной проводимости, что и транзистор 9, причем их предельное напряжение эмиттер - коллектор выбирается не ниже Р зностии „ эталонное- обеспечения необходимого запаса по данному критерию в цепь коллектора транзистора б включен высокоомный резистор 7, а коллектор транзистора 8 подключен к транзистору 18 аналогичного типа проводимости, на электродах эмиттер - коллектор которого гасится часть напряжения. В случае, когда стабилизированное напряжение на 2О% ниже суммарного нап ряжения источника опорного напряжения и напряжения Ug транзистсра 8, транзис тор 18 можно изъять, подключив при этом коллектор транзистора 8 через резистор к выходу стабилизатора и, соот ветственно, к базе транзистора 1 (на че теже показано пунктиром). Транзистор 18 соединен коллектором с базой транзистора 1 регулирующего элемента и с коллектором транзистора 19 обратного типа проводимости, входяще го в состав токостабилизирующего двух- олюсника. Значение тока транзистора 19 пределяется рабочим напряжением стабиитрона 21 и резистора 22, включенного цепь эмиттера транзистора 19. Второй важной особенностью использования транзистора 4 является то, что кроме разгрузки транзистора 3 по напряжению Ug, разгружается по напряжению и 9ц, транзистор 19, что крайне важно, поскольку маломощные транзистоы (транзистор 19-маломощный) как р-п-р так и п-р-п типа обладают недостаточно высоким Предельным значением. Конденсатор 2О устраняет возможность возбуждения стабили заахзра, а резистор 5 улу1щает работу регулирующего элемента. Защита стабилизатора от короткого замыкания со стороны нагрузки осущест вляется с помощью реле 24, включенного одним из выводов обмотки к выходу регулирующего элемента, а другим через контактную группу 29 к выходным выводам стабилизатора. Ражным условием является то, что реле 24 устанавливается рядом с транзистором 3 и его обмотка непосредственно соединена с эмиттером транзистора 3. Такое включение предотвращает пробой транзисторов 1,2,3, регулирующего элемента. Опасность пробоя вызвана тем, что конденсатор 20 заряжается до напряжения, примерно равного напряжению стабилизации, и при коротком замыкании это напряжение мгновенно прикладывается к переходу база эмиттер транзисторов 1, 2, 3. Включение обмотки реле 24 в цепь эмиттера транзистора 3 приводит к резкому повышению тока эмиттера этого транзистора и срабатыванию реле 24, однако пробоя не произойдет, поскольку, например, входное сопротивление транзистора 1 велико, так как BX-PVP2-P3 24 где сопротивление обмотки реле 24 j) - коэффициент усиления по току транзисторов 1,2, 3. Поэтому даже низкоомное сопротивление обмотки реле 24 надежно защищает транзистор 1 регулирующего элемента от пробоя при коротком замыкании. Сопротивление обмотки используемого реле 24 составляет 7-ЗО Ом, а тип его определяется током срабатывания, причем достаточным для выдерткки короткосрочной двойной перегрузки при максимальной нагрузке стабилизатора. Обмотка реле 24 зашунтировака дио дом 25 и кондеисатором 26 для нормаль ной его работы в режиме переключения, Резистор 28 обеспечивает требуемый то достаточный для удержания реле 24 в режиме переключения при минимальном входном напряжешта. Кнопка 27 используется для включения стабилизатора в рабочий режим после снятия короткого замыкания. При номинальном напряжен1й5 сети /220 или 127 Р) выпрямленное напряже ние на входе стабилизатора имеет такое значение, чтобы при сниженном напряжении сети на + 15% выходное стабияизированное напряжение практически не иэ менилось. Средний вывод переменного резистора 12 устанавливается так, коллекторные (эмиттерные) токи транзис торов 6 и 8 были равными. Ток коллектора транзистора 9 устанавливается равным суммарному току эмиттеров тран зисторов 6 и 8, а коллекторный ток тран зистора 18 равен и изменяется аналогич но току коллектора транзистора 9. Баао ВЫЙ ток транзистора 1 айтоматически устанавливается в ji.-р)раз мешзше коллекторного тока транзистора 3, прак;тически соответствующего Harpyao4Hoviy току стабилизатора, где коэффкшгент усиления по току транзистора в схеме с общим эмиттером. Коллекторный тоя тран зистор а 19 выбирае тез р авньш сумм е коллекторного тока транзистора 18 и базового тока транзистора 1, Реле 24 находится в отключенном состоянии, поскольку ток его срабатывания выбран не ниже двойного тока нагрузки при его максимальном значении, и кбнтактнйсе группы 29, 30 реле 24 обеспечивают подачу стабилизированного напряжения к нагрузке. При повышении или понижении стабиттиэйровйнного напряжения на выходе происходит определенное изменение (возрастание или уменьшение) тока, протекающего через резисторы-11 и 12 делится напряжения и соответственно поаыишние или йонижение падения напряжения на переменном резисторе 12, что приводит к изменению входного найряжения транзнстора 8 и перераспрэделеник тока транзисторами 6 и 8 в соответствуютдую сторону. Увеличение напряжезня вызовет рост колпектс ного тока транзистора 8 и транзистора 18 и соответствующее сни жение тока коллектора транзистора 6. В сШ)Ю очередь рост tosa коллектора траи зистора 18 приводит к снижению базового и соответственного Коллекторного тока транзистора 1 регулирующего элемента, поскольку он является разностным от тока токостабилизируюшего двухполюсника на транзисторе 19 и коллекторного тока транзистора 18, Это приводит к автоматическому поддерживанию выходного стабипиаированного напряжения на уровне заданного. Аналогично происходит работа стабилизатора при снижении входного нап- ряжетгая, только в данном случае коллекторный ток транзистора 8 и 18 уменьтаается, а транзистора 1, наоборот, возрастает. При коротком замыкании или превышении тока нагрузки сверх допуст1ш:ого значения реле 24 срабатывает, переключая питающее напряжение со входа стабилизатора через контактную группу 30, резистор 28, кнопку 27 и обмотку реле 24 на корпус (земля-противоположная шина стабилизатора). Восстановление работы стабилизатора производится после устранения неисправности путем размыкания кнопки 27 в результате чего сработает контактная группа ЗО реле 24, обеспечивающая подачу входного напряжения на стабилизатор. Таким образом, предлагаемый стабилизатор напряжения постоянного тока обладает широким диапазоном изменения входного напряжения, высокой стабильностью параметров. Он позволяет получать высокое значение напряжения стабилизации. Формула изобретения 1, Стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий включенный последовательно в выходную шину регулирующий элемент на силовом и согласующих транзисторах, дифференциальный усилитель постоянного тока на транзисторах, один вкод которого соединен с выходом переменного резистора делителя, верхнее и плечи которого включены между выходными выводами, щэугой вход- с источником опорного напряжения, а выход нодключен к управляющей цепи регулирукьщего элемента, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона напряжения стабилизации, в цепь эмиттеров транзисторов дифференциального усилителя постоянного тока включен вновь введенный генератор тока на транзисторе, база которого включейа в цепь нижнего

плеча делятеля, до нижнего вывода переменного резистора эашунтированного вновь введенным стабилитроном, а между одним из входных выводов и входом силового транзистора включен коллекторно амиттерной цепью вновь введенный дополнительный силовой транзистор, база которого соединена с коллекторами согласующал транзисторов.

2,Стабилизатор по п. 1, о т-л и чающийся тем, что, с цепью повышения надежности стабилизатора, он снабжен ниэкоомным релв| обмотка кОтор.ого

одним из выводом соединена с выходом силового транзистора регулирующего элемента, а вторым выводом через свой размыкающий контакт - с одним выходным выводом, а через замыкающий - с другим кыходн1Ь1м выводом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.АвторЬкое свидетельство СССР № 329032, кл. Н 02 М 3/155, 1969.

2.А вторское свидетельство СССР

№ 337888, кл. Н О2 М 3/155, 1970.