Резервированный стабилизатор напряжения постоянного тока Советский патент 1980 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к стабилизированным источникам питания постоянного тока. Известен резервированный стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий два компенсационных стабилизатора, выполненных на регулирующих и согласующих транзисторах различного типа проводимости и включенных последовательно с нагрузкой, причем змиттер согласующего транзистора первого стабилизатор и база согласующего транзистора второго стаби лизатора подключена к опорному стабилитрону, база согласующего транзистора первого стабилизатора соединена с делителем напряжения перво го стабилизатора, а змиттер согласующего транзис тора второго стабилизатора - с его делителем напряжения, выходные клеммы расположены между коллекторами регулирующих транзисторов Ц. Недостатками данного стабилизатора являются невозможность применения в системах питания с сетью постоянного тока или с централизованным выпрямителем из-за наличия регулирующих транзисторов в обоих шинах питакия; отсутствие надежности запуска; низкая стабильность по цепи питания и току нагрузки из-за малого усиления цепи обратной связи; низкий КПД схемы при работе на большие токи нагрузки, когда регулирующие транзисторы необходимо выполнять в виде составных транзисторов, а использовать различные номиналы напряжения питания оконечного и предоконечного транзисторов в схеме данной структуры нет возможности. Наиболее близким к изобретению является стабилизатор; содержащий два последовательно соединенных силовых транзистора, включенных между первой клеммой источника питания и выходной клеммой, и два блока управления, каждый из которых подключен первым входом ко второй клемме источника питания, вторым - к общей шине и третьим - к среднему выводу соответствующего резистивного делителя, подсоединенного между выходной клеммой и общей шиной, а выходом к базе соответствующего силового транзистора и включает в себя токостабилизирующий двухполюсник, согласующий транзистор и усилитель обратной связи, причем согласующий транзистор подключен между первым входом и выходом блока управления, а управляющим электродом - к выходу усилителя обратной связи, первый вход которого соещшен с вторым, а второй - с третьими входами блока управления, а токостабилизирующий двухполюсник включен между первым входом блока управления и выходом усилителя обратной Связи 2. Данному устройству присуща недостаточная надежность. Это связано с тем, что при снижении напряжения коллектора первого силового транзистора ниже величины, равной разности напр жения коллекторов согласующих транзисторов, минус мшшмальное падение напряжения на токос билизирующем двухполюснике, минус падение иапряжетм н яереходе база-эмиттер соглас щего транзистора, что возможно при колебаниях сетевого напряжения и при переходных процессах, либо при обрывах в силовой цепи от источника питания до коллектора второго силового транзистора, согласующие транзисторы начинают работать на нагрузку, что приводит к выходу их из строя. Кроме того затруднена настройка стабилизатора, так как схема не допускает работу второго силового транзистора в режиме насыщения из-за перегрузки его согласующего транзистора и, таким образом, сгбязательно пер вый силовой транзистор должен работать на границе насыще1шя, а второй транзистор в линейном. Вследствие зтого при настройке необходимо сначала настроить второй стабилизатор, а затем первый, причем для надежности номинал напряжения второго должен быть несколько ниже, чем номинал первого стабили затора. Цель изобретения - повыщение надежности и упрощение настройки. Указа1шая цель достигается тем, что в резер вированный стабилизато напряжения постоянного тока введены два дополнительных транзи тора с двумя датчиками тока, каждый из которых подключен параллельно переходу базазмиттер соответствующего дополнительного транзистора, эмиттер которого подсоединен к управляющему электроду соответствующего . С1ЩОВОГО транзистора, база - к выходу соотве ствующего блока управления, и коллектор - к управляющему электроду согласующего тран зистора этого же блока управления, при этом все транзисторы одного типа проводимости. На чертеже приведена принщшиальная элект ческая схема резервированного стабилизатора напряжения постоянного тока. Стабилизатор содержит два последовательно соединенных силовых транзистора 1, 2, включенных между первой клеммой источника 3 питания и выходной клеммой, подсоединенной к нагрузке 4, и два блока 5 и 6 управления, каждый из которых подключен первым входом к второй клемме источника 3 питания вторым - к общей щине, а третьим - к среднему выводу соответствующего резистивного делителя 7, 8, подсоединенного параллельно нагрузке 4. Каждый блок 5(6) управления включает в себя токостабилизирующий двухполюсник 9(10), согласующий транзистор 11(12) и усилитель обратной связи 13(14), причем согласующий транзистор 11(12) подключен между первым входом и выходом бло ка управления 5(6), а управляющим электродом - к выходу усилителя обратной связи 13(14), первый вход которого соединен с вторым, а второй - с третьим входами блока 5(6) управления, а токостабилизирующий двухполюсник 9(10) включен меясду первым входом блока управления и выходом усилителя обратной связи 13(14). Базо-эмит.терные переходы дополнительных транзисторов 15, 16 защунтированы датчиками 17 и 18 тока, подключенными между управляющими электродами соответствующих силовых транзисторов и выходами блоков управления, причем коллекторы дополнительных транзисторов 15, 16 соединены с управляющими электродами соответствующих согласующих транзисторов И, 12. В резервированном стабилизаторе напряжения постоянного тока возможны два режима работы: при выполнении указанного ограничения на напряжения на коллекторах транзисторов 1, 11, 12 и при напряжении на коллекторе-транзистора 1 ниже указанной величины, но не ниже минимально необходимой величины для обеспечения стабилизации выходного напряжения. В первом режиме устройство работает следующим образом. Транзистор 2, блок 6 управления и делитель 7, представляют собой обычный линейный стабилизатор с раздельным питанием блока управления и силовой цепи, работающий в линейном режиме и обеспечивающий стабилизацию выходного напряжения на заданном уровне. Датчик 18 тока выбирают таким образом, чтобы при номинальной нагрузке и минимальном коэффициенте усиления транзистора 2, транзистор 16 был заперт. Транзистор 1, блок 5 управления и делитель 8 также представляют собой линейный стабилизатор, настроенный на выходное напряжение, несколько больщее, чем напряжение основного стабилизатора. Вследствие этого траюистор 1 работает как эмиттерный повторитель и падение напряжения на нем определяется величиной напряжения на его коллекторе, минимальным падением напряжения на стабилизаторе 9 тока, переходе база-эмиттер транзистора 11, на датчике 17 тока, не превышающем в этом режиме величины 0,2-03 В, и на переходе база-эмиттер транзистора 1, что в сумме составляет минимум 3-4 В. Транзистор 15 при этом заперт.

При пробое транзистора 2 или отказах элементов в блоке 6 управления, приводящих к насыщению транзистора 2, переходит в линейный режим стабилизатор на элементах 1, 5, 8, 9, 11, поддерживая на нагрузке 4 заранее установленный номинал напряжения.

Повыщение надежности функционирования устройства в зтом режиме достигается тем, что при обрыве силового провода, на участке от источника 3 питания до коллектора транзистора 1 возрастают токи через датчики 17 и 18 тока в 2-3 раза против номинальных, отпираются транзисторы 15, 16, они отбирают почти весь ток стабилизаторов 9 и 10 тока, транзисторы И и 12 подзапираются, что приводит к ограничению токов через них и защите их от выхода из строя.

Во втором режиме устройство работает следующим образом.

Основной стабилизатор на элементах 2, 6, 10, 12, 7, 16, 18 работает так же, как и в предыдущем случае.

Если разность потенциалов коллекторов транзисторов 1 и 11 оказывается больще, чем падение напряжения на стабилизаторе 9 тока плюс падение напряжения на переходе базаэмиттер транзистора 11, плюс номинальное падение напряжения на датчике тока 17, начинае возрастать ток через последний до тех пор, пока не откроется транзистор 15 и почти весь ток стабилизатора 9 тока не начнет проходить через него, а не поступать в базу согласующего транзистора 11. За счет этого транзистор 1 подзапирается и на нем падает излищек напряжения. Этот режим работы автоматически обеспечивается при всех возможных в устройстве токах нагрузки, температуре, разбросах коэффициентов усиления транзисторов 1, 11, 15.

Величина резистора 17 выбирается из тех же соображений, что и резистора 18, т.е. при идентичных транзисторах они равны. При этом очевидно, что величина тока через резистор 17 в зтом режиме определяется напряжением отпирания транзистора 15 и величиной резистора 17, в то время как ток через резистор 18 зависит только от тока нагрузки, коэффициентов усиления транзисторов 2, 12 и тока стабилизатора 10 тока.

При пробое транзистора 2 или отказах элементов в блоке 6 управления, приводящих к насыщению транзистора 2, переходит в линейный режим стабилизатор на элементах 1, 5,8, 15,17. При этом ток через резистор 17 умеяьщается настолько, что транзистор 15 запирается и не влияет на работу стабилизатора. Ток же через резистор 18 возрастает, отпирается/ транзистор 16, защищая блок 6 управления

0 от перегрузки.

Напряжение на нагрузке 4 при этом может быть как очень близким к исходному,, так и отличным от него, что зависит от установки потенщю метра 8. При обрыве силовой цепи или снижении напряжения коллектора транзистора 1

5 ниже величины, обеспечивающей стабилизацию выходного напряжения, работа устройства идентична работе в первом режиме в случае обрыва силового провода.

Если происходит пробой транзистора 1 или

0 отказы в блоке 5 управления, приводящие к насыщению транзистора 1, это никак не сказывается на работе второго стабилизатора.

В предлагаемом устройстве существенно

5 облегчена настройка, так как функции первого и второго Стабилизаторов можно поменять местами. Тогда транзистор 1 в исходном состоянии работает в линейном режиме, а транзистор 2 - на границе насыщения, излищек же напряжения падает на транзисторе 12 за счет его подзапирания транзистором 16.

Формула изобретения

Резервированный стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий два последовательно соединенных силовых транзистора, включенных между первой входной клеммой и выходной клеммой, и два блока управления, каждый из которых подключен первым входом к второй входной клемме, вторым - к общей щине и третьим - к среднему выводу соответствующего резистивного делителя, подключенного между выходной клеммой и общей щиной, и включает в себя токостабштаэирующий двухполюсник, согласующий транзистор и усилитель обратной связи, причем согласующий трйнзистор подключен между первым входом и выходом блока управления, а управляющим электродом - к выходу усилителя обратной связи, первый вход которого соединен с вторым, а второй - с третьим входами блока управления, а токостабилизирующий двухполюсник включен между первым входом блока управления и выходом усилителя обратной связи, отличающийся тем, что, с целью повышения надежиости и упрощения настройки, в него введеш) два допогаштельных транзнстора с двумя датчикакш тока, каждый из которых подключен параллельно переходу база-эмиттер соответствующего донолнительного траюистора, эмиттер которого подсоедшюн к управляющему электроду соответствующего силового транзистора, база - к выходу соответствующего блока управления, и коллектор к управляющему электроду согласующего транзистора этого же блока управления, при 75 8 этом все транзисторы одного типа проводимости. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 406192, кл. G 05 F 1/56, 1973. 2.Лейко В. М., Мигас С. И., Дмитрян В. В. Истоадик питания. Обмен опытом в радиопромышленности, 1978, N 3.

0