Стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1980 года по МПК G05F1/56 

(54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯЬШОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике -и может быть использовано в стабилизированных источниках питания. Известен стабилизатор постоянного напряжения, содержащий транзисторный регулирующий злемент, включенньш последовательно с нагрузкой, измерительный орган, вход KOTOpord подключен к выходу стабилизатора, а выход - ко входу регулирующего злемента и балласгиое сопротивление, подключенное к 9ЫХЬ стабилизатора Ц. Конедостаткам такого стабилизатора относится .наличие балластных сопротивлений, кото рые при работе с нагрузкой пот ребляют злект рознергню, создают дополнительные потери и снижают КПД. Известен также компенсационный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий ряд параллельно соединенных регулирующих транзисторов с предохранителями в змЯттерных цепях, схему сравнения, усилитель пбстоянного тока, релейно-транзисторную схему эащить от перенапряжений, управляющая цепь которой подключена гтараллельно выходны клеммам, а параллельно регулирующим транзисторам дополнительно подключено ряд резервных регулирующих транзисторов с предохранителям в змиттёрных цепях, причем в базовые цепи каждого из регулирующих, а к.рнтактная цепь реЯейно-транзисторной схемы защиты подключена- параллельно выходкьтм клеммам 2. Недостатком такого стабилизатора является отсутствие балластного сопротивления и, следовательно, невозможность нормальней рабо ты при малых токах Нагрузки. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регутжрующий элемент, состоящий по меньшей мере из одного силового транзистора, включенного в одну из силовых пшн стабилизатора, измерительный орган, подключенный к выходным вьтодам стабилизатора и выходом соединенный с управляющим входом регулирующего злемента, и балластный элемент, подключенный к выходным выводам стабилизатора 3. 37 Недостатко этого устройства является то, чгго движок делителя опорного напряжения механически связан с движком резистора &лластного сопротавления и реализовать механическую связь зтих резисторой представляет определенные трудности как технологичес кие, так и конструктивные. В реальных схемах эти резисторы, как правило, сильно отличают.ся по мощности, номинальным значе1шям и конструктивным исполнениям, поэтому осуществить такую связь не представляется возможным, что снижает область применения. Механическая связь снижает точность регулирования, ресурс и надежность работы в целом. Цель, изобретения - повышение КПД стабилизатора постоянного напряжения. Указанная цель достигается тем, что в ста&1лизатор; постоянного напряжения введен дат чик тока, вкл15дченньш между выходным выводом стабилизатора и силовым транзистором ре1улирующего элемента, а балластный злеSfeHT выполнен на трайзисторе, цепь кoллeкtoра которого подключена к общей силовой щинг, цепь эмиттера через резистор - к точке соединения датчика тока с выходным выводом стабилизатора, а база - к выходу источника (шориого напряжения, вход которого включен между общей силовой шиной стабилизатора и точкой соединения датчика тока с силовым транзистором регулирующего элемента, а в цепь эмиттера транзистора балластного элемента введен термочувствительный элемент, вклю чинный между эмиттером транзистора и резистором. Принияпиальная электрическая схема стабилизатора постоянного напряжеш1я представлена m чертеже. Стабилизатор содержит токостабилизируюищй каскад 1, включенный своим входом ко входу ста&1лизатора, выход его соединен с выходом измерительного органа 2 и входом регулирующего элемента 3 последовательного типа, выполненного по схеме составного тран: зи пгора, в змиттерные цепи параллельно соедишнных транжсторов 4 включеш симметрирую щие режсторы (датчики тока) 5. Измерительный орган 2 своим входом соединен с выходо сга&шиэатора. Балластный элемент 6 содержит транзистор 7, к коллектору которого подключен резистор 8, другой его конец подключен к Kixosy ста&{лизатора, а в цепь эмиттера вклю чей режете 9, термочувствительный элемент 10, другой его конец соединен с другим выхо ным выводом стабиш затора и одним концом датчика 5 тока, другот ксдаец которого соединей с эмиттером транзистора 4. К общей точке эмиттера транзистора 4 и резистора 5 подключен одан конец выходного стабилизатора, состоящего из последовательно соеданенных источника 11 опЬрного напряжения и резистора 12, другой конец которого соединен с другим выходным выводом. Общая точка истОчник 11 опорного напряжения и резистора 12 соединена с базой транзистора 7. Стабилизатор pa6ojaeT следующим образом. Величина опорного напряжения 11 и сопрор1влення резистора 9 выбраны так, что обеспечивают протекание начальных токов транзисторов 4 при отсутствии нагрузки и максимальной температуре их переходов. Балластный: элемент 6 фактически является стабилизатором тока с включенным в него датчиком 5 тока и, следовательно, величина тока коллектора транзистора 4 не изменяется от изменения выходного напряжения стабилизатора напряжения. В этом режиме падение напряжения на датчике 5 тока составляет, малую величину, так как ток элемента 6 распределяется paBHdмерно между параллельно включенными транзисторами 4. При включении нагрузки напряжение на резисторе 5 увеличивается, ток в цепи коллектора транзистора 7 уменьшается, так как сумма падений напряжений на резисторе 9 и резисторе 5 уменьшается, а опорное напряжение источника 11 остается постоянным, величина входного сигнала, поступающая на транзистор 7, уменьшается и транзистор 7 закрывается. Когда падение напряжения на резисторе 5 больше опорного напряжения, транзистор 7 закрывается и ток через него не протекает. . Так происходит отключение резистора 8 при достияйшш ве;шчины тока нагрузки величины начального тока коллектора составного транзистора 3. При дальгкйшем увеличении тока нагрузки до номинального значения транзистор 7 будет закрыт и ток через резистор 8 не протекает. При отключении нагрузки стабилизатор работает аналогичным образом в обратном порядке, то есть при отключении нагрузки автоматически включается резистор 8 и через составной транзистор 3 протекает начальный ток коллектора требуемой величины. Величина начального тока коллектора транжстора 4 сильно зависит от температуры перехода. Причем, чем больше температура, тем больше начальный ток коллектора. Поэтому в устройство введен термочувствительный элемент 10, расположенный в непосредственной близости к основаш1ю транзистора 4 и находит-; ся с ним в тепловой йвязй. Термочувствительный элемент 10 имеет отрицательный температурный коэффициент напряжения (ТКН) и уменьшает свое внутреннее conponiBJieiffle с увеличением температуры. Так как термочувствительный элемент 10 включен в цепь эмиттера токостабнлизирующего транзистора 7, то с увеличением температу57ры перехода транзистора 4 увеличивается температура термочувствительного элемента 10. Напряжение на термочувствительном элементе 10 падает, а, следовательно, увеличивает ся напряжение входного сигнала, подаваемого га транзистор 7. Транзистор 7 открывается и обеспечивает протекание увеличившегося начального тока коллектора составного транзистора 3. Этим достигается уменьшение потерь и повышение КПД при работе стабилизатора в широком диапазоне регулирования токов нагрузки и выходного напряжения. Кроме того, регулируюший элемент стабил затора напряжения при работе под нагрузкой разгружается от токов, протекающих через резистор 8. Это уменьшает мощность рассеяния регулирующего элемента и повьпиает его надежность. Использование в каадстве датчика тока падения напряжения на симметрирукицем резисторе 5 не вносит дополнительных потерь. Такой вариант является наиболее рациональным. Формула изобретения 1. Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий элемент, состоящий по меньшей мере из одного силового транзистора, включенного в одну из ословых шин ст &1лизатора, измерительный орган, подключенный к выходньгм выводам стабилизатора и выходом соединенный с управляющим входом регулирующего элемента, и балластный элемент, подключенный к выходным выводам стабилизатора, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД стабилизатора, в него введен датчик тока, включенный между выходньтс выводом стабилизатора и ошовым транзистором регулирующего элемента, а балластный злемент выполнен на транзисторе, цепь коллектора которого подключена к общей силовой шине, цепь эмитtepa через резистор - к точке соединения датчика тока с выходным выводом стабятэатора, а база - к выходу источника опорного напряжения, вход которого включен между общей силовой шиной стабилизатора и точкой соединения датчика тока с силовым транзистором регулирующего элемента. 2. Стабилизатор по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что в цепь змиттера транзистора балластного элемента введен термочувствительный элемент, включенный между эмиттером транзистора и резистором. Источншси информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Карпов В. И. Полупроводниковые компенсационные стабилизаторы напряжения и тока М., Энергия, 1963, с. 121, |жс. 70. 2.Авторское свидетельство СССР N 408289, кл G 05 F 1/56, 1974, 3.Авторосое свидетельство СССР N 550628, кп. G ОБ F 1/56, 1975.