Стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1981 года по МПК G05F1/56 

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания различного назначения, например в высоковольтных источниках питания.

Известен стабилизатор напряжения, в котором регулирующий орган (РО) выполнен путем последовательного соединения ре-гулирующих транзисторов, а сглаживающий фильтр.выполнен секционированным, отводы от которого через вентили связаны с точками соединения регулирующих транзисторов. Выравнивание напряжений на регулирующих транзисторах, в рабочем режиме осуществляется путем выбора величины напряжения дополнительных источников питания, от которых осуществляется питание управляющих цепей регулирующих транзисторов. При коротком замыкании нагрузки все транзисторы РО надежно запираются, а напряжение на каждом из них становится равным напряжению на соответствующей секции сглаживающего фильтра р. .

Недостаток данного стабилизатора состоит в наличии дополнительных источников питания и развязывающих диодов, в необходимости секционирования сглаживающего фильтра.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является, устройство содержащее РО, состоящий из N последовательно соединенных транзисторов, резисторный делитель напряжения из N звеньев, подключенный параллельно РО, и схему сравне {ия с усилителем обратной связи (УОС), соединенным выходом с управ0ляющим переходом первого транзистора РО. Для равномерного распределения напряжений между регулирующими тэанзисторами отводы от промежуточных точек делителя подключены к базам транзисторов РО 2 .

Такой стабилизатор отличается простотой, однако для равномерного распределения напряжений на регулирующих транзисторах в рабочем режиме

0 через делитель необходимо пропускать относительно большой ток (примерно на порядок больше, чем максимально возможный ток в базах транзисторов РО), что ухудшает параметры стабилизатора и снижает возможный диапазон изменений токОв нагрузки, так как при токах нагрузки, меньших по величине тока делителя, происходит срыв стабилизации. Кроме того,

0 Iгхема стабилизатора не обеспечивает

надежную защиту регулирующих транзисторов при коротком замыкании нагрузки, так как в этом случае даже при наличии устройства защиты закрытие первого транзистора РО не приводит к закрытию других транзисторов т.е. не происходит равноме)эно1о распределения напряжений между транзисторами РО, что может привести к выходу стабилизатора из строя.

Цель изобретения - повьлшение надежности работы устройства путем обеспечения форсированного выключения всех транзисторов РО и равномерного распределения напряжений меходу ними при коротком замыкании со стороны нагрузки, а также расширение области применения путем обеспечения возможности его использования при более широком диапазоне токов нагрузки .

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизаторе, содержащем :РО из N последовательно соединенных транзисторов, многозвенный делитель напряжения, включенный параллельно РО, и схему сравнения с УОС, выходом подключенную к управляющему электроду первого регулирующего транзистора указанный делитель выполнен из 2N-1 звеньев и имеет 2N-2 отвода от точек соединения соответствующих звеньев, причем отводы от точек соединения каждого из четных звеньев, начиная со второго,, с предшествующим ему нечетным звеном последовательно подключены к базе каждого из регулирующих транзисторов, начиная со второго, а отводы от точек соединения тех же четных звеньев с последующими нечетными - соответственно к эмиттеру каждого из упомянутых регулирующих транзисторов.

При этом все нечетные звень делителя напряжения могут быть выполнены в виде цепочки из последовательно соединенных резистора и стабилитрона, а все четные- образованы диодами, включеннымив проводящем направлении по отношению к напряжению на РО.

На чертеже приведен вариант принципиальноУ электрической схемы предложенного стабилизатора с РО на трех транзисторах.

Стабилизатор содержит основной 1 и дополнительный 2 источники питания, РО на транзисторах 3-5, включенных последовательно между ocнoвны источником питания и нагрузкой б, схему 7 сравнения с УОС, входом подключенную к зажимам нагрузки, а выходом - к базе транзистора 3, устройство 8 защиты на транзисторе 9 с резистивным датчиком 10 тока, включенным между эмиттером транзистора 3 и нагрузкой.. УОС выполнен по дифференциальной схеме на транзисторах 11 и 12 с питанием

от дополнительного источника 2 через резистор 13. Резисторы 14 и 15 в базовых цепях транзисторов 4 и 5 задают начальное смещение этих транзисторов . Параллельно РО включен многозвенный делитель напряжений. Нечетные звенья делителя выполнены в .виде цепочки из последовательно соединеннйх резисторов 16-18 с соответствующими стабилитронами 19-21, а а четные звенья образованы диодами 22 и 23. Промежуточные отводы делителя последовательно подключены к базе транзистора 4, к точке соединения эмиттера транзистора 4 с коллектором транзистора 3, к базе транзистора 5, к точке соединения эмиттера транзистора 5 с коллектором транзистора 4.

Стабилизатор работает следующим образом.

При включении питания все транзисторы РО открыты путем подачи смещения через резисторы 13-15.Когда напряжение на нагрузке 6 достигнет заданной величины, усилитель 7 призакрывает транзистор 3 (при этом транзисторы 4 и 5 еще находятся в состоянии насыщения). По мере дальнейшего нарастания входного напряжения растет напряжение на переходе коллектор-эмиттер транзистора 3 и, когда это напряжение достигает величины напряжения пробоя стабилитрона 19, через элементы 22, 16, 19 начинает протекать ток, в результате чего напряжение на диоде 22, включенном параллельно переходу базаэмиттер транзистора 4, изменяется, и последний, а за ним и транзистор 5 призакрываются. С этого момента возрастает напряжение на транзисторах 4 и 5, а напряжение на транзисторе 3 остается неизменньм, примерно равным напряжению пробоя стабилитрона 19. При максимальной величине входного напряжения на транзисторах 3-5 устанавливается напряжение равное напряжению пробоя соответствующих стабилитронов 19-21.

Отличительная особенность в работе предложенного устройства по сравнению с известным состоит з следующем. В известном устройстве для удовлетворительного выравнивания напряжений между регулирующими транзисторами необходимо, чтобы ток через резистивный делитель был примерно на порядок больше максимального рабочего тока базы регулирующих транзисторов. В предложенном устройстве резисторы 14 и 15 выбираются из условия, чтобы ток через них был равен максимальной величине тока базы регулирующих транзисторов, а ток через многозвенный делитель в рабочем режиме не превышает этой величини. Следовательно, в предложенпог. устройств величина тока через делитель ,iijynтирующий РО, может быть уменьшена в несколько раз.

При работе стабилизатора в ре;киме короткого замыкания со стороны нагрузки (аварийный режим) срабатывает устройство защиты 8, закрывая (призакрывая) транзистор 3, Одновремен,но возрастает ток через многозвенный делитель и падением напряжения на диодах 22 и 23 транзисторы 4 и 5 полностью закрываются, Напряжение на РО возрастает на величину выходного напряжения и это дополнительное приращение напряжения распределяется между транзисторами пропорционально величинам сопротивлений 16-18. Выбирая нужный тип стабилитронов 19-21 и величину резисторов 16-18, можно с любой точностью выравнять напряжения на транзисторах -РО или распределить их в необходимой пропорции. В отличие от известного устройства в предложенном все транзисторы РО закрываются одновременно с закрытием первого транзистора, вход которого подключен к выходу устройства защиты, что обеспечивает защиту стабилизатора без значительного усложнения его схемы.

В предложенном устройстве могут быть использованы и другие схемы УОС а также любое устройство защиты, обеспечивающее подачу запирающего напряжения на базу первого транзистора РО при коротком замыкании со стороны нагрузки. Устройство может быть выполнено без дополнительного источника питания и без устройства защиты, если необходимость в них отсутствует Резисторы смещения могут быть подключены к коллекторам соответствующи транзисторов. В делителе вместо диодов 22, 23 могут бь1ть использованы резисторы.

Формула изобретения 1. Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий

орган из N последовательно соединенных регулирующих транзисторов,включенный в силовую цепь последовательно с нагрузкой, многозвенный делитель напряжения, включенный параллельно регулирующему органу, и схему сравнения с усилителем обратной связи, выходом подключенную к управляющему электроду первого регулирующего транзистора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежнос10ти и расширения области применения путем обеспечения возможности работы при более широком диапазоне токов нагрузки, делитель выполнен из 2N-1 звеньев и имеет 2N-2 отвода от точек

5 соединения соответствующих звеньев, причем отводы от точек соединения каждого из четных звеньев, начиная со второго, с предшествующим ему нечетным звеном последовательно подключены к базе каждого из регулирую0щих транзисторов, начиная со второго, а отводы от точек соединения тех же четных звеньев с последующими нечетньЕии - соответственно к эмиттеру каждого из упомянутых регулирующих

5 транзисторов.

2. Стабилизатор по п.1, отличающийся тем, что все нечетные звенья делителя напряжения выполнены в виде цепочки из последоDвательно соединенных резистора и стабилитрона, а все четные - образованы диодами, включенными н проводящем направлении по отношению к напряжению на регулирующем органе.

5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Заявка Японии № 52-44425,

кл. 58Н 161,9. Изобретения в СССР и за рубе). Вып. 103, К- 7, 1978.

0

2.Источники электропитания на полупроводниковых приборах. Под ред. Додика С.Д. и Гальперина Е.И. М., Советское Радио, 1969, с. 347, рис. VI I .8.

5

п

U /ТА rtr.

Л.

U,,J U- „

e