Стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1982 года по МПК G05F1/58 

(54) СТАБШМЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

1

Изобретение относится к электр1 технике и может найти.применение в устройствах электропитания узлов автоматики, вычислительной и измерительной техники и средств связи.

Известен стабилизатор напряжения, содержащий регулирующий элемент на составном транзисторе и блок защиты l.

Однако применение известного блока, защиты снижает надежность из-за сво1ей сложности и наличия кон1 актных устройств.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является стабилизатор постоянного напряж гния, содержащий последовательно включенный в выходную шину составной регулирующий элемент на транзисторах разного типа проводимости, управляющей цепью, подключенный к выходу усилителя постоянного тока,, входом соединенного с выходом сравнивающего блока, входы которого подключены к выходам делителя выходного напряжения и источника опорного напряжения , входами подключенных к соответствующим выходным выводам, и блок для защиты с пусковой цепочкой 2.

Блок защиты данного стабилизатора содержит два транзистора, что усложняет схему блока запщты, а также транзистор, подключенный эмиттером к выходу стабилизатора, а базой 10к эмиттеру согласующего транзистора при срабатывании блока защиты оказывается под максимальным входным напряжением и при входных напряжениях в десятки вольт, допустимое на15пряжение перехода база - эмиттер должно быть также десятки вольт, но такие транзисторы имеют низкое быстродействие и, следовательно, быстродействие блока защиты будет не

20 высоким, а использование высокочастотных транзисторов с известными способами защиты указанного перехода еще больше усложнит схему.

Цель изобретения - увеличение быстродействия защиты.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизаторе постоянного напряжения блок для защиты выполнен на транзис торе той же проводимости, что и согласукмций транзистор, база которого подключена через резистор к выходному выводу и через пусковую цепочку - к входному выводу, колл ектор - к эмиттеру согласующего транзистора, а эмиттер - к общей шине стабилизатора через конденсатор, параллельно которому подключены последовательно соединенные индикатор тока защиты и датчик тока защиты, а параллельно переходу эмиттер - база TpaH3ifCTOpa подключен диод.

Датчик тока защиты выполнен в виде источника стабильного тока, например, на транзисторе с эталонным резистором в цепи эмиттера и источником эталонного напряжений в цепи базы, причем транзистор коллектором по ключен К индикатору тока защиты, базой - к выходу источника опорного на пряжения, а эмиттером - через эталон ный резистор к общей шине стабилизатора. Кроме того, эталонный резистор да чика тока защиты и источник опорного напряжения подключены к общей шине стабилизатора через дополнительный источник напряжения. Также между общей щиной стабилизатора и базой транзистора блока защиты дополнительно подключен конденсатор. На фиг. 1, 2 и 3 изображены принципиальные схемы- стабилизатора посто янного напряжения. На фиг. 1 стабилизатор содержит регулирующий элемент 1 на силовом транзисторе 2, эмиттером подключенный к входу, а коллектором к выходу стабилизатора и согласующем транзисторе 3, коллектором подключенный к базе силового транзистора 2, а базой к выходу усилителя 4 постоянного тока, входом соединенного с выходом сравнивающего блока 5, входы которого подключены к выходам делителя 6 выходного напряжения и источника 7 опорного напряжения, входами подключенные к соответствующим выходным выводам, и блок 8 защиты, выполнен.ный на транзисторе 9, база которого подключена через резистор 10 к выходу стабилизатора и через пусковую i цепочку на резисторе 11 и кнопке 12 к входу стабилизатора, коллектор подключен к эмиттеру согласующего транзистора 3, а эмиттер - к общей шине стабилизатора через конденсатор 13, параллельно которому подключены последовательно со-единенньхе индикатор 14 тока защиты и датчик

15 тока защиты на резисторе 16. Параллельно перекоду эмиттер - база транзистора 9 подключен диод 17 и база дополнительно соединена с общей шиной стабилизатора через конденсатор 18.

На фиг. 2 датчик 15 тока защиты выполнен на транзисторе 19, коллектор которого соединен с индикатором 14 тока защиты, .база - с выходом источника опорного напряжения, а эмиттер через эталонный резистор 20 с общей шиной, стабилизатора.

На фиг. 3 эталонный резистор 20 и источник 7 опорного напряжения соединены с общей шиной стабилизатора через дополнительный источник 21 напряжения . Стабилизатор работает следующим образом. Дпя включения стабилизатора после подачи напряжения на его вход замыкаются контакты кнопки 12 и напряжение с входа стабилизатора через резистор 11 поступает на базу транзистора 9, в результате через эмиттерный переход идет ток заряда конденсатора, 13, ограниченный резистором 11, это способствует быстрому насыщению транзистора 9 и открыванию согласующего транзистора 3, а также как ток его коллектора является базовым током силового транзистора 2, то транзистор и последний, т.е. открывается регулируюпщй элемент 1. После этого -на выходе стабилизатора появляется напряжение, которое возрастает до тех пор, пока не заработает схема 5 сравнения и усилитель 4 постоянного тока, который уменьшает управлякмцее напряжение на базе согласующего транзистора 3, т.е. срабатывает цепь отрицательной обратной связи и рост выходного напряжения прекращается. Когда возрастающее напряжение на выходе становится больше, чем на базе транзистора 9, через резистор 10 с выхода стабилизатора течет ток в базу транзистора 9, который уско5ряет заряд конденсатора 13.и.поддер живает транзистор 9 в состоянии насыщения . Таким образом, стабилизатор включается и при дальнейшей нор мальной работе транзистор. 9 находится в состоянии-насыщения и на качественные характеристики стабили затора не влияет. При пер.егрузке или к.з. нагрузки ток эмиттера согласующего транзистора 3 увеличивается, т,е. увеличивается ток коллектора транзистора 9 это приводит к увеличению падения напряжения на сопротивлений индикатора 14 и датчика 15 тока защиты, в результате уменьшается напряжение между эмиттером транзистора 9 и выходом стабилизатора, т.е. умень шается ток базы. Дальнейшее увеличение тока эмиттера согласующего транзистора 3 приводит к снижению тока базы до нуля, но транзистор 9 остается в режиме насыщения, так ка избыточный заряд, накопленный в области базы, не может измениться мгновенно. Рост тока эмиттера согла сующего транзистора 3 происходит до тех пор, пока напряжение на эмит тере транзистора 9 не становится больше, чем на выходе стабилизатора после этого, начинает р 1 зряжаться кон денсатор 13 через базо-эмиттерный п реход транзистора 9 и резистор io на нагрузку и ток разряда уменьшается, накопленный в базе транзистора 9, заряд, т.е. разряд конденсатора 13 способствует ускорению рассасывания избыточного заряда в базе и запиранию транзистора 9. Закрывание транзистора 9 приводит к резкому возрастанию сопротивления в цепи эмиттера согласующего транзистора 3 и, следовательно, к резкому умень шению его тока коллектора практичес ки до нуля, следовательно, ток базы силового транзистора 2 и ток нагрузки тоже падают до нуля, т.е. ре гулирующий элемент 1.закрывается. Ток эмиттера транзистора 9 при работе стабилизатора равен ЭТ9 КТ9 5т9 где , соответственно ток эмиттера, коллектора и базы транзис тора 9 и тогда напряжение на эмитте ре транзистора 9 будет д53 Т9эт9 9 где о напряжение на эмиттере транзистора 9, сопротивление эмит терной цепи транзистора 9, т.е. о6 щее сопротивление индикатора 14 и датчик 15 тока защиты. База транзистора 9 через резистор 10 подключена к выходу стабилизатора и тогда, считая, что на переходах насьщенного транзистора 9 напряжения равны нулю, получаем где euix выходное напряжение стабилизатора, «сопротивление резистора 10 и тогда 9TeVB 6bW iO Збтд, а так как закрывание транзистора 9 начинаются когда ° ° закрывании будет KgtgHitTe eWV Ток коллектора транзистора 9 является базовым током силового транзистора 2 () , поэтому ток нагрузки будет равен Зн 0 5т1 ЧоГ . где 3ц-ток нагрузки, ufO статический коэффициент усиления тока базы силового транзистора 2. Следовательно, при изменении сопротивления RjYg, т.е. сопротивления датчика 15 тока защиты, будет изменяться величина тока нагрузки, при которой срабатывает блок 8 защиты и ток защиты Зц можно определить из равенства ,. а замеряя ток эмиттера транзистора 9 индикатором 14 тока защиты, можно определить ток срабатывания запщты. При этом показания индикатора 14 зависят от тока нагрузки, т.е. при разных токах нагрузки будут разные токи базы транзистора 9, а следовательно, и разные Va-gH поэтому установку тока заищты на требуемое значение необходимо производить при рабочем токе нагрузки или практически определять зависимость установленного тока защиты от тока нагрузки . Регулировка выходного напряжения стабилизатора в больпшх пределах изменяет ток срабатывания защиты, поэтому в стабилизаторе по схеме на фиг. 2 датчик тока защиты 15 выполнен в виде стабилизатора тока на транзисторе 19 и эталонном резис .торе 20, это позволяет исключить вл яние выходного напряжения на ток срабатывания, защиты, а также позвол ет производить установку требуемого тока защиты при любом токе нагрузки, т.е. изменения Vg-gH влияют на ток э шттера транзистора 9. В схеме по фиг, 2 нельзя уменьшать выходное напряжение стабилизатора меньше опорного напряжения источника 7, так как прекратит работу транзистор 19 и схема 5 сравнения, т.е. стабилизатор не будет работать, поэтому для получения регулировки выходного напряжения от нуля в схеме по фиг. 3 используется дополнительный источник 21 напряжения, напряжение которого больше, чем напряжение источника 7. Когда выходное напряжение стабил затора больше допустимого обратного напряжения перехода база - эмиттер транзистора 9, то при срабатывании бл 1ка защиты к указанному переходу будет приложено недопустимое обратное напряжение за счет остаточного напряжения на конденсаторе 13, поэтому цля защиты перехода используется циод 7. При импульсной нагрузке, когда средний ток нагрузки меньше тока за iiififbi, а ток в импульсе больше, выходное напряжение стабилизатора может оказаться меньше, чем напряжение на конденсаторе 13, что приведе к срабатыванию блока 8 защиты. В этом случае к базе транзистора 9 подключается конденсатор 18, которы задерживает срабатывание блока защиты на время, определяемое емкостью конденсатора 18 и сопротивлением резистора 10, и исключает возможность срабатывания блока защиты от импульсного тока нагрузки. Величина емкости конденсатора 18 должна .быть такой чтобы время задержки было меньше, чем время заряда конденсатора 13 током эмиттера транзистора 9, иначе напряжение на конденсаторе 18 сыграет роль выходного .напряжения и блок защиты сработает. Использование предлагаемой схемы стабилизатора позволяет использоват в блоке защиты любые высокочастотные транзисторы, у которых допустимое напряжение перехода коллектор эмиттер больше входного напряже98ния стабилизатора, что повышает быстродействие блока защиты. Формула изобретения 1. Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий последовательно включенный в выходную шину составной регулирующий элемент на транзисторах разного типа проводимости, управлянщей цепью, подключенный к выходу усилителя постоянного тока, входом соединенного с выходом сравнивающегр блока, входы которого подключены к выходам делителя выходного напряжения и источника опорного напряжения, входами подключенных к соответствующим .-выходным выводам, и блок для защиты с пусковой цепочкой, о т. л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью увеличения быстродействия защиты, блок для защиты выполнен на транзисторе той же проводимости, что и согласующий транзистор, база которого подключена через 4)езистор.к выходному выводу и .через пусковую цепочку - к входному выводу, коллектор - к эьшттеру согласующего транзистора, а эмиттер - к общей шине стабилизатора через конденсатор, параллельно которому подключены последовательно соединенные индикатор тока защиты и датчик тока за щиты, а параллельно переходу эмиттер - база транзистора подключен диод. , 2., Стабилизатор по п. 1, о т л.ичающийся тем, что датчик тока защиты выполнен на резисторе. 3. Стабилизатор по п. 1, отличающийся тем, что датчик тока защиты выполнен в виде источника стабильного тока. 4. Стабилизатор по пп. 1,3, о тличающийся тем, что источник стабильного тока выполнен на транзисторе с эталонным- резистором в цепи эмиттера и источником напряжения в цепи базы, причем транзистор коллектором подключен к индикатору тока защиты, базой - к выходу источника опорного напряжения, а эмиттером через резистор - к общей шине. 5. Стабилизатор по пп. 1, 2, отличающийся тем, что резистор датчика тока защиты и источник опорного напряжения подключены к

общей шине через дополнительный источник напряжения.

щиты дополнительно подключен конденсатор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

(риг.Г

(Риг.з