Компенсационный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1982 года по МПК G05F1/56 

() КОМПЕНСАЦИОННЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электропитания устройств различного назначения.

Известен компенсационный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий по меньшей мере два параллельно включенные последовательные цепочки из регулирующих транзисторов и выравнивающих резисторов и усилитель обратной связи с источником опорного напряжения l .

Наиболее близким к изобретению/ техническим решением является компенсационный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий по меньшей мере две параллельно соединенные последовательные цепочки, каждая кз которых состоит из регулирующего транзистора и выравнивающего резистора в коллекторной цепи этого Транзистора и включена в одну из силовых шин, усилитель обратной связи, одним из входов подключенный к эмиттерам

регулирующих транзисторов и к одному из выходных выводов, другим входом к источнику опорного напряжения, а / выходом через согласующий узел - к базам регулирующих транзисторов и к одной из обкладок конденсатора, другая обкладка которого соединена с общей шиной, причем свободные концы указанных выравнивающих резисторов подключены к одному из входных выводов 2 .

10

Недостатком известных компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения является то, что необходимость сглаживания пульсаций выпрям15ленного напряжения при повышенном значении номинального тока нагрузки источника питания приводит к увеличению емкости, а, следовательно, габаритов и веса конденсатора сгла20живающего фильтра и всего стабилизатора в целом. В противном случае возможно насыщение регулирующего транзистора предстабилизатора, срыв стабилизации вследствие этого и сбои в работе питаемых устройств, снижение надежности функционирования как стабилизатора, так и питаемой быстродействующей радиоэлектронной аппаратуры. Кроме того, включение резисторов в базовые цепи регули рующих транзисторов увеличивает выходное сопротивление, и, следовательно, снижает устойчивость стабилизатора при значительных скачкообразных изменениях тока нагрузки, потребляемого одновременно большим количеством питаемых логических плат счетно-решающих устройств. При этом выбросы переходного процесса на эмит терных выходах регулирующих транзисторов могут приводить к сбоям и отказам в работе питаемых логических устройств. Цель изобретения - повышение надежности работы, КПД и быстродействия и улучшение весо-габаритных характеристик компенсационного стабилизатора постоянного напряжения. Цель достигается тем, что в компенсационный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий по меньшей мере две параллельно соединенные последовательные цепочки, каждая из которых состоит из регулирующего транзистора и выравнивающего резистора в коллекторной цепи этого тран зистора и включена в одну из силовых шин, усилитель обратной связи, одним из входов подключенный к эмиттерам регулирующих транзисторов и Кодному извыходных выводов, другим входом к источнику опорного напряжения, а выходом через согласующий узел - к базам регулирующих транзисторов и к одной из обкладок конденсатора, дру гая обкладка которого соединена с общей шиной, причем свободные концы указанных выравнивающих резисторов подключены к одному из входных выводов, введено по меньшей мере два дополнительных конденсатора, каждый из которых подключен между коллекто ром соответствующего регулирующего транзистора и общей шиной. На чертеже представлена функциональная схема компенсационного стаб лизатора постоянного напряжения. Компенсационный стабилизатор постоянного напряжения содержит три параллельно соединенные.последовате ные цепочки из регулирующих транзис торов 1-3 и выравнивающих резисторо 4 4-6, включенные в одну из силовых шин, усилитель 7 обратной связи, одним из входов подключенный к эмиттерам регулирующих транзисторов и к нагрузке 8, другим входом - к источнику опорного напряжения, а выходом через согласующий узел Э - к базам транзисторор 1-3 и к одной из обкладок конденсатора 10, другая обкладка которого соединена с общей шиной, и дополнительные конденсаторы 11-13, подключенные между коллектором соответствующего регулирующего транзистора и общей шиной, причем свободные концы выравнивающих резисторов -6 соединены с питающим источником I постоянного напряжения (выпрямитель) , а нагрузка 8 зашунтирована конденсатором 15. Компенсационный стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом. Пульсирующее напряжение с выхода выпрямителя lA поступает на регулирующие транзисторы 1-3. В точке соединения выравнивающих резисторов k 6 происходит разветвление выпрямленного тока на три приблизительно одинаковые составляющие. Таким образом, через каждый из резисторов Ц-6 и цепь коллектор - эмиттер соединенного с ним последовательно регулирующего/транзистора протекает ток, величина которого приблизительно равна I I 1о Н г Тн KS; п п т где .l(j - постоянная составляющая выходного тока выпрямителя 1ц - ток нагрузки стабилизированного источника питания; - число Параллельно соединенных регулирующих транзисторов. Выравнивающие резисторы t-G и конденсаторы 11-13 образуют сглаживающих РС-фильтров. Таким образом, благодаря включению конденсаторов , 11-13 резисторы -б обеспечивают не только выравнивание мощностей, рассеиваемых параллельно соединенными транзисторами 1-3, но и сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения на коллекторах упомянутых транзисторов. Указанное подключение выравнивающих резисторов к конденсаторам обеспечивают необходимую для нормальной работы каждого из регулирующих транзисторов фильтрацию выпрямленного напряжения в цепи тока (коллекторно го тока каждого из регулирующих тра зисторов) , величина которого в раз меньше выходного тока выпрямите ля либо тока нагрузки.С Таким образом, выравнивающие per зисторы обеспечивают как выравнивание мощностей , рассеиваемых параллельно соединенными регулирующими транзисторами, так и сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения на коллекторах упомянутых транзисторов. При этом исключается необходимость предварительной фильтраци выпрямленного напряжения в цепи выходного тока выпрямителя, что упрощает конструкцию и настройку источника питания, уменьшает энергопотре ление, габариты и вес; Кроме того, повышается надежност функционирования стабилизатора и пи таемой быстродействующей радиоэлектронной аппаратуры, так как предотвращается насыщение регулирующих транзисторов при повышенных токах нагрузки. Исключение резисторов из базовых цепей регулирующих транзисторов .обеспечивает меньшую, по сравнению с известными устройствами, величину выходного сопротивления стабилизатог .ра, что уменьшает выбросы и провалы выходного напряжения при.отработке кратковременных скачков тока нагрузки и повышает быстродействие. Кроме того, сохраняется возможность констг руктивного выполнения регулирующего элемента в виде некрторогр множества модулей. В зависимости от характера нагрузки и ее конструктивного исполнения эти модули устанавливаются либо в блоке централизованного источника питания, либр вне его, например, на платах функциональных узлов или блоков питаемой быстродействующей аппаратуры, что улучшает тепловой режим устройства и позволяет реализовать распределенную стабилизацию при централизованном стабилизированном источнике питания. Конденсатор 10, подключенный к соединенным между собой базам транзисторов 1-3 и общей шине, обеспечивает уменьшение амплитуды пульсации на нагрузке 8 до необходимого (требуемйго) уровня, а также устойчивост стабилизатора. Конденсатор 15, устанавливаемый в непосредственной близости от нагрузки 8, позволяет существенно уменьшить выбросы выходного напряжения источника питания при значительных скачкообразных изменениях потребляемого нагрузкой тока, а его емкость практически невелика. В качестве регулирующих моино использовать относительно маломощные, а, следовательно, более высокочастотные транзисторы, так как ток коллектора каждого из транзисторов в раз меньше тока нагрузки. Работает предлагаемый регулирующий элемент в нестационарном режиме, например, при включении стабилизированного источника питания на нагрузку следукмдим образом. До начала работы петли отрицательной обратной связи стабилизатора цепь тока для каждого из регулирующих транзисторов включает в себя внутреннее сопротивление выпркмителя 1, сопротивление одного из выравнивающих резисторов, сопротивление одного из насыщенных транзисторов, один из конденсаторов 11-13, конденсаторы 10 и 15 и нагрузку 8. Напряжение питания на регулирующие транзисторы поступает с выходов сглаживающих фильтров, образованных выравнивающими резисторами Ц-6 и конденсаторами 11-13. Отсутствие резонансных свойств цепи выпрямленного тока исключает перенапряжения на регулирующих транзисторах с момента начала работы петли обратной связи (выход стабилизатора , усилитель 7 обратной связи, согласующий узел 9 и регулирующие транзисторы 1-3) , 3 также в установившемся режиме работы при значительных скачкообразных изменениях (в частности, при резких уменьшениях) тока нагрузки в ряде применений источника питания, например, при питаии функциональных узлов или блоков счетно-решающих устройств, или ыстродействующей электронной аппаатуры для физикотхимического экспеимента. Сущность изобретения не изменится ри использовании элементов и цепей , беспечивающих регулировку величины табилизированного выходного напряения (например, регулируемых делиелей) , и известных схем защиты от ерегрузки по токУ и короткого за ыкания нагрузки, не предусматривающих включения резистивных датчиков тока в цепи эмиттеров или баз регулирующих транзисторов, а также защиты от перенапряжения на нагрузке и регулирующих транзисторах.

Эффективность от повышения быстродействия стабилизатора и уменьшения выбросов и провалов выходного напряжения при скачкообразных изменениях тока нагрузки определяется существенным уменьшением вероятности сбоев в работе питаемой быстродействующей электронной аппаратуры. Конкретный экономический эффект в этом случае определяется в процессе эксплуатации аппаратуры, в комплект которой входит Данный стабилизатор.

Формула изобретения

Компенсационный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий по меньшей мере две параллельно соединенные последовательные цепочки, каждая из которых состоит из регулирующего транзистора и выравнивающего резистора в коллекторной цепи этого транзистора и включена в одну из силовых шин, усилитель обратной связи, одним из входов подключенный к эмиттерам регулирующих транзисторов и к одному из выходных выводов, другим входом - к источнику опорного напряжения , а выходом через согласующий узел - к базам регулирующих транзисторов и к одной из обкладок конденсатора, другая обкладка которого соединена с общей шиной, примем свободные концы указанных выравнивающих резисторов подключены к одному из входных выводов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности его в работе, КПД и быстродействия и улучшения весогабаритных характеристик, в него введены по меньшей мере два дополнительных конденсатора, каждый из, которых подключен между коллектором соответствующего регули-: рующего транзистора и общей шиной. Источники информацииj

принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3259835, кл. 323-22, 1966.

2.Патент США № , кл.323-9, 1970 (прототип).