Стабилизатор постоянного напряжения

Стабилизатор постоянного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(51) G 05% 1 5

)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ CBNPETEJlbCTBV

0OVQAPCTBEHHblA HQMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О П(РЫТИЙ (21) 3367330/24-07 (22) 23.12.81 (46) 30.06.83. Вюл. )) 24 (72) В.И. Анисимов, M.Â. Капитонов, Н.Н. Прокопенко, Ю.г1. Соколов, A H. Исаков и К.П. Полянин (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт игл; В.И. Ульянова (Ленина) и Шахтинский технологический институт бытового обслуживания (53).621.316.722.1(088.8) (56) 1. Полянин К.П. Интегральные стабилизаторы напряжения. И, "Энергия", 1979, с. 140, рис. 5-10.

2. Linear integrated ciгса1t.

DATA ВООК, V. 22, January )980, Р Р ° 293, F 208. (54} (57) CTAE)UIH3ATOP II0CTORHH0FO

НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий усилитель сигнала рассогласования с двумя противофазными выходами, вход которого соединен с выходом..делителя выходного напряжения, трехполюсный повторитель тока,. вход которого подключен к йервому выходу усилителя сигнала рассогласования, а выход — к второму, ;выходу усилителя сигнала рассогласо вания и базе-согласующего транзистора, регулирующий элемент, управляющий вход которого подключен к общему выводу трехполюсного повторителя . тока, силовой вход соединен е входным, а силовой выход — с выходным выводами стабилнзатора, управляющий транзистор, эмиттер которого соеди нен с входным выводом стабилизатора, а коллектор - с эмиттером согласующего транзистора, вспомогательный транзистор, повторитель напряжения и источник опорного тока, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения КПД путем уменьшения тока потребления, источник опорного тока @

O соединен с коллектором согласующего транзистора и входом повторителя напряжения, выход которого соединен с эмнттером вспомогательного транзистора, база которого соединена с выходным:выводом стабилизатора, а коллектор:- с базой управляющего транзистора, коллектор которого подключен также к управляющему входу регулирующего элемента.

1026125

Изобретение относится к регуляторам напряжения постоянного тока.

Известны стабилизаторы постоянного напряжения, содержащие регулирующий элемент, усилитель сигнала рассогласования, делитель выходного напряжения и источник опорного. тока (1).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является стабилизатор постоянного напряжения, содержащий усилитель сигнала рассогласования с двумя противофазными выходами, вход которого соединен с выходом делителя выходного напряжения,трехполюсный повторитель тока, вход которого подключен к первому выходу усилителя сигнала рассогласования, а выход — к второму выходу делителя и базе согласующего транзистора, регулирующий элемент, управляющий вход которого подключен к общему выводу трехполюсного повторителя тока, силовой вход соединен с входным, а силовой выход— с выходными выводами стабилизатора, управляющий транзистор, эмиттер которого соединен с входным выводом, а коллектор — с эмиттером согласующего транзистора, вспомогательный транзистор, повторитель напряжения и источник опорного тока P2).

Недостатком данного устройства является сравнительно высокий ток потребления, приводящий к уменьшению

КПД стабилизатора.

Ток потребления Iдoz стабилизатором напряжения определяется соотноше. нием

I = I + I пот пот Е щего элемента 1, который и является входным выводом 12 стабилизатора.

65,Выход регулирующего элемента 1 подгде 1„- ток источника опорного тока;

I — суммарный ток, потребляемый в других цепях .стаби" лизатора.

Из вышеуказанного следует также соотношение

1 . /К", (2)

»от нике где I — измерительный ток нагрузЙ NGМ ки;

К. ††. — — коэффициент усиления по ! Ð Мре току регулирующего элемента.

Следовательно, при недостаточно высоком коэффициенте усиления по току регулирующего элемента и значительных токах нагрузки 1» (единицы ампер) ток источника, тока I ., а следовательно, и ток потребления ! стабилизатора могут достигать

»от единиц и десятков миллиампер.

Цель изобретения - повышение КПД стабилизатора путем уменьшения тока потребления.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизаторе постоянногс напряжения,, содержащем усилитель сигнала рассогласования с двумя противофазными выходами, вход которого соединен с выходом делителя выходного напряжения, трехполюсный повторитель тока, вход которого подключен к первому выходу усилителя сигнала рассогласования, а выход к второму выходу усилителя сигнала рассогласования и базе согласующего транзистора, регулирующий элемент, управляющий вход которого подключен к общему выводу трехполюсного Повто15 рителя тока, силовой вход соединен с входным, а силовой выход - с выходным выводами стабилизатора, управляющий транзистор, эмиттер которого соединен с входным выводом стабилизатора, а коллектор — с эмиттером согласующего транзистора, вспомогательный транзистор, повторитель напряжения и источник опорного тока,, источник опорного тока соединен с коллектором согласующего транзистора и входом повторителя напряжения, выход которого соединен с эмиттером .вспомогательного транзистора, база которого соединена с выходным выводом стабилизатора, а коллектор— с базой управляющего транзистора, коллектор которого подключен к управляющему входу регулирующего элемента.

На чертеже изображена принципиаль.Ç5 ная электрическая схема предлагаемого устройства.

Стабилизатор напряжения содержит регулирующий элемент 1, усилитель 2 сигнала рассогласования с.двумя

4р противофазными выходами, трехполюсной повторитель 3 тока, источник 4 опорного тока, повторитель 5 напряжения, согласующий транзистор б, управляющий транзистор 7, вспомогатель45 ный транзистор 8, и делитель 9 выходного напряжения. Управляющий вход 10 регулирующего элемента 1 соединен с общим выводом повторителя 3 тока, коллектором транзистора 7 и эмиттером транзистора б. Вход повторителя !

3 тока подключен к первому выходу усилителя 2 сигнала рассогласования, а выход — к второму выходу усилителя 2 сигнала рассогласования и базе транзистора б. Коллектор тран55 зистора б соединен с выходом 11 источника 4 опорного тока и входом повторителя 5 напряжения. Выход повторителя 5 напряжения подключен к эмиттеру вспомогательного транзистора 8, 60 коллектор которого связан с базой транзистора 7. Эмиттер транзистора 7 соединен с силовым входом регулирую1026125

1О (4) Ь2лз1

2ЛЭВ

М 6 Б

Н2 БЬ БЬ

65 ключен к выходному выводу 13 стаби лизатора, с которьюл также связаны база транзистора 8 и вход делителя 9 выходного напряжения. Выход делителя 9 выходного напряжения соединен с входом усилителя 2 сигнала рассогласования. Общие выводы усилителя

2 сигнала рассогласования повторителя 5 напряжения, источника 4 опорного тока и делителя 9 выходного нап-. ряжения объединены и подключены к общей шине 14 стабилизатора. В качестве повторителя 5 напряжения используется эмиттерный повторитель на транзисторе.

Устройство работает следующим образом.

При уменьшении по какой-либо причине выходного напряжения часть его через делитель 9 выходного .напряжения подается на вход усилителя 2 сигнала, рассогласования. Усилитель 2 сигнала рассогласования выделяет и усиливает разностный сигнал, который с выхода усилителя подается на базу транзистора 6. При этом транзистор 6 подэакрывается и появляется прирацение тока 1„ в его коллекторной цепи, вызывая равное приращение вхбдного тока повторителя 5 напряжения ISX< . Появляется приращение тока транзистора 8 в его эмиттерной

1 8 и коллекторной 1ys цепях, приводя к соответствующе>лу приращению тока базы транзистора 7 Б„ . Транзистор 7 приоткрывается и появляется 35 прирацение тока в его коллекторной цепи 1К, что приводит к увеличению входного тока регулирующего элемента 1 1 „ . При этом транзисторы регулирующего элемента приоткрыВаются,4р . вызывая тем самым приращение тока нагрузки 1„, компенсирующее уменьшение выходного, напряжения.

В устройстве действует цепь . регулирования коллекторного тока транзис- 45 тора 7. 1„„ в зависимости от тока нагрузки 1„.

Предположим, что ток нагрузки стабилизатора увеличился. Следователь4 но,увеличился входной ток регулирующего элемента 1 i „,Появляется прира5О щение тока эмиттера iz и коллектора

I1« òðàíçèñTîðà 6, вызйвающее соответствующие приращения токов

I>II, 1Б1 . ПрйсткрЫвается траиэистОр

7 и появляется приращение тока 1<7. в

его коллекторной цепи, компенсируюцее изменение входного тока регулируюцего элемента 1, а следовательно, и тока нагрузки Iä .

Очевидно, что начальное значение 60 тока коллектора транзистора 7 l, в данном случае следует выбирать, исходя из обеспечения минимального тока нагрузки 1„ ;,„ 1„, где 1д — ток делителя 9 выходного напряжения.

Следовательно, ток потребления стабилизатора напряжения равен о

ПОт. К1 Д Вот . Г где I — ток источника 4 опорного пот тока;

1 — ток, потребляемый в других цепях стабилизатора;

1„ - статический уровень тока коллектора транзистора 7.

С учетом цепи регулирования коллекторного тока транзистора 7 величи" на тока I„ определяется соотношением

1w vnax тот К .h,,h - . К.

"P7 21Э1 >478 3 ПИ где I . - максимальный ток нагрузhmaX ки;

К- — коэффициент усиления марэ по току регулирующего элемента 1;

- коэффициент усиления по току транзисторов 7 и 8 соответственно

К „ — коэффициент усиления по току повторителя 5 напряжения.

При 1„=5А и типовых значениях

Ъ лрэ i "2лэ1 =2 i ">>эв =0 98 °

"21эЛБ К спи 50 неббходимая величина тока источника 4 опорного тока всего

1„ =2,5 мкА, таким образом минимальное значение тока источника 4 опорного тока определяется только минимальным током, необходимым 21ля обеспечения активного режима работы тран-. зистора 6 I„ =50-200 мкА. При этом необходимый значительный ток 1э>, в режиме больших токов нагрузкй 1„ обеспечивается за счет введения новых связей.

Практически ток потребления I предлагаемого устройства в 10-20 раз меньше тока потребления известного стабилизатора.

Отметим также, что введение цепи регулирования коллекторного тока транзистора 7, обеспечивает высокое значение коэффициента стабилизации по напряжению и низкое выходное сопротивление стабилизатора благодаря большому значению петлевого усиления.

Высокое петлевое -усиление достигается за счет создания высокоомной нагрузки усилителя 2 сигнала рассогласования.

Величину сопротивления нагрузки усилителя 2 сигнала рассогласования определим как

1026125

ВНИИПИ Заказ 4558/40 Тираж 874 Подписное

Филиал ППН "Патент", r.Óæãoðîä,ул.Проектная,4

I где Ug> -. приращение напряжения на выходе усилителя 2 сигнала рассогласования.

Учитывая,, что к л, ээ= Ьщэ, .6Ъ КВ. сэ= "мэ КВ= и хРэ

iq К;р щ„э.; приращение тока базы транзистора. 6 I определяется как

iH

М

6 . 1РO "219% "21 УУ 21 О6

Поскольку выход усилителя 2 сигнала рассогласования связан с выходом

13 стабилизатора напряжения через согласующий транзистор.6, включенный $5 по схеме с общим коллектором, а регулирующий элемент 1 выполнен по схеме Дарлингтона, можно показать, что 0 6 0>, где Ин - приращение напряжения на выходе 13 стабилизатора.

Следовательно

066 Ой

Н 1 1 1Р 2 21&%2156 R К Ф

Н 1 4 .2и6 21эч 11эб где R, — сопротивление нагрузки стан бнлиэатора.

При Он =10 В, I> 5А и указанных выше типовых значениях коэффициентов по току регулирующих элементов 1, 6 и 7, 5 транзисторов сопротивление нагрузки усилителя 2 составляет й„.=4 МОм, что позволяет получить высокое. значение петлевого усиления (Т =10 -10 ),используя однокаскадный

5 усилитель 2 сигнала рассогласования.

Применение предлагаемого стабили-. затора постоянного напряжения для . питания маломощной электронной аппаратуры значительно улучшит ее энергетические характеристики.