Стабилизатор постоянного напряжения

Стабилизатор постоянного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий регулирующий транзистор, эмиттер которого соедине-н с выходным выводом стабилизатора, коллектор - с входной шиной стабилизатора , база - с коллектором усилительного транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине, а база к выходу блока сравнения, соединенного с выходами источника опорного напряжения и измерительного делителя выходного напряжения, и токостабилиэируниций двухполюсник, подключенный между коллектором и базой регулирующего транзистора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и стабильности выходного напряжения при работе.в составе непрерывно-импульсного стабилизатора в режиме кодового управления , введены транзистор, резистор и стабилитрон, при этом коллектор и база регулирующего транзистора соединены соответственно с коллектором (Л и эмиттером введенного транзистора, а база последнего соединена с его эмиттером через резистор и с коллектором через стабилитрон.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) 1(511 G 05 F 1/58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3347799/24-07 (22) 21.10.81 (46) 30.03.84. Бюл.9 12 (72) Н.А.Козвонин, Ю.К.Зубрин и A.Á.Ïîòàïåíêî (71-) Куйбышевский электротехнический институт связи (53) 621;316.722.1(088.8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР

В 608139, кл.G 05 F 1/56, 1976.

2. Краус Л.А. и др. Проектирование стабилизированных источников.электропитания РЭА.. "Энергия", 1980, с.74. (54)(57) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий регулирующий транзистор, эмиттер которого соединен с выходным выводом стабилизатора, коллектор — с входной шиной стабили-затора, база — с коллектором усилительного транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине, а база— к выходу блока сравнения, соединенного с выходами источника опорного напряжения и измерительного делителя выходного напряжения, и токостабилизирующий двухполюсник, подключенный между коллектором и базой регулирующего транзистора, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности и стабильности выходного напряжения при работе в составе непрерывно-импульсного стабилизатора в режиме кодового управления, введены транзистор, резистор и стабилитрон, при этом коллектор и база регулирующего транзистора сое- Щ динены соответственно с коллектором и эмиттером введенного транзистора, а база последнего соединена с его эмиттером через резистор и с коллектором через стабилитрон.

1083170

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для электропитания устройств радиоэлектроники, автоматики и вычислительной техники.

Для обеспечения широкого диапазона 5 стабилизирбванных выходных уровней напряжения и обеспечения высокого

КПД при больших уровнях нагрузки широко распространены так называемые двухкаскадные стабилизаторы, которые 10 содержат два последовательно включенных каскада стабилизации, при этом первый каскад, как правило, построен на импульсном принципе регулирования, а второй - на непрерывном (1) .

В указанных стабилизаторах падение напряжения на регулирующем элементе каскада с непрерывным регулированием поддерживается всегда постоянным вне зависимости от абсолютного значения выходного напряжения.

Это достигается за счет работы каска-. да с импульсным регулированием, когда выходное напряжение каскада с импульсным регулированием, сглаженное

LCD-фильтром, подается на вход каскада с непрерывным регулированием. Каскады с непрерывным регулированием строятся, как правило, по схемам стабилизаторов напряжения постоянного тока с непрерывным регулированием. 30

Наиболее близким к предлагаемому является стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий транзистор, эмиттер которого соединен с выходным выводом стабилизатора, коллектор - с входной шиной стабилизатора, база - с коллектором усилительного транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине, а базак выходу блока сравнения, соединенно-40

ro с выходами источника опорного напряжения и измерительного делителя выходного напряжения, и токостабклизирующий двухполюсник, подключенный между коллектором и базой регулирую- 45 с ще го транзистора f2) . указанная схема за счет включения в цепь коллектора управляющего тран,зистора токозадающего двухполюсника обладает лучшим коэффициентом стабилизации и меньшим уровнем пульсации выходного стабилизкрованного напряжения или тока. При этом, чем ближе к идеальным характеристикам токозадающий двухполюсник, ™ лучше указанные характеристики стабилизатора в целом. Однако применение этой схемы стабилизатора в качестве каскада с последовательным регулированием в двухкаскадном стабилизаторе сопряжено со следующими трудностями. Как указывалось выше, .падение напряжения на регулирующем транзисторе каскада с последовательнбй регулировкой поддерживается нф бпределенном фиксированном уровне эа счет соответствующего управления работой каскада с импульсным .регулированием. Это положение справедливо для вполне установившегося режима стабилизации. При высокой динамике нагрузки (ток перегрузки, короткое замыкание стабилизатора) или прк резкой смене максимального выходного уровня напряжения до минимального значения по цепи управления (например, прк кодовом управлении выходными уровнями стабилизатора) падение напряжения на регулирующем транзисторе может достичь значений, многократно превышающих указанный фиксированный уровень. Это превышение тем больше, чем больше максимальное выходное стабилизированное напряжение стабилизатора к чем меньше задан фиксированный уровень падения напряжения на регулирующем транзисторе. Объясняется это тем, что выходное напряжение LCD-фильтра, снимаемое с его емкости, прк резкой динамике нагрузки или цепи управления стабилизатором сохраняет свое значение-несмотря на то., что каскад с импульсным регулированием вследствие возникновения этой динамики выключен.

В таких случаях все напряжение на емкости LCD-фильтра приложено к переходам коллектор-эмиттер и коллекторбаза регулирующего транзистора каскада с непрерывным регулированием, что особенно опасно в высоковольтных стабилизаторах.

Цель изобретенкя — повышение надежности и стабильности выходного напряжения прк работе в составе непрерывно-импульсного стабилизатора в режиме кодового управления.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий транзистор, змиттер которого соединен с выходным выводом стабилизатора, коллектор — с входной шиной стабилизатора, база — с коллектором у илительного транзистора,эмиттер которого подключен к общей шине, а база — к выходу блока сравнения, соедикенного с выходами источника опорного напряжения и измерительного делителя выходного напряжения, и токостабилизирующий двухполюсник, подключенный между коллектором и базой регулирующего транзистора, введены транзистор, резистОр и стабилитрон, при этом коллектор и база регулирующего транзистора соединены соответственно с коллектором и эмиттером введенного транзистора, а база последнего соединена с его эмкттером через резистор и с коллектором через стабклнтрон.

На чертеже представлена схема пред. лагаемого стабилизатора постоянного напряжения.

1083170

Стабилизатор содержит регулирующий транзистор 1, усилительный транзистор 2, база которого подключена к выходу блока 3 сравнения, к которому также подключены источник 4 опорного напряжения и измерительный делитель 5

5 и б выходного напряжения. Между коллектором и базой регулирующего транзистора 1 включен токозадающий двухполюсник 7, параллельно которому подключена цепь из транзистора 8, 10 резистора .9 и стабилитрона 10. Вход стабилизатора подключен к выходу импульсного регулятора 11, содержащего регулирующий элемент 12, узлы 13 управления и 14 сравнения, а также и 15 источник 15 напряжения смещения и выходной фильтр 16.

Устройство работает следующим образом.

Выходное напряжение стабилизатора устанавливается согласно заданным значениям потенциометрического делителя 5 и б и поддерживается на неизменном уровне при непрерывном процессе регулирования по цепи обратной связи, включающей в себя делитель

5 и б, блок 3 сравнения; транзистор

2, базовую цепь регулирующего тран- зистора 1. При этом падение напряжения на регулирующем транзисторе 1 поддерживается на фиксированном уров-З0 не, определяемом величиной напряжения источника 15 смещения.

Так как в качестве токоэадающего двухполюсника выбран полевой транзистор, обладающий хорошей пологостью 35 выходных характеристик, то пульсация выходного напряжения дросселя фильтра

16 не вызывает соответствующей пульсации тока в базовой цепи регулирующего транзистора 1 и поэтому коэффи- 40 циент подавления пульсаций в такой схеме стабилизатора с непрерывным регулированием значительно выше. Выше получается и коэффициент стаби- . лизации за счет большего коэффициента усиления транэистОра 2, вызванного высоким динамическим сопротивлением токозадающего двухполюсника 7.

Рассмотрим поведение Схемы при изменениях тока нагрузки, подключенной к выходному полюсу стабилизатора.

Пусть выходное напряжение стабйлизатора максимально, а ток нагрузки минимален. В этом случае выходное напряжение регулятора 11 также максимально и выше уровня выходного напряжения стабилизатора на величину фиксированного падения напряжения на регулирующем транзисторе 1. Ток токозадающего двухполюсиика 7 в базовой 60 цепи разветвляется на две составляющие: первая его часть протекает через переход база-эмиттер регулирующего транзистора 1, а вторая — через переход коллектор-эмиттер управляю- 65 щего транзистора 2, при этом первая составляющая этого тока много меньше второй.

При резком увеличении тока нагрузки на выходе стабилизатора ток перехода база-эмиттер транзистора 1 практически мгновенно возрастает, однако ток через переход коллектор-эмиттер транзистора 2 пропорционально уменьшится лишь спустя некоторое время, определяемое постоянной времени блока 3 сравнения, который обладает высоким коэффициентом усиления только

/ в области сравнительно низких частот.

Это приводит к тому,.что напряжение на выходном полюсе стабилизатора и на базовой цепи регулирующего транзистора 1 начинает резко понижаться, а напряжение на его переходе коллектор-база в свою очередь начинает резко возрастать. Однако возрастание этого напряжения приводит к тому, что опорный элемент 10, рабочее напряжение которого выбрало чуть большим величины фиксированного напряжения на регулирующем транзисторе 1, создает базовый ток транзистора 8.

Это, во-первых, обеспечивает необходимый ток базы регулирующего транзистора 1 и, следовательно, ток

его перехода коллектор-эмиттер для обеспечения резко возросшего т=ка нагрузки и фиксирует падение выходного напряжения стабилизатора; во-.вторых, возрастание падения напряжения на переходе коллектор-эмиттер регулирующего транзистора 1 зафиксировано;. на уровне величины рабочего напряжения опорного элемента 10.

Благодаря этому напряжение как на токозадающем двухполюснике, так и на регулирующем транзисторе 1 не превышает максимально заданной велИчины. Спустя постоянную времени блока 3 сравнения, напряжение íà его выходе изменится таким образом, что управляющий транзистор 2 закроется настолько, насколько необходимо в первоначальный момент увеличить базовый ток регулирующего транзистора 1.

При этом напряжение на его переходе коллектор-база понизится до номинального значения, опорный элемент и транзистор 8 обесточиваются. Схема возвращается в стационарный режим. Второй характерный режим переходного процесса стабилизатора вызван резким изменением его выходного напряжения по цепи управления делителем 5 и б, йапример, при кодовом управлении.

В данном случае наиболее опасной является ситуация резкого уменьшения максимального выходного напряжения до его минимального значения. ." Выходное напряжение регулятора

11 до рассматриваемой динамики снова максимально. Резкое повышение потенциала средней точки делителя 5 и 6

1083170

Составитель В.Широков

Редактор С.Квятковская Техред A,Áàáèíeö Корректор И«МУска

Заказ 1753/42 Тираж 842 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открытий

113036, Москва, Ж-35,. Раушская наб., д.4/5

Фйлиал ППП Патеит". г.ужгород, ул.Проектная,4 приводит к тому, что выходное напряжение блока 3 сравнения стремится полностью открыть транзистор 2, при этом вновь, как и рассматривалось выше, через опорный элемент и транзистор 8 течет ток. Напряжение на переходе коллектор-база регулятора заФиксировано рабочим напряжением опорного элемента 10. Значительный ток, протекаемый через транзисторы

8 и 2 быстро разряжает выходную ем- 30 кость фильтра 16, при этом на его вход напряжение не поступает, так как импульсный регулятор 11 .закрыт по цепи: выходной полюс стабилизатора, источник 15 смещения, сравнивающий элемент и управляющий элемент 13.

Закрытие импульсного регулятора 11 происходит потому, что падение напряжения на регулирующем транзисторе

1 будет равно величине рабочего напряжения опорного элемента 10, которая несколько больше заданной величины напряжения смещения источника

15. В рассматриваемом режиме падение напряжения на транзисторе 8 фик- >5 .сировано на уровне рабочего напряжения опорного элемента 10, а на транзисторе 2 напряжение падает со скоростью разряда выходной емкости фильтра 16, при этом ее ток разряда определяется током транзистора 2.

Из описанного выше видно, что данная схема стабилизатора выгодно отличается от известных тем, что она во всех случаях обеспечивает близкие ,,к фиксированным значениям уровни напряжения на полюсах регулирующего транзистора второго каскада с непрерывным регулированием. Благодаря этому повышается надежность работы регулирующего транзистора 1 и представляется возможным выбирать его низковольтным с лучшими выходными характеристиками, чем высоковольтные транзисторы. Благодаря тому же представляется возможным выбирать лучшие типы низковольтных транзисторов для токозадающего двухполюсника

7, что обеспечивает лучший коэффициент стабилизации и меньший уровень пульсации на выходе двухкаскадного стабилизатора.