Стабилизатор напряжения постоянного тока

Стабилизатор напряжения постоянного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

»».691 !

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свил-ву (22) Заявлено 02.04.76 (21) 2340771! 24-07 с присоединением заявки М (51)M. Кл.

Я 05 F 1/58

Гасударственный квинтет

СССР

I!0 делам нзабрвтаннй н етнрктнй (23) Приоритет

Опубликовано 15,10,79. Бюллетень % 38 (53) УДК 621,81-6. .722.1. (088.8) Дата опубликования описания 20.3,0.79 (72) Авторы изобретения

B. А. Сычик, Г. В. Бугаев и B. Л. че

1 (7l ) Заявитель (54) СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в устройствах электропитания узлов радиоэлектронной аппаратуры, автоматики, вычислительной техники и средств .связи.

Известен стабилизатор напряжения пос5 тоянного тока, содержащий компар втор, усилитель постоянного тока и регулирук ший элемент на тиристоре (1 j.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является ста билизатор напряжения постоянного тока, содержащий включенный последовательно в выходную шину регулирующий элемент на силовом и согласующих транзисторах, дифференциальный усилитель постоянного тока на транзисторах, один вход которого соединен с выходом переменного резистора делителя, верхнее и нижнее плечи которого включены между выходными выводами, другой вход — с источником опорного напряжения, а выход подключен к управляющей цепи регулирующего элемеита(21.

Однако известные стабилизаторы напряжения постоянного тока работают в узком диапазоне входного напряжения, причем предельное значение напряжения стабилизации не превьппает 100 R.

Белью изобретения является расширение диапазона напряжения стабилизации.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизаторе напряжения постоянного тока 2 в цепь эмиттеров транзисторов дифференциального усилителя постоянного тока включен вновь введенный генератор тока на транзисторе, база которого включена в цепь нижнего плеча делится до нижнего вывода переменного резистора зашунтированного вновь введенным стабилитроном, а между,адним из входных выводов и входом силового транзистора включен коллекторно-эмяттерной целью вновь введенный дополнительный транзио. тор, база которого соединена с коллекто- рами согласуютпих транзисторов, кроме того, с целью повышения надежности стабилизатора он снабжен ниэкоомным реле, з 6918 обмотка которого одним иэ выводов соединена с выходом силового транзистора регулирующего элемента, а вторым выводом свой размыкающий контакт — с одним выходным выводом, а через замыкающий— с другим выходным выводом.

На чертеже приведена схема стабилизатора напряжения постоянного тока. Стабилизатор напряжения постоянного тока содержит регулирующий элемент, вы- 10 полненный на транзисторах l, 2, 3, 4 и резисторе 5, дифференциальный усилитель постоянного тока на транзисторе 6, коллектор которого через резистор 7 подключен к выходу стабилизатора, и транзисторе 8, а их эмиттеры объединены и подключены к генератору тока, собранному на транзисторе 9 и резисторе 10, делитель напряжения на резисторах 11, 12, 13, 14, нижнее плечо которого эашунтировано стабилитроном 15, источник опорного напряжения на резисторе 16 и стабилитроне 17, управляющую цепь регулирующего элемента на транзисторе 18, токостабилизирующий двухполюсник, выполненный на транзисторе 19, коллектор которого соединен через конденсатор 20 с общей шиной, и стабилитроне 21, резисторы 22 и

23, и схему защиты, содержащую реле

24, обмотка которого эашунтирована диодом 25-и конденсатором 26, кнопку 27, резистор 2 8 и группу контактов 2 9, 30, выпрямитель 31.

Стабилизатор работает следующим об35 р азомв

Регулйрующий элемент содержит согласующие транзисторы 1,2 и мощный силовой транзистор 3. Все транзисторы имеют одинаковый тип проводимости, например р -р- q, а их число и мощность выбираются в соответствии с требуемой величиной регулировочного тока, мощностью, отдаваемой в нагрузку, а также допустимым значением изменения напряжения постоянного тока на входе стабилизатора.

Стабилизатор подключается к выходу выпрямителя 31, обеспечивающего выпрямление переменного напряжения промышленной частоты требуемого значеййя. Поскольку нестабильность напряжения сети с учетом пульсаций на входе стабилизатора по ГОСТУ составляет +15%, то расширение диапазона напряжения стабилизации (достижение поставленной цели) автоматически приводит. к расширению диапазона входного напряжения. Например, при полученйи стабилизированного напряжения

500 В и настройке стабилизатора по ми18 4 ннмальному уровню 0,850но в момент повышения напряжения сети на +15% от номинального падение напряжения на элек- тродах эмиттер — коллектор транзисторов

1,2 и 3 достигнет критического значения (150В), что приведет к появлению опасности пробоя согласующих транзисторов, особенно маломощных, поскольку их предельное напряжение 0" обычно значительно ниже, чем у мощных.

Поэтому для обеспечения возможности расширения диапазона напряжения стабилизации с учетом изменения входного напряжения на +15%, ко входу силового транзистора 3 подключен эмиттером силовой транзистор 4 такого же типа, что и транзистор 3, т. е. обладающий аналогичными параметрами. Коллектор его подключен к контактной группе 30 реле 24, а база— к коллекторам согласующих транзисторов

1 и 2 регулирующего элемента. дифференциальный усилитель постоянного тока выполнен на транзисторах 6 и 8, включенных по балансной схеме. С целью расширения диапазона напряжения стабилизации в Ilettb эмиттеров транзисторов 6 и 8 включен генератор тока, выполненный на транзисторе 9 и резисторе 10. Транзистор 9 выбирается с высоким предельным напряжением U чтобы разгрузить по напряжению трайзисторы 6 и 8. Р данном случае при изменении входного напряжения на 30% падение напряжения на каждом из транзисторов 3 и 4 составит только лишь

15%, т. е. уменьшится в два раза, что позволяет в два раза расширить диапазон изменения стабилизированного напряжения.

Нормальная работа генератора тока и дифференциального усилителя постоянйого тока обеспечивается путем выполнения lteлителя напряжения на четырех резисторах

11, 12, 13 и 14. При этом, к среднему выводу переменного резистора 12 подключен базой транзистор 8, а к нижнему выводу этого переменного резистора 1 2 подключен стабилитрон 15, обладающий аналогичными электрическими параметрами со стабилитроном. 17. База транзистора

9 генератора тока включена также в цепь делителя напряжения, т. е. к средней точке резисторов 13 и 14, параллельно которым включен стабилитрон 15. Падением напряжения на резисторе 14 и резисторе

10, подключенным к эммитеру транзистора 9, задается нужный ток его коллектора, т. е. требуемый ток генератора. Любое изменение выходного напряжения, приводящее к изменению тока, протекающего

8 6 полюсника. Значение тока транзистора 19 определяется рабочим напряжением стабилитрона 21 и резистора 22, включенного в цепь эмиттера транзистора 19.

Второй важной особенностью использования транзистора 4 является то, что кроме разгрузки транзистора 3 по напряжению ц z> разгружается по напряжению „и транзистор 19, что крайне важно, поскольку маломощные транзисторы (транзистор 1 9-маломощный ) как р-п-р так и и-р-п типа обладают недостаточно высоким предельным значением.

Конденсатор 20 устраняет воэможность возбуждения стабилизатора, а резистор 5 улучшает работу регулирующего элемента.

Защита стабилизатора от короткого замыкания со стороны нагрузки осуптествляется с помощью реле 24, включенного одним из выводов обмотки к выходу регулирующего элемента, а другим через контактную группу 29 к выходным выводам стабилизатора. Важным условием является то, что реле 24 устанавливается рядом с транзистором 3 и его обмот- ка непосредственно соединена с эмиттером транзистора 3. Такое включение предотвращает пробой транзисторов 1, 2, 3, регулирующего элемента. Опаснос ть пробоя вызвана тем, что конденсатор 20 заряжается до напряжения, примерно равного напряжению стабилизации, и при ко"ротком замыкании это напряжение мгновенно прикладывается к переходу база— эмиттер транзисторов 1, 2, 3. Включение обмотки реле 24 в цепь эмиттера транзистора 3 приводит к резкому повышению тока эмиттера этого транзистора и срабатыванию репе 24, однако пробоя не произойдет, поскольку, например, входное сопротивление транзистора 1 велико, так как

5 69181 через 11 и 12 не повлияет на работу генератора тока, поскольку это изменение тока полностью компенсируется стабилитроном 15.

Изменение напряжения стабилизации будет зафиксировано вследствии изменения входного напряжения транзистора 8 и перераспределения эмиттерных токов транзисторов 6 и 8. При этом чувствительность транзисторов 6 и 8 к изменению напряжения стабилизации будет значительно выше (более чем в 3 раза), чем при обычном исполнении делителя напряжения, поскольку это приращение распределяется пропорционально лишь двум резисторам

11 и 12 вместо трех в обычном вариан т е \

Следует особо указать, что включение генератора тока в эмиттерную цепь транзисторов 6 и 8 предотвращает автоматиго ческое опрокидывание транзисторов 6 и

8 в режим открыт — закрыт и, соответственно, срыв стабилизации напряжения устройством, как это имеет место для

25 балансного каскада при больших значениях сопротивления эмиттерной цепи (при стремлении увеличить предельное напряжение стабилизации за,счет увеличения падения его части на резисторе). зо

Рабочее напряжение стабилитронов 15 и 17 выбирается иэ условия 0,90 =0, предельное транзистора 9. Транзисторы

6 и 8 используются аналогичной проводимости, что и транзистор 9, причем их

35 предельное напряжение эмиттер — коллектор выбирается не ниже разности0,„ „у

Вых стсй О, тс,„,о,,н, Для обеспечения необходимого запаса по данному критерию в цепь коллектора транзистора 6 включен высо- 40 коомный резистор 7, а коллектор транзистора 8 подключен к транзистору 18 аналогичного типа проводимости, на электродах эмиттер — коллектор которого гасится часть напряжения.

В случае, когда стабилизированное напряжение на 20 ниже суммарного напряжения источника опорного напряжения и напряжения 0 ттррааннзэииссттоорра а 88, транзистор 18 можно изъять, подключив при этом коллектор транзистора 8 через резистор к выходу стабилизатора и, соответственно, к базе транзистора 1 (на чертеже показано пунктиром).

Транзистор 1 8 соединен коллектором с базой транзистора 1 регулирующего элемента и с коллектором транзистора

19 обратного типа проводимости, входящего в состав токостабилизируюн его двухЗХ 1 г (5 +2+

1 где R>p- сопротивление обмотки реле 24 — коэффициент усиления по току " т,2,з транзисторов 1, 2, 3.

Поэтому даже низкоомное сопротивление обмотки реле 24 надежно защищает транзистор 1 регулирующего элемента от пробоя при коротком замыкании. Сопротивление обмотки используемого реле 24 составляет 7-30 Ом, а тип его определяется током срабатывания, причем достаточным для выдержки короткосрочной двойной перегрузки при максимальной нагрузке стабилизатора.

7 6918

Сбмотка реле 24 зашунтирована диодОм 25 и конденсатором 2 6 для нормальной его работы в режиме переключения.

Резистор 28 обеспечивает требуемый ток, достаточный для удержания реле 24 в режиме переключения при минимальном входном напряжении. Кнопка 27 используется для включения стабилизатора в рабочий режим после снятия короткого замыкания !о

При номинальном напряжентти сети

/220 или 127 Р) выпрямленное напряжение на входе стабилизатора имеет такое значение, чтобы при сниженном напряжении сети на + +15% выходное стабилизированное напряжение практически не изменилось. Средний вывод переменного резистора 1 2 устанавливается так, чтобы коллекторные (эмиттерные) токи транзисторов 6 и 8 были равными. Ток коллектора транзистора 9 устанавливается рав ным суммарному току эмиттеров транзисторов 6 и 8, а коллекторный ток транзистора 18 равен и изменяется аналогично току коллектора транзистора 9, Базо25 .вый ток транзистора 1 автоматически устанавливается в P p раз меньше коллекторного тока транзистора 3, практически соответствующего нагрузочному току стабилизатора, где Р коэффиштент

30 усилейия по току транзистора в схеме с общим эмиттером. Коллекторный ток транзистора 19 выбирается равным сумме коллекторного тока транзистора 18 и базового тока транзистора 1. Реле 24 на35 ходится в отключенном состоянии„поскольку ток его срабатывания выбран не ниже двойного тока нагрузки при его максимальном значении, и контактнйе

40 группь» 29, 30 реле 24 обеспечивают подачу стабилизированного напряжения к нагрузке.

При повьппении или понижении стабипиэированнОГО напряжения HB вьтхОде прО

45 исходит Определенное HSMBHBEIIIB (вОэрас тание или уменьшение) тока„протекаю-щего через резисторы 11 и 12 делится напряжения и соответственно повьтцтение или понижение падения напряжения на пе5О ременном резисторе 12, что приводит к

HsMBHBHHIo BxoAHol o напряжения транзистораа 8 и перераспределению тока между транзисторами 6 и 8 в соответствуютпую сторону. Увеличение напряжения вызовет

55 рост колпекторного тока транзистора Я и транзистора 18 и соответствующее сьижение тока коллектора транзистора 6. В сбою очередь рост тока коллектора тран18 R зистора 18 приводит к снижению базового и соответственного коллекторного тока транзистора 1 регулирующего элемента, поскольку он является разностным от тока токостабилизируюптего двухполюсника на транзисторе 19 и коллекторного тока транзистора 18. Это приводит к автоматическому поддерживанию выходного стабилизированного" напряжения на уровне заданного. Аналогично происходит работа стабилизатора при снижении входного напряжения„только в данном случае коплекторньтй ток транзистора 8 и 18 уменьшается, а транзистора 1, наоборот, возрастает.

При коротком замыкании или превышении тока нагрузки сверх допустимого значения реле 24 срабатывает, переключая питающее напряжение со входа стабилизатора через контактную группу 30, резистор 28, кнопку 27 и обмотку реле 24 на корпус (земля-противоположная шина стабилизатора). ЕЬсстановление работы стабилизатора производится после устранения неисправности путем раэмыкания кнопки 27, в результате чего сработает контактная группа 30 реле 24, обеспечивающая подачу входного напряжения на стабили эатОр а

Таким образом, предлагаемый стабилизатор напряжения постоянного тока обладает широким диапазоном изменения входного напряжения, высокой стабильностью параметров. Он позволяет получать высоzoB значение напряжения стабилизации.

Формула изобрете ния

1. Стабилизатор напряжения постоянного тока, содержапцтй включенный последовательно в выходную шину регулируютций элемент на силовом и согласующих транзисторах, дифференциальный усилитель постоянного тока на транзисторах, один вход которого соединен с выходом переменного резистора делителя, верхнее и нижнее плечи которого включены между выходными выводами, другой вход — с источником опорного напряжения, а выход подключен к управляющей цепи регулирующего элемента, о т л и ч а ю m и и с я тем, что, с целью расширения диапазона напряжения стабилизации, в цепь эмитторов транзисторов дифференциального усилителя постоянного тока включен вновь введенный генератор тока на транзисторе, база которого включена в цепь нижнего

691818

9 плеча делителя, до нижнего вывода переменнот о резистора эашунтированного вновь введенным стабилитроном„а между одним из входных выводов и входом силового транзистора включен коллекторноемиттерной цепью wow, введенный дополнительный силовой транзистор, база которого соединена с коллекторами согласующих транзисторов.

2. Стабилизатор по п. 1, о т л и - 10 ч а ю шийся тем, что, с далью иовыmewrN надежнос ги стабилизатора, он снабжен ниэкоомным, реле, обмотка которого одним иэ выводом соединена с выходом силового транзистора регулирующего элемента, а вторым выводом через свой размыкающий контакт - c одним выходным выводом, а через замыкающий — с другим выходным выводом.

Источники информапии, . принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

% 329032, кл. Н 02 М 3/155, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР 4 337888, кл. Н 02 М 3/155, 1970.

Составитель С. Горбачева

Редактор Р, Лукин Техред 3. фанта КорректоР М Шароши.

Заказ 6214/37 Тираж 1015 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москве, Ж-35, Раушская набив д. 4/5

Филове ППП Петлит, г. Уигорол, ул. Проеитивв, 4