Стабилизатор постоянного напряжения

Стабилизатор постоянного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскик

Социалистическик

Республик

ОПИСДИИИ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii 73607?

{61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено09.02.-78 (2! ) 2578121/24-07 (51) M. Кл. с присоединением заявки ¹â€”

6 05 F 1/58

Гасударстеенный комитет (23) Приоритет по делата нзобретеинй н отнрытнй

Опубликовано 25.05.80. Бюллетень ¹ 19 (53) Уд К621.316. 722.1. (088.8) Дата опубликования описания 30.05,80 (72) Авторы изобретения

П Г. Федосеев, Ю. В. Клюев и B. A. Бердников (71) Заявитель (54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротех: нике, в частности к электропитанию радиоэлектронной аппаратуры, и может быть использовано в качестве вторичного источника питания.

Известны стабилизаторы постоянного напряжения, содержащие регулирующий элемент, усилитель постоянного тока, схему сравнения и пусковое устройство, содержащее динистор или однопереходной

10 транзистор, подключенные параллельно регулирующему элементу fl).

Недостаток этих стабилизаторов — возникновение перенапряжений на зажимах нагрузки, вызванных пробоем динистора или двухбазового диода при высоких входных напряжениях, что препятствует использованию данного стабилизатора для питания интегральных схем, чувствительных к перенапряжениям.

Таким образом стабилизатор имеет неудовлетворительные импульсные переходные xGpRKTppH THKH при значит"..льном повышении входного напряжения.

Наиболее близким к изобретению является устройство, которое содержит регулирующий каскад на транзисторах разного типа проводимости, соединенный одним выводом с первой входной, другим — с первой выходной клеммами, а управляющим электродом — с выходом усилителя постоянного тока, один вход которого подключен к источнику опорного напряж ния, а другой — к среднему выводу первого потенциометра, соединенного двумя остальными выводами с первой и второй выходными клеммами (2).

Недостаток данттого стабилизатора черезмерное отпирание транзисторов регулирующего каскада, большой импульс тока включения, опасный для этих транзисторов. Кроме того, при недостаточной величине емкости конденсатора, подключенного параллельно первой и второй; выходным клеммам, в момент пуска происходит кратковременное повышение выходного напряжения против нормального.

Таким образом. стабилизатор и coòçò неудовлетворительные пусковые и IEpB ходные .характеристики и поетoMy tIBAoc-" таточно надежен.

Бель изобретения *- улучшение пусковых и импульсных переходпык характе»ристик стабилизатора постоянного напря>кения.

Постав>1енная цель достигается тем„. что усилитель постоянного тока выполнен в виде предварительного и управляющего диффере>щиальных каскадов на транзисто= рах разного типа проводимости, причем базы первого и. Второго трапзистсрое

ПРЕДВаРИтСЛЬНОГО ДиффЕРЕПЦИал>,Н1>т»О Кас-када соответственно соединены с одним

И ДРУГИМ ВХОДаМИ УСИ1ИтЕЛЯ ПОСТОЯНПОт.О

ТоКВ их эмиттерь1 чBpез первый О озис = тор — с первой выходной кпе;e„тoйр кочлек-т 1> тор первого транзистора через второй резистор, а второго непосредств»гпто =. с втоРой выходной кчеммрой, змпттеРьг первого и второго транзисторов управ-ЛЯЮЩЕГО ДИффЕРЕНЦИаЛЬ,1ОГО КаСКЕДа т=:= рез тр етий р езистор подключены ко 11торой «ы.ходной клемме, база первого трапзисто=» ра соединена с коллектором первого тРаНЗИСтОРа ПРЕДВаРИТЕЛЬПОГО Дифф. †.РЕ>т-циального каскада, а коллектор второго чo транзистора управляющего дифференциаль» ного каскада — с вь1ходом усилител.я постОЯННОГО тОКа, В УПРаВЛЯ1ОЩтт>т1 ДиффЕРЕ;;циальный каскад Введен узел за111иты. содержащий резистивно-емкостну>ю пус=. ковую цепь, состоящую из послед.овате>11-.=: но включенных четвертого резистора и цепочки параллчьно включенных пятого резистора и первСл о конденсаторе, дополнительный резистор, первый диод,, источ-НИК СМЕЩЕНИЯ, ДатЧИК тт.:a И ВтОРСй ПОтенциометр, причем база второго транзистора управляющего дифференциального каскада подключена к общей точцB четвертого резистора и параллельно вклтсченных пятого резистора и первсгс конденсатора резистивно-емкостной пускоВой ЦЕПИр ЧЕРЕЗ ДОПОЛНИТРЛЬ>тмйт РЕЗИС- тОР к пеРвой выходной клеммер еоез

ПЕРВЫЙ ДИОД К СРЕДНЕМУ Вт1ВОДУ ВТОРОго потегщиом.-.тра, подключенному парал-. лельно источнику смещенияр первый вы= вод которого соединен с выводом четвертого резистора резистивно-емкостной пусковой цепи и коллектором пер-= вого транзистора управ>гя>О>лего 11иффереициального каскада, а второй вывод сОВместнО с ВыводОм параллель и о с о е»» диненных пятого резистора и первого

7 4 конденсатора резистив>то-емкостной пус- т ковой цепи — с второй Вь1ходной клэммойр датчик тока подключен между второй входной и второй Bhl>:ooHQA клеммами.

С ЦЕПЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЧУВСтВИтenЬНОСТИ уж1а за>питы 1; снижения остаточного тока регу11ируюшего каскада при широком диапазоне измеaBíèÿ входного напряжения в разрыв между эмиттером второго транзистора управляющего дифференциального каскада усилителя постоянного тока и выводом третьего резистора, соединенного с змиттером первого транзистора управляющего дифферегц1иального

K ÿc K Q B в кл10 >1 е н к с чл ект О р- э мит т е р ный переход введенного первогo дополнитель1>ого транзистора того же типа проводимости, причем база этого транзистора через шестой и седьмой резисторы подключена к первой выходной клемме и пе.>вой клемме источника смещения и чьрВВ последовательно соединенные восьмой резт стор и второй диод — к второй входной клемме.

С цепью улучшения работы в переходных режимах при импульсных изменениях тока нагрузки в него введен второй дополтгитечьный транзистор, база которого

СОЕДИНе>та С КОПЛЕКТОРОМ ВТОРОГО тРан.= зистора предварительного дифференц>1алг

НОГО каскадс1 усилителя постОянеIОГО TCKB и через введенные параплельно включенные девятый резистор и второй конденC tTGP - C BT >POLI ВЫХОДНОИ K>IBMMOH эмиттер через десятый резистор подклю=ЧЕН К ВтОРОй ВЫХОДНОЙ КЛЕГЯ1Е, а КОЛЛЕТтор — к среднему выводу введенного третьего поте1щиометра, подключенного остатьными двумя выводами между первой выходной клсммой и крайним вывс дом первого потенциометра.

С целью получения плавного повыш ния выходного напря>кения при пуске база первого транзистора управля>о1цего дифференциального каскада усилителя постоянного тока через введенные после-=

poBBTB1Ihío соединенные одиннаддатый резистор и третий конденсатор подклкчена к первой вь1ходной клемме.

На фиг. 1р2р3 и 4 приведены схемы стабилизатора постоянного напряжения с улучтшенными пусковыми и имгульсными переходными характеристиками.

Стабилизатор содержит регулирующий каскад на транзисторах 1 и 2 разного типа проводимости,>силитель постоянно-го тока, выполненный в виде предварипьного, транзисторы 3 и 4, и управ50

Стабилнтрон дополнительно содержит транзистор 24, вклю енньпс последовательно в цепь эмиттарг транзистора 6 управляющего дифференциального каскада усилителя псстсянно1-О ToIÿ, причем база дополнительного транзистора через ра55

GHcTopbI 25 и 26 подключена к первой выходной 20 1спа1а.са и первой клемме дополнительного «с гсчникя 16 смешания, я через посладовятельнс ссадиненныа ра5 7 ляюшего, транзисторы 5 и 6, дифферен- циальных каскадов, источник опорного напряжения, выполненный ня стябилитроне 7 и резисторе 8, подключенных параллельно выходным клеммам, потанциометр 9 и узел защиты, содержащий резис тивно-емкостную пусковую цепь из резисторов 10 и 11 и конденсатора 12, дополнительный резистор 13, диод 14, пстенциометр 15, дополнительный источник 16 смешания, и датчик 17 тока.

Кроме указанных элементов стабилизатор содержит выходной конденсатор 18, подключенный с нагрузкой 19 к первой 20 и второй 21 выходным клеммам.

К первой 22 и второй 23 входным клеммам подводится напряжение источника энергии, например выпрямителя.

Устройство работаат следующим образом.

При подключении и входным клеммам

22 и 23 источника энергии транзисторы

1 и 2 регулирующего каскада, а также транзисторы 3,4 5 и 6 закрыты и напряжение на выходных клеммах 20,21 отсутствует. Одновременно за счет дополнительногс источника 16 смешания начи нает заряжаться конденсатор 12 через резистор 10. Когда потенциал базы транзистора 6 превьш1ает пороговое напряжение эмиттерного перехода упомянутого транзистора, последний открывается и включает в работу транзисторы 1 и 2 регулирующего каскада, ток эмиттера транзистора 1 заряжает выходной конденсатор 18, т.е. появляется напряжание на выходных клеммах 20 и 21. При этом процесс открывания транзистора 6 и транзисторов 1 и 2 форсируется за счет тока дополнительного резистора 13 подключенного к базе транзистора 6.

Таким образом, на указанной стадии пускового процесса транзисторы 6, и 2 находятся в петле положительной обратной связи, образованной благодаря включению дополнительного резистора

13, что и обеспечивает автоматический запуск схамы, выполненной на транзисторах разного типа проводимости.

Вместе с тем характерной особенностью примененного устройства зашиты является то, что с появлением выходного напряжения под действием сигнала, поступающего с движка потенциометра

9, всегда первым открывается транзистор 3 предварительного дифференциапьного каскада. а -.ранзисторы 4 и 5 закрыты. TBM самым исключается воз36077 можнОсть зя;Iиряния B прОцасса пуска транзистора 6 за сч:T падения няпряKBHhII на резистора з.обшей цепи трянзистОрсв 5 и Ь, EGTopo зависит Ог тОка змиттара транзистора 5. Лишь тогда, когда выход Io напряжение достигает нОминяльногО $ ровня Огкрывяются TpRB зисторы 4- и 5, т,е. Не эмиттар транзистора 6 поступяат усиленный сигнап рясIÎ согласования. Иным11 славами, вступает в действие контур общей отрицательной обратной связи и переход стабилизатора из режима пуска в ражим стабилизации выходного направления не сопровождаетiS ся, в отличие от известного, импульсным выбросом выходного напряжения.

B режиме нормальной работы стабилизатора диод 14 остается почти закрытым, что обеспечивается соответствую20 шим подборсм псложения движка потенциометра 15. При этом изменение тока нагрузки 19 и соответствующее изменение напряжения на датчике 17 тока в малой степени сказывается на режиме работы транзистора 6.

При перегрузке или коротком замыкании выходя напряжение ня датчике 17 тока сущаства1:но возрастает, вследствие чего диод 14 отпирается и база транзистора 6 оказывается подключенной через диод 14 и часть низксомнОй разистивнсй цепи делителя к Отрицательной входнои клемме 23. Транзистор 6 закрывается, злсрывя1Отся .1 транзисторы 1 и 2 регулирующего каскада. Выходное напряжение стабилизатора снижается и, когда опорный стябилитрон 7 выходит из режима пробоя, транзисторы 4 и 5 закрываются, вследствие чего контур общей отрицаталь40 ной обратно. :; связи оказывается разомкнутым, а контур положительной обратной связи создает тенденцию к лавинообразному зякрывяншо трянзисгоря 6 и соответственно транзисторов 1 и 2. В прад.пагаамой схеме защиты не возникает импульсных перегрузок по току транзисторов 1 и .2.

" )Й60 7 7 зистор 27 и диоды 28.„20 — к второй вb!ходной клемме 21, Напряжение смешения на базе трацзис== тора 24 выбрано тек, чтобы при пуска и при режиме стабилизации этот тран- зистор находился B режиме часьпцения„

ИОэтому В этих режимах работ а стабили-. затора, выполненного по схеме фнг,, 2 не отличается от работы стабилизато:.)а по с.хеме фиг. l.

При перегрузке эа счет действия,z nu из резистора 27 и диодов 28 и 29 транзистор 24 выходит нэ ре;киме не-,:-: сышения H закрывается вследствие -1,1:-

1 Q повышается эффект;1ВHocт= )!)r)H p (! 111 транзисторов 6, атакже, 1:и 2, причем остаточный ток транзистора 1 окал.; вается весьма мальм при широком дп»"назоне изменений входного напряжения.

Стабилизатор, показанный на фиг. 3, дополнительно содержит транзистор 30,. база которого соединена с коллектором транзистора 3 пре1варительного диффер =.H-циель)ця 0 каскада у ))литепя »Qc 0<7ò " тока и через параплe;lbHQ В1жючен.-: . резистор 31 и конденсатор 32 — с В .:.-:.;,рой выходной клеммой 21, эм т-.с;) ч."-.рез резистор 33 - c второй Вь)ко:, 1ой клеммой 21, а коллектор — c дви)-I IО;.,„

1I! потенциометоа 34 подкл)очец)10го одним

В выводом к первой вьходноч клемме 20, а другим — к Выводу поте1щиомет1)е Ь, Введение транзистора 30 созд»:=""

M BcT ByKl и ол О жит епь ную об о ат пуп о с В я з-: . а предварительном каскаде усилпт е=:".. постоянного тока, причем коэф))И11пент усиления по току транзистора 30,;:.-.-,)б)npBcTcÿ близким к един)1це за -.= Вт НО11-= мерного равенства резисторов 3 ) и

Яспользование тоа11з11," тампа -3 п,-,,— ляе г повысить крутизну иэмерптепьцо :; це -,транзистора 3 уВеппч«TB. а;-.1»1111т-..- ";- -иг-. напа ошибки на базе тра;-;зисторе тем самым устранить гереходцуо по;,-.;)Вш:= ность стабилизатора при 11мпульснь1Х иэ:мечениях тока нагрузк;» =,,) о;, =1 при надлежашем подборе попо.:;BI :::;-; 11ви)к. ка потенциометра 34 уд етс.:, сн)г ит., пульсации напряжения на Выходе -..таби.= лизаторв.

Стабилизатор„показанный не ф11г,, 4, дополнительно содер)кит цеп0 1ксу;1э нов следовательно соединенных резисторе 35 и конденсатора 36, подключенную or,ниь., выводом к первой выходной клемм=. 20, а Другим к Обшей то Kr- ки)лектора транзистора 4 предварительного дифф-.--ренцивльного каскада и база THBH: HOTQ вшиты прп перегрузках по току, при импульсных изменениях тока

:.е возни",à= провап )в в всходном на=.

; О и K Е Н11И,, Обеспечивается плавное нарастание

ВQDHOI O НЕПРЯЖЕНИЛ ПРИ ВКЛ)ОЧЕНИЯХ

cTàáHëIIBrlT0ðà, предстаитя)оиее интерес

;рН н которых режимах работы, например

-»))и цитации ус) лителей мошности от ст-:= бплизпрованцых устроЙств удается цре, -)Охчацпть 1)ыходнь1е транзисторы «jcKtIHTB-.

)Iвй -i -OII .Н *CT™ ОТ ВЬЕХ Оца ИХ ИЗ СТРОЯ В

;,.:.ОМЕЦТ B>;IIIОЧЕНИЯ, изобретени

Формуле

1-, Gra(I. IIIBàòîp постоянного напряж"-== 1).;-„. 01)д, 0)K)H:.«й ))Р,"лируюц1ий каскад

:;а твензисторех разного типа проводим)>(.,Т .», СОЕДИНЕ 1НЬIИ ОДПИМ ВЬЕВО11ОМ первой Входной,, другим — c IIBpBQA выходной --1ем 1емп, е "правляющим электродо.-:::I, == = Выходом усилителя постоянно —" .ока,, 011и - axog которого подипочен †;; источнику опорного напряжения, а дру-= гой - к среднем"- brBony первого потекциометре соединенного двумя остальными выводами первой и второй выходными клеммами, отлич аюши й-.

II 1 +I что цел ю ул.у 1шения пу 1 Q

Вих и импульс их переходных xapaK r=ристнк, ;-силитель постоянного тока выпол=нен в виде предваритечьного и управ)1я10)дего дифференцивльньп каскадов на ран--. эистора разного типе проводимости. при -)ем Овзы перВОГО и BTopol О т )анэисто. ра 5 уиравляю)пего дифференциального ка .Каца у:илителя постоянного тока.

Пои поя 1ении В реж11ме пуска вы.— ., ..одного напряжения зарядный ток конденсатора 36 через резистор 35 создает . )ло>хнтм1ьное смешение на базе транзистора 5, .последний приоткрывается и наэммитер транзистора 6 подается напряжение, снижаюшее скорость увеличения тока через резистор В цепи коллектора транзистора 6 .что и обеспечивает плавное нарастание тока транзисторов 1 и 2, и следовательно, выходного напряжения стабилиэ ; rоpaî

Т,«)ки).1 образом, при вкп)ачении стабил-.:з-атоса пе возникает перенапряжений

l,а. Выходе, Вегу 1Н )уюшие транэист0011 зешлIцен11 От протекания бопьших токQB

НО)и B!Ijцочеции, что сбеспечивает более надежну;о работу самого стабилизатора„ обеспечивается более четкое действие 736077 ров предварительного дифференциального. каскада соответственно соединены с одним и другим входами усилителя постоянного тока, их эмиттеры через первый резистор — с первой выходной клеммой, коллектор первого транзистора через второй резистор, а второго непосредственнос второй выходной клеммой, эмиттеры первого и второго транзисторов управляющего дифференциального каскада через I0 третий резистор подключены ко второй выходной клемме, база первого транзистора соединена с коллектором первого транзистора предварительного дифференциального каскада, а коллектор второго транзистора управляющего дифференциального каскада — с выходом усилителя постоянного тока, в управляющий дифференциальный каскад введен узел зашиты, содержащий резистивно-емкостную пуско- 20 вую цепь, состоящую из последовательно.включенных четвертого резистора и цепочки параллельно включенных пятого резистора и первого конденсатора, дополнительный резистор, первый диод, источник смешения, датчик тока и второй потенциометр, причем база второго транзистора управляющего дифференциального каскада подключена к обшей точке четвертого резистора и параллельно включенных пятого резистора и первого конденсатора резистивно-емкостной пусковой цепи, через дополнительный резистор к первой выходной клемме, через первый диод к среднему выводу второго потенциометра, подключенному параллельно источнику смешения, первый вывод которого соединен с выводом четвертого резистора резистивно-емкостной пус40 ковой цепи и коллектором первого транзистора управляющего дифференциального каскада, а второй вывод совместно с выводом параллельно соединенных пятого резистора и первого конденсатора резистивно-емкостной пусковой цепи— .45 с второй выходной клеммой, датчик тока подключен между второй входной и второй выходной клеммами.

2. Стабилизатор постоянного напря50 жения пО п» 1 О T JI и ч B ю ш и и с Я тем, что, с целью повышения чувствительности узла зашиты и снижения остаточного тока регулирующего каскада при широком диапазоне изменения вход- .

4ОгО НаПРЯжЕНИЯ, В РаЗРЫВ МЕЖДУ ЭМИттЬ рОм Второго транзистора упрлвлиошего дифференциального каскада усилителя постоянного тока и Выводом третьего резистора, соединенного с эмпттером первого транзистора управляющего дифференциального каскада включен коллекторэмиттерный переход Введенного первого дополнительного транзистора того же типа проводимости, причем база этого транзистора через шестой и седьмой резисторы подк почена к первой выходной клемме и первой клемме источника смещения и через последовательно соединенHbIB Восьмой pB3EICT0p EI Второй ДИОД K

Второй входной клемме.

3. Стабилизатор постоянного напряжения по и 1, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью улучшения работы в

II-pexîäíûõ режимах при импульсных изменениях тока нагрузки, в него введен второй допол ительньй транзистор, база которого соединена с коллектором второго транзистора предварительного дифференциального каскада усилителя постоянного тока и через введенные параллельно Включенные девятый резистор и второй конденсатор — с второй выходной клеммой, эмиттер через десятьш резистор подключен к второй выходной клемме, а коллектор — к среднему выводу введенного третьего цотенциометра, включенного Остальными дВумя ВЫВОда— ми между первой Выходной клеммой и крайним выводом первого потенциометра.

4- Стабилизатop постоянного напряжения по и, 1, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью поучения плавного повышения Выходного напряжения при пуске, база первого транзистора управляющего дифференциального каскада усилителя постоянного тока через Введенные последовательно соединенные одиннадцатый резистор и третий конденсатор подключена к первой выходной клемм

Источники информации, принятые Во Внимание прп экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

No- 491126, кл. 6 05 F 1/58, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР № 4Q8295, кл. 5 Q5 Г 1 58, 1972.