СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Заявляемая полезная модель относится к электротехнике и может быть использована при разработке стабилизаторов напряжения.
Известен стабилизатор напряжения, содержащий силовой трансформатор, выпрямитель с фильтром, измерительный элемент, устройство управления, выпрямительный мост, регулирующий элемент на биполярном транзисторе, который включен в цепь первичной обмотки силового трансформатора (Проектирование стабилизированных источников электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Л.А. Краус и др. М., Энергия, 1980, с.132, рис.7-5 а).
Недостатком такого стабилизатора является то, что устройство управления гальванически связано с сетью переменного тока, поэтому существует повышенная опасность поражения персонала электрическим током в процессе настройки и при ремонте.
Известен тиристорный стабилизатор тока, содержащий тиристорный регулирующий элемент в цепи первичной обмотки силового трансформатора, к вторичной обмотке которого через датчик тока подключен силовой выпрямитель, к выходу которого подключена нагрузка, маломощный трансформатор, первичная обмотка которого соединена с выводами для подключения сети, а вторичная обмотка подключена к входу мостового выпрямителя, фазо-импульсную схему (Патент РФ №2259627 C2. Тиристорный стабилизатор тока. - МПК: H02M 3/335).
Недостатком данного стабилизатора является низкая радиационная стойкость тиристора.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели, взятым за прототип, является стабилизатор напряжения, содержащий силовой трансформатор, выпрямитель с фильтром, измерительный элемент, устройство управления, выпрямительный мост, регулирующий элемент на биполярном транзисторе n-p-n-типа и регулирующий трансформатор, первичная обмотка силового трансформатора через первичную обмотку управляющего трансформатора подключена к сети переменного тока, а вторичная обмотка - к входу выпрямителя с фильтром, выход которого подключен к выходу стабилизатора напряжения и к входу измерительного элемента, выход подключен к входу регулирующего элемента на биполярном транзисторе n-p-n-типа, включенный в диагональ мостового выпрямителя, причем коллектор регулирующего элемента подключен к выводу положительной полярности мостового выпрямителя, а его вход соединен с выходной обмоткой управляющего трансформатора (Проектирование стабилизированных источников электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Л.А. Краус и др. М., Энергия, 1980, с.127, рис.7-3а).
Недостатком прототипа является низкая надежность из-за ограниченности области безопасной работы биполярного транзистора n-p-n-типа и его склонности к вторичному пробою. В особенности этот недостаток проявляется, когда потребителем электроэнергии стабилизатора напряжения является усилитель мощности, реализованный на лампе ГИ-68Б, работающей в СВЧ-диапазоне при анодном напряжении от 6 до 8 кВ.
В процессе эксплуатации у лампы ГИ-68Б возникают кратковременные пробои с током анода до 80 A, в результате чего биполярный транзистор регулирующего элемента n-p-n-типа выходит из строя из-за перегрузки по мощности (Технические условия ФДКЛ.433140.010 ТУ (п.6.1.3.2)).
Традиционный способ защиты методом запирания регулирующего элемента является неэффективным, так как из-за ограниченности области безопасной работы биполярного транзистора он успевает выйти из строя при пробое лампы и при замыкании в высоковольтных цепях стабилизатора напряжения даже при наличии защиты.
Уменьшение мгновенной мощности при перегрузке за счет параллельного включения биполярных транзисторов регулирующего элемента целесообразно только при малой выходной мощности стабилизатора напряжения (до 200 Вт), а при повышенной выходной мощности устройство становится громоздким. Кроме того, суммарный обратный ток параллельных транзисторов отрицательно сказывается на стабильности стабилизатора напряжения в режиме минимального выходного тока при повышенной температуре окружающей среды.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение надежности стабилизатора напряжения путем повышения эффективности схемы защиты.
Поставленная задача достигается за счет того, что в стабилизатор напряжения, содержащий силовой трансформатор, выпрямитель с фильтром, измерительный элемент, устройство управления, выпрямительный мост, регулирующий элемент на биполярном транзисторе n-p-n-типа, регулирующий трансформатор, первичная обмотка которого через первичную обмотку силового трансформатора подключена к сети переменного тока, вторичная обмотка силового трансформатора подключена к входу выпрямителя с фильтром, выход его подключен к выходу стабилизатора напряжения и к входу измерительного элемента, выход которого через устройство управления подключен к входу регулирующего элемента на биполярном транзисторе n-p-n-типа, в диагональ мостового выпрямителя последовательно с регулирующим элементом на биполярном транзисторе n-p-n-типа дополнительно введен ограничитель тока, реализованный на базе металл-оксид-полупроводникового (МОП)-транзистора с N-каналом, выход которого подключен к коллектору транзистора регулирующего элемента n-p-n-типа.
В предлагаемом стабилизаторе напряжения, в отличие от прототипа, улучшение энергетических характеристик и повышение надежности обеспечивается за счет использования в нем ограничителя тока на базе МОП-транзистора с N-каналом.
Схема заявляемого стабилизатора напряжения приведена на фиг.1, где обозначено:
1. силовой трансформатор;
2. выпрямитель с фильтром;
3. измерительный элемент;
4. устройство управления;
5. регулирующий элемент на биполярном транзисторе n-p-n-типа;
6. ограничитель тока на базе МОП-транзистора с N-каналом;
7. регулирующий трансформатор;
8. нагрузка;
9. первичная обмотка силового трансформатора;
10. первичная обмотка регулирующего трансформатора;
11. вторичная обмотка силового трансформатора;
12. вход выпрямителя с фильтром;
13. выход выпрямителя с фильтром;
14. вход измерительного элемента;
15. выход измерительного элемента;
16. вход устройства управления;
17. выход устройства управления;
18. вход регулирующего элемент на биполярном транзисторе n-p-n-типа;
19. выход ограничителя тока;
20. вход ограничителя тока;
21. выпрямительный мост;
Полезная модель включает в себя силовой трансформатор 1, первичная обмотка 9 которого через первичную обмотку 10 регулирующего трансформатора 7 подключена к сети переменного тока, а его вторичная обмотка 11 соединена с входом 12 выпрямителя с фильтром 2, выход 13 которого подключен к входу 14 измерительного элемента 3 и нагрузки 8. Выход 15 измерительного элемента подключен к входу 16 устройства управления 4, подключенный выходом 17 к выходу 18 регулирующего элемента на биполярном транзисторе n-p-n-типа 5, причем его коллектор соединен с выходом 19 ограничителя тока 6. Ограничитель тока 6 и регулирующий элемент на биполярном транзисторе n-p-n-типа 5 образуют последовательную цепь, которая включена в диагональ мостового выпрямителя 21, вывод положительной по-
лярности которого соединен с входом 20 ограничителя тока 6. Следует отметить, что регулирующий элемент на биполярном транзисторе n-p-n-типа может быть реализован на параллельно включенных транзисторах с выравнивающими резисторами в цепи эмиттера.
Стабилизатор напряжения работает следующим образом.
Напряжение сети переменного тока через первичную обмотку 10 регулирующего трансформатора 7 поступает на первичную обмотку 9 силового трансформатора 1. Напряжение переменного тока вторичной обмотки 11 через выпрямитель с фильтром 2 преобразовывается в напряжение постоянного тока, которое поступает на нагрузку 8 и на вход измерительного элемента 3. При изменении напряжения сети или изменении тока нагрузки сигнал ошибки выделяется измерительным элементом 3 и через устройство управления 4 подается на регулирующий элемент на биполярном транзисторе n-p-n-типа 5, который увеличивает или уменьшает напряжение на обмотках управляющего трансформатора 7 таким образом, чтобы скомпенсировать воздействие дестабилизирующего фактора и сохранить величину выходного напряжения постоянной. В штатном режиме ограничитель тока 6 не влияет на работу стабилизатора напряжения, так как его МОП-транзистор с N-каналом находится в состоянии насыщения и падение напряжения на ограничителе тока незначительное (менее 1 В). При пробое лампы усилителя мощности ток через регулирующий элемент 3 возрастает, но не более чем на величину, которая задается порогом ограничителя тока 6. В режиме ограничения тока вся мощность рассеивается на МОП-транзисторе с N-каналом ограничителя тока 6, который находится в активном режиме, а транзистор регулирующего элемента при этом переходит в режим насыщения, поэтому на нем рассеивается незначительная мощность. Во время пробоя одновременно с ограничением тока регулирующего элемента n-p-n-типа 5 величина выходного напряжения резко снижается и становится ниже заданного порога, при этом устройство управления полностью отключает регулирующий элемент n-p-n-типа 5. Для повторного включения необходимо отключить и снова подать напряжение
питания стабилизатора напряжения.
На фиг.2 представлен один из способов исполнения ограничителя тока, где обозначено:
19 выход ограничителя тока;
20 вход ограничителя тока;
23 МОП-транзистор с N-каналом;
24 резисторный датчик тока;
25 биполярный транзистор n-p-n-типа;
26 резистор делителя напряжения;
27 резистор делителя напряжения;
28 источник постоянного тока.
Устройство состоит из МОП-транзистора с N-каналом 23, сток которого является входом 20 ограничителя тока, а его исток через резисторный датчик тока 24 соединен с выходом ограничителя тока 19, причем датчик тока шунтирует переход база-эмиттер биполярного транзистора n-p-n-типа 25, коллектор которого подключен к затвору транзистора 23 и к общей точке делителя напряжения на резисторах 26 и 27, где другой конец резистора 26 подключен к выводу положительной полярности маломощного источника постоянного тока 28, а другой конец резистора 27 - к выводу отрицательной полярности.
Ограничитель тока работает следующим образом.
Питание цепи затвора МОП-транзистора с N-каналом 23 осуществляется с выхода делителя напряжения на резисторах 26 и 27. При нормальной работе стабилизатора напряжения величина напряжения на затворе достаточна, чтобы МОП-транзистор с N-каналом был насыщен и не влиял на работу регулирующего элемента 25. При пробое в лампе усилителя мощности падение напряжения на резисторном датчике тока возрастает и когда достигает значения примерно 0,6 В, открывается транзистор 25 и шунтирует резистор 27. Уменьшается напряжение на затворе, МОП-транзистор переходит в режим
ограничения тока, препятствуя дальнейшему нарастанию тока через регулирующий элемент стабилизатора напряжения.
Предлагаемая полезная модель, благодаря применению МОП-транзистора с N-каналом для ограничения тока и мощности на биполярном транзисторе регулирующего элемента n-p-n-типа, по сравнению с прототипом, имеет ряд преимуществ в части надежности в связи с особенностями МОП-транзисторов с N-каналом. У транзисторов данного типа отсутствует склонность к вторичному пробою, т.к. положительный коэффициент выходного сопротивления МОП-транзистора с N-каналом препятствует кумуляции тока в каналах МОП-структуры, что способствует расширению области безопасной работы. У некоторых отечественных серийных транзисторов (2П7160Г, 2П7160Д), которые можно использовать при разработке ограничителя тока, область безопасной работы характеризуется максимальным током стока при максимальном напряжении сток-исток, тогда как у биполярных транзисторов допустимая рассеиваемая мощность снижается с увеличением напряжения коллектор - эмиттер.