РЕЗЕРВИРОВАННЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ НА МДП-ТРАНЗИСТОРАХ
REDUNDANT VOLTAGE STABILISER BASED ON MIS TRANSISTORS

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в системах электропитания космических аппаратов на участке выведения.
Известен стабилизатор напряжения на МДП-транзисторе VT1, содержащий резисторы и микросхему DA1 параллельный стабилизатор напряжения - регулируемый стабилитрон (Л.1. И.Нечаев. Стабилизатор напряжения на мощном полевом транзисторе - Радио, 2003, №8, с.53, рис.1).
Известный стабилизатор имеет хорошие параметры при простой схеме. Недостатком его является низкая надежность из-за отсутствия в нем ограничения тока через МДП-транзистор, что приводит к его отказу при заряде емкости выходного фильтра при подаче входного напряжения с крутым передним фронтом, например, через релейно-коммутационные элементы. Кроме того, при отказе мощного полевого транзистора при К.З. между тремя электродами, входное напряжение поступает на стабилитрон DA1 и выводит его из строя.
Известно устройство, в котором проблема ограничения тока через МДП-транзистор решена (Л.2. Патент РФ №2396706). В этом устройстве функцию ограничения тока через МДП-транзистор 11 выполняют элементы 12 и 13.
Для повышения надежности устройств известно их параллельное соединение (Л.3. Бекке П., Йенсен Ф. Проектирование надежных электронных схем. Перевод с английского, под ред. И.А.Ушакова, М., «Сов. Радио», 1977, стр.44, рис.2.14). Применительно к источникам электропитания: они друг от друга должны быть развязаны диодами.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, приведенное в Л.1, которое и выбрано в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является пониженная надежность, а именно при отказе транзистора VT1 по типу К.З. трех электродов, при котором выгорает стабилитрон DA1 и подается повышенное напряжение на нагрузку.
Целью изобретения является повышение надежности.
Поставленная цель достигается тем, что в каждом стабилизаторе напряжения между плюсовым входным выводом и стоком МДП-транзистора 5 с n-каналом введен отключающий МДП-транзистор 11 с p-каналом; введены два транзистора n-p-n 16 и p-n-p 12, эмиттер транзистора 12 подключен к точке соединения стоков транзисторов 5 и 11, база транзистора 12 через стабилитрон 13 и резистор 14 подключена к выходу стабилизатора, а коллектор через резистор 15 связан с базой транзистора 16, коллектор которого через резистор 17 соединен с затвором МДП-транзистора 11, а эмиттер соединен с минусовой шиной; введен запускающий конденсатор 18, который включен параллельно переходу к-э транзистора 16; введен ограничивающий резистор 10, включенный между катодом стабилитрона 9 и затвором МДП-транзистора 5.
На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема резервированного стабилизатора напряжения на МДП-транзисторах.
Примечание. Для упрощения чертежа на фиг.1 не показаны:
1. Резисторы между базами и эмиттерами транзисторов 12 и 16.
2. Резистор между истоком и затвором МДП-транзистора 11.
3. Разрядный резистор конденсатора 18.
4. Защитные стабилитроны между истоками и затворами МДП-транзисторов 5 и 11.
Резервированный стабилизатор напряжения на МДП-транзисторах содержит два идентичных стабилизатора напряжения 1 и 2 с общей минусовой шиной, положительные выходы которых через диоды 3 и 4 подключены к плюсовому выходному выводу. Каждый стабилизатор содержит регулирующий МДП-транзистор 5 с n-каналом, исток которого через измерительный резистор 6 соединен с выходом стабилизатора; защитный транзистор 7 n-p-n типа, база - эмиттерный переход которого подключен к измерительному резистору 6, а коллектор к затвору МДП-транзистор 5; резистор 8, первый вывод которого подключен к плюсовой шине питания, а второй вывод - к катоду стабилитрона 9, анод которого подключен к минусовой шине питания; катод стабилитрона 9 через резистор 10 подключен к затвору МДП-транзистора 5; отключающий МДП-транзистор 11 с каналом p-типа, исток которого подключен к плюсовому входному выводу, а сток - к стоку транзистора 5 и эмиттеру транзистора 12 типа p-n-p, база которого через стабилитрон 13 и резистор 14 подключена к выходу стабилизатора, а коллектор через резистор 15 - к базе транзистора 16 типа n-p-n; эмиттер транзистора 16 соединен с минусовой шиной, а коллектор через резистор 17 - с затвором МДП-транзистора 11; параллельно переходу коллектор - эмиттер транзистора 16 включен запускающий конденсатор 18.
Устройство работает следующим образом.
При подаче на вход устройства напряжения запускающий конденсатор 18 включает МДП-транзистор 11, создавая на его затворе отрицательное напряжение относительно его истока, и все входное напряжение прикладывается к стоку МДП-транзистора 5. В первоначальный момент МДП-транзистор 5 работает в режиме ограничения тока, определяемом сопротивлением 6 и величиной напряжения база - эмиттер транзистора 7, и выходное напряжение стабилизатора по мере заряда емкости нагрузки увеличивается от нуля до его напряжения стабилизации. Одновременно с поступлением напряжения на сток МДП-транзистора 5 открываются транзисторы 12 и 16, поддерживая МДП-транзистор 11 все время в открытом состоянии.
<mrow><mi>U</mi><mtext> </mtext><mi>с</mi><mi>т</mi><mo>≈</mo><msub><mi>U</mi><mn>9</mn></msub><mo>−</mo><mi>U</mi><mtext> </mtext><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>р</mi><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
В установившемся режиме, после окончания переходного процесса, на выходе каждого стабилизатора 1 и 2 устанавливается напряжение, равное:
, где
Uст - напряжение на выходе каждого стабилизатора,
9
U - напряжение стабилизации стабилитрона 9 или его аналога микросхемы параллельного стабилизатора,
Uпор - пороговое напряжение МДП-транзистора 5. Примечание - Стабилитрон 13 выбирается из условия:
<mrow><mi>U</mi><mtext> </mtext><mi>с</mi><mi>т</mi><mn>1</mn><mn>3</mn><mo><</mo><mi>U</mi><mtext> </mtext><mi>в</mi><mi>х</mi><mi>m</mi><mi>i</mi><mi>n</mi><mo>−</mo><mi>U</mi><mtext> </mtext><mi>в</mi><mi>ы</mi><mi>х</mi><mo>−</mo><mi>U</mi><mtext> </mtext><mi>б</mi><mi>э</mi><mn>1</mn><mn>2</mn><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
, где
Uст13 - напряжение стабилизации стабилитрона 13;
Uвхmin - минимальное входное напряжение;
Uвых - выходное напряжение на выходе стабилизатора 1 или 2;
Uбэ12 - напряжение база - эмиттер транзистора 12.
При отказе одного МДП-транзистора 5 по типу К.З. трех электродов, в одном из стабилизаторов, падение напряжения на нем становится близким к нулю и стабилитрон 13, а также транзисторы 12, 16 и 11 закрываются, прекращая подачу нестабилизированного напряжения в нагрузку, и, кроме того, введение ограничивающего резистора 10 предотвращает протекание больших токов через стабилитрон 9 и печатные проводники устройства.
В предложенном устройстве сохранена надежность прототипа при отказе на обрыв и повышена надежность при отказе регулирующего элемента типа К.З. между тремя электродами.
Опытный образец устройства был собран на следующих элементах: 2П712Г1, 2П793А4, 2Т3117А, 2Т313Б, 2С215Ж, 2С133В, 2Д273ГС2.
Из известных заявителю патентно-информационных материалов не обнаружены признаки, сходные с совокупностью признаков заявляемого устройства.