КОМПЕНСАЦИОННЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
COMPENSATION STABILISER OF DC VOLTAGE

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры.
Известны стабилизаторы постоянного напряжения, например, по а.с. 1509853 G05G 1/569, 1684782 G05F 1/56, позволяющие надежно запускать схему стабилизатора при подаче входного напряжения.
Общим недостатком известных стабилизаторов является большое число элементов, выполняющих только функцию запуска, что приводит к усложнению устройства и, следовательно, к ухудшению массогабаритных показателей.
Известны стабилизаторы напряжения постоянного тока по а.с. 1001053, G05F 1/58 и 1343403, G 1/569, в которых схема пусковой цепи упрощена, однако обязательное наличие дополнительного источника питания существенно ограничивает их применение.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является компенсационный стабилизатор постоянного напряжения по а.с. 1665354 G05F 1/56, принятый за прототип.
Схема устройства-прототипа представлена на фиг.1, где обозначено:
1 - регулирующий транзистор;
2, 3 - первый и второй резисторы делителя выходного напряжения;
4, 5 - первый и второй транзисторы дифференциального усилителя;
6 - резистор дифференциального усилителя;
7 - опорный элемент;
8 - ограничительный резистор опорного элемента;
11 - пусковой резистор;
12 - вспомогательный транзистор;
13 - токозадающий резистор.
Стабилизатор-прототип содержит регулирующий транзистор 1 p-n-p-типа, делитель выходного напряжения на первом 2 и втором 3 резисторах, дифференциальный усилитель сигнала рассогласования на транзисторах 4 и 5 и резисторе 6, источник опорного напряжения на опорном элементе 7 и ограничительном резисторе 8, узел запуска на вспомогательном транзисторе 12 p-n-p-типа, токозадающем резисторе 13 и пусковом резисторе 11. При этом регулирующий транзистор 1 подключен эмиттером к входной шине, а через резистор 13 - к коллектору вспомогательного транзистора 12, база которого соединена с выходом усилителя (коллектором транзистора 5) и базой транзистора 1, коллектор которого соединен с выходной шиной. Эмиттер транзистора 12 через резистор 11 соединен с опорным входом усилителя (базой транзистора 5) и первыми выводами опорного элемента 7 и резистора 8, вторые выводы которых соединены с общей и выходной шинами соответственно. Средний вывод делителя выходного напряжения соединен с сигнальным входом усилителя (базой транзистора 4).
Работает стабилизатор-прототип следующим образом. При подаче на вход стабилизатора питающего напряжения, значение которого превышает обратное напряжение пробоя базо-эмиттерного перехода транзистора 12, по цепи эмиттер-база транзистора 1, база-эмиттер транзистора 5, резистор 6 начинает протекать ток, который открывает транзисторы 5 и 1. В результате на выходе стабилизатора появляется напряжение, которое через резистор 8 подается на опорный элемент 7 и опорный вход усилителя. В стабилизаторе создается положительная обратная связь, способствующая запуску стабилизатора. Как только разность между входным и опорным напряжением становится меньше порогового значения напряжения база-эмиттер транзистора 12, последний переходит в активный режим. При достижении выходным напряжением номинального значения в активный режим переходит транзистор 4 усилителя, а в контуре стабилизатора устанавливается отрицательная обратная связь. При изменении выходного напряжения, вызываемого изменениями напряжения питания и тока нагрузки, изменяется сигнал на выходе усилителя и напряжение на параллельно включенных управляющих цепях транзисторов 1 и 12. Это приводит к изменению токов транзисторов 1 и 12. Изменение тока транзистора 12 приводит к изменению падения напряжения на опорном элементе 7 и дополнительному изменению токов транзистора 5 усилителя и транзистора 1. В конечном итоге выходное напряжение возвращается на ранее установленный уровень с заданной точностью.
Однако стабилизатор-прототип имеет недостаточно высокую стабильность выходного напряжения при изменении в широком диапазоне входного напряжения. Это обусловлено протеканием дополнительного тока запуска в режиме стабилизации через опорный элемент 7. Изменение входного напряжения приводит к изменению нерегулируемой составляющей тока, протекающего через опорный элемент 7, что приводит к изменению опорного напряжения и, следовательно, к увеличению нестабильности выходного напряжения. Кроме того, транзистор запуска работает в инверсном режиме, что лишает стабилизатор технической надежности работы.
Недостатком устройства-прототипа является необходимость соблюдения определенного соотношения между токами регулирующего и запускающего транзисторов.
Задача - повышение надежности устройства и стабильности выходного напряжения.
Для решения поставленной задачи в компенсационный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий транзистор, эмиттером и коллектором соединенный соответственно с входным и выходным выводами, дифференциальный усилитель на первом и втором транзисторах, соединенные эмиттеры которых через резистор дифференциального усилителя подключены к общей шине, при этом коллектор второго транзистора соединен с базой регулирующего транзистора, а коллектор первого транзистора - с выходным выводом, база второго транзистора подключена к точке соединения выводов пускового и ограничительного резисторов и опорного элемента, другой вывод которого соединен с общей шиной, другой вывод ограничительного резистора подключен к выходному выводу, а также делитель выходного напряжения, выход которого соединен с базой первого транзистора, согласно изобретению, введены диод и конденсатор, подключенный между выводом пускового резистора и базой регулирующего транзистора, базо-эмиттерный переход которого шунтирован диодом в обратном направлении.
Схема предлагаемого компенсационного стабилизатора постоянного напряжения представлена на фиг.2, где обозначено:
1 - регулирующий транзистор;
2, 3 - первый и второй резисторы делителя выходного напряжения;
4, 5 - первый и второй транзисторы дифференциального усилителя;
6 - резистор дифференциального усилителя;
7 - опорный элемент;
8 - ограничительный резистор опорного стабилитрона;
9 - конденсатор;
10 - диод.
Предлагаемый стабилизатор содержит регулирующий транзистор 1, эмиттером и коллектором соединенный соответственно с входным и выходным выводами, дифференциальный усилитель на транзисторах 4 и 5, соединенные эмиттеры которых подключены к общей шине через резистор 6. При этом коллектор второго транзистора 5 подключен к базе регулирующего транзистора 1, а коллектор первого транзистора 4 соединен с выходным выводом. Выход делителя выходного напряжения на резисторах 2 и 3 соединен с базой первого транзистора 4. База второго транзистора 5 подключена к точке соединения выводов пускового 11, ограничительного 8 резисторов и опорного элемента 7, в качестве которого может быть использован, например, стабилитрон. При этом другие выводы ограничительного резистора 8 и опорного элемента 7 подсоединены к выходной и общей шинам соответственно. Другой вывод пускового резистора 11 соединен с выводом конденсатора 9, другой вывод которого подключен к базе регулирующего транзистора 1, базо-эмиттерный переход которого шунтирован диодом 10.
Предлагаемый стабилизатор работает следующим образом.
При подаче на вход стабилизатора входного напряжения происходит заряд конденсатора 9 через эмиттерный переход транзистора 1, пусковой резистор 11 и параллельно соединенные опорный элемент 7 и базо-эмиттерный переход второго транзистора 5.
При достижении выходным напряжением номинального значения стабилизатор переходит в режим с отрицательной обратной связью. После выхода на рабочий режим прохождение тока через конденсатор 9 прекращается и соответственно полностью исключается потребление мощности пусковой цепью, а также устраняется связь между входом и выходом стабилизатора.
Стабилизация выходного напряжения осуществляется при помощи дифференциального усилителя на транзисторах 4 и 5, воздействующего на регулирующий транзистор 1 таким образом, что выходное напряжения возвращается на установленный уровень с заданной точностью.
С момента достижения выходным напряжением номинального значения питание опорного стабилитрона 7 осуществляется через ограничительный резистор 8 стабильным выходным напряжением, что позволяет стабилизировать ток, протекающий через опорный стабилитрон 7. Это обеспечивает высокую стабильность выходного напряжения в широком диапазоне изменения входного напряжения и тока нагрузки.
После снятия входного напряжения конденсатор 9 через диод 10 и стабилитрон 7, который в данный момент оказывается включенным в прямом направлении, подсоединяется к входным выводам стабилизатора и разряжается за счет работы самого стабилизатора. Это обеспечивает быстрый разряд конденсатора и значительно уменьшает время подготовки стабилизатора для последующего включения.
Таким образом, предлагаемый стабилизатор в отличие от прототипа
- во-первых, обеспечивает развязку входной цепи стабилизатора от неуправляемого тока запуска, протекающего через опорный элемент, и тем самым исключает воздействие пусковой цепи на процесс стабилизации выходного напряжения, это приводит к повышению стабильности выходного напряжения и полностью исключает потребление мощности пусковой цепью в рабочем режиме;
- во-вторых, при сохранении высокой надежности запуска снимаются ограничения по выбору параметров элементов запуска, тогда как в прототипе задается определенное соотношение между токами регулирующего и запускающего транзисторов.