Стабилизатор постоянного напряжения

- Э.:1.ЧЕОНаЯ8539 Союэ Советских Социалистических ОП ИСАНИИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ лубли Дополнительцое к авт. с Заявлено 29.03.77 (21) ид-в2467320124-07 5 Г 1,5 с присоединением заявки Л 3) Приоритет осударстееннми комитет СССР оо делам иэооретений и открытий.04. 9. Дата опубликования оп 2) Авторы изобретени(54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАГ(РЯЖ 1,Н 1 2 носится к области электбыть использовано в це)ичной радиотехнической Изобретение отротехники и можетпях питания раз.аппаратуры.Известен стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий элемент и цепь обратной связи, состоящую из делителя выходного напряжения, усилителя рассогласования и источника опорного напряжения 1 .Наиболее близким к предложенному по технической сущности является стабилизатор, содержа гций регулирую 1 ций элемент, включенный в одну из силовых шиц, токостабилизируюший элемент, включенный в общую эмиттерную цепь параллельно-баланс- ного каскада, первый вход которого подключен к источнику опорного напряжения, второй вход - к выходу первого делителя, подключенного к выходным выводам, а выход параллельно-балансного каскада подключен к конденсатору и ко входу регулирующего элемента 12) .Недостатком таких стабилизаторов является невысокое быстродействие при больших скачках тока в ндгрузке или при переходе с одного уровня стабилизируемого)апряжеция на другой. Здесь и далее )и), параметрами быстродействия б дом понимать время установления переходного про 1 есса и скорость нарастания выходного цд 1 ря же н и я. Целью изобретения является повци)сциебыстродействия стабилизатора напряжения.Это достигается тем, что в предложенный стабилизятор постоянного н 1 цряжеци 51 дополнительно введены второй и третин де лители напр 51 жения, каждый из которых выполнен на резисторе и диоде, причем второй делитель включен параллельно источцику опорного напряжения, третий делитель вклк).чен между общей шиной и выходом первого делителя, а выходы третьего и второго 15делителеи соединены через встречно вкл)О- ченные дополнительно введенные диоды, Обгцая точка которых подключена и Обшей эмиттерной цепи параллельно-бдлдцсного каскада через доцолнител)и)о введенный р В ЗИСтОр. КРОМЕ ТОРО, МЕжду дОПОЛНИтЕЛЬНЫМрезистором и общей точкой дополнительных диодов может быть включен эмиттер-гяз 1)- вцй переход дополнительного трацзист 1)р 11, коллектор которого соеди)ьн с Ооцци ц 1 ицой.45 5 О 55 3Схема предложенного стабилизатора приведена на фиг. 1; на фиг. 2 - то же, вариант; на фиг. 3 показана зависимость токанагрузки усилителя сигнала рассогласования (параллельно-балансного каскада) отвходного напряжения,Стабилизатор напряжения содержит регулирующий элемент 1 и токостабилизирующий элемент 2 в общей эмиттерной цепипараллельно-балансного каскада 3. Каскад3 играет роль усилителя сигнала рассогласования. Источник опорного напряжения 4связан с первым входом 5 каскада 3, второй вход 6 которого подключен к первомуделителю напряжения. Резистор 7 образуетверхнее плечо данного делителя. Выход каскада 3 соединен с корректирующим конденсатором 8 и входом регулирующего элемента 1. К. источнику Ц опорного напряженияподключен второй делитель напряжения, выполненный на резисторе 9 и диоде 10. Квыходу 6 первого делителя напряжения подключен третий делитель, содержащий резистор 11 и диод 12. Выходы второго итретьего делителей соединены через встречно включенные диоды 13 и 14. Общая точкадиодов 13 и 14 подключена к токостабилизирующему элементу 2 через дополнительный резистор 15. К выводу 16 присоединяется источник напряжения постоянного тока,вывод 17 является выходом стабилизатора.Параллельно-балансный каскад 3 выполненна транзисторах 18, 19, 20 и диоде 21. Регулирующий элемент 1 содержит транзисторы 22 и 23.Стабилизатор, показанный на фиг. 2,построен в соответствии со вторым пунктомформулы изобретения, Последовательно сдополнительным резистором 15 включенэмиттерно-базовый переход дополнитель- ного транзистора 24. Нижнее плечо делителявыходного напряжения выполнено в видерезистора 25.В установившемся режиме напряженияна втором входе 6 параллельно-балансногокаскада 3 приблизительно равно напряжению на эталонном источнике 4 (Ц о - 11 ).Для устранения самовозбуждения в области высоких частот в схему введен корректирующий конденсатор 8. Он вносит уменьшение усиления по петле обратной связи свесьма низких частот (единицы в десятГерц). В то же самое время транзисторы,применяемые в типовых стабилизаторах,имеют граничные частоты, измеряемые сотнями мегагерц. Поэтому конденсатор 8 является самым инерционным элементом в схеме компенсационного стабилизатора,Основной особенностью параллельно-балансного каскада, определяющей быстродействие стабилизатора, является то, что он имеет узкий динамический диапазон, Если модуль напряжения между базами транзисторов 18 - 19 в переходном режиме превышает50 мВ ад - Цо )ЦР 50 мВ), выходной 5 О 15 зо 25 зо З 5 1 о ток каскада (1 ) являющийся зарядным (разг рядным) током конденсатора 8, ограничиватся (фиг 3)Предположим, что ток в нагрузке стабилизатора уменьшается, причем приращение тока имеет прямоугольную форму. Это приводит к скачкообразному изменению напряжения на выводе 17, которое через резистор 7 поступает на базу транзистора 19 (1)д возрастает). Стабилизатор отрабатывает появившийся сигнал рассогласования между 11, и 111 д. При этом наибольший интерес представляют два случая. Первый, когда сигнал рассогласования мал (11 д - 11 д ( Ц, = 50 м В), второй - когда сигнал рассогласования велик .1д - (18 ) 11 п 50 мВ), где Ьд - пороговое напряжение каскада 3.В первом случае параллельно-балансный каскад работает на участке А проходной характеристики 1.= 1(Ц д - Ц 8 ) фиг. 3. Стабилизатор ведет себя как линейная система автоматического регулирования. Время установления выходного напряжения - (с, как и любой линейной системы первого порядка, минимально и не превышает величины 3 + 4/2 л 1 где 1,Р - частота единичного усиления по петле обратной связи.Во втором случае, когда 01 д - 1.)811 п 50 мВ, параллельно-балансный каскад входит в режим ограничения. Между его выходным током 1 и сигналом рассогласования 111 д - 138 нарушается пропорциональность (фиг. 3, участок В). Конденсатор 8 перезаряжается сравнительно небольшим но величине током, численно равным току 1 д двухполюсника 2. Напряжение на конденсаторе 8 и, следовательно, на выходе стабилизатора изменяется по линейному закону. Время установления переходного процесса стабилизатора в данном режиме как и любой нелинейной системы, имеющей сопутствующую нелинейность во входной цепи, в десятки раз превышаетрассчитанное для линейного режима работы. В стабилизаторе повышение быстродействия при больших скачках тока в нагрузке достигается за счет форсирования процесса перезарядки конденсатора 8 с помощью цепи нелинейной коррекции, состоящей из элементов 9 - 15. Цепь нелинейной коррекции не влияет на работу стабилизатора, если сигнал рассогласования мал, и наоборот, начинает функционировать при перегрузке параллельно-балансного каскада, когда 11 д - о )Ц,=50 мВ.Если 1)1 д - 1)д )50 мВ, транзистор 16входит в отсечку, а напряжение на эмиттере транзистора 19 начинает повторять изменение 1),д. Это приводит к увеличению напряжения на диоде 13. Последний открывается, что обуславливает увеличение тока эмиттера транзистора 19 за счет перераспределения тока резистора 9 между диодами510 и 3. Выбирая надлежащим образом сопротивления резисторов 9 и 15, можно более чем на порядок увеличить разрядный ток конденсатора 8 или во столько же раз повысить быстродействие стабилизатора.Если напряжение на выходе стабилизатора уменьшается, причем 08 - 01 р.50 мВ, приращение зарядного тока конденсатора 8 обеспечивается аналогичным образом через диод 14,Для повышения экономичности стабилизатора между общей точкой диодов 13 - 14 и резистором 15 рекомендуется включать дополнительный транзистор 2 Й (фиг. 2). Введение транзистора 24 позволяет выбирать рабочие точки вспомогательных делителей напряжений относительно малыми (порядка нескольких сотен микроампер). Это уменьшает общую мощность, потребляемую стабилизатором от источника питания в режиме холостого на выходе,Момент включения цепи нелинейной коррекции в работу можно изменять по усмотрению разработчика путем введения в верхние плечи второго и третьего делителей напряжения не по одному, а по два диода. В некоторых случаях рекомендуется последовательно с диодами 10 и 11 вводить низкоомные резисторы.При скачкообразном изменении напряжения эталонного источника 4 предложенный стабилизатор работает аналогично. Поэтому схема на фиг. 1 может использоваться и в быстродействующих программируемых источниках питания, в которых уровень стабилизируемого напряжения устанавливается путем коммутации резисторов делителя выходного напряжения или путем дискретного изменения эталонного напряжения. 1 Ю 2 О 15 зо 35. Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий элемент, включенный в одну из силовых шин, токостабилизирующий элемент, включенный в общую эмиттерную цепь параллельно-бала нсного каскада, первый вход которого подключен к источнику опорного напряжения, второй вход - к выходу первого дел ител я, подкл кгценного к выходным выводам, а выход параллельно-балансного каскада подключен к конденсатору и ко входу регулирующего элемента, от,гичаюигийся тем, что, с целью повышения быстродействия стабилизатора, в него дополнительно введены второй и третий делители напряжения, каждый из которых выполнен на резисторе и диоде, причем второй делитель включен параллельно источнику опорного напряжения, третий делитель включен между общей шиной и выходом первого делителя, а выходы третьего и второго дел и тел ей соединены через встреч но включенные дополнительно введенные диоды, общая точка которых подключена к общей эмиттерной цепи параллельно-баланс- ного каскада через дополнительно введенный резистор.2. Стабилизатор по п. 1, от,гггчагоцггггстг тем, что в него дополнительно введен транзистор, эмиттер-базовый переход которого включен между дополнительным резистором и общей точкой дополнительных диодов, а коллектор соединен с общей шиной.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР393025, 5 05 Г 1/56 19712. Патент США3321698, кл. 323 - 16, 1968.Составитель С. Чернышева Редактор Е. Кравцова Техред О. Луговая Корректор Е. Папп Заказ 2056/43 Тираж 1 О 4 Подписное ЦН И И П И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб д. 4/5 филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4