Стабилизатор напряжения

,1700546 19) С 05 Г 1/56 РЕТЕНИЯ ИСАНИ ВУ К АВТОРСКОМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ П 1 НТ СССР(53) 621.316.722.1(088.8) (56) Заявка ФРГ Н 3321404кл. Н 02 Р 13/32, 1983,Авторское свидетельство СССР 1 1327082, кл. С 05 Г 1/56, 1987. (5) СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯ)КЕНИЯ (57) Изобретение относится к элек тротехиике а именно к источникам вторичного электропитания, и може быть использовано для питания мал мощной бытовой радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - упрощение при одновременном обеспечениизащиты от перегрузок по току, Ста"билизатор содержит трансформатор 1с первичной 2 и вторичной обмотками 3силовой транзистор 1, компаратор 5,усилитель 6 мощности, делитель 7напряжения, первый 8 и второй 9 конденсаторы, разрядный транзистор 10,первый 11, второй 12 и третий 13 диды, источник 1 опорного напряжения.резисторы 15-17. В стабилизатор введенч ет верт ый 18, пят ый 19, шестой 20 диоды.При включении сигнал с компаратора 5 через усилитель 6 мощности включается1700546 транзистор 4. Из-за встречного включения обмоток диод 11 заперт. В момент, когда ток коллектора транзистора 4 достигнет допустимой величи 5 ны, напряжение, снимаемое с резистора 15, открывает транзистор 10, который шунтирует входы транзистора 10, Это приводит к запиранию транзистора 4. На вторичной обмотке 2 1 О ,наводится Э С гамоиндукции,Происходит Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам вторичного электропитания, и может бытьиспользовано для питания маломощнойбытовой радиоэлектронной аппаратуры,например, переносных телевизоров, отавтомобильных аккумуляторов.Целью изобретения является упро. щение устройства и одновременно защита от перегрузок по току.На фиг. 1 показана принципиальнаяэлектрическая схема стабилизаторанапряжения, на фиг. 2 - временныедиаграммы напряжений,Стабилизатор напряжения содержиттрансформатор 1 с первичной обмоткой 2 и вторичной обмоткой 3, силовой транзистор 4, компаратор 5, усилитель 6 мощности, делитель 7 напряжения, первый,8 и второй 9 конденсаторы, разрядный транзистор 10, первый 11, второй 12 и третий 13 диоды, источник 14 опорного напрянения,а также резисторы 15-17В отличие от известного в стабилизатор введены дополнительный четвертый 18, пятый 19 и шестой 20 риоды, источник 14 выполнен в виде стабилитрона 21 и резистора 22, Генератор тактовых импульсов, триггер,вспомогательный транзистор и дроссель с двумя обмотками, имеющиеся впрототипе, из предлагаемого устройства исключены.В некоторых случаях параллельносиловому транзистору 4 может бытьвключен ограничитель 23 амплитуды,например, в составе диода 24, конденсатора 25 и стабилитрона 26.Обмотка 2 трансформатора 1 вклюцена между шиной питания Е и коллектором транзистора 4, база которого связана с выходом усилителя 6 мощ 20 30 35 40 45 50 55 процесс перекачки энергии в конренсатор 8, При коротком замыкании в на-:грузке отпирается транзистор 10, напряжение компаратора,5 спадает донуля и транзистор 4 закрывается. Конденсатор 8 почти полностью разряжается. После прекращения короткого замыкания стабилизатор переходит в режим установления, 1 з,п,ф-лы, 2 ил,ности, Выход делителя 7 присоединенк первому (инвертирующему) входу компаратора 5, второй (неинвертирующий)вход которого соединен с положительным,полюсом источника 14 (т.е. скатодом стабилитрона 21), Отрицательный полюс этого источника (анод стабилитрона 21) соединен с общей шиной. К ней через обмотку 3 трансформатора 1 присоединен анод риода11 и через конденеатор 8 подключенапервая выходная шина Е ,. К коллектору транзистора 10 присоединен катод диода 12. Вторая выходная шина-Есоеринен с первым входным выводом делителя 7 напряжения,Вход усилителя 6 соединен с выходом компаратора 5, к каждому из входов которого присоединены соответственно аноды диодов 12 и 13. Катоддиода 13 подключен к коллектору транзистора 10, к базе которого присоединены катоды вновь введенных диодов18, 19 и 20. Анод диода 18 соединеннепосредственно с эмиттером транзистора 4 и через резистор 15 соединенс общей шиной. Анод диода 19 через резистор 16 соединен с анодом диода 11,катод которого соединен с первой выходной шиной Е ц и с вторым входнымвыводом делителя 7. Эмиттер транзистора 10 соеринен непосредственно собщей шиной и через резистор 17 соединен с второй выходной шиной-Е вь и с анодом лиора 20, К общейшине через конденсатор 8 присоединенпервый (инвертирующий) вход компаратора 5, Обмотки 2 и 3 трансформатора1 включены встречно одна относительнодругой. В базовые цепи транзисторов4 и 10 включены резисторы 27 и 28,Стабилизатор работает следующимобразом, 170046В момент подачи напряжения питанияЕ выходное напряжение 1,"стабилизаВы 1тора равно нулю. Опорное напряжениеЕ источника 14, т,е. с катода стабилитрона 21, поступает на неинвертирующий вход компаратора 5, на егоинвертирующем входе напряжение равнонулю. В результате на выходе компаратора 5 получается напряжение ЕБ Ологической единицы (фиг.2 в), поступающее через неинвертирующий усилитель 6 на базу транзистора 4. Он отпирается и через него, обмотку 2 ирезистор 15 нач:знает протекать ток 1от шины Еп, Диод 11 при этом заперт,так как в силу встречного включенияобмотки 3 относительно обмотки 2напряжение на аноде диода 11 имеетотрицательную полярность относительно общей шины. Ток 1 нарастает поприблизительно линейному закону вовремени, на резисторе 15 образуетсяпилообразное напряжение Е положительной полярности, пропорциональное текущему значению 1 (фиг,2 а иб), В момент, когда. значение Е,достигает пороговой величины Ев гпримерно равной 1,4 В, транзистор 10отпирается, Сопротивление 11, резистора 15 выбирается при этом таким образом, что Е /Р 5 ( 1 я , где1- максимальйо допустимый токэмиттера транзистора 4 (фиг.2 а).Этим обеспечивается защита транзистора 4 от перегрузок по току. Транзистор 10 через диоды 12 и 13 шунтирует .оба входа компаратора 5 и конденсатор9 на выходе делителя 7, Благодаряэтому выходное напряжение Е 5 компаратора приобретает уровень логического нуля (фиг.2 в), а транзисторзапирается. Для более надежногообнуления целесообразно,чтобы при открытом транзисторе 10 напряжение на 45инвертирующем входе компаратора былобы большим, чем на его инвертирующемвходе. С этой целью можно в качествеэлемента 13 испольэовать два последовательно соединенных диода. Энергия,50накопленная к этому времени в.индуктивности обмотки 2 вследствие протекания тока 1, в момент запираниятранзистора 4 вызывает появлениеЭДС самоиндукции обратного знака.Под ее действием отпирается диод 11,55при этом начинается протекание токазаряда 18 конденсатора 8 через диод11 (фиг,2 г). Напряжение на аноде диола 11 и на конденсаторе 8 перво- .начапьно возрастает на величину,недостаточную для отпирания диода19 и база-эмиттерного перехода транзистора 1 О, включенных последовательно, Поэтому транзистор 10 остаетсяоткрытым только в течение времени выключения, Транзистор 4 включаетсяснова (режим установления), режимповторяется несколько раз дотех пор,пока напряжение Еь, не достигнетвеличины, достаточной для отпирания диода 19 и база-эмиттернпго перехода транзистора 10 (фиг.2 а-г),Тогда уже транзистор 10 после началакаждого импульса тока заряда 18 бу дет удерживаться в открытом состоянии импульсом Епоступающим набазу от анода диода 11 (фиг.2 д). Кконцу этого импульса выходное напряжение Еы на внешней нагрузке оказывается уже близким к номиналу Ек(фиг,2 е), а напряжение Е - близким к опорному напряжению Е ,. Поэтому в установившемся режиме работыстабилизатора в очередной момент эапирания диода 11 (что соответствует окончанию процесса переда и очередной порции энергии из индуктивноститрансформатора 1 в конденсатор 8) транзистор 10 запирается, а транзистор 4 отпирается, 1(онденсатор 9начинает заряжаться напряжением Е через делитель 7. Напряжение Е 9 йанем линейно зависит от Е вьц, и нарастает по закону, близкому к пилооб" разному (фиг,2 ж). В процессе установления Ерь, ( Е и амплитуда пилообразного напряжения Е на инвер 9тирующем входе компаратораостается меньшей, чем опорное напряжение Е на неинвертирующем входе. В установившемся режиме Е 9 в процессе нарастания становится равным опорному напряжению Е , В момент этого равенства выходйое напряжение Еу компаратора 5 спадает до уровня логического нуля (фиг.2 в,ж),Это вызывает запирание транзистора 4, а затем отпирание диода 11 и транзистора 10, через который разряжается конденсатор 9. Время разряда конденсатора равно длительности Т и.передачи энергии из индуктивности обмотки в конденсатор 8 и в нагрузку (фиг.2 д,е,ж). Запирание транзистора 4 таким образом происходит уже не при Е.,5 = Елоа в условиях, когда на 100546лряжени Е становится, примерно, равным Е 4 (с точностью до гистерезиса в компараторе 5) . Этот .гистерезис определяет велицину пуль 5 саций выходного напряжения, Амплитуда пилообразного тока 1 в установившемся режиме в общем случае оказыВается меньшей, чем ток в процессе установления стабилизатора (Фиг.2.а-е)10Ограничитель 23 обеспецивает защиту транзистора 4 от коммутационных перенапряжений, обусловленных конецНым временем включения диода 11.Бсли ток нагрузки, протекающий церез низкоомный резистор 17, не преВышает максимально допустимой велициНы 1 д, то падение напряжения,Г 4 на резисторе 17 недостатоцно рря отйирания диода 20 и транзистора 10, 20 При коротком замыкании в нагрузке или при токовой перегрузке Е 47 возрастает настолько, цто отпирается транзистор 10, благодаря чему аналогицно описанному выше выходное на Пряиение Б компаратора 5 спадает до уровня логического нуля, цем обеспецивается запирание транзистора 4 и прекращение накопления энергии в индуктивности обмотки 2, При коротком З 0 замыкании в нагрузке конденсатор 8 практицески полностью разряжается, поэтому после прекращения короткого замыкания стабилизатор переходит в режим установления. При этом перегрузок по току у силового транзистора 4 не наблюдается. Формула и зобрет ения40Стабилизатор напряжения, содер" жащий трансФорматор, силовой транзистор, компаратор, усилитель мощности, делитель напряжения, первый и второй конденсаторы, разрядный транзистор, первый, второй и третий диоды, истоцник опорного напряжения, а также первый, второй и третий резисторы, при этом первицная обмотка трансФорматора вклюцена между шиной питания и коллектором силового транзистора,база которого соединена с выходом усилителя мощности, выход делителя напряжения присоединен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с положительным выводом источника опорного напряжения, отрицательный вывод которого соединен с общей шиной, к которой через вторичную обмотку трансФорматора присоединен анод первого риода, катогам соединенного непосредственно с первой выходной шиной и через первый конденсатор подключенного к общей шине, к коллектору разрядного транзистора при. соединен катод второго диода, а к второй выходной шине - первый входной вывод делителя напряжения, о тл и ч а ю щ и й с я тем, цто, с целью упрощения при одновременном обеспечении защиты от перегрузок по току, в него введены четвертый, пятый и шестой диоды, а вход усилителя мощности соединен с выходом компаратора, к каждому из входов которого присоеди-. иены соответственно аноды второго и третьего диодов, катод третьего диода подключен к коллектору разрядного транзистора, к базе которого присоединены катоды четвертого, пятого и шестого диодов, анод цетвертого диода соединен непосредственно с эмиттером силового транзистора и церез первый резистор соединен с общей шиной, анод пятого диода через второй резистор соединен с анодом первого диода, катод которого соединен с вторым входным выводом делителя напряжения, эмиттер разрядного транзистора соединен непосредственно с общей шиной и через третий резистор - с второй выходной шиной и анодом шестого диора, к общей шине через второй конденсатор присоединен первый вход компаратора, а обмотки трансФорматора включены встречно одна относительно другой,2. Стабилизатор по и. 1, о т л иц а ю щ и й с я тем, цто источник опорного напряжения выполнен на стабилитроне и резисторе, включенных последовательно.100516 О О Корректор Л,Пилипен кович едактор Заказ Иб раж Подписное о изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 35, Раушская наб., д. 4/5 зводст омбинат "Патент",издательс О Ъ О8 ЕВьюх ВНИИПИ Государственного комитет 113035, Москва