RU2314558C1

RU2314558C1 - Compensating stabilizer of constant voltage

Info

Publication number: RU2314558C1
Application number: RU2006124286/09A
Authority: RU
Inventors: Николай Григорьевич Буковшин (RU); Николай Григорьевич Буковшин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие"
Priority date: 2006-07-06
Filing date: 2006-07-06
Publication date: 2008-01-10

Abstract

FIELD: the invention refers to electric technique and may be used in second sources of power supply of radio-electronic apparatus.

SUBSTANCE: the technical result is in increasing stability of the output voltage and the coefficient of efficiency. For this a starting circuit is introduced into the stabilizer. It is switched in parallel to an emitter-collector transfer of an adjusting transistor and consisting of in-series connected a condenser and a diode whose point of conjunction is connected to another output of the limiting resistor.

EFFECT: increases stability.

2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры.The invention relates to electrical engineering and can be used in secondary power sources of electronic equipment.

Известны стабилизаторы постоянного напряжения, например по а.с. 828181, G 05 F 1/56, опубл. 7.05.1981 г, БИ № 17, а.с. 1684782 G 05 F 1/56, опубл. 15.10. 1991 г., БИ №38, позволяющие надежно запускать схему стабилизатора при подаче входного напряжения.Known stabilizers of constant voltage, for example, as 828181, G 05 F 1/56, publ. 05/05/1981, BI No. 17, a.s. 1684782 G 05 F 1/56, publ. 10/15. 1991, BI No. 38, allowing to reliably start the stabilizer circuit when applying an input voltage.

Общим недостатком известных стабилизаторов является большое число элементов, выполняющих только функцию запуска, что приводит к усложнению устройства и, следовательно, к ухудшению массогабаритных показателей.A common drawback of the known stabilizers is the large number of elements that perform only the start function, which leads to the complexity of the device and, consequently, to the deterioration of overall dimensions.

Известен стабилизатор напряжения постоянного тока по а.с. 1617419, G 05 F 1/56, опубл. 30.12.1990 г., БИ № 48, в котором схема пусковой цепи упрощена, однако он имеет сравнительно низкое значение коэффициента стабилизации и не позволяет регулировать или устанавливать с достаточной точностью выходное напряжение, которое практически равно напряжению стабилизации стабилитрона и вследствие разброса его значений может изменяться на ±(5-15)% от своего номинального значения.Known stabilizer for DC voltage on.with. 1617419, G 05 F 1/56, publ. 12/30/1990, BI No. 48, in which the starting circuit diagram is simplified, but it has a relatively low stabilization coefficient and does not allow you to adjust or set the output voltage with sufficient accuracy, which is almost equal to the stabilization voltage of the zener diode and may vary due to the spread of its values ± (5-15)% of its nominal value.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является компенсационный стабилизатор постоянного напряжения по а.с. 1665354, G 05 F 1/56, опубл. 23.07.1991 г., БИ № 27, принятый за прототип.The closest in technical essence to the proposed one is a compensating DC voltage stabilizer according to as 1665354, G 05 F 1/56, publ. July 23, 1991, BI No. 27, adopted as a prototype.

Схема устройства-прототипа представлена на фиг.1, где обозначено:The scheme of the prototype device is presented in figure 1, where it is indicated:

1 - регулирующий транзистор;1 - regulating transistor;

2, 3 - первый и второй резисторы делителя выходного напряжения;2, 3 - the first and second resistors of the output voltage divider;

4, 5 - первый и второй транзисторы дифференциального усилителя;4, 5 - the first and second transistors of a differential amplifier;

6 - резистор дифференциального усилителя;6 - resistor of a differential amplifier;

7 - опорный элемент;7 - supporting element;

8 - ограничительный резистор опорного элемента;8 - limiting resistor of the support element;

11 - пусковой резистор;11 - starting resistor;

12 - вспомогательный транзистор;12 - auxiliary transistor;

13 - токозадающий резистор.13 - current-setting resistor.

Стабилизатор-прототип содержит регулирующий транзистор 1 р-n-р 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 р-n-р типа, токозадающем резисторе 13 и пусковом резисторе 11. При этом регулирующий транзистор подключен эмиттером к входной шине, а через резистор 10 - 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), общий вывод которого соединен с общей шиной.The prototype stabilizer contains a regulating transistor 1 pnp type, an output voltage divider on the first 2 and second 3 resistors, a differential amplifier of the error signal on the transistors 4 and 5 and the resistor 6, the reference voltage source on the reference element 7 and the limiting resistor 8, the start node on the auxiliary transistor 12 rnp type, current-setting resistor 13 and the starting resistor 11. In this case, the control transistor is connected by an emitter to the input bus, and through the resistor 10 to the collector of the auxiliary transistor 12, bases and which is connected to the output of the amplifier (collector of transistor 5) and the base of transistor 1, the collector of which is connected to the output bus. The emitter of the transistor 12 through a resistor 11 is connected to the reference input of the amplifier (the base of the transistor 5) and the first conclusions of the reference element 7 and the resistor 8, the second conclusions of which are connected to the common and output buses, respectively. The middle output of the output voltage divider is connected to the signal input of the amplifier (base of transistor 4), the common output of which is connected to a common bus.

Работает стабилизатор-прототип следующим образом.The stabilizer prototype works as follows.

При подаче на вход стабилизатора питающего напряжения, значение которого превышает обратное напряжение пробоя базоэмиттерного 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 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.When a voltage stabilizer is supplied to the input of the stabilizer, the value of which exceeds the reverse breakdown voltage of the base-emitter junction of transistor 12, the emitter-base of transistor 1, base-emitter of transistor 5, resistor 6 starts to flow current, which opens transistors 5 and 1. As a result, the output voltage stabilizer appears, which is supplied through the resistor 8 to the reference element 7 and the reference input of the amplifier. A positive feedback is created in the stabilizer, which contributes to the launch of the stabilizer. As soon as the difference between the input and reference voltage becomes less than the threshold voltage value of the base-emitter of the transistor 12, the latter goes into active mode. When the output voltage reaches the nominal value, the transistor 4 of the amplifier goes into active mode, and the negative feedback is established in the stabilizer circuit. When the output voltage changes due to changes in the supply voltage and load current, the signal at the amplifier output changes and the voltage at the parallel-connected control circuits of transistors 1 and 12. This leads to a change in the currents of transistors 1 and 12. A change in the current of transistor 12 leads to a change in the voltage drop by the supporting element 7 and the additional change in the currents of the transistor 5 of the amplifier and transistor 1. Ultimately, the output voltage returns to the previously set level with a given accuracy.

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.However, the prototype stabilizer does not have a sufficiently high stability of the output voltage when changing in a wide range of input voltage. This is due to the flow of an additional starting current in stabilization mode through the reference element 7. A change in the input voltage leads to a change in the unregulated component of the current flowing through the reference element 7, which leads to a change in the reference voltage and, therefore, to an increase in the instability of the output voltage. In addition, the start transistor operates in inverse mode, which deprives the stabilizer of technical reliability.

Недостатками устройства-прототипа являются низкая стабильность выходного напряжения и к.п.д., а также необходимость соблюдать определенное соотношение между токами регулирующего и запускающего транзисторов.The disadvantages of the prototype device are the low stability of the output voltage and efficiency, as well as the need to observe a certain ratio between the currents of the regulating and starting transistors.

Для устранения указанных недостатков 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 подключены к общей шине, коллектор первого транзистора соединен с базой регулирующего транзистора, коллектор второго транзистора соединен с выходным выводом, делитель выходного напряжения, выход которого соединен с базой второго транзистора, опорный элемент, включенный между точкой соединения ограничительного резистора и базы первого транзистора и общей шиной, согласно изобретению введена пусковая цепь, включенная параллельно эмиттерно-коллекторному переходу регулирующего транзистора и состоящая из последовательно соединенных конденсатора и диода, точка соединения которых подключена к другому выводу ограничительного резистора.To eliminate these shortcomings, a compensating DC stabilizer containing a control transistor is connected by an emitter and a collector to the input and output terminals, a differential amplifier on the first and second transistors, the connected emitters of which are connected to a common bus through a resistor, the collector of the first transistor is connected to the base of the control transistor, the collector of the second transistor is connected to the output terminal, the output voltage divider, the output of which is connected to the base of the second transistor, a support element connected between the connection point of the limiting resistor and the base of the first transistor and the common bus, according to the invention, a starting circuit is introduced, connected in parallel with the emitter-collector junction of the regulating transistor and consisting of a capacitor and a diode connected in series, the connection point of which is connected to another output limiting resistor.

Схема предлагаемого компенсационного стабилизатора постоянного напряжения представлена на фиг.2, где обозначено:The scheme of the proposed compensation DC voltage stabilizer is presented in figure 2, where it is indicated:

1 - регулирующий транзистор;1 - regulating transistor;

7 - опорный элемент;7 - supporting element;

8 - ограничительный резистор опорного стабилитрона;8 - limiting resistor of the reference zener diode;

9 - конденсатор;9 - capacitor;

10 - диод.10 - diode.

Предлагаемый стабилизатор содержит регулирующий транзистор 1, эмиттером и коллектором соединенный с соответственно входным и выходным выводами, дифференциальный усилитель на транзисторах 4 и 5, соединенные эмиттеры которых подсоединены к общей шине через резистор 6. При этом коллектор первого транзистора 5 подключен к базе регулирующего транзистора 1, а коллектор второго транзистора 4 соединен с выходным силовым выводом. Выход делителя выходного напряжения на резисторах 2 и 3 соединен с базой второго транзистора 4. Опорный элемент (в качестве опорного элемента может быть использован стабилитрон) 7 включен между точкой соединения ограничительного резистора 8 и базы первого транзистора 5 и общей шиной. Пусковая цепь, состоящая из последовательно соединенных конденсатора 9 и диода 10, включена параллельно эмиттерно-коллекторному переходу регулирующего транзистора 1. Другой вывод ограничительного резистора 8 подсоединен к точке соединения конденсатора 9 и диода 10.The proposed stabilizer comprises a control transistor 1, an emitter and a collector connected to input and output terminals, respectively, a differential amplifier on transistors 4 and 5, the connected emitters of which are connected to a common bus through a resistor 6. In this case, the collector of the first transistor 5 is connected to the base of the control transistor 1, and the collector of the second transistor 4 is connected to the output power output. The output of the output voltage divider on resistors 2 and 3 is connected to the base of the second transistor 4. A reference element (a zener diode can be used as a reference element) 7 is connected between the connection point of the limiting resistor 8 and the base of the first transistor 5 and the common bus. The starting circuit, consisting of a series-connected capacitor 9 and a diode 10, is connected in parallel with the emitter-collector junction of the regulating transistor 1. Another terminal of the limiting resistor 8 is connected to the junction point of the capacitor 9 and diode 10.

Предлагаемый стабилизатор работает следующим образом.The proposed stabilizer works as follows.

При подаче на вход стабилизатора входного напряжения происходит заряд конденсатора 9 через ограничительный резистор 8, это создает условие для открывания первого транзистора 5 дифференциального усилителя, а затем и регулирующего транзистора 1, в результате на выходе стабилизатора появляется напряжение. Диод 10 исключает протекание тока заряда конденсатора 9 через делитель выходного напряжения и нагрузку, что повышает надежность запуска. 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.When an input voltage is applied to the input of the stabilizer, the capacitor 9 is charged through the limiting resistor 8, this creates a condition for opening the first transistor 5 of the differential amplifier, and then the control transistor 1, as a result, the voltage appears at the output of the stabilizer. The diode 10 eliminates the flow of the charge current of the capacitor 9 through the output voltage divider and the load, which increases the reliability of the start. When the output voltage reaches the nominal value, the stabilizer enters the negative feedback mode. After reaching the operating mode, the passage of current through the capacitor 9 is stopped and, accordingly, power consumption by the starting circuit is completely eliminated.

Стабилизация выходного напряжения осуществляется при помощи дифференциального усилителя на транзисторах 4 и 5, воздействующего на регулирующий транзистор 1 таким образом, что выходное напряжение возвращается на установленный уровень с заданной точностью.Stabilization of the output voltage is carried out using a differential amplifier on transistors 4 and 5, acting on the control transistor 1 so that the output voltage returns to the set level with a given accuracy.

С момента достижения выходным напряжением номинального значения питание опорного стабилитрона 7 осуществляется через диод 10 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.From the moment the output voltage reaches the nominal value, the power of the reference zener diode 7 is supplied through the diode 10 with a stable output voltage, which makes it possible to stabilize the current flowing through the reference zener diode 7. This ensures high stability of the output voltage in a wide range of input voltage and load current.

После снятия входного напряжения конденсатор 9 через резистор 8 и стабилитрон 7, который в данный момент оказывается включенным в прямом направлении, подсоединяется к входным выводам и разряжается за счет работы самого стабилизатора. Это обеспечивает быстрый разряд конденсатора и значительно уменьшает время подготовки стабилизатора для последующего включения.After removing the input voltage, the capacitor 9 through the resistor 8 and the zener diode 7, which is currently turned on in the forward direction, is connected to the input terminals and discharged due to the operation of the stabilizer. This provides a quick discharge of the capacitor and significantly reduces the preparation time of the stabilizer for subsequent inclusion.

Таким образом, предлагаемый стабилизатор в отличие от прототипаThus, the proposed stabilizer in contrast to the prototype

- во-первых, обеспечивает развязку входной цепи стабилизатора от неуправляемого тока запуска, протекающего через опорный стабилитрон, 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, что повышает к.п.д.;- firstly, it provides isolation of the input circuit of the stabilizer from an uncontrolled starting current flowing through the reference zener diode, and thereby eliminates the influence of the starting circuit on the process of stabilizing the output voltage, this leads to increased stability of the output voltage and completely eliminates the power consumption of the starting circuit in operating mode that increases the efficiency;

- 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.- secondly, while maintaining high reliability of the start, restrictions on the choice of parameters of the start elements are removed, while in the prototype a certain ratio is set between the currents of the regulating and starting transistors.

Claims

Compensating DC voltage stabilizer containing a control transistor, an emitter and a collector connected respectively to the input and output terminals, a differential amplifier on the first and second transistors, the connected emitters of which are connected through a resistor to a common bus, the collector of the first transistor is connected to the base of the control transistor, the collector of the second transistor connected to the output terminal, an output voltage divider, the output of which is connected to the base of the second transistor, a support element, in connected between the connection point of the limiting resistor and the base of the first transistor and the common bus, characterized in that a starting circuit is introduced, connected in parallel with the emitter-collector junction of the regulating transistor and consisting of a capacitor and a diode connected in series, the connection point of which is connected to another terminal of the limiting resistor.