RU2339072C1 - Понижающий стабилизатор - Google Patents
Понижающий стабилизатор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2339072C1 RU2339072C1 RU2007133225/09A RU2007133225A RU2339072C1 RU 2339072 C1 RU2339072 C1 RU 2339072C1 RU 2007133225/09 A RU2007133225/09 A RU 2007133225/09A RU 2007133225 A RU2007133225 A RU 2007133225A RU 2339072 C1 RU2339072 C1 RU 2339072C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- resistor
- diode
- input
- circuit
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Liquid Crystal Display Device Control (AREA)
Abstract
Понижающий стабилизатор относится к области электрорадиотехники и может быть использован в качестве блоков питания. Исток р-канального проходного транзистора (1) с изолированным затвором подключен к входной шине (2), а сток подключен к входу сглаживающего фильтра (3). Выход сглаживающего фильтра (3) подключен к выходной шине (4) и первому выводу первого резистора (5). Второй вывод первого резистора (5) подключен через второй резистор (6) к общей шине и к неинвертирующему входу дифференциального компаратора напряжения (7). Инвертирующий вход дифференциального компаратора напряжения (7) подключен к источнику (8) опорного напряжения. Первый вывод конденсатора (15) подключен к выходу сглаживающего фильтра (3), а второй вывод подключен к неинвертирующему входу дифференциального компаратора напряжения (7). Выход дифференциального компаратора напряжения (7) соединен с первым выводом третьего резистора (9), анодом диода (13) и через четвертый резистор (10) с входной шиной (2). Катод стабилитрона (11) подключен к входной шине (2), а анод соединен со вторым выводом третьего резистора (9) и катодом первого диода из цепи n последовательно соединенных диодов (12) (где n=2), анод последнего диода из которой соединен с затвором р-канального проходного транзистора (1) с изолированным затвором, катодом диода (13) и через параллельную RC-цепь (12) с входной шиной (2). Сглаживающий фильтр (3) выполнен в виде LCD-фильтра. За счет вновь введенных цепей со сторон входной и выходной шин ограниченным и термозависимым управляющим напряжением на затворе р-канального проходного транзистора обеспечивается технический результат - ограничивается и термостабилизируется величина тока, что обеспечивает защиту от пусковых токов и стабилизацию токов короткого замыкания. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к области электрорадиотехники и может быть использовано в качестве блока питания.
Известен понижающий стабилизатор (см. патент RU 2282233 C1, кл. G05F 1/567, 31.01.2005, опубл. 20.08.2006, БИ № 23 «Импульсный стабилизатор» авт. Гутников А.И., Лебедев А.В.), содержащий последовательный регулирующий транзистор, эмиттер которого соединен через первый резистор с положительной входной клеммой и эмиттером транзистора защиты, коллектор подключен к положительной выходной клемме через LCD-фильтр, выход которого соединен с выходными клеммами стабилизатора, база регулирующего транзистора подключена к одному из выводов второго резистора и коллектору транзистора защиты, тип проводимости которого соответствует типу проводимости регулирующего транзистора, и блок управления, вход питания которого соединен с входной и выходной отрицательными клеммами, дополнительный транзистор, выполненный в виде составного транзистора, тип проводимости которого противоположен типу проводимости регулирующего транзистора, германиевый диод или диод Шоттки, третий, четвертый, пятый резисторы и резистор обратной связи. Блок управления снабжен управляющим входом и его выход выполнен инверсным, подключенным к базе дополнительного транзистора и через третий резистор - к эмиттеру транзистора защиты, база которого подключена к катоду германиевого диода или диода Шоттки, анод которого подключен к эмиттеру регулирующего транзистора, а через четвертый резистор - к эмиттеру дополнительного транзистора и входу питания блока управления, управляющий вход которого через пятый резистор соединен с коллектором дополнительного транзистора и другим выводом второго резистора и через резистор обратной связи - с положительной выходной клеммой, при этом регулирующий транзистор является транзистором р-n-р типа.
Недостатками понижающего стабилизатора являются:
- большие токи базы регулирующего и защитного биполярных транзисторов, уменьшающие к.п.д.;
- большое проходное напряжение из-за потерь напряжения на первом резисторе, подключенном к цепи эмиттеров регулирующего и защитного транзисторов;
- ограниченные функциональные возможности (конструктивно не унифицирован), обусловленные структурой устройства управления, подключением цепи обратной связи к пятому резистору задания гистерезиса и использованием сглаживающего фильтра LCD-типа.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является понижающий стабилизатор (см. журнал «Электронные компоненты», 2005, № 9, статья «Линейные стабилизаторы» стр.124, рис.4 и п.п.1, 2), содержащий дифференциальный операционный усилитель (ОУ), инвертирующий вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а неинвертирующий вход подключен к точке объединения первых выводов первого и второго резисторов, второй вывод первого резистора подключен к выходу сглаживающего фильтра С-типа, подключенного к выходной шине, второй вывод второго резистора подключен к общей шине, выход дифференциального ОУ подключен к затвору р-канального проходного транзистора с изолированным затвором, исток которого подключен к входной шине, а сток - к входу сглаживающего фильтра С-типа.
Недостатками понижающего стабилизатора являются:
- отсутствие защиты р-канального проходного транзистора от пусковых токов и токов короткого замыкания на выходе, обусловленное неограниченным током стока транзистора из-за неограниченного роста, отсутствия ограничения и термокомпенсации управляющего напряжения на затворе р-канального проходного транзистора при изменении напряжений на входной шине. Известная защита от короткого замыкания проходного биполярного р-n-р-транзистора непригодна для защиты р-канального проходного транзистора с изолированным затвором и не обеспечивает унификации конструкции;
- повреждение большими пусковыми токами и токами короткого замыкания аккумулятора, подключенного к входной шине, и танталового конденсатора сглаживающего фильтра С-типа;
- не обеспечена унификация конструкции, т.к. понижающий стабилизатор обеспечивает только функцию линейного стабилизатора.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в обеспечении защиты от пусковых токов, токов короткого замыкания на выходе и унификации конструкции понижающего стабилизатора.
Для достижения данного технического результата в понижающем стабилизаторе, содержащем р-канальный проходной транзистор с изолированным затвором, исток которого подключен к входной шине, а сток - подключен к входу сглаживающего фильтра, выход которого подключен к выходной шине и первому выводу первого резистора, второй вывод которого подключен через второй резистор к общей шине и к неинвертирующему входу дифференциального компаратора напряжения, инвертирующий вход которого подключен к источнику опорного напряжения, новым является то, что дополнительно введены третий и четвертый резисторы, стабилитрон, цепь n последовательно соединенных диодов, диод, параллельная RC-цепь, конденсатор, первый вывод которого подключен к выходу сглаживающего фильтра, а второй вывод подключен к неинвертирующему входу дифференциального компаратора напряжения, выход которого соединен с первым выводом третьего резистора, анодом диода и через четвертый резистор с входной шиной, к которой подключен катод стабилитрона, анод которого соединен со вторым выводом третьего резистора и катодом первого диода из цепи n последовательно соединенных диодов, анод последнего диода цепи соединен с затвором р-канального проходного транзистора с изолированным затвором, катодом диода и через параллельную RC-цепь с входной шиной.
Для расширения динамического диапазона и повышения к.п.д. сглаживающий фильтр выполнен в виде LCD-фильтра. При этом образуется импульсный стабилизатор с минимальным проходным напряжением, широким динамическим диапазоном входных напряжений и допустимыми пульсациями выходного напряжения.
Для уменьшения уровня пульсаций на выходной шине сглаживающий фильтр выполнен в виде CLC-фильтра или С-фильтра. При этом образуется линейный стабилизатор с минимальными проходным напряжением и пульсациями напряжения.
Указанная совокупность признаков позволяет обеспечить защиту от пусковых токов, токов короткого замыкания и унифицировать конструкцию понижающего стабилизатора.
Защита от пусковых токов и стабилизация тока короткого замыкания понижающего стабилизатора обеспечиваются путем ограничения и температурной стабилизации величины его тока ограниченным и термозависимым управляющим напряжением на затворе р-канального проходного транзистора с изолированным затвором вновь введенными цепями со сторон входной и выходной шин. При такой защите обеспечена унификация конструкции, которая достигается заменой одного из трех элементов сглаживающего фильтра, что преобразует импульсный понижающий стабилизатор в линейный и наоборот.
На фиг.1 и 2 приведена структурная схема понижающего стабилизатора с двумя видами сглаживающего фильтра: LCD и CLC типа соответственно. На фиг.3 приведены временные диаграммы его работы.
Предлагаемый понижающий стабилизатор (фиг.1) содержит р-канальный проходной транзистор 1 с изолированным затвором, входную шину 2, сглаживающий фильтр 3, выходную шину 4, первый резистор 5, второй резистор 6, дифференциальный компаратор напряжения 7, источник 8 опорного напряжения, третий резистор 9, четвертый резистор 10, стабилитрон 11, цепь 12 n последовательно соединенных диодов (где n=2), диод 13, параллельную RC-цепь 14, конденсатор 15.
Исток р-канального проходного транзистора 1 с изолированным затвором подключен к входной шине 2, а сток подключен к входу сглаживающего фильтра 3, выход которого подключен к выходной шине 4 и первому выводу первого резистора 5. Второй вывод первого резистора 5 подключен через второй резистор 6 к общей шине и к неинвертирующему входу дифференциального компаратора напряжения 7, инвертирующий вход которого подключен к источнику 8 опорного напряжения. Первый вывод конденсатора 15 подключен к выходу сглаживающего фильтра 3, а второй вывод подключен к неинвертирующему входу дифференциального компаратора напряжения 7. Выход дифференциального компаратора напряжения 7 соединен с первым выводом третьего резистора 9, анодом диода 13 и через четвертый резистор 10 с входной шиной 2. Катод стабилитрона 11 подключен к входной шине 2, а анод соединен со вторым выводом третьего резистора 9 и катодом первого диода из цепи 12 n последовательно соединенных диодов, анод последнего диода из которой соединен с затвором р-канального проходного транзистора 1 с изолированным затвором, катодом диода 13 и через параллельную RC-цепь 12 с входной шиной 2. Сглаживающий фильтр 3 (фиг.1) выполнен в виде LCD-фильтра. Сглаживающий фильтр 3 (фиг.2) выполнен в виде CLC-фильтра.
Понижающий стабилизатор напряжения с LCD-фильтром 3 работает следующим образом.
На фиг.3,а представлена временная диаграмма L4 напряжения на выходе 4 понижающего стабилизатора при нормальной нагрузке, на фиг.1, фиг.2 не показанной, и воздействии температуры окружающей среды от минус 40 до плюс 50°С, для различных входных напряжений, на фиг.3,а не показанных. В начале диаграммы фиг.3,а виден переходной процесс различной протяженности для воздействующих температур, затем напряжение на выходе U4 достигает стабилизированного значения, не зависящего от величины входного напряжения и сопротивления нагрузки с точностью, определяемой в основном коэффициентами усиления дифференциального компаратора 7 и р-канального проходного транзистора 1, а также стабильностью источника 8 опорного напряжения.
На фиг.3,б представлена временная диаграмма I4 тока короткого замыкания на выходе понижающего стабилизатора при нагрузке 1 Ом и воздействии температуры окружающей среды от минус 40 до плюс 50°С. Вначале временной диаграммы (фиг.3,б) виден участок переходного процесса различной величины пускового тока, определяемого RC-цепью 14, диодами 12, резистором 9 и конденсатором 15. Затем ток короткого замыкания практически стабилен и не зависит от температуры окружающей среды, необходимая величина стационарного тока короткого замыкания определяется выбором порогового напряжения стабилитрона 11 и количеством термокомпенсирующих диодов 12.
Особенностью понижающего стабилизатора с LCD-фильтром является работа с высоким к.п.д. в диапазоне входных напряжений (5,2-36) В на нагрузках (50-20000) Ом при встроенной защите от короткого замыкания. Понижающий стабилизатор работоспособен при воздействии температур от минус 40 до плюс 50°С.
Стабилизация выходного напряжения на нагрузке обеспечивается путем сравнения величины опорного напряжения источника 8 на инвертирующем входе дифференциального компаратора напряжения 7 и выходного напряжения резистивного делителя на резисторах 5, 6 на его неинвертирующем входе.
В зависимости от результатов сравнения выход дифференциального компаратора напряжения 7 через цепи защиты от короткого замыкания открывает или закрывает р-канальный проходной транзистор 1, обеспечивая астатическое регулирование. В течение примерно полупериода р-канальный транзистор 1 открыт, благодаря чему емкость и индуктивность LCD-фильтра 3 заряжаются от напряжения на входной шине 2. В течение следующего полупериода р-канальный транзистор 1 закрыт, благодаря чему емкость и индуктивность LCD-фильтра 3 разряжаются через собственный диод LCD-фильтра 3. В момент пуска (подача на входную шину 2 входного напряжения) р-канальный проходной транзистор 1 пытается резко открыться, чему препятствует подача короткого импульса спадающего напряжения экспоненциальной формы через конденсатор 15 первой дифференцирующей цепи С 15, R6 на запирающий неинвертирующий вход дифференциального компаратора напряжения 7. Это несколько уменьшает скорость нарастания отпирающего напряжения на затворе и величину пускового тока. Вторая дифференцирующая цепь, существенно уменьшающая скорость нарастания отпирающего напряжения на затворе и величину пускового тока, образована диодно-резистивно-конденсаторной цепью (элементы 11-14, 9) на затворе проходного транзистора 1 и действует в основном в режиме пуска, т.к. в стационарном режиме конденсатор RC-цепи 14 полностью заряжен. Кроме того, в режиме короткого замыкания вступает в действие вторая токостабилизирующая, термокомпенсирующая определенный ток стока цепь путем ограничения (вне зависимости от величины напряжения на входной шине 2) и термокомпенсации тока стока изменением управляющего напряжения на затворе р-канального проходного транзистора 1, которое равно разности напряжений на стабилитроне 11 и цепи из n последовательно соединенных диодов 12 Шоттки. При напряжении на затворе, большем порогового напряжения, температурные коэффициенты крутизны и тока стока р-канального проходного транзистора 1 отрицательны, температурный коэффициент напряжения стабилитрона 11 мал или положителен, но температурный коэффициент напряжения компенсирующих диодов 12 Шоттки отрицателен, что и необходимо для изменения управляющего напряжения на затворе и, следовательно, термокомпенсации и стабилизации тока стока р-канального проходного транзистора 1 и понижающего стабилизатора в целом. Количеством диодов 12 Шоттки подбирается как величина исходного напряжения на затворе, так и знак температурного коэффициента напряжения суммарного итогового управляющего напряжения на затворе. Резистор 10 на выходе дифференциального компаратора напряжения 7 необходим для повышения выходного напряжения запертого дифференциального компаратора напряжения 7 до уровня напряжения на входной шине 2, что исключает неуправляемые отпирания р-канального полевого транзистора 1 с изолированным затвором выходным втекающим током дифференциального компаратора напряжения 7.
Работа понижающего стабилизатора со сглаживающим фильтром 3 типа CLC (фиг.2) или С (на фиг. не показан) с точки зрения защит не отличается от вышеописанной, уровень пульсаций меньше, к.п.д. ниже.
Макетирование понижающего стабилизатора проводилось для диапазона температур от минус 40 до плюс 50°С. Шина питания дифференциального компаратора напряжения 7 типа 1401СА1 подключена к входной шине с напряжением (5,2-36) В.
Величина выходного напряжения U4 регулируемая, зависит от напряжения U8 источника 8 опорного напряжения, сопротивлений резисторов 5, 6 и определяется по формуле .
Стабильность напряжения U4 для прецизионных стабилитрона 2С120 В и резисторов С2-29 В не превышает 1%. Стабилитрон 11 2С147А, диоды 12 в затворе - Шоттки 2Д419В, диод 13 типа 2Д522Б, диод сглаживающего LCD-фильтра 3 2Д288, его дроссель выполнен на сердечнике МП140-4, его конденсатор типа К52-1Б, р-канальный проходной транзистор 1 с изолированным затвором типа 2П712А, конденсатор 15 и конденсатор RC-цепи 14 типа К10-50В. Понижающий стабилизатор обеспечивает стабилизацию выходного напряжения 5 В при входном напряжении (5,2-36) В и различных токах. Величина выходного тока регулируемая, зависит от крутизны S транзистора 1, напряжения U11 стабилитрона 11, суммы напряжений nU12 на диодах 12 и определяется по формуле I4=S(U11-nU12). Пусковой ток и ток короткого замыкания ограничены заданной величиной 1А. При минимальном входном напряжении 5 В выходное напряжение становится нестабилизированным и уменьшается на 0,2 В: L4=4,8 В.
Обеспечена унификация конструкции: замена диода 2Д288 на конденсатор К52-1Б в сглаживающем фильтре 3 позволяет преобразовать импульсный стабилизатор в линейный и наоборот.
Понижающий стабилизатор реализован на выпускаемых отечественной промышленностью и имеющихся в ограничительных перечнях электрорадиоэлементах, не требует применения зарубежного контроллера LM3485.
Claims (3)
1. Понижающий стабилизатор, содержащий р-канальный проходной транзистор с изолированным затвором, исток которого подключен к входной шине, а сток подключен к входу сглаживающего фильтра, выход которого подключен к выходной шине и первому выводу первого резистора, второй вывод которого подключен через второй резистор к общей шине и к неинвертирующему входу дифференциального компаратора напряжения, инвертирующий вход которого подключен к источнику опорного напряжения, отличающийся тем, что дополнительно введены третий и четвертый резисторы, стабилитрон, цепь n последовательно соединенных диодов, диод, параллельная RC-цепь, конденсатор, первый вывод которого подключен к выходу сглаживающего фильтра, а второй вывод подключен к неинвертирующему входу дифференциального компаратора напряжения, выход которого соединен с первым выводом третьего резистора, анодом диода и через четвертый резистор с входной шиной, к которой подключен катод стабилитрона, анод которого соединен со вторым выводом третьего резистора и катодом первого диода из цепи n последовательно соединенных диодов, анод последнего диода цепи соединен с затвором р-канального проходного транзистора с изолированным затвором, катодом диода и через параллельную RC-цепь с входной шиной.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сглаживающий фильтр выполнен в виде LCD-фильтра.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сглаживающий фильтр выполнен в виде CLC-фильтра или С-фильтра.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007133225/09A RU2339072C1 (ru) | 2007-09-04 | 2007-09-04 | Понижающий стабилизатор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007133225/09A RU2339072C1 (ru) | 2007-09-04 | 2007-09-04 | Понижающий стабилизатор |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2339072C1 true RU2339072C1 (ru) | 2008-11-20 |
Family
ID=40241429
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007133225/09A RU2339072C1 (ru) | 2007-09-04 | 2007-09-04 | Понижающий стабилизатор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2339072C1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2487392C2 (ru) * | 2011-07-08 | 2013-07-10 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Резервированный стабилизатор напряжения на мдп-транзисторах |
RU2504817C1 (ru) * | 2012-09-28 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Источник опорного напряжения |
RU2667475C1 (ru) * | 2017-05-18 | 2018-09-20 | Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Всероссийский научно-исследовательский институт радиоаппаратуры" (АО "ВНИИРА") | Стабилизатор напряжения аппаратуры электропитания посадочного радиолокатора |
RU2767171C1 (ru) * | 2020-12-01 | 2022-03-16 | Юрий Николаевич Шуваев | Импульсный стабилизатор напряжения |
RU2794751C1 (ru) * | 2022-12-13 | 2023-04-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Импульсный стабилизатор напряжения |
-
2007
- 2007-09-04 RU RU2007133225/09A patent/RU2339072C1/ru active
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2487392C2 (ru) * | 2011-07-08 | 2013-07-10 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Резервированный стабилизатор напряжения на мдп-транзисторах |
RU2504817C1 (ru) * | 2012-09-28 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Источник опорного напряжения |
RU2667475C1 (ru) * | 2017-05-18 | 2018-09-20 | Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Всероссийский научно-исследовательский институт радиоаппаратуры" (АО "ВНИИРА") | Стабилизатор напряжения аппаратуры электропитания посадочного радиолокатора |
RU2767171C1 (ru) * | 2020-12-01 | 2022-03-16 | Юрий Николаевич Шуваев | Импульсный стабилизатор напряжения |
RU2794751C1 (ru) * | 2022-12-13 | 2023-04-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Импульсный стабилизатор напряжения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8004257B2 (en) | Voltage regulator | |
CN100550560C (zh) | 过流保护电路 | |
US8368363B2 (en) | Current sensing circuit and switching regulator including the same | |
JP5715587B2 (ja) | レギュレータ | |
US9645593B2 (en) | Voltage regulator | |
KR20070051319A (ko) | 회로의 보호 방법, 보호 회로 및 그것을 이용한 전원 장치 | |
US9647552B2 (en) | Constant on time switching converter with DC calibration | |
TW201248350A (en) | Voltage regulator having current and voltage foldback based upon load impedance | |
US10261534B2 (en) | Method and system for an adaptive low-dropout regulator | |
US9966941B2 (en) | Wide input range, low output voltage power supply | |
Hsieh et al. | A low-dropout regulator with smooth peak current control topology for overcurrent protection | |
JPWO2014199816A1 (ja) | 過電流検出回路 | |
RU2339072C1 (ru) | Понижающий стабилизатор | |
JP6160188B2 (ja) | スイッチングレギュレータ | |
Li et al. | An adaptively biased LDO regulator with 11nA quiescent current and 50mA available load | |
US10686372B2 (en) | Switching power supply with low power consumption | |
JP2013239153A (ja) | 可変電源の温度補償電源電圧の出力回路及びその方法 | |
US7830168B2 (en) | Temperature variance nullification in an inrush current suppression circuit | |
US8102168B1 (en) | PSRR regulator with UVLO | |
JP2021018657A (ja) | シリーズレギュレータ | |
US20120187931A1 (en) | Power Supply Control Circuit and Power Supply Circuit | |
JP2016001979A (ja) | スイッチングレギュレータ | |
RU209200U1 (ru) | Стабилизатор постоянного напряжения | |
RU112786U1 (ru) | Компенсационный стабилизатор напряжения | |
RU2282233C1 (ru) | Импульсный стабилизатор |