RU2797324C1 - Voltage stabilizer - Google Patents
Voltage stabilizer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2797324C1 RU2797324C1 RU2023104960A RU2023104960A RU2797324C1 RU 2797324 C1 RU2797324 C1 RU 2797324C1 RU 2023104960 A RU2023104960 A RU 2023104960A RU 2023104960 A RU2023104960 A RU 2023104960A RU 2797324 C1 RU2797324 C1 RU 2797324C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- terminal
- resistor
- stage
- type
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных устройствах электропитания радиоэлектронной аппаратуры.The invention relates to electrical engineering and can be used in various power supply devices for electronic equipment.
Уровень техникиState of the art
Известен стабилизатор напряжения (а.с. 1423991, G05F 1/569), содержащий: составной элемент; источник опорного напряжения; выходной конденсатор; делитель выходного напряжения; первый каскад усилителя рассогласования; разделительный диод; коллекторный резистор; транзистор второго каскада усилителя рассогласования; транзистор первого каскада усилителя рассогласования; стабилитрон; резистор; силовой транзистор составного регулирующего элемента; согласующий транзистор составного регулирующего элемента; резистор источника опорного напряжения; стабилитрон источника опорного напряжения; резистор делителя напряжения; диод управляющего напряжения; резистор управляющего напряжения.Known voltage stabilizer (AS 1423991,
Недостатком данного устройства является то, что при коротком замыкании на выходе регулирующий элемент работает в линейном режиме, то есть переходит в режим стабилизации тока. Мощность рассеяния регулирующего элемента в этом режиме обычно превышает мощность рассеяния в рабочем режиме, поэтому замыкание приводит к выходу из строя регулирующего элемента. Кроме того при большой выходной мощности, ток и мощность короткого замыкания достигают значительных величин, что ограничивает область его применения.The disadvantage of this device is that in the event of a short circuit at the output, the control element operates in a linear mode, that is, it goes into the current stabilization mode. The power dissipation of the control element in this mode usually exceeds the power dissipation in the operating mode, so the short circuit leads to failure of the control element. In addition, at high output power, the current and short circuit power reach significant values, which limits its scope.
Наиболее близким аналогом-прототипом к заявляемому техническому решению является стабилизатор напряжения (патент RU №2472202, МПК G05F 1/10).The closest analog prototype to the claimed technical solution is a voltage stabilizer (patent RU No. 2472202, IPC
Стабилизатор напряжения содержит: составной регулирующий элемент; источник опорного напряжения; первый каскад усилителя рассогласования; делитель выходного напряжения; биполярный транзистор n-p-n-типа и резистор, выполняющие функции второго каскада усилителя рассогласования; выходной конденсатор; разделительный диод; диод, резистор, защитный биполярный транзистор p-n-p-типа, при этом: первые выводы составного регулирующего элемента и источника опорного напряжения подключены к входному выводу положительной полярности стабилизатора; второй вывод составного регулирующего элемента и первые выводы источника опорного напряжения, первого каскада усилителя рассогласования, делителя выходного напряжения, выходного конденсатора, катод диода, подключены к выходному выводу положительной полярности стабилизатора; вторые выводы источника опорного напряжения, первого каскада усилителя рассогласования, делителя выходного напряжения, выходного конденсатора, катод защитного биполярного транзистора p-n-p-типа, второй вывод резистора, являющегося вторым выводом второго каскада усилителя рассогласования, подключены к выводу отрицательной полярности стабилизатора; эмиттер защитного биполярного транзистора p-n-p-типа подключен к третьему выводу источника опорного напряжения, четвертый вывод которого соединен с базой биполярного транзистора n-p-n-типа, служащей третьим выводом второго каскада усилителя рассогласования; третий вывод составного регулирующего элемента соединен с коллектором биполярного транзистора n-p-n-типа, служащим первым выводом второго каскада усилителя рассогласования, четвертый вывод которого, образованный соединением первого вывода резистора и эмиттера биполярного транзистора n-p-n-типа, соединен с катодом разделительного диода; анод разделительного диода соединен с третьим выводом первого каскада усилителя рассогласования, четвертый вывод которого соединен с третьим выводом делителя выходного напряжения; база защитного биполярного транзистора p-n-p-типа через резистор соединена с анодом диода.The voltage stabilizer contains: a composite control element; reference voltage source; the first stage of the mismatch amplifier; output voltage divider; an npn- type bipolar transistor and a resistor that act as the second stage of the mismatch amplifier; output capacitor; separating diode; diode, resistor, protective bipolar transistor pnp- type, in this case: the first conclusions of the composite regulating element and the reference voltage source are connected to the input terminal of the positive polarity of the stabilizer; the second terminal of the composite control element and the first terminals of the reference voltage source, the first stage of the mismatch amplifier, the output voltage divider, the output capacitor, the diode cathode, are connected to the output terminal of the positive polarity of the stabilizer; the second terminals of the reference voltage source, the first stage of the mismatch amplifier, the output voltage divider, the output capacitor, the cathode of the pnp- type protective bipolar transistor, the second terminal of the resistor, which is the second terminal of the second stage of the mismatch amplifier, are connected to the negative polarity terminal of the stabilizer; the emitter of the protective pnp- type bipolar transistor is connected to the third terminal of the reference voltage source, the fourth terminal of which is connected to the base of the npn- type bipolar transistor, which serves as the third terminal of the second stage of the mismatch amplifier; the third terminal of the composite control element is connected to the collector of the npn- type bipolar transistor, which serves as the first terminal of the second stage of the error amplifier, the fourth terminal of which, formed by connecting the first terminal of the resistor and the emitter of the npn- type bipolar transistor, is connected to the cathode of the isolation diode; the anode of the separating diode is connected to the third output of the first stage of the mismatch amplifier, the fourth output of which is connected to the third output of the output voltage divider; the base of the protective pnp- type bipolar transistor is connected through a resistor to the anode of the diode.
Составной регулирующий элемент содержит силовой и согласующий транзисторы p-n-p-типа, два резистора и конденсатор, при этом эмиттер силового транзистора p-n-p-типа и первые выводы обоих резисторов служат первым выводом регулирующего элемента, вторым выводом которого служат коллекторы обоих транзисторов и второй вывод конденсатора, а третьим выводом, являющимся входом управления, служат первый вывод конденсатора, второй вывод второго резистора и база согласующего транзистора p-n-p-типа, эмиттер которого соединен с базой силового транзистора p-n-p-типа и вторым выводом первого резистора.Composite control element contains pnp- type power and matching transistors, two resistors and a capacitor, while the pnp- type power transistor emitter and the first terminals of both resistors serve as the first output of the control element, the second output of which is the collectors of both transistors and the second output of the capacitor, and the third the control input terminal is the first terminal of the capacitor, the second terminal of the second resistor, and the base of the pnp- type matching transistor, the emitter of which is connected to the base of the pnp- type power transistor and the second terminal of the first resistor.
Источник опорного напряжения содержит два резистора и стабилитрон, при этом анод стабилитрона служит вторым выводом источника опорного напряжения, а катод, совместно со вторым выводом первого резистора и первым выводом второго резистора - третьим выводом, второй вывод второго резистора - четвертым выводом, первый вывод первого резистора - первым выводом источника опорного напряжения.The reference voltage source contains two resistors and a zener diode, while the anode of the zener diode serves as the second terminal of the reference voltage source, and the cathode, together with the second terminal of the first resistor and the first terminal of the second resistor, is the third terminal, the second terminal of the second resistor is the fourth terminal, the first terminal of the first resistor - the first output of the reference voltage source.
Делитель выходного напряжения содержит три резистора, второй из которых переменного сопротивления, при этом первый вывод первого резистора и второй вывод третьего резистора служат, соответственно, первым и вторым выводами делителя выходного напряжения, третьим выводом которого является соединение второго вывода первого резистора, первого и второго выводов второго резистора, третий вывод которого соединен с первым выводом третьего резистора.The output voltage divider contains three resistors, the second of which is of variable resistance, while the first terminal of the first resistor and the second terminal of the third resistor serve, respectively, as the first and second terminals of the output voltage divider, the third terminal of which is the connection of the second terminal of the first resistor, the first and second terminals the second resistor, the third terminal of which is connected to the first terminal of the third resistor.
Первый каскад усилителя рассогласования содержит резистор, стабилитрон, биполярный транзистор p-n-p-типа, при этом катод стабилитрона служит первым выводом первого каскада усилителя рассогласования, вторым выводом которого служит первый вывод резистора, второй вывод которого соединен с анодом стабилитрона и эмиттером биполярного транзистора p-n-p-типа, катод и база которого служат, соответственно, третьим и четвертым выводами первого каскада усилителя рассогласования.The first stage of the mismatch amplifier contains a resistor, a zener diode, a pnp- type bipolar transistor, while the cathode of the zener diode serves as the first terminal of the first stage of the mismatch amplifier, the second terminal of which is the first terminal of the resistor, the second terminal of which is connected to the anode of the zener diode and the emitter of the pnp- type bipolar transistor, the cathode and base of which serve, respectively, as the third and fourth outputs of the first stage of the mismatch amplifier.
Недостатком данного устройства являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные:The disadvantage of this device are limited functionality due to:
- низким коэффициентом стабилизации по напряжению;- low coefficient of voltage stabilization;
- низкой надежностью.- low reliability.
Низкая надежность обусловлена:Low reliability due to:
- реализацией составного регулирующего элемента на базе биполярных транзисторов, приборов, управляемых током, собственное энергопотребление которых, а значит, и тепловой режим напрямую связан с величиной коммутируемого тока;- the implementation of a composite control element based on bipolar transistors, current-controlled devices, whose own energy consumption, and hence the thermal regime, is directly related to the magnitude of the switched current;
- неэффективным управлением процесса запирания составного регулирующего элемента в случае перегрузки стабилизатора.- inefficient control of the locking process of the composite control element in the event of an overload of the stabilizer.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к расширению функциональных возможностей.The technical result that can be achieved with the proposed invention is to expand the functionality.
Технический результат достигается тем, что в стабилизатор напряжения, содержащий: источник опорного напряжения, в состав которого входит резистор, первый вывод которого служит первым выводом источника опорного напряжения, а второй вывод подключен к четвертому выводу источника опорного напряжения; первый каскад усилителя рассогласования выполненный с использованием резистора, стабилитрона, биполярного транзистора p-n-p-типа, при этом катод стабилитрона служит первым выводом первого каскада усилителя рассогласования, вторым выводом которого служит первый вывод резистора, второй вывод которого соединен с анодом стабилитрона и эмиттером биполярного транзистора p-n-p-типа, катод и база которого служат, соответственно, третьим и четвертым выводами первого каскада усилителя рассогласования; делитель выходного напряжения, содержащий три резистора, второй из которых переменного сопротивления, при этом первый вывод первого резистора и второй вывод третьего резистора служат, соответственно, первым и вторым выводами делителя выходного напряжения, третьим выводом которого является соединение второго вывода первого резистора, первого и второго выводов второго резистора, третий вывод которого соединен с первым выводом третьего резистора; выходной конденсатор; разделительный диод; второй каскад усилителя рассогласования, в состав которого входит биполярный транзистор n-p-n-типа, резистор, второй вывод которого служит вторым выводом второго каскада усилителя рассогласования, а первый вывод совместно с эмиттером биполярного транзистора n-p-n-типа подключен к четвертому выводу второго каскада усилителя рассогласования, третьим выводом которого служит база биполярного транзистора n-p-n-типа, при этом: первые выводы первого каскада усилителя рассогласования, делителя выходного напряжения, выходного конденсатора подключены к выходному выводу положительной полярности стабилизатора; вторые выводы источника опорного напряжения, первого каскада усилителя рассогласования, делителя выходного напряжения, выходного конденсатора подключены к выводу отрицательной полярности стабилизатора; четвертый вывод источника опорного напряжения соединен с третьим выводом второго каскада усилителя рассогласования; четвертый вывод второго каскада усилителя рассогласования соединен с катодом разделительного диода, анод которого соединен с третьим выводом первого каскада усилителя рассогласования; четвертый вывод первого каскада усилителя рассогласования соединен с третьим выводом делителя выходного напряжения, введены: блок защиты; регулирующий элемент, содержащий резистор, МДП транзистор с индуцированным каналом р-типа, причем исток МДП транзистора с индуцированным каналом р-типа, соединенный с первым выводом резистора, служит первым выводом регулирующего элемента, сток - вторым, а затвор, соединенный со вторым выводом резистора - третьим; в источник опорного напряжения - управляемый программируемый стабилитрон, анод которого служит вторым выводом источника опорного напряжения, управляющий электрод - третьим, а катод подключен к четвертому выводу источника опорного напряжения; во второй каскад усилителя рассогласования - биполярный транзистор p-n-p-типа, позволяющий реализовать схему Шиклаи, при этом эмиттер биполярного транзистора p-n-p-типа служит первым выводом второго каскада усилителя рассогласования, коллектор подключен к четвертому выводу второго каскада усилителя рассогласования, а база соединена с коллектором биполярного транзистора n-p-n-типа; в делитель выходного напряжения - четвертый вывод, сформированный соединением третьего вывода второго резистора и первого вывода третьего резистора, причем: четвертый вывод делителя выходного напряжения соединен с третьим выводом источника опорного напряжения, первый вывод которого соединен со вторым выводом блока защиты и первым выводом регулирующего элемента; первый вывод второго каскада усилителя рассогласования соединен с третьим выводом регулирующего элемента, второй вывод которого соединен с первыми выводами первого каскада усилителя рассогласования, делителя выходного напряжения, выходного конденсатора и выходным выводом положительной полярности стабилизатора; первый вывод блока защиты подключен к входному выводу положительной полярности стабилизатора, а второй - к выводу отрицательной полярности стабилизатора, третий - к первым выводам источника опорного напряжения и регулирующего элемента, четвертый - ко второму выводу второго каскада усилителя рассогласования.The technical result is achieved by the fact that the voltage regulator contains: a reference voltage source, which includes a resistor, the first output of which serves as the first output of the reference voltage source, and the second output is connected to the fourth output of the reference voltage source; the first stage of the mismatch amplifier is made using a resistor, a zener diode, a pnp- type bipolar transistor, while the cathode of the zener diode serves as the first terminal of the first stage of the mismatch amplifier, the second terminal of which is the first terminal of the resistor, the second terminal of which is connected to the anode of the zener diode and the emitter of the bipolar transistor pnp- type, the cathode and base of which serve, respectively, as the third and fourth conclusions of the first stage of the mismatch amplifier; an output voltage divider containing three resistors, the second of which is of variable resistance, while the first terminal of the first resistor and the second terminal of the third resistor serve, respectively, as the first and second terminals of the output voltage divider, the third terminal of which is the connection of the second terminal of the first resistor, the first and second terminals of the second resistor, the third terminal of which is connected to the first terminal of the third resistor; output capacitor; separating diode; the second stage of the error amplifier, which includes an npn- type bipolar transistor, a resistor, the second terminal of which serves as the second terminal of the second stage of the error amplifier, and the first terminal, together with the emitter of the npn- type bipolar transistor, is connected to the fourth terminal of the second stage of the error amplifier, the third terminal which is the base of an npn- type bipolar transistor, while: the first conclusions of the first stage of the mismatch amplifier, the output voltage divider, the output capacitor are connected to the output terminal of the positive polarity of the stabilizer; the second conclusions of the reference voltage source, the first stage of the mismatch amplifier, the output voltage divider, the output capacitor are connected to the output of the negative polarity of the stabilizer; the fourth output of the reference voltage source is connected to the third output of the second stage of the mismatch amplifier; the fourth output of the second stage of the mismatch amplifier is connected to the cathode of an isolation diode, the anode of which is connected to the third output of the first stage of the mismatch amplifier; the fourth output of the first stage of the mismatch amplifier is connected to the third output of the output voltage divider, introduced: protection unit; a regulating element containing a resistor, an MIS transistor with an induced p- type channel, wherein the source of the MIS transistor with an induced p- type channel, connected to the first terminal of the resistor, serves as the first terminal of the regulating element, the drain is the second, and the gate connected to the second terminal of the resistor - third; to the reference voltage source - a controlled programmable zener diode, the anode of which serves as the second terminal of the reference voltage source, the control electrode is the third, and the cathode is connected to the fourth terminal of the reference voltage source; to the second stage of the error amplifier - a pnp- type bipolar transistor, which allows to implement the Shiklai circuit, while the emitter of the pnp- type bipolar transistor serves as the first output of the second stage of the error amplifier, the collector is connected to the fourth output of the second stage of the error amplifier, and the base is connected to the collector of the bipolar transistor npn type; into the output voltage divider - the fourth output formed by connecting the third output of the second resistor and the first output of the third resistor, moreover: the fourth output of the output voltage divider is connected to the third output of the reference voltage source, the first output of which is connected to the second output of the protection unit and the first output of the regulating element; the first output of the second stage of the error amplifier is connected to the third output of the regulating element, the second output of which is connected to the first outputs of the first stage of the error amplifier, the output voltage divider, the output capacitor and the output terminal of the positive polarity of the stabilizer; the first output of the protection unit is connected to the input output of the positive polarity of the stabilizer, and the second - to the output of the negative polarity of the stabilizer, the third - to the first outputs of the reference voltage source and the regulating element, the fourth - to the second output of the second stage of the mismatch amplifier.
Блок защиты содержит: шесть резисторов; биполярный транзистор p-n-p-типа; МДП транзистор с индуцированным каналом n-типа; два оптрона, представляющих собой оптопары по типу светодиод-фототранзистор; полевой транзистор с управляющим p-n-переходом и каналом p-типа; диод, причем первые выводы первого, второго резисторов, сток МДП транзистора с индуцированным каналом n-типа, коллекторы фототранзисторов первого и второго оптронов служат первым выводом блока защиты; вторые выводы третьего, четвертого, шестого резисторов, исток полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и каналом p-типа служат вторым выводом блока защиты; второй вывод первого резистора и база биполярного транзистора p-n-p-типа служат третьим выводом блока защиты; сток полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и каналом p-типа служит четвертым выводом блока защиты; второй вывод второго резистора соединен с эмиттером биполярного транзистора p-n-p-типа, коллектор которого соединен с первым выводом третьего резистора, затвором МДП транзистора с индуцированным каналом n-типа и катодом диода; исток МДП транзистора с индуцированным каналом n-типа соединен с анодом фотодиода первого оптрона, катод которого соединен с анодом фотодиода второго оптрона; катод фотодиода второго оптрона соединен с первым выводом четвертого резистора; эмиттер фототранзистора первого оптрона соединен с первым выводом шестого резистора и затвором полевого транзистора с управляющим p-n-переходом; эмиттер фототранзистора второго оптрона соединен с первым выводом пятого резистора и анодом диода.The protection unit contains: six resistors; pnp bipolar transistor; MIS transistor with induced channel n- type; two optocouplers, which are optocouplers of the LED-phototransistor type; field-effect transistor with a control pn- junction and a p- type channel; a diode, the first outputs of the first and second resistors, the drain of the MIS transistor with an induced n- type channel, the collectors of the phototransistors of the first and second optocouplers serve as the first output of the protection unit; the second conclusions of the third, fourth, sixth resistors, the source of the field-effect transistor with a control pn- junction and a p- type channel serve as the second conclusion of the protection unit; the second terminal of the first resistor and the base of the pnp- type bipolar transistor serve as the third terminal of the protection unit; the drain of a field-effect transistor with a control pn- junction and a p- type channel serves as the fourth output of the protection unit; the second terminal of the second resistor is connected to the emitter of the pnp- type bipolar transistor, the collector of which is connected to the first terminal of the third resistor, the gate of the n- type MIS transistor and the cathode of the diode; the source of the MIS transistor with induced channel n- type is connected to the anode of the photodiode of the first optocoupler, the cathode of which is connected to the anode of the photodiode of the second optocoupler; the cathode of the photodiode of the second optocoupler is connected to the first terminal of the fourth resistor; the emitter of the phototransistor of the first optocoupler is connected to the first terminal of the sixth resistor and the gate of the field-effect transistor with a control pn- junction; the emitter of the phototransistor of the second optocoupler is connected to the first terminal of the fifth resistor and the anode of the diode.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
На фиг. 1 представлена функциональная схема заявляемого устройства.In FIG. 1 shows a functional diagram of the proposed device.
На фиг. 2 представлена модель исследования параметров схемы заявляемого устройства в нормальном рабочем режиме - при отсутствии перегрузки регулирующего элемента 1 (сопротивление нагрузки 2 Ом).In FIG. 2 shows a model for studying the parameters of the circuit of the proposed device in the normal operating mode - in the absence of overload of the regulating element 1 (
На фиг. 3 представлены результаты схемотехнического моделирования заявляемого устройства - зависимость выходного напряжения стабилизатора от изменения напряжения питания (U вх = [19,5÷24,5]) при сопротивлении нагрузки 
На фиг. 4 представлены результаты схемотехнического моделирования заявляемого устройства - зависимость выходного напряжения стабилизатора от изменения напряжения питания (U вх = [19,5÷24,5]) при сопротивлении нагрузки 
На фиг. 5 представлены результаты схемотехнического моделирования прототипа - зависимость выходного напряжения стабилизатора от изменения напряжения питания (U вх = [19,5÷24,5]) при сопротивлении нагрузки
На фиг. 6 представлены результаты схемотехнического моделирования прототипа - зависимость выходного напряжения стабилизатора от изменения напряжения питания (U вх = [19,5÷24,5]) при сопротивлении нагрузки
На фиг. 7 представлена схемотехническая модель прототипа (сопротивление нагрузки 2 Ом).In FIG. 7 shows a circuit model of the prototype (
На фиг. 8 представлена модель исследования параметров схемы заявляемого устройства в режиме защиты регулирующего элемента 1 (изменение сопротивления нагрузки с 2 Ом на 0,1 Ом).In FIG. 8 shows a model for studying the parameters of the circuit of the proposed device in the protection mode of the regulating element 1 (change in load resistance from 2 ohms to 0.1 ohms).
На фиг. 9 представлены результаты схемотехнического моделирования заявляемого устройства и прототипа - зависимость выходного напряжения стабилизатора при изменении сопротивления нагрузки с 2 Ом на 0,1 Ом (напряжение питания U вх = 20 В).In FIG. 9 shows the results of circuit simulation of the proposed device and prototype - the dependence of the output voltage of the stabilizer when the load resistance changes from 2 ohms to 0.1 ohms (supply voltage U in = 20 V).
На фиг. 10 представлены результаты схемотехнического моделирования заявляемого устройства и прототипа - зависимость выходного тока стабилизатора при изменении сопротивления нагрузки с 2 Ом на 0,1 Ом (напряжение питания U вх = 20 В).In FIG. 10 shows the results of circuit simulation of the proposed device and the prototype - the dependence of the output current of the stabilizer when the load resistance changes from 2 ohms to 0.1 ohms (supply voltage U in = 20 V).
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Стабилизатор напряжения (фиг.1) содержит: регулирующий элемент 1; источник опорного напряжения 2; выходной конденсатор 3; делитель выходного напряжения 4; первый каскад усилителя рассогласования 5; разделительный диод 6; второй каскад усилителя рассогласования 7; блок защиты 8, при этом: третий вывод блока защиты 8 соединен с первыми выводами источника опорного напряжения 2 и регулирующего элемента 1, второй вывод которого и первые выводы первого каскада усилителя рассогласования 5, делителя выходного напряжения 4, выходного конденсатора 3 подключены к выходному выводу положительной полярности стабилизатора; вторые выводы блока защиты 8, источника опорного напряжения 2, первого каскада усилителя рассогласования 5, делителя выходного напряжения 4, выходного конденсатора 3 подключены к выводу отрицательной полярности стабилизатора; четвертый вывод источника опорного напряжения 2 соединен с третьим выводом второго каскада усилителя рассогласования 7, первый вывод которого соединен с третьим выводом регулирующего элемента 1; четвертый вывод второго каскада усилителя рассогласования 7 соединен с катодом разделительного диода 6, анод которого соединен с третьим выводом первого каскада усилителя рассогласования 5; четвертый вывод первого каскада усилителя рассогласования 5 соединен с третьим выводом делителя выходного напряжения 4, четвертый вывод которого соединен с третьим выводом источника опорного напряжения 2; второй вывод второго каскада усилителя рассогласования 7 соединен с четвертым выводом блока защиты 8.The voltage stabilizer (figure 1) contains: the
Регулирующий элемент 1 содержит резистор 10 и МДП транзистор с индуцированным каналом р-типа 9, исток которого и первый вывод резистора 10 служат первым выводом регулирующего элемента 1, сток - вторым, а затвор, соединенный со вторым выводом резистора 10 - третьим.The regulating
Источник опорного напряжения 2 содержит резистор 11, первый вывод которого служит первым выводом источника опорного напряжения 2, управляемый программируемый стабилитрон 12, анод которого служит вторым выводом источника опорного напряжения 2, управляющий электрод - третьим, а катод, соединенный со вторым выводом резистора 11, - четвертым. The
Делитель выходного напряжения 4 содержит резисторы 13, 15 и 14, который является резистором переменного сопротивления, при этом первый вывод резистора 13 и второй вывод резистора 15 служат, соответственно, первым и вторым выводами делителя выходного напряжения 4, третьим выводом которого является соединение второго вывода резистора 13, первого и второго выводов резистора 14, третий вывод которого соединен с первым выводом резистора 15 и служит четвертым выводом делителя выходного напряжения 4.The
Первый каскад усилителя рассогласования 5 содержит стабилитрон 16, катод которого служит первым выводом первого каскада усилителя рассогласования 5, резистор 17, первый вывод которого служит вторым выводом первого каскада усилителя рассогласования 5, биполярный транзистор p-n-p-типа 18, катод и база которого служат, соответственно, третьим и четвертым выводами первого каскада усилителя рассогласования 5, а эмиттер соединен со вторым выводом резистора 17 и анодом стабилитрона 16.The first stage of the
Второй каскад усилителя рассогласования 7 содержит: резистор 21, второй вывод которого служит вторым выводом второго каскада усилителя рассогласования 7; биполярные транзисторы n-p-n-типа 19 и p-n-p-типа 20, соединенные по схеме Шиклаи, при этом эмиттер биполярного транзистора p-n-p-типа 20 служит первым выводом второго каскада усилителя рассогласования, коллектор, соединенный с эмиттером биполярного транзистора n-p-n-типа 19 и первым выводом резистора 21, - четвертым, а база соединена с коллектором биполярного транзистора n-p-n-типа 19, база которого служит третьим выводом второго каскада усилителя рассогласования 7.The second stage of the error amplifier 7 contains: a
Блок защиты 8 содержит: резисторы 22÷27; биполярный транзистор p-n-p-типа 28; МДП транзистор с индуцированным каналом n-типа 29; оптроны 30, 31, представляющие собой оптопары по типу светодиод-фототранзистор; полевой транзистор с управляющим p-n-переходом и каналом p-типа 32; диод 33, причем первые выводы резисторов 1 и 2, сток МДП транзистора с индуцированным каналом n-типа 29, коллекторы фототранзисторов оптронов 30, 31 служат первым выводом блока защиты 8; вторые выводы резисторов 24, 25, 27, исток полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и каналом p-типа 32 служат вторым выводом блока защиты 8; второй вывод резистора 22 и база биполярного транзистора p-n-p-типа 29 служат третьим выводом блока защиты 8; сток полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и каналом p-типа 32 служит четвертым выводом блока защиты 8; второй вывод резистора 23 соединен с эмиттером биполярного транзистора p-n-p-типа 28, коллектор которого соединен с первым выводом резистора 24, затвором МДП транзистора с индуцированным каналом n-типа 29 и катодом диода 33; исток МДП транзистора с индуцированным каналом n-типа 29 соединен с анодом фотодиода оптрона 30, катод которого соединен с анодом фотодиода оптрона 31; катод фотодиода оптрона 31 соединен с первым выводом резистора 25; эмиттер фототранзистора оптрона 30 соединен с первым выводом резистора 27 и затвором полевого транзистора с управляющим p-n-переходом 32; эмиттер фототранзистора оптрона 31 соединен с первым выводом резистора 26 и анодом диода 33.
Резистор 22, включенный в силовую шину последовательно с регулирующим элементом 1, выполняет функцию входного токосъемного сопротивления усилительного каскада на биполярном транзисторе p-n-p-типа 28 с сопротивлениями в цепи эмиттера - резистор 23, в цепи коллектора - резистор 24, а сам каскад, являющийся первой частью блока защиты 8, служит датчиком тока.
Вторая часть блока защиты 8 - МДП транзистор с индуцированным каналом n-типа 29, оптроны 30, 31, полевой транзистор с управляющим p-n-переходом и каналом p-типа 32, диод 33 и резисторы 25÷27, служит блокировочным реле.The second part of the protection unit 8 - MIS transistor with an induced n-
Стабилизатор напряжения работает следующим образом.The voltage regulator works as follows.
В нормальном рабочем режиме (при отсутствии перегрузки регулирующего элемента 1) падение напряжения на резисторе 22 мало (сопротивление резистора 22 не более 0,01 Ом), биполярный транзистор p-n-p-типа 28 закрыт, напряжение на затворе МДП транзистора с индуцированным каналом n-типа 29 недостаточно для индуцирования канала, фототранзисторы оптронов 30, 31 пребывают в закрытом состоянии, обеспечивая приоткрытое состояние канала полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и каналом p-типа 32 (напряжение на затворе 143,2 мВ, фиг. 2).In the normal operating mode (in the absence of overload of the regulating element 1), the voltage drop across the
В момент подачи на вход стабилизатора входного напряжения на выходе источника опорного напряжения 2 появляется напряжение несколько меньшее, чем стабильное, которое, поступая на базу составного транзистора Шиклаи второго каскада усилителя рассогласования 7, приоткрывает его, а тот, в свою очередь, с учетом приоткрытого состояния канала полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и каналом p-типа 32, приоткрывает регулирующий элемент 1. При этом через регулирующий элемент 1 начинает протекать ток, заряжая выходной конденсатор 3. Поскольку в момент заряда конденсатора 3 выходное напряжение мало, напряжение на выходах делителя 4 недостаточно для полного открывания управляемого программируемого стабилитрона 12 источника опорного напряжения 2, а так же биполярного транзистора p-n-p-типа 18 первого каскада усилителя рассогласования 5 и разделительного диода 6. Что в свою очередь, обеспечивает развязку первого и второго каскадов усилителя рассогласования 5, 7, но прежде всего, исключает недопустимое скачкообразное изменение тока при заряде конденсатора 3 и возможность перегрузки регулирующего элемента 1.At the moment the input voltage stabilizer is supplied to the input, at the output of the
При заряде конденсатора 3 до уровня близкого к номинальному значению выходного напряжения стабилизатор переходит в режим стабилизации выходного напряжения:When capacitor 3 is charged to a level close to the nominal value of the output voltage, the stabilizer switches to the output voltage stabilization mode:
- на выходе источника 2 устанавливается стабильное напряжение, обеспечивающее посредством составного транзистора Шиклаи перевод регулирующего элемента 1 в режим стабилизации;- at the output of the
- вступают в работу первый каскад усилителя рассогласования 5 и разделительный диод 6.- the first stage of the
В зависимости от уровня напряжения на третьем выводе делителя выходного напряжения 4, посредством первого каскада усилителя рассогласования 5 и разделительного диода 6, перешедшего в открытое состояние, осуществляется изменение напряжения на резисторе 21. А значит и базо-эмиттерном переходе составного транзистора Шиклаи, что в конечном итоге, приводит к изменению напряжения на затворе МДП транзистора с индуцированным каналом р-типа 9 регулирующего элемента 1, компенсируя изменившееся выходное напряжение.Depending on the voltage level at the third output of the
Так как второй каскад усилителя рассогласования 7 выполнен на базе составного транзистора Шиклаи, то это обеспечивает более высокую чувствительность каскада к изменению напряжения база-эмиттер при меньшей величине, как тока базы, так и тока коллектора составного транзистора, нежели в случае прототипа.Since the second stage of the mismatch amplifier 7 is made on the basis of a Shiklai composite transistor, this provides a higher sensitivity of the cascade to a change in the base-emitter voltage at a lower value of both the base current and the collector current of the composite transistor than in the case of the prototype.
Тем более что регулирующий элемент 1, выполненный на базе МДП транзистора с индуцированным каналом р-типа 9, управляемый лишь напряжением, не создает второму каскаду усилителя рассогласования 7, в отличие от прототипа, шунтирующего эффекта.Moreover, the
На фиг.3÷6 представлены результаты схемотехнического моделирования - зависимость выходного напряжения стабилизатора от изменения напряжения питания (U вх = [19,5÷24,5]) и сопротивления нагрузки (
Предлагаемый стабилизатор напряжения характеризуется коэффициентом стабилизации по напряжению:The proposed voltage stabilizer is characterized by a voltage stabilization coefficient:
- 11538 при сопротивлении нагрузки 2 Ом;- 11538 with a load resistance of 2 ohms;
- 17541 при сопротивлении нагрузки 200 Ом.- 17541 with a load resistance of 200 ohms.
А прототип:And the prototype:
- 131 при сопротивлении нагрузки 2 Ом.- 131 with a load resistance of 2 ohms.
- 140 при сопротивлении нагрузки 200 Ом;- 140 with a load resistance of 200 ohms;
То есть имеет место выигрыш в коэффициенте стабилизации по напряжению:That is, there is a gain in the voltage stabilization coefficient:
- 88 раз при сопротивлении нагрузки 2 Ом;- 88 times with a load resistance of 2 ohms;
- 125 раз при сопротивлении нагрузки 200 Ом.- 125 times with a load resistance of 200 ohms.
В случае перегрузки регулирующего элемента 1 падение напряжения на резисторе 22 возрастает, биполярный транзистор p-n-p-типа 28 переходит в приоткрытое состояние, порождая начальный этап индуцирования канала МДП транзистора с индуцированным каналом n-типа 29 и включение цепи положительной обратной связи - фотодиод, фототранзистор оптрона 31, резистор 26, диод 33, затвор МДП транзистора с индуцированным каналом n-типа 29, обеспечивающей лавинообразное открывание МДП транзистора с индуцированным каналом n-типа 29 и запирание канала полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и каналом p-типа 32 (напряжение на затворе 19,9 В, фиг. 8), что приводит к ускоренному полному закрытию регулирующего элемента 1 (фиг. 9, кривая 1, фиг. 10, кривая 1).In the event of an overload of the regulating
В то время как в прототипе имеет место переходный процесс, фиг. 9, кривая 2, в течение которого имеет место значительная перегрузка составного регулирующего элемента, фиг. 10, кривая 2, что несомненно снижает надежность прототипа.While the transient takes place in the prototype, FIG. 9,
При включении стабилизатора на заранее короткозамкнутую нагрузку блок защиты 8 исключает возможность включения стабилизатора и, следовательно, прохождения через регулирующий элемент 1 броска тока.When the stabilizer is turned on for a pre-short-circuited load, the
В случае прототипа имеет место относительно низкая надежность. Это обусловлено как неэффективным управлением процесса запирания составного регулирующего элемента в случае перегрузки стабилизатора, так и реализацией составного регулирующего элемента на базе биполярных транзисторов. Так как биполярные транзисторы - это приборы, управляемые током, собственное энергопотребление которых, а значит, и тепловой режим, напрямую связан с величиной коммутируемого тока. А попытка снижения транзисторами собственного энергопотребления (повышения КПД устройства) за счет использования транзисторов с меньшим током базы (а значит, и меньшей допустимой мощностью рассеивания - неизбежно повысит требования к увеличению теплоотвода), повлечет снижение надежности устройства.In the case of the prototype, there is a relatively low reliability. This is due to both inefficient control of the locking process of the composite control element in the event of an overload of the stabilizer, and the implementation of the composite control element based on bipolar transistors. Since bipolar transistors are current-controlled devices, their own power consumption, and hence the thermal regime, is directly related to the magnitude of the switched current. And an attempt to reduce the transistors' own power consumption (increase the efficiency of the device) by using transistors with a lower base current (and therefore a lower allowable dissipation power - will inevitably increase the requirements for increasing heat dissipation), will lead to a decrease in the reliability of the device.
В то же время МДП транзисторы с индуцированным каналом характеризуются рядом преимуществ относительно биполярных транзисторов (Окснер Э.С. Мощные полевые транзисторы и их применение. - М.: Радио и связь, 1985, с.19):At the same time, MIS transistors with an induced channel are characterized by a number of advantages over bipolar transistors (Oksner E.S. Powerful field-effect transistors and their application. - M .: Radio and communication, 1985, p. 19):
- управление напряжением (высокое сопротивление со стороны затвора, ток затвора практически равен нулю);- voltage control (high resistance on the gate side, gate current is almost zero);
- высокая скорость переключения;- high switching speed;
- почти неограниченная нагрузочная способность по выходу (если не учитывать скорость переключения);- almost unlimited output load capacity (if switching speed is not taken into account);
- очень малая вероятность теплового саморазогрева;- very low probability of thermal self-heating;
- очень малая вероятность вторичного пробоя;- very low probability of secondary breakdown;
- допустимость резкого изменения тока стока.- the admissibility of a sharp change in the drain current.
А значит, предлагаемое устройство при той же величине стабилизируемой мощности, что и в случае прототипа, будет характеризоваться более высокой надежностью. Что в свою очередь, с учетом более высокого коэффициента стабилизации по напряжению способствует расширению функциональных возможностей предлагаемого устройства.This means that the proposed device with the same amount of stabilized power as in the case of the prototype will be characterized by higher reliability. Which, in turn, taking into account a higher voltage stabilization coefficient, contributes to the expansion of the functionality of the proposed device.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2797324C1 true RU2797324C1 (en) | 2023-06-02 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU903838A1 (en) * | 1980-03-19 | 1982-02-07 | Киевский Ордена Трудового Красного Знамени Завод Вычислительных И Управляющих Машин | Voltage stabilizer with smooth start-up |
| SU1423991A1 (en) * | 1987-02-19 | 1988-09-15 | Киевский Завод Электронных Вычислительных И Управляющих Машин - Головное Предприятие Киевского Производственного Объединения "Электронмаш" Им.В.И.Ленина | Voltage stabilizer |
| CN1341877A (en) * | 2000-09-06 | 2002-03-27 | 华硕电脑股份有限公司 | Linear voltage-stabilizing device capable of absorbing feedback current |
| US8242760B2 (en) * | 2008-08-29 | 2012-08-14 | Ricoh Company, Ltd. | Constant-voltage circuit device |
| RU2472202C1 (en) * | 2011-09-19 | 2013-01-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Voltage stabiliser |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU903838A1 (en) * | 1980-03-19 | 1982-02-07 | Киевский Ордена Трудового Красного Знамени Завод Вычислительных И Управляющих Машин | Voltage stabilizer with smooth start-up |
| SU1423991A1 (en) * | 1987-02-19 | 1988-09-15 | Киевский Завод Электронных Вычислительных И Управляющих Машин - Головное Предприятие Киевского Производственного Объединения "Электронмаш" Им.В.И.Ленина | Voltage stabilizer |
| CN1341877A (en) * | 2000-09-06 | 2002-03-27 | 华硕电脑股份有限公司 | Linear voltage-stabilizing device capable of absorbing feedback current |
| US8242760B2 (en) * | 2008-08-29 | 2012-08-14 | Ricoh Company, Ltd. | Constant-voltage circuit device |
| RU2472202C1 (en) * | 2011-09-19 | 2013-01-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Voltage stabiliser |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100550560C (en) | Current foldback circuit | |
| US4678984A (en) | Digital power converter input current control circuit | |
| CN107943182B (en) | Band gap reference start-up circuit | |
| EP0224491A4 (en) | Method and circuit for providing adjustable control of short circuit current through a semiconductor device. | |
| Trescases et al. | GaN power ICs: Reviewing strengths, gaps, and future directions | |
| AU1158192A (en) | Overcurrent protection device | |
| RU2797324C1 (en) | Voltage stabilizer | |
| RU2798492C1 (en) | Voltage stabilizer | |
| RU2798488C1 (en) | Voltage stabilizer | |
| RU2795284C1 (en) | Voltage stabilizer | |
| RU2797044C1 (en) | Voltage stabilizer | |
| CN113272663B (en) | Constant current source sampling circuit and method | |
| RU2690838C1 (en) | Protective device | |
| RU2772574C1 (en) | Electronic circuit supply voltage stabilizer | |
| RU2771355C1 (en) | Electronic circuit supply voltage stabilizer | |
| RU2380828C1 (en) | Electronic relay with transformer isolation and overcurrent and overheating protection of electronic key | |
| RU2622893C1 (en) | Electronic fuse | |
| US3737800A (en) | High voltage operational amplifier | |
| JPH0236728A (en) | Gain one current limiter | |
| CN212622792U (en) | Overvoltage detection circuit, overcurrent detection circuit and protection detection circuit | |
| SU1153319A1 (en) | Stabilizing device with complex protection | |
| CN217443794U (en) | Over-temperature frequency reduction protection circuit | |
| RU2767990C1 (en) | Electronic circuits supply voltage stabilizer | |
| US20240146254A1 (en) | Transistor with distributed thermal feedback | |
| RU2798487C1 (en) | Electronic direct-current voltage regulator |