RU2798488C1 - Voltage stabilizer - Google Patents
Voltage stabilizer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2798488C1 RU2798488C1 RU2023106175A RU2023106175A RU2798488C1 RU 2798488 C1 RU2798488 C1 RU 2798488C1 RU 2023106175 A RU2023106175 A RU 2023106175A RU 2023106175 A RU2023106175 A RU 2023106175A RU 2798488 C1 RU2798488 C1 RU 2798488C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- terminal
- output
- resistor
- stage
- serves
- 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. 1523991, 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 1523991,
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, выполняющие функции блока защиты, 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, первого каскада усилителя рассогласования, делителя выходного напряжения, выходного конденсатора, катод диода, являющегося первым выводом блока защиты, подключены к выходному выводу положительной полярности стабилизатора; вторые выводы источника опорного напряжения, первого каскада усилителя рассогласования, делителя выходного напряжения, выходного конденсатора, коллектор защитного биполярного транзистора p-n-p-типа, являющегося вторым выводом блока защиты, второй вывод резистора, являющегося вторым выводом второго каскада усилителя рассогласования, подключены к выводу отрицательной полярности стабилизатора; эмиттер защитного биполярного транзистора p-n-p-типа, являющегося третьим выводом блока защиты, 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 соединена, через резистор, с анодом диода, входящих в состав блока защиты.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; a diode, a resistor, a pnp- type protective bipolar transistor, performing the functions of a protection unit, while: the first terminals of the composite control 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 first stage of the mismatch amplifier, the output voltage divider, the output capacitor, the cathode of the diode, which is the first terminal of the protection unit, 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 collector of the protective pnp- type bipolar transistor, which is the second terminal of the protection unit, 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, which is the third output of the protection unit, is connected to the third output of the reference voltage source, the fourth output of which is connected to the base of the npn- type bipolar transistor, which serves as the third output 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 that is part of the protection unit.
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, коллектор 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 collector 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 два резистора, при этом, первый вывод первого резистора служит первым выводом источника опорного напряжения, а второй вывод первого резистора соединен с первым выводом второго резистора, второй вывод которого служит четвертым выводом 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, коллектор 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; блок защиты, в состав которого входят диод и резистор, второй вывод которого соединен с катодом диода и служит вторым выводом блока защиты, при этом: первый вывод источника опорного напряжения подключен к входному выводу положительной полярности стабилизатора; первые выводы первого каскада усилителя рассогласования, делителя выходного напряжения, выходного конденсатора подключены к выходному выводу положительной полярности стабилизатора; вторые выводы первого каскада усилителя рассогласования, делителя выходного напряжения, блока защиты, выходного конденсатора подключены к выводу отрицательной полярности стабилизатора; 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, четвертый вывод источника опорного напряжения соединен с третьим выводом второго каскада усилителя рассогласования, введены: 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 соединен со вторым выводом первого резистора и первым выводом второго резистора; 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; в блок защиты - конденсатор, полевой транзистор с управляющим p-n-переходом и каналом n-типа, второй резистор, при этом, первый и второй резистор образуют высокоомный делитель напряжения, средний вывод которого образован соединением второго вывода второго резистора и первого вывода первого резистора, и подключен к затвору полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и каналом n-типа, исток которого подключен ко второму выводу блока защиты, а сток служит третьим выводом блока защиты, первый вывод второго резистора и анод диода соединены со вторым выводом конденсатора, первый вывод которого служит первым выводом блока защиты, причем: четвертый вывод делителя выходного напряжения соединен с третьим выводом источника опорного напряжения, второй вывод которого соединен с выводом отрицательной полярности стабилизатора; первый вывод второго каскада усилителя рассогласования соединен с третьим выводом регулирующего элемента, первый вывод которого соединен с первым выводом источника опорного напряжения и входным выводом положительной полярности стабилизатора; второй вывод регулирующего элемента соединен с первыми выводами первого каскада усилителя рассогласования, делителя выходного напряжения, блока защиты, выходного конденсатора и выходным выводом положительной полярности стабилизатора; третий вывод блока защиты соединен со вторым выводом второго каскада усилителя рассогласования.The technical result is achieved by the fact that the voltage regulator contains: a reference voltage source, which includes two resistors, while the first output of the first resistor serves as the first output of the reference voltage source, and the second output of the first resistor is connected to the first output of the second resistor, the second output which serves as 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 collector and the 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 serves as the base of an npn- type bipolar transistor; a protection unit, which includes a diode and a resistor, the second terminal of which is connected to the cathode of the diode and serves as the second terminal of the protection unit, while: the first output of the reference voltage source is connected to the input terminal of the positive polarity of the stabilizer; 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 first stage of the mismatch amplifier, the output voltage divider, the protection unit, the output capacitor are connected to the output of the negative polarity of the stabilizer; 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 error amplifier is connected to the third output of the output voltage divider, the fourth output of the reference voltage source is connected to the third output of the second stage of the error amplifier, the following are introduced: a control element containing a resistor, an MIS transistor with an induced p- type channel, and the source of the MIS transistor the p- type induced 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 is the 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 second terminal of the first resistor and the first terminal of the second resistor; 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; to 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; in the protection unit - a capacitor, a field-effect transistor with a control pn- junction and an n- type channel, a second resistor, while the first and second resistors form a high-resistance voltage divider, the middle terminal of which is formed by connecting the second terminal of the second resistor and the first terminal of the first resistor, and connected to the gate of a field-effect transistor with a control pn- junction and an n- type channel, the source of which is connected to the second terminal of the protection unit, and the drain serves as the third terminal of the protection unit, the first terminal of the second resistor and the anode of the diode are connected to the second terminal of the capacitor, the first terminal of which serves as the first output of the protection unit, wherein: the fourth output of the output voltage divider is connected to the third output of the reference voltage source, the second output of which is connected to the output of the negative polarity of the stabilizer; the first output of the second stage of the mismatch amplifier is connected to the third output of the regulating element, the first output of which is connected to the first output of the reference voltage source and the input terminal of the positive polarity of the stabilizer; the second terminal of the regulating element is connected to the first terminals of the first stage of the mismatch amplifier, the output voltage divider, the protection unit, the output capacitor and the output terminal of the positive polarity of the stabilizer; the third output of the protection unit is connected to the second output of the second stage of the mismatch amplifier.
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 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. 8 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 Uin = 20 V).
На фиг. 9 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. 9 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. 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).
На фиг. 11 представлены результаты схемотехнического моделирования заявляемого устройства и прототипа - зависимость выходного тока стабилизатора при изменении сопротивления нагрузки с 2 Ом на 0,01 Ом (напряжение питания U вх = 20 В).In FIG. 11 shows the results of circuit simulation of the proposed device and prototype - the dependence of the output current of the stabilizer when the load resistance changes from 2 ohms to 0.01 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: первые выводы источника опорного напряжения 2 и регулирующего элемента 1 подключены к входному выводу положительной полярности стабилизатора; второй вывод регулирующего элемента 1 и первые выводы первого каскада усилителя рассогласования 5, делителя выходного напряжения 4, блока защиты 8, выходного конденсатора 3 подключены к выходному выводу положительной полярности стабилизатора; вторые выводы источника опорного напряжения 2, первого каскада усилителя рассогласования 5, делителя выходного напряжения 4, блока защиты 8, выходного конденсатора 3 подключены к выводу отрицательной полярности стабилизатора; третий вывод блока защиты 8 соединен со вторым выводом второго каскада усилителя рассогласования 7, первый вывод которого соединен с третьим выводом регулирующего элемента 1; третий вывод второго каскада усилителя рассогласования 7 соединен с четвертым выводом источника опорного напряжения 2, а четвертый вывод 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.The voltage stabilizer (Fig. 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, резистор 12, второй вывод которого служит четвертым выводом источника опорного напряжения 2, управляемый программируемый стабилитрон 13, анод которого служит вторым выводом источника опорного напряжения 2, управляющий электрод - третьим, а катод соединен со вторым выводом резистора 11 и первым выводом резистора 12.The
Делитель выходного напряжения 4 содержит резисторы 14, 16 и резистор 15, являющийся резистором переменного сопротивления, при этом первый вывод резистора 14 и второй вывод резистора 16 служат, соответственно, первым и вторым выводами делителя выходного напряжения 4, третьим выводом которого является соединение второго вывода резистора 14, первого и второго выводов резистора 15, третий вывод которого соединен с первым выводом резистора 16 и служит четвертым выводом делителя выходного напряжения 4.The output voltage divider 4 contains
Первый каскад усилителя рассогласования 5 содержит стабилитрон 17, катод которого служит первым выводом первого каскада усилителя рассогласования 5, резистор 18, первый вывод которого служит вторым выводом первого каскада усилителя рассогласования 5, биполярный транзистор p-n-p-типа 19, коллектор и база которого служат, соответственно, третьим и четвертым выводами первого каскада усилителя рассогласования 5, а эмиттер соединен со вторым выводом резистора 18 и анодом стабилитрона 17.The first stage of the
Второй каскад усилителя рассогласования 7 содержит резистор 22, второй вывод которого служит вторым выводом второго каскада усилителя рассогласования 7, биполярные транзисторы n-p-n-типа 20 и p-n-p-типа 21, соединенные по схеме Шиклаи, при этом эмиттер биполярного транзистора p-n-p-типа 21 служит первым выводом второго каскада усилителя рассогласования 7, коллектор, соединенный с эмиттером биполярного транзистора n-p-n-типа 20 и первым выводом резистора 22, - четвертым, а база соединена с коллектором биполярного транзистора n-p-n-типа 20, база которого служит третьим выводом второго каскада усилителя рассогласования 7.The second stage of the error amplifier 7 contains a
Блок защиты 8 содержит: конденсатор 23; диод 24; резисторы 25, 26; полевой транзистор с управляющим p-n-переходом и каналом n-типа 27, при этом первый вывод конденсатора 23 служит первым выводом блока защиты 8; резисторы 25, 26 образуют высокоомный делитель напряжения, средний вывод которого образован соединением второго вывода резистора 25 и первого вывода резистора 26, и подключен к затвору полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и каналом n-типа 27, сток которого служит третьим выводом блока защиты 8, а исток, соединенный со вторым выводом резистора 26 и катодом диода 24 служит вторым выводом блока защиты 8; первый вывод резистора 25 и анод диода 24 соединены со вторым выводом конденсатора 23.
Стабилизатор напряжения работает следующим образом.The voltage regulator works as follows.
В момент подачи на вход стабилизатора входного напряжения:At the moment the input voltage stabilizer is applied to the input:
- на затворе полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и каналом n-типа 27, блока защиты 8, нулевой потенциал;- at the gate of a field-effect transistor with a control pn- junction and an n-
- на выходе источника опорного напряжения 2 появляется напряжение несколько меньшее, чем стабильное, однако достаточное для перевода составного транзистора Шиклаи, второго каскада усилителя рассогласования 7, в приоткрытое состояние (фиг. 2).- at the output of the
При этом через регулирующий элемент 1 начинает протекать ток, заряжая конденсаторы 3 и 23.In this case, current begins to flow through the regulating
В силу шунтирующего действия диода 24 и высокоомности делителя напряжения на резисторах 25, 26, потенциал затвора полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и каналом n-типа 27 остаётся нулевым (1,112 мкВ, фиг.2) - транзистор открыт, сопротивление канала мало.Due to the shunting action of the diode 24 and the high resistance of the voltage divider on the
Поскольку в момент заряда конденсатора 3 выходное напряжение мало, напряжение на выходах делителя 4 недостаточно для полного открывания управляемого программируемого стабилитрона 13 источника опорного напряжения 2, а так же биполярного транзистора p-n-p-типа 19 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.Since the output voltage is low at the moment of charging the capacitor 3, the voltage at the outputs of the divider 4 is not enough to completely open the controlled programmable zener diode 13 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 22. 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 output voltage divider 4, by means of the first stage 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 
Предлагаемый стабилизатор напряжения характеризуется коэффициентом стабилизации по напряжению:The proposed voltage stabilizer is characterized by a voltage stabilization coefficient:
- 9458 при сопротивлении нагрузки 2 Ом;- 9458 with a load resistance of 2 ohms;
- 12466 при сопротивлении нагрузки 200 Ом.- 12466 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.
- 139 при сопротивлении нагрузки 200 Ом;- 139 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:
- 72 раза при сопротивлении нагрузки 2 Ом;- 72 times with a load resistance of 2 ohms;
- 89 раз при сопротивлении нагрузки 200 Ом.- 89 times with a load resistance of 200 ohms.
В случае снижения сопротивления нагрузки, вплоть до короткого замыкания на выходе стабилизатора:In the event of a decrease in load resistance, up to a short circuit at the output of the stabilizer:
- выходное напряжение стабилизатора падает 1 (фиг. 8, кривая 1);- the output voltage of the stabilizer drops 1 (Fig. 8, curve 1);
- биполярный транзистор p-n-p-типа 19 и разделительный диод 6 закрываются, что приводит к развязке первого и второго каскадов усилителя рассогласования 5, 7 (фиг. 9);- bipolar transistor pnp-
- диод 24 закрывается, со второго вывода конденсатора 23, через высокоомный делитель напряжения на резисторах 25, 26, к затвору полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и каналом n-типа 27 прикладывается запирающий потенциал (-5,178 В, фиг. 9), что приводит к ускоренному запиранию транзистора 27, обесточиванию составного транзистора Шиклаи, второго каскада усилителя рассогласования 7, и полному закрытию регулирующего элемента 1 (фиг. 10, кривая 1, фиг. 11, кривая 1).- the diode 24 closes, from the second output of the
В то время как в прототипе имеет место переходный процесс (фиг. 8, кривая 2), в течении которого имеет место значительная перегрузка составного регулирующего элемента (фиг. 10, кривая 2, фиг. 11, кривая 2), что несомненно снижает надежность прототипа.While in the prototype there is a transient process (Fig. 8, curve 2), during which there is a significant overload of the composite control element (Fig. 10,
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, 2085, с.20):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, 2085, p. 20):
- 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 (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2798488C1 true RU2798488C1 (en) | 2023-06-23 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4899098A (en) * | 1987-06-25 | 1990-02-06 | Sgs-Thomson Microelectronics S.P.A. | Low voltage drop series regulator with overvoltage and overcurrent protection |
| RU2286592C1 (en) * | 2005-07-12 | 2006-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Воронежский научно-исследовательский институт связи" | Constant voltage stabilizer |
| RU2360274C1 (en) * | 2008-04-02 | 2009-06-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Direct voltage stabiliser |
| US7710090B1 (en) * | 2009-02-17 | 2010-05-04 | Freescale Semiconductor, Inc. | Series regulator with fold-back over current protection circuit |
| 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 |
|---|---|---|---|---|
| US4899098A (en) * | 1987-06-25 | 1990-02-06 | Sgs-Thomson Microelectronics S.P.A. | Low voltage drop series regulator with overvoltage and overcurrent protection |
| RU2286592C1 (en) * | 2005-07-12 | 2006-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Воронежский научно-исследовательский институт связи" | Constant voltage stabilizer |
| RU2360274C1 (en) * | 2008-04-02 | 2009-06-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Direct voltage stabiliser |
| US7710090B1 (en) * | 2009-02-17 | 2010-05-04 | Freescale Semiconductor, Inc. | Series regulator with fold-back over current protection circuit |
| RU2472202C1 (en) * | 2011-09-19 | 2013-01-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Voltage stabiliser |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4678984A (en) | Digital power converter input current control circuit | |
| Trescases et al. | GaN power ICs: Reviewing strengths, gaps, and future directions | |
| US4256979A (en) | Alternating polarity power supply control apparatus | |
| AU1158192A (en) | Overcurrent protection device | |
| CN101118450A (en) | Returning type current limiting circuit used for linearity voltage stabilizer | |
| US3483464A (en) | Voltage regulator systems employing a multifunctional circuit comprising a field effect transistor constant current source | |
| CN113595183B (en) | Lithium battery charging management system and method | |
| RU2798488C1 (en) | Voltage stabilizer | |
| US7202633B2 (en) | Driving circuit for field effect transistor | |
| RU2798492C1 (en) | Voltage stabilizer | |
| RU2797044C1 (en) | Voltage stabilizer | |
| RU2797324C1 (en) | Voltage stabilizer | |
| US4328470A (en) | Pulse modulated IMPATT diode modulator | |
| CN110557012A (en) | For the following 2: soft start and drive circuit of 1 forward charge pump and implementation method thereof | |
| RU2795284C1 (en) | Voltage stabilizer | |
| CN113489126B (en) | High-efficient milliwatt level photovoltaic energy collection control circuit | |
| US3829708A (en) | Transistor switching circuit arrangement for an inductive d-c circuit | |
| RU203275U1 (en) | PULSE VOLTAGE STABILIZER | |
| Duraij et al. | Enhancement mode GaN-FETs in extreme temperature conditions, part II: dynamic parasitic parameters | |
| RU2772574C1 (en) | Electronic circuit supply voltage stabilizer | |
| RU2795282C1 (en) | Electronic direct-current voltage regulator | |
| RU2798487C1 (en) | Electronic direct-current voltage regulator | |
| RU2794751C1 (en) | Switching voltage regulator | |
| JP3551338B2 (en) | Reverse conduction voltage clamp circuit | |
| CN213027442U (en) | Overcurrent limiting circuit |