ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР

ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР


RU (11) 2282233 (13) C1

(51) МПК
G05F 1/567 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2005102273/09 
(22) Дата подачи заявки: 2005.01.31 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.01.31 
(45) Опубликовано: 2006.08.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 536488 А, 25.11.1976. SU 1474619 А, 23.04.1989. GB 2346226 А, 26.01.2000. 
(72) Автор(ы): Гутников Анатолий Иванович (RU); Лебедев Анатолий Васильевич (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" (RU) 
Адрес для переписки: 607188, Нижегородская обл., г. Саров, пр. Мира, 37, ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ", начальнику ОПИНТИ 

(54) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР

Изобретение относится к области радиотехники. Достигаемый технический результат - уменьшенное падение напряжения между входной и выходной клеммами импульсного стабилизатора, большая стабильность выходного тока, частоты и уровня пульсаций. Импульсный стабилизатор содержит последовательный регулирующий p-n-p транзистор, блок управления, LCD-фильтр, подключенный к выходным клеммам стабилизатора и коллектору регулирующего p-n-p транзистора, первый резистор, подключенный одним выводом к входной клемме стабилизатора, другим выводом - к эмиттеру регулирующего p-n-p транзистора. Входная клемма подключена к эмиттеру p-n-p транзистора защиты, коллектор которого подключен к базе регулирующего p-n-p транзистора и первому выводу второго резистора. Импульсный стабилизатор содержит также составной n-p-n транзистор, база которого подключена к инверсному выходу блока управления и через третий резистор к входной клемме. Коллектор составного n-p-n транзистора подключен к второму выводу второго резистора, эмиттер которого подключен к входу питания блока управления. Импульсный стабилизатор содержит также германиевый диод или диод Шоттки, анод которого подключен к эмиттеру регулирующего p-n-p транзистора, а катод - к базе p-n-p транзистора защиты и через резистор к входу питания блока управления. Управляющий вход блока управления подключен к первому выводу резистора обратной связи, подключенного вторым выводом к выходной положительной клемме стабилизатора. Коллектор составного n-p-n транзистора через резистор подключен к первому выводу резистора обратной связи. 1 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в устройствах питания радиоэлектронной аппаратуры, в частности, для зарядки никель-кадмиевых аккумуляторов.

Известен импульсный стабилизатор (см. В.Л.Шило, Линейные интегральные схемы, М., Советское Радио, 1979 г, стр.264, рис 6.14), содержащий последовательный регулирующий составной транзистор, блок управления, LCD-фильтр, подключенный к выходным клеммам стабилизатора и эмиттеру последовательного регулирующего составного n-p-n транзистора, коллектор которого подключен к входной клемме, первый резистор, подключенный одним выводом к входной клемме стабилизатора, другим выводом - к коллектору управляющего транзистора и через второй резистор к базе последовательного регулирующего составного n-p-n транзистора. База управляющего транзистора подключена к выходу блока управления, эмиттер через третий резистор и стабилитрон - к общей клемме, управляющий вход блока управления через резистивный делитель обратной связи подключен к выходной клемме стабилизатора.

Недостатками известного стабилизатора являются:

1) повышенное проходное напряжение (между входной и выходной клеммами) из-за структуры и схемотехники регулирующего составного транзистора;

2) требуется дополнительная сложная триггерная схема для защиты от превышения тока в режиме короткого замыкания;

3) ограниченные функциональные возможности: выполняет функцию стабилизатора напряжения и не выполняет функцию стабилизатора тока в области выходных напряжений ниже напряжений стабилизации.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является импульсный стабилизатор (авторское свидетельство СССР №536488, кл. G 05 F 1/567, 04.04.75, «Импульсный стабилизатор постоянного напряжения» авторов О.А.Жученко и В.П.Горобченко, опубликовано 25.11.76. Бюллетень №43), содержащий последовательный регулирующий составной n-p-n транзистор, блок управления и LCD-фильтр, подключенный к выходным клеммам стабилизатора и коллектору последовательного регулирующего составного n-p-n транзистора, первый резистор, параллельно которому подключен переход эмиттер-база n-p-n транзистора защиты, база которого подключена к эмиттеру регулирующего составного n-p-n транзистора, база которого подключена через второй резистор к общей клемме и непосредственно к выходу блока управления и коллектору n-p-n транзистора защиты.

Недостатками известного импульсного стабилизатора являются:

1) повышенное проходное напряжение между входной и выходной клеммами из-за структуры и схемотехники регулирующего транзистора и падения напряжения на первом резисторе, параллельно которому подключен переход эмиттер-база транзистора защиты;

2) нестабильность выходного тока из-за нескомпенсированного температурного коэффициента напряжения перехода эмиттер-база транзистора защиты;

3) нестабильность выходной частоты и уровня пульсаций из-за отсутствия гистерезиса в цепи положительной обратной связи.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание импульсного стабилизатора, обладающего малым падением напряжения между входной и выходной клеммами, увеличенной стабильностью выходного тока, частоты и уровня пульсаций.

Технический результат, заключающийся в уменьшении проходного напряжения между входной и выходной клеммами, увеличении стабильности выходного тока, частоты и уровня пульсаций, достигается тем, что в импульсный стабилизатор, содержащий последовательный регулирующий транзистор, эмиттер которого соединен через первый резистор с положительной входной клеммой и эмиттером транзистора защиты, коллектор подключен к положительной выходной клемме через LCD-фильтр, выход которого соединен с выходными клеммами стабилизатора, база регулирующего транзистора подключена к одному из выводов второго резистора и коллектору p-n-p транзистора защиты, и блок управления, вход питания которого соединен с входной и выходной отрицательными клеммами, введены дополнительный транзистор, выполненный в виде составного n-p-n транзистора, германиевый диод или диод Шоттки, третий, четвертый и пятый резисторы и резистор обратной связи, блок управления снабжен управляющим входом и его выход выполнен инверсным, подключенным к базе дополнительного транзистора и через третий резистор - к эмиттеру транзистора защиты, база которого подключена к катоду германиевого диода или диода Шоттки, анод которого подключен к эмиттеру регулирующего транзистора, а через четвертый резистор - к эмиттеру дополнительного транзистора и входу питания блока управления, управляющий вход которого через пятый резистор соединен с коллектором дополнительного транзистора и другим выводом второго резистора и через резистор обратной связи - с положительной выходной клеммой, при этом регулирующий транзистор является транзистором p-n-p типа.

Указанная совокупность признаков обеспечивает уменьшение проходного напряжения между входной и выходной клеммами импульсного стабилизатора, увеличение стабильности выходного тока, частоты и уровня пульсаций за счет уменьшенного напряжения отпирания транзистора защиты и переноса усиления из силовой цепи в цепь управления.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема импульсного стабилизатора.

Импульсный стабилизатор содержит последовательный регулирующий p-n-p транзистор 1, блок 2 управления, LCD-фильтр 3, подключенный к выходным клеммам стабилизатора и коллектору регулирующего p-n-p транзистора 1, первый резистор 4, подключенный одним выводом к входной клемме стабилизатора, другим выводом - к эмиттеру регулирующего p-n-p транзистора 1. Входная клемма подключена к эмиттеру p-n-p транзистора 5 защиты, коллектор которого подключен к базе регулирующего p-n-p транзистора 1 и первому выводу второго ограничительного резистора 6. Импульсный стабилизатор содержит также составной n-p-n транзистор 7, база которого подключена к инверсному выходу блока 2 управления и через третий резистор 8 к входной клемме. Коллектор n-p-n составного транзистора 7 подключен к второму выводу резистора 6, эмиттер подключен к входу питания блока 2 управления. Импульсный стабилизатор содержит также германиевый диод 9 или диод 9 Шоттки (на чертеже приведена схема стабилизатора с диодом 9 Шоттки), анод которого подключен к эмиттеру регулирующего p-n-p транзистора 1, а катод - к базе p-n-p транзистора 5 защиты и через четвертый резистор 10 к входу питания блока 2 управления. Управляющий вход блока 2 управления подключен к первому выводу резистора 11 обратной связи, подключенного вторым выводом к выходной положительной клемме стабилизатора. Коллектор составного n-p-n транзистора 7 через пятый резистор 12 (гистерезиса) подключен к первому выводу резистора 11 обратной связи.

Германиевый диод 9 или диод 9 Шоттки имеет малое (˜0,3 В) падение напряжения на прямосмещенном переходе в широком диапазоне токов.

Все транзисторы 1, 5, 7 - кремниевые.

Блок 2 управления может быть выполнен по схеме усилителя, приведенной в авторском свидетельстве СССР №342179, кл. G 05 F 1/567, 01.11.71. «Стабилизатор напряжения с защитой по току». Опубликовано 14.6.72. Бюллетень №19, где инвертирующий вход дифференциального компаратора напряжения - вход блока 2 управления, неинвертирующий вход - вход источника опорного напряжения (не показан), выход является выходом блока 2 управления.

Импульсный стабилизатор работает следующим образом.

При подаче на вход стабилизатора питающего напряжения через резистор 4 и открытый последовательный регулирующий p-n-p транзистор 1 (открытый за счет протекания тока с входной клеммы через резистор 8 в базу составного n-p-n транзистора 7 и протекания тока через ограничительный резистор 6 в коллектор составного n-p-n транзистора 7) протекает пусковой ток, обусловленный током заряда конденсатора LCD-фильтра 3.

Пусковой ток создает падение напряжения на резисторе 4, малая часть этого пускового тока, протекая через диод 9 Шоттки и резистор 10, создает падение напряжения на диоде 9 Шоттки.

Суммарное падение напряжения на резисторе 4 и диоде 9 Шоттки частично отпирает p-n-p транзистор 5 защиты и частично запирает последовательный регулирующий p-n-p транзистор 1, обеспечивая работу стабилизатора в целом в качестве ограничителя, стабилизатора тока.

Работа в режиме ограничения или стабилизации тока продолжается до тех пор, пока напряжение на конденсаторе LCD-фильтра 3 не достигнет заданной величины напряжения стабилизации.

По достижении выходным напряжением этой величины (определяется блоком 2 управления) через резистор 11 обратной связи часть выходного напряжения, подаваемая на управляющий вход блока 2 управления, достигает порога его срабатывания и замыкает петлю отрицательной обратной связи с выхода стабилизатора через блок 2 управления и составной n-p-n транзистор 7 на базу последовательного регулирующего p-n-p транзистора 1.

Стабилизатор переходит в работу в режиме стабилизации или ограничения выходного напряжения.

За счет протекания части входного тока через диод 9 Шоттки и резистор 10 обеспечивается уменьшение напряжения отпирания p-n-p транзистора 5 защиты на величину падения напряжения на диоде 9 Шоттки. Кроме того, зависимость падения напряжения на прямосмещенном переходе диода 9 Шоттки от температуры обеспечивает термокомпенсацию напряжения перехода эмиттер-база p-n-p транзистора 5 защиты и, как следствие, стабилизацию тока при работе стабилизатора в режиме стабилизации тока.

За счет структуры p-n-p транзистора 1, использованного в качестве регулирующего (вместо составного n-p-n транзистора в прототипе), обеспечивается дополнительное уменьшение падения напряжения между входной и выходной клеммами стабилизатора, при этом за счет переноса составного транзистора из последовательной цепи регулирования в цепь управления (составной n-p-n транзистор 7) сохраняется общий коэффициент усиления в цепи обратной связи.

Благодаря положительной обратной связи, образуемой за счет резистора 12, улучшается качество выходного напряжения - стабильность частоты и уровня пульсаций.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Импульсный стабилизатор, содержащий последовательный регулирующий транзистор, эмиттер которого соединен через первый резистор с положительной входной клеммой и эмиттером транзистора защиты, коллектор подключен к положительной выходной клемме через LCD-фильтр, выход которого соединен с выходными клеммами стабилизатора, база регулирующего транзистора подключена к одному из выводов второго резистора и коллектору транзистора защиты, тип проводимости которого соответствует типу проводимости регулирующего транзистора, и блок управления, вход питания которого соединен с входной и выходной отрицательными клеммами, отличающийся тем, что в него введены дополнительный транзистор, выполненный в виде составного транзистора, тип проводимости которого противоположен типу проводимости регулирующего транзистора, германиевый диод или диод Шоттки, третий, четвертый и пятый резисторы и резистор обратной связи, блок управления снабжен управляющим входом и его выход выполнен инверсным, подключенным к базе дополнительного транзистора и через третий резистор - к эмиттеру транзистора защиты, база которого подключена к катоду германиевого диода или диода Шоттки, анод которого подключен к эмиттеру регулирующего транзистора, а через четвертый резистор - к эмиттеру дополнительного транзистора и входу питания блока управления, управляющий вход которого через пятый резистор соединен с коллектором дополнительного транзистора и другим выводом второго резистора и через резистор обратной связи - с положительной выходной клеммой, при этом регулирующий транзистор является транзистором p-n-p типа.