ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2286593

КЛЮЧЕВОЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

КЛЮЧЕВОЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Имя изобретателя: Буковшин Николай Григорьевич 
Имя патентообладателя: Федеральное государственное унитарное предприятие "Воронежский научно-исследовательский институт связи"
Адрес для переписки: 394018, г.Воронеж, ул. Плехановская, 14, ФГУП Воронежский НИИ связи
Дата начала действия патента: 2005.06.29 

Изобретение относится к электротехнике для использования во вторичных источниках питания. Технический результат заключается в повышении надежности и кпд, уменьшении амплитуды пульсации выходного напряжения. Стабилизатор (фиг.2) содержит регулирующий транзистор (Т) (7), эмиттер которого соединен с входным выводом, а коллектор через DLC фильтр (6) - с выходным выводом, блок управления (8), управляющий Т (7), образующий совместно с ним и DLC фильтром (6) замкнутую систему авторегулирования и включенный между входными и выходными выводами и базовой цепью Т (7), а также Т (14), эмиттер-коллекторный переход которого подключен к эмиттер-базовой цепи Т (7), а база соединена с резистором (5), и конденсатор (3). Введены два встречно-последовательно соединенных диода (Д) (4) (15), аноды которых подключены к входному и выходному выводам соответственно, а катоды - к точке соединения резистора (5) и конденсатора (3) последовательной RC цепи, а другой вывод конденсатора (3) подключен к общему проводу.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках питания.

Известен импульсный стабилизатор постоянного напряжения с защитой по току по а.с. 1103214, G 05 F 1/58, опубл. 15.07.84, бюл. №26, обеспечивающий ограничение броска тока через регулирующий транзистор при включении стабилизатора и при коротком замыкании на выходе.

Недостатком этого стабилизатора является сложность схемы защиты и большое количество элементов, не участвующих в работе стабилизатора при его функционировании после запуска, что приводит к снижению эксплуатационной надежности.

Известно устройство защиты от перегрузок и коротких замыканий источника питания постоянного тока по а.с. 1015362, G 05 F 1/58, опубл. 30.04.83, бюл. №16, недостатком которого является низкий кпд, обусловленный включением дополнительного транзистора в другую силовую шину.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ключевой стабилизатор по а.с. 1201819, G 05 F 1/569, опубл. 30.12.85, бюл. №48, принятый за прототип.

Схема стабилизатора-прототипа

Схема стабилизатора-прототипа приведена на фиг.1, где обозначено:

1, 2 - входные выводы;
3 - конденсатор;
4, 5 - резистивный делитель напряжения;
6 - DLC фильтр,
7 - составной регулирующий транзистор;
8 - блок управления;
9 - диод фильтра;
10 - дроссель фильтра;
11 - конденсатор фильтра;
12, 13 - выходные выводы;
14 - транзистор.

Устройство-прототип содержит составной регулирующий транзистор 7, эмиттер которого подключен к входному выводу 1, коллектор через DLC фильтр 6 - к выходному выводу 12. Блок управления 8, управляющий составным транзистором 7 и образующий совместно с ним и DLC фильтром 6 замкнутую систему авторегулирования, включен между входными выводами 1 и 2 и выходными выводами 12 и 13 и базовой цепью составного транзистора 7. Резистивный делитель напряжения 4, 5 включен параллельно входным выводам 1 и 2, конденсатор 3 включен между эмиттером регулирующего транзистора 7 и общей точкой резистивного делителя напряжения 4, 5, к которой подсоединена база транзистора 14, эмиттер-коллекторный переход которого подключен к эмиттер-базовой цепи регулирующего транзистора 7.

СТАБИЛИЗАТОР ПРОТОТИП РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ

До подачи входного напряжения на выводы 1 и 2 конденсатор 3 разряжен. После подачи входного напряжения блок управления 8 стремится полностью открыть регулирующий составной транзистор 7, так как напряжение на выходных выводах 12 и 13 равно нулю. Конденсатор 3 заряжается через базовую цепь транзистора 14, открывая последний, который шунтирует вход составного транзистора 7. Благодаря этому, базовый ток составного регулирующего транзистора 7 протекает частью через конденсатор 3 и базу транзистора 14, но в основном - через эмиттер-коллектор транзистора 14. Заряд конденсатора 3 осуществляется с постоянной времени, определяемой величиной емкости конденсатора 3 и эквивалентного сопротивления, образованного сопротивлением резистора 5 и параллельным ему сопротивлением входной цепи транзистора 14 и блока управления 8. После заряда конденсатора 3 транзистор 14 будет заперт, так как потенциал его базы станет больше потенциала эмиттера и при дальнейшей работе не будет оказывать влияния на нормальную работу ключевого стабилизатора. При выключении стабилизатора конденсатор 3 разряжается через резистор 4, так что он оказывается готовым к повторному пуску.

Недостатком стабилизатора-прототипа является то, что он не обеспечивает защиту регулирующего составного транзистора в случае короткого замыкания в цепи нагрузки, что приводит к снижению эксплуатационной надежности, кроме того, параллельно входным выводам подключен резистивный делитель напряжения, снижающий кпд стабилизатора.

Для устранения указанных недостатков в ключевой стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий транзистор, эмиттер которого соединен с входным выводом, а коллектор через DLC фильтр - с выходным выводом, блок управления, управляющий регулирующим транзистором и образующий совместно с ним и DLC фильтром замкнутую систему авторегулирования, включенный между входными и выходными выводами и базовой цепью регулирующего транзистора, транзистор, эмиттер-коллекторный переход которого подключен к эмиттер-базовой цепи регулирующего транзистора, а база соединена с резистором, а также конденсатор, согласно изобретению, введены два встречно-последовательно соединенных диода, аноды которых подключены к входному и выходному выводам соответственно, а катоды - к точке соединения резистора и конденсатора последовательной RC цепи, а другой вывод конденсатора подключен к общему проводу.

Схема ключевого стабилизатора постоянного напряжения

Схема предлагаемого ключевого стабилизатора постоянного напряжения приведена на фиг.2, где обозначено:

1, 2 - входные выводы;
3 - конденсатор;
4, 15 - первый и второй диоды;
5 - резистор;
6 - DLC фильтр;
7 - регулирующий транзистор;
8 - блок управления;
9 - диод фильтра;
10 - дроссель фильтра;
11 - конденсатор фильтра;
12, 13 - выходные выводы;
14 - транзистор.

Предлагаемый ключевой стабилизатор постоянного напряжения содержит регулирующий транзистор 7, эмиттером подключенный к входному выводу 1, коллектором через DLC фильтр 6 - к выходному выводу 12. Блок управления 8, управляющий регулирующим транзистором 7 и образующий совместно с ним и DLC фильтром замкнутую систему авторегулирования, включен между входными 1 и 2 и выходными 12 и 13 выводами и базовой цепью регулирующего транзистора 7. Транзистор 14, эмиттер-коллекторный переход которого подключен к эмиттер-базовой цепи регулирующего транзистора 7, а база через последовательно соединенные резистор 5 и конденсатор 3 подключена к общему проводу, соединяющему входной 2 и выходной 13 выводы. Катоды первого 4 и второго 15 диодов соединены с точкой соединения резистора 4 и конденсатора 3 последовательной RC цепи. Анод первого диода 4 подсоединен к входному выводу 1, анод второго диода 15 соединен с выходным выводом 12.

ПРЕДЛАГАЕМЫЙ КЛЮЧЕВОЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ

При подаче входного напряжения транзистор 14 открывается током заряда конденсатора 3 через резистор 5 и своим эмиттер-коллекторным переходом шунтирует вход регулирующего транзистора 7, закрывая его. Заряд конденсатора 3 осуществляется с постоянной времени, определяемой величиной емкости конденсатора 3 и сопротивлением резистора 5. С этой же постоянной времени нарастает базовый ток регулирующего транзистора 7. После заряда конденсатора 3 транзистор 14 будет заперт и при дальнейшей работе после пуска не будет оказывать влияния на нормальную работу ключевого стабилизатора.

Блок управления 8 начинает формировать импульсы управления регулирующим транзистором 7, и стабилизатор входит в установившийся режим стабилизации, а транзистор 14 полностью закрывается.

После снятия входного напряжения конденсатор 3 через диод 4 оказывается подключенным к входным выводам 1 и 2 и разряжается за счет работы самого стабилизатора. Это обеспечивает быстрое восстановление конденсатора 3, и он оказывается готовым к повторному пуску. Выбором емкости конденсатора 3 можно не только уменьшить, но и полностью исключить бросок пускового тока. Одновременно выбором емкости конденсатора 3 регулируется задержка момента нарастания выходного напряжения и его крутизна.

При коротком замыкании на выходе стабилизатора анод диода 15 соединяется с общим проводом, вследствие этого транзистор 14 открывается и закрывает регулирующий транзистор 7, а конденсатор 3 при этом шунтируется диодом 15 и разрежается до напряжения, равного прямому падению напряжения на диоде 15. Это обеспечивает быстрое восстановление конденсатора 3, и он оказывается готовым к повторному пуску. После устранения короткого замыкания стабилизатор автоматически запускается и происходит аналогичный процесс ограничения броска тока через регулирующий транзистор 7, как и при подаче входного напряжения. Это позволяет использовать предлагаемый ключевой стабилизатор для питания устройств, которые эксплуатируются на периферийных объектах без обслуживающего персонала, где возможны кратковременные перегрузки из-за пусковых токов или действия импульсных помех. При включении стабилизатора на заранее закороченную нагрузку открытое состояние транзистора 14 исключает возможность включения стабилизатора и, следовательно, прохождение через регулирующий транзистор 7 броска тока короткого замыкания.

Блок управления может быть выполнен, например, на микросхеме 1156ЕУ1 или 142ЕП1.

Предлагаемый ключевой стабилизатор обладает повышенной надежностью за счет обеспечения защиты от короткого замыкания на выходе и автоматического запуска после устранения короткого замыкания.

Таким образом, использование предлагаемого стабилизатора позволяет повысить надежность его работы путем ограничения бросков тока через регулирующий транзистор при включении стабилизатора и при коротком замыкании на выходе, значительно уменьшить амплитуду пульсации выходного напряжения за счет увеличения допустимой емкости нагрузки, а также расширить область применения за счет использования схемы защиты в линейных стабилизаторах напряжения. Кроме того, исключение резистивного делителя напряжения позволяет повысить кпд

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ключевой стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий транзистор, эмиттер которого соединен с входным выводом, а коллектор через DLC фильтр - с выходным выводом, блок управления, управляющий регулирующим транзистором и образующий совместно с ним и DLC фильтром замкнутую систему авторегулирования, включенный между входными и выходными выводами и базовой цепью регулирующего транзистора, транзистор, эмиттер-коллекторный переход которого подключен к эмиттер-базовой цепи регулирующего транзистора, а база соединена с резистором, а также конденсатор, отличающийся тем, что введены два встречно-последовательно соединенных диода, аноды которых подключены к входному и выходному выводам соответственно, а катоды - к точке соединения резистора и конденсатора последовательной RC цепи, а другой вывод конденсатора подключен к общему проводу.

Версия для печати
Дата публикации 17.02.2007гг


вверх