Стабілізатор постійної напруги з резервуванням живлення споживача

Стабілізатор постійної напруги з резервуванням живлення споживача, який містить перший та другий регулюючі елементи, що ввімкнені в різнополярні силові шини, струмозадавальні двополюсники, елемент опорної напруги, вимірювальний подільник вихідної напруги, оптоелектронний елемент та підсилювач зворотного зв'язку, база вхідного транзистора якого сполучена з елементом опорної напруги, його колектор з'єднаний з вихідною шиною відповідної полярності, а емітер через обмежуючий резистор сполучений з вихідною шиною протилежної полярності і безпосередньо з'єднаний з емітером вихідного транзистора, база яко U 2 (19) 1 3 ного рішення, а також підвищений рівень вихідної напруги в режимі резервування живлення споживача. З відомих стабілізаторів постійної напруги більш близьким за технічною суттю та прийнятим за прототип (див. ПАТЕНТ Російської Федерації № 2016415 кл. G05F 1/569, 1994 р.) є стабілізатор постійної напруги з резервуванням живлення споживача, що містить перший та другий регулюючі елементи, що ввімкнені в різнополярні силові шини, струмозадавальні двополюсники, елемент опорної напруги, вимірювальний подільник вихідної напруги, оптоелектронний елемент та підсилювач зворотного зв'язку, база вхідного транзистора якого сполучена з елементом опорної напруги, його колектор з'єднаний з вихідною шиною відповідної полярності, а емітер через обмежуючий резистор сполучений з вихідною шиною протилежної полярності і безпосередньо з'єднаний з емітером вихідного транзистора, база якого сполучена з виходом вимірювального подільника вихідної напруги, а колектор має відповідний зв'язок зі світлодіодом оптоелектронного елемента для необхідного регулювання провідності першого та другого регулюючих елементів. Даний стабілізатор постійної напруги з резервуванням живлення споживача має просте технічне виконання, оскільки містить тільки один підсилювач зворотного зв'язку, та характеризується номінальним рівнем вихідної напруги в режимі резервування живлення споживача. Однак суттєвими недоліками даного стабілізатора постійної напруги, які обмежують його застосування, є недостатньо висока якість вихідної напруги, оскільки коефіцієнт підсилення підсилювача зворотного зв'язку має обмежену величину, низька надійність роботи з причини відсутності самозахисту від струмових перенавантажень, та низький ККД, що пояснюється великою величиною потужності втрат на регулюючих елементах, оскільки величина мінімального падіння напруги на них має порівняно значну величину. В основу корисної моделі поставлена задача створення стабілізатора постійної напруги, в якому за рахунок підвищення коефіцієнта підсилення ланцюга зворотного зв'язку підвищена якість вихідної напруги. Шляхом забезпечення самозахисту елементів від струмових перенавантажень у випадку виникнення аварійної ситуації в ланцюгу споживача підвищена надійність роботи, а шляхом зниження мінімального падіння напруги на регулюючих елементах зменшена потужність втрат та суттєвого підвищений його ККД. Поставлена задача вирішується тим, що в стабілізаторі постійної напруги з резервуванням живлення споживача, який містить перший та другий регулюючі елементи, що ввімкнені в різнополярні силові шини, струмозадавальні двополюсники, елемент опорної напруги, вимірювальний подільник вихідної напруги, оптоелектронний елемент та підсилювач зворотного зв'язку, база вхідного транзистора якого сполучена з елементом опорної напруги, його колектор з'єднаний з вихідною шиною відповідної полярності, а емітер через обмежуючий резистор сполучений з вихідною ши 63670 4 ною протилежної полярності і безпосередньо з'єднаний з емітером вихідного транзистора, база якого сполучена з виходом вимірювального подільника вихідної напруги, а колектор має відповідний зв'язок зі світлодіодом оптоелектронного елемента для необхідного регулювання провідності першого та другого регулюючих елементів, колектор вихідного транзистора підсилювача зворотного зв'язку через додатковий резистор сполучений з колектором вхідного транзистора, безпосередньо з'єднаний з базою додаткового транзистора, емітер якого сполучений з колектором вхідного транзистора, а колектор через світлодіод оптоелектронного елемента з'єднаний з вихідною шиною протилежної полярності, причому перший та другий регулюючі елементи виконані на силових, узгоджуючих та керуючих транзисторах різної провідності, причому колектори керуючих транзисторів кожного з регулюючих елементів через послідовно з'єднані переходи база - емітер узгоджуючих та силових транзисторів сполучені з відповідними вхідними шинами, емітери безпосередньо з'єднані з колекторами узгоджуючих транзисторів, через напівпровідникові елементи сполучені з відповідними вихідними шинами, а через загальний обмежувальний резистор з'єднані поміж собою, бази через фототранзистор оптоелектронного елемента сполучені поміж собою а через струмозадавальні двополюсники з'єднані з відповідними вхідними шинами. Введення додаткового резистора та додаткового транзистора суттєво підвищує якість вихідної напруги, а виконання регулюючого елемента на силовому, узгоджуючому та керуючому транзисторах з відповідним їх з'єднанням забезпечує одночасно і самозахист стабілізатора постійної напруги від струмових перенавантажень і підвищення його ККД. При цьому в нормальному режимі роботи один або два регулюючих елемента знаходяться в лінійному режимі роботи та в залежності від відповідного вихідного сигналу підсилювача зворотного зв'язку змінюють свою провідність таким чином, що при коливаннях вхідної напруги вихідна напруга залишається незмінною. У випадку пробою будь-якого з силових транзисторів регулюючих елементів функцію регулювання вихідної напруги стабілізатора постійної напруги виконує другий силовий транзистор другого регулюючого елемента під дією вихідного сигналу підсилювача зворотного зв'язку. Проведений аналіз науково-технічної та патентної літератури не виявив аналогічних технічних рішень. На фіг. показана електрична схема запропонованого стабілізатора постійної напруги з резервуванням живлення споживача. Запропонований стабілізатор постійної напруги з резервуванням живлення споживача містить в собі вхідні виводи 1, 2, вихідні виводи 3, 4, силові шини 5, 6, відповідно, однієї та другої полярності, перший регулюючий елемент 7, що виконаний на першому силовому транзисторі 8, першому узгоджуючому транзисторі 9 та першому керуючому транзисторі 10, другий регулюючий елемент 11, який виконаний на другому силовому транзисторі 12, другому узгоджуючому транзисторі 13 та дру 5 гому керуючому транзисторі 14, а також перший 15 та другий 16 струмозадавальні двополюсники, елемент опорної напруги 17, підсилювач зворотного зв'язку, що виконаний на вхідному транзисторі 18, вихідному транзисторі 19, обмежуючому резисторі 20 та вимірювальному подільнику вихідної напруги 21, а також оптоелектронний елемент 22, який виконаний на світлодіоді 23 та фототранзисторі 24, перший 25 та другий 26 напівпровідникові елементи, загальний обмежувальний резистор 27, а також додатковий резистор 28 та додатковий транзистор 29. Перший регулюючий елемент 7 ввімкнутий в силову шину 5 однієї полярності поміж вхідним виводом 1 та вихідним виводом 3, а другий регулюючий елемент 11 ввімкнутий в силову шину 6 другої полярності поміж вхідним виводом 2 та вихідним виводом 4. Колектор першого керуючого транзистора 10 першого регулюючого елемента 7 через переходи база - емітер першого узгоджуючого транзистора 9 та першого силового транзистора 8 сполучений з вхідним виводом 1, його емітер безпосередньо з'єднаний з колектором першого узгоджуючого транзистора 9, а через перший напівпровідниковий елемент 25 сполучений з вихідним виводом 3. База першого керуючого транзистора 10 через перший струмозадаючий двополюсник 15 з'єднана з вхідним виводом 1. Колектор другого керуючого транзистора 14 другого регулюючого елемента 11 через переходи база - емітер другого узгоджуючого транзистора 13 та другого силового транзистора 12 сполучений з вхідним виводом 2, його емітер безпосередньо з'єднаний з колектором другого узгоджуючого транзистора 13, а через другий напівпровідниковий елемент 26 сполучений з вихідним виводом 4. База другого керуючого транзистора 14 через другий струмозадаючий двополюсник 16 з'єднана з вхідним виводом 2, а через фототранзистор 24 оптоелектронного елемента 22 з'єднана з базою першого керуючого транзистора 10 першого регулюючого елемента 7. База вхідного транзистора 18 підсилювача зворотного зв'язку сполучена з елементом опорної напруги 17, його колектор з'єднаний з вихідним виводом 3, а емітер через обмежуючий резистор 20 сполучений з вихідним виводом 4 та безпосередньо з'єднаний з емітером вихідного транзистора 19 підсилювача зворотного зв'язку, база якого сполучена з виходом вимірювального подільника вихідної напруги 21, а колектор через додатковий резистор 28 з'єднаний з вихідним виводом 3 та безпосередньо сполучений з базою додаткового транзистора 29. Емітер додаткового транзистора 29 сполучений з вихідним виводом 3, його колектор через світлодіод 23 оптоелектронного елемента 22 з'єднаний з вихідним виводом 4. Загальний обмежуючий резистор 27 ввімкнутий поміж колектором першого узгоджуючого транзистора 9 та колектором другого узгоджуючого транзистора 13. Запропонований стабілізатор постійної напруги з резервуванням живлення споживача працює наступним чином. В нормальному режимі роботи один з регулюючих елементів (наприклад, перший регулюючий елемент 7) або два регулюючих еле 63670 6 мента (перший регулюючий елемент 7 та другий регулюючий елемент 11) знаходяться в лінійному режимі роботи завдяки живлення базових ланцюгів струмом струмозадаючих двополюсників 15, 16 та в залежності від відповідного вихідного сигналу підсилювача зворотного зв'язку змінюють свою провідність таким чином, що при коливаннях вхідної напруги вихідна напруга залишається незмінною. Наприклад, при підвищенні вхідної напруги незначне підвищення вихідної напруги стабілізатора викликає збільшення колекторного струму вихідного транзистора 19 та, відповідно, додаткового транзистора 29, підвищення напруги на світлодіоді 23 оптоелектронного елемента 22. Це призводить до збільшення провідності фототранзистора 24 оптоелектронного елемента 22, збільшення струму, що протікає по його ланцюгу, та зменшення базових струмів першого та другого керуючих транзисторів 10, 14. В результаті зменшення базових струмів першого та другого керуючих транзисторів 10, 14 зменшується провідність, відповідно, першого та другого узгоджуючих транзисторів 9, 13, і, як наслідок, зменшується провідність першого та другого силових транзисторів 8, 12 першого та другого регулюючих елементів 7, 11. При цьому збільшується падіння напруги на першому 7 та другому 11 регулюючих елементах і вихідна напруга стабілізатора повертається до номінального значення. У разі пробою першого 8 або другого 12 силових транзисторів незначне підвищення вихідної напруги стабілізатора викликає суттєве збільшення колекторного струму вихідного транзистора 19 та суттєве збільшення колекторного струму додаткового транзистора 29, який протікає по ланцюгу світлодіода 23 оптоелектронного елемента 22. При цьому напруга на світлодіоді 23 оптоелектронного елемента 22 збільшується, що призводить до підвищення провідності фототранзистора 24 оптоелектронного елемента 22 та зменшення базового струму, відповідно, другого 14 або першого 10 керуючих транзисторів регулюючих елементів. В результаті зменшується провідність, відповідно, другого 13 або першого 9 узгоджуючих транзисторів, а також другого 12 або першого 8 силових транзисторів регулюючих елементів 7, 11. Падіння напруги, відповідно, на другому 12 або першому 8 силових транзисторах, які переходять в лінійний режим роботи, підвищується, що забезпечує збереження вихідної напруги на заданому рівні та продовження режиму стабілізації вихідної напруги при коливаннях вхідної напруги та струму навантаження за рахунок відповідної зміни їх провідності в залежності від зміни вихідного сигналу підсилювача зворотного зв'язку. В нормальному режимі роботи через обмежувальний резистор 27 протікає струм (І27), який складається з колекторних струмів узгоджуючих транзисторів 9, 13 (І9, I13) і струмів першого 25 та другого 26 напівпровідникових елементів (І25, I26) згідно з формулою : І27=І9+І25=І13+І26. При цьому на першому 25 та другому 26 напівпровідникових елементах створюються падіння напруг (відповідно, U25, U26), полярність яких про 7 тилежна полярності напруг на переходах емітер колектор першого 9 та другого 13 узгоджуючих транзисторів (відповідно: Uек9, Uек13). В результаті забезпечуються малі величини падіння напруг на переходах емітер - колектор першого 8 та другого 12 силових транзисторів (відповідно: Uек8, Uек12) першого 7 та другого 11 регулюючих елементів: Uек8=Uбe8+Uек9-U25; ІІек12=Uбe12+Uек13-U26, де - Uбe8 та Uбе12 величини напруг на переходах база - емітер, відповідно, першого 8 та другого 12 силових транзисторів. Тобто величини мінімального падіння напруг на першому 8 та другому 12 силових транзисторах зменшуються на величини напруг першого 25 та другого 26 напівпровідникових елементів. Практично, при виконанні першого 7 та другого 11 регулюючих елементів на трьох транзисторах (на першому 8 та другому 12 силових транзисторах, першому 9 та другому 13 узгоджуючих транзисторах, а також першому 10 та другому 14 узгоджуючих транзисторах) для одержання надто малої величини мінімального падіння напруг на першому 8 та другому 12 силових транзисторах напруга першого 25 та другого 26 напівпровідникових елементів повинна мати величину (1,6-2,0) В. При цьому повинна виконуватись умова: Uбe8+Ueк9