RU114182U1

RU114182U1 - LINEAR DC VOLTAGE STABILIZER ON A FIELD TRANSISTOR

Info

Publication number: RU114182U1
Application number: RU2011146453/08U
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Хандогин; Владимир Иванович Бойко; Виктор Романович Гордиенко; Борис Георгиевич Рязанцев
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Воронежский Завод Полупроводниковых Приборов-Сборка"
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2012-03-10

Abstract

1. Линейный стабилизатор постоянного напряжения на полевом транзисторе, содержащий источник постоянного напряжения, первый вывод которого соединен через силовую цепь полевого транзистора с первым выходным выводом, а второй - со вторым выходным выводом, являющимся общим выводом схемы, при этом к выходным выводам подключен делитель напряжения, точка соединения резисторов которого присоединена ко входу узла отрицательной обратной связи, выходом подключенного к затвору полевого транзистора, соединенному также с источником смещения, в состав которого входит генератор прямоугольного напряжения с выходным комплиментарным ключом, цепи питания которого связаны с выходными выводами, и узел умножения его выходного напряжения, включающий в себя первый конденсатор, соединенный через первый диод с первым выходным выводом, и через второй диод - с точкой соединения второго резистора и второго конденсатора, связанного с вторым выходным выводом, при этом свободный вывод второго резистора является выходом узла умножения напряжения. ! 2. Линейный стабилизатор постоянного напряжения на полевом транзисторе по п.1, отличающийся тем, что параллельно цепи питания генератора прямоугольного напряжения подсоединены третий конденсатор и стабилитрон соответственно, а указанная связь цепи питания генератора прямоугольного напряжения и второго конденсатора с выходными выводами осуществлена через третий резистор. 1. Linear constant voltage regulator on a field-effect transistor, containing a constant voltage source, the first terminal of which is connected through the power circuit of the field-effect transistor to the first output terminal, and the second to the second output terminal, which is a common terminal of the circuit, while a voltage divider is connected to the output terminals , the junction point of the resistors of which is connected to the input of the negative feedback node, the output connected to the gate of the field-effect transistor, which is also connected to the bias source, which includes a rectangular voltage generator with an output complementary switch, the power circuits of which are connected to the output terminals, and the node for multiplying it output voltage, including the first capacitor connected through the first diode to the first output terminal, and through the second diode to the junction point of the second resistor and the second capacitor associated with the second output terminal, while the free terminal of the second resistor is the output m node for multiplying voltage. ! 2. Linear constant voltage regulator on a field-effect transistor according to claim 1, characterized in that a third capacitor and a zener diode are connected in parallel to the power supply circuit of the rectangular voltage generator, respectively, and said connection of the power supply circuit of the rectangular voltage generator and the second capacitor with the output terminals is made through the third resistor.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве сильноточного линейного стабилизатора постоянного напряжения для питания различного вида нагрузок.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used as a high-current linear DC voltage stabilizer for powering various types of loads.

Известны схемы линейных стабилизаторов постоянного напряжения на транзисторах, включенных последовательно в шины питания. При использовании в подобных схемах мощных полевых транзисторов имеют место большие потери мощности из-за большого порогового напряжения на их затворах. Для того, чтобы компенсировать это напряжение используются дополнительные источники смещения, подключенные к затворам транзисторов «500 схем для радиолюбителей. Источники питания» А.П.Сельен, Изд. Наука и техника, 2005 г. «Стабилизатор напряжения на мощном полевом транзисторе»). При питании схем от сети переменного тока дополнительные источники смещения выполняют на базе входных трансформаторов (путем подключения к дополнительным либо непосредственно к их вторичным обмоткам). Однако при питании схем от источников постоянного напряжения (не содержащих входных трансформаторов) формирование дополнительного источника смещения вызывает затруднения.Known circuit linear stabilizers DC voltage on transistors connected in series in the power bus. When using powerful field-effect transistors in such schemes, large power losses occur due to the large threshold voltage at their gates. In order to compensate for this voltage, additional bias sources are used, connected to the gates of transistors of 500 circuits for ham radio. Power Sources ”A.P. Selyen, Publ. Science and technology, 2005 “Voltage stabilizer on a powerful field-effect transistor”). When powering the circuits from an alternating current main, additional bias sources are performed on the basis of input transformers (by connecting to additional or directly to their secondary windings). However, when powering the circuits from constant voltage sources (not containing input transformers), the formation of an additional bias source is difficult.

Наиболее близким к полезной модели устройством является линейный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий полевой транзистор, включенный последовательно в шину питания. К выходным выводам стабилизатора подсоединен резистивный делитель напряжения, через который часть выходного напряжения подается на блок отрицательной обратной связи (ООС), который воздействует на величину напряжения затвора транзистора (International IR Rectifier AN-970 «Применение силовых полевых транзисторов в линейных стабилизаторах с малым падением напряжения»). Недостатком известного технического решения является большое пороговое напряжение на затворе полевого транзистора, что влечет за собой большие потери мощности на транзисторе, приводящие к снижению КПД всего устройства.The device closest to the utility model is a linear DC voltage stabilizer containing a field effect transistor connected in series to the power bus. A resistive voltage divider is connected to the output terminals of the stabilizer, through which part of the output voltage is supplied to the negative feedback block (OOS), which affects the magnitude of the gate voltage of the transistor (International IR Rectifier AN-970 "The use of power field-effect transistors in linear stabilizers with a low voltage drop "). A disadvantage of the known technical solution is the large threshold voltage at the gate of the field-effect transistor, which entails large power losses at the transistor, leading to a decrease in the efficiency of the entire device.

Техническим результатом, которого можно достичь при реализации полезной модели, является повышение КПД за счет снижения потерь мощности на полевом транзисторе.The technical result that can be achieved with the implementation of the utility model is to increase the efficiency by reducing power losses on the field effect transistor.

Технический результат достигается за счет того, что в линейном стабилизаторе постоянного напряжения на полевом транзисторе, содержащем источник постоянного напряжения, первый вывод которого соединен через силовую цепь полевого транзистора с первым выходным выводом, а второй - со вторым выходным выводом, являющимся общим выводом схемы, при этом к выходным выводам подключен делитель напряжения, точка соединения резисторов которого присоединена ко входу узла отрицательной обратной связи, выходом подключенного к затвору полевого транзистора, соединенному также с источником смещения, в состав которого входит генератор прямоугольного напряжения с выходным комплиментарным ключом, цепи питания которого связаны с выходными выводами, и узел умножения его выходного напряжения, включающий в себя первый конденсатор, соединенный через первый диод с первым выходным выводом, и через второй диод - с точкой соединения второго резистора и второго конденсатора, связанного с вторым выходным выводом, при этом свободный вывод второго резистора является выходом узла умножения напряжения. Кроме того, параллельно цепи питания генератора прямоугольного напряжения могут быть подсоединены третий конденсатор и стабилитрон соответственно, при этом указанная связь цепи питания генератора прямоугольного напряжения и второго конденсатора с выходными выводами осуществлена через третий резистор.The technical result is achieved due to the fact that in a linear DC voltage stabilizer on a field-effect transistor containing a constant voltage source, the first terminal of which is connected through the power circuit of the field effect transistor to the first output terminal, and the second to the second output terminal, which is a common circuit output, at in this case, a voltage divider is connected to the output terminals, the connection point of the resistors of which is connected to the input of the negative feedback node, the output of the field transformer connected to the gate a torus, also connected to a bias source, which includes a square-wave generator with an output complementary key, the power circuit of which is connected to the output terminals, and a node for multiplying its output voltage, including a first capacitor connected through a first diode to a first output terminal, and through the second diode - with the connection point of the second resistor and the second capacitor connected to the second output terminal, while the free output of the second resistor is the output of the voltage multiplication unit . In addition, a third capacitor and a zener diode can be connected in parallel with the power supply circuit of the square-wave generator, respectively, while the indicated connection of the power circuit of the square-wave generator and the second capacitor with the output terminals is made through the third resistor.

В проанализированных источниках информации описан способ снижения потерь мощности на полевом транзистора линейного стабилизатора путем компенсации порогового напряжения на его затворе с помощью источника смещения («500 схем для радиолюбителей. Источники питания» А.П.Сельен, Изд. Наука и техника, 2005 г.). Однако из этой информации однозначно не следует возможность выполнения компенсирующего источника при питании стабилизаторов от источников постоянного напряжения не содержащих входных трансформаторов, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «новизна».The analyzed information sources describe a method of reducing power losses at the field-effect transistor of a linear stabilizer by compensating for the threshold voltage at its gate using a bias source ("500 circuits for ham radio. Power supplies" A.P. Selyen, Publishing House of Science and Technology, 2005 ) However, this information clearly does not imply the possibility of performing a compensating source when supplying stabilizers from constant voltage sources that do not contain input transformers, which allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of "novelty."

На Фиг.1 приведена электрическая схема линейного стабилизатора постоянного напряжения низкого уровня (менее 15 В).Figure 1 shows the electrical circuit of a linear low voltage constant voltage stabilizer (less than 15 V).

На Фиг.2 приведена электрическая схема линейного стабилизатора постоянного напряжения высокого уровня (более 15 В).Figure 2 shows the electric circuit of a linear DC stabilizer of a high level (more than 15 V).

Устройство (Фиг.1, 2) содержит источник постоянного напряжения 1, один из выводов которого соединен с первым силовым выводом полевого транзистора 2, второй силовой вывод которого соединен с первым выходным выводом схемы, второй выходной вывод которой является общим выводом схемы. Первый силовой вывод полевого транзистора присоединен через первый резистор 3 к его затвору, подключенному также к выходу узла отрицательной обратной связи (ООС) 4 и источнику смещения. Управляющий вход узла ООС 4 присоединен к делителю напряжения на резисторах 5. Источник смещения состоит из генератора прямоугольного напряжения 6 с выходным комплиментарным ключом и узла умножения его выходного напряжения. Узел умножения включает в себя первый конденсатор 7, соединенный через первый диод 8 с первым выходным выводом и через второй диод 9 - с точкой соединения второго резистора 10 и второго конденсатора 11. Свободный вывод резистора 10 является выходом узла умножения напряжения. Параллельно цепи питания генератора прямоугольного напряжения 6 (Фиг.2) подсоединены третий конденсатор 12 и стабилитрон 13 соответственно, а связь выводов питания генератора прямоугольного напряжения и второго конденсатора 11 с выходными выводами осуществлена через третий резистор 14.The device (Fig.1, 2) contains a constant voltage source 1, one of the terminals of which is connected to the first power terminal of the field effect transistor 2, the second power terminal of which is connected to the first output terminal of the circuit, the second output terminal of which is a common terminal of the circuit. The first power terminal of the field-effect transistor is connected through the first resistor 3 to its gate, which is also connected to the output of the negative feedback node (OOS) 4 and the bias source. The control input of the OOS unit 4 is connected to a voltage divider on the resistors 5. The bias source consists of a rectangular voltage generator 6 with an output complementary key and a node for multiplying its output voltage. The multiplication unit includes a first capacitor 7 connected through the first diode 8 to the first output terminal and through the second diode 9 to the connection point of the second resistor 10 and the second capacitor 11. The free output of the resistor 10 is the output of the voltage multiplication unit. In parallel with the power supply circuit of the square-wave generator 6 (FIG. 2), a third capacitor 12 and a zener diode 13 are connected, respectively, and the power terminals of the square-wave voltage generator and the second capacitor 11 are connected to the output terminals through the third resistor 14.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При подключении устройства к источнику постоянного напряжения открывается регулирующий полевой транзистор 2 и на выходных выводах формируется выходное напряжение, поступающее также на выводы питания генератора прямоугольных импульсов 6. Комплиментарный ключ генератора 6 начинает коммутировать его выходное напряжение, обеспечивая заряд конденсатора 7 до уровня выходного напряжения Uвых., а конденсатора 11 - до уровня 2 Uвых. Через резистор 10 напряжение конденсатора 11 подается на затвор транзистора 2, компенсируя величину его порогового напряжения и обеспечивая его работу с минимальными потерями мощности.When the device is connected to a constant voltage source, the regulating field-effect transistor 2 opens and the output voltage is formed at the output terminals, which also flows to the power terminals of the rectangular pulse generator 6. The complementary switch of the generator 6 starts switching its output voltage, providing a capacitor 7 charge to the level of the output voltage Uout. , and the capacitor 11 to level 2 Uout. Through the resistor 10, the voltage of the capacitor 11 is supplied to the gate of the transistor 2, compensating for the value of its threshold voltage and ensuring its operation with minimal power loss.

Схему, изображенную на Фиг.1, целесообразно применять при относительно низких (до 15 В) значениях входного напряжения, при которых источник смещения снижает напряжение сток-исток транзистора до 20-30 мВ.The circuit shown in Fig. 1 is expediently applied at relatively low (up to 15 V) input voltage values at which the bias source reduces the drain-source voltage of the transistor to 20-30 mV.

При относительно высоких постоянных напряжениях (более 15 В) использование данной схемы не целесообразно, т.к. в этом случае на выходе схемы умножения и, следовательно, затворе полевого транзистора формируется слишком большой сигнал, который препятствует открытию регулирующего транзистора.At relatively high DC voltages (more than 15 V), the use of this circuit is not advisable, because in this case, an excessively large signal is generated at the output of the multiplication circuit and, consequently, the gate of the field-effect transistor, which prevents the control transistor from opening.

Для обеспечения нормального функционирования схемы при высоких постоянных напряжениях питания (Фиг.2) принудительно ограничивают напряжение питания генератора 6 с помощью стабилитрона 13, шунтирующего конденсатора 12 и токоограничивающего резистора 14. После запуска генератора 6 на схему умножения поступает более низкое входное напряжение, равное напряжению стабилизации стабилитрона 13, а не Uвых. При этом на затвор регулирующего транзистора поступает напряжение источника смещения, равное удвоенному напряжению стабилизации стабилитрона 13 (≈10 В), обеспечивая его нормальную работу при напряжении сток-исток 20-30 мВ.To ensure the normal functioning of the circuit at high constant supply voltages (Figure 2), the supply voltage of the generator 6 is forcibly limited by means of a zener diode 13, a shunt capacitor 12 and a current-limiting resistor 14. After starting the generator 6, a lower input voltage equal to the stabilization voltage is supplied to the multiplication circuit Zener diode 13, not Uout. At the same time, the bias source voltage is supplied to the gate of the control transistor, equal to twice the stabilization voltage of the zener diode 13 (≈10 V), ensuring its normal operation at a drain-source voltage of 20-30 mV.

Таким образом, подключение источника смещения, компенсирующего пороговое напряжение на затворе полевого транзистора, позволяет снизить потери мощности на транзисторе и повысить КПД устройства, причем выполнение источника смещения в виде блока умножения напряжения и генератора прямоугольных импульсов с выходным комплиментарным ключом позволило реализовать использование этого источника в схеме линейного стабилизатора постоянного напряжения при его интегральном исполнении.Thus, the connection of a bias source that compensates for the threshold voltage at the gate of the field-effect transistor can reduce the power loss on the transistor and increase the efficiency of the device, and the bias source in the form of a voltage multiplier and a square-wave generator with an output complementary key made it possible to use this source in the circuit linear DC stabilizer with its integral design.

Благодаря высокому КПД полезная модель может быть рекомендована для питания широкого спектра потребителей электроэнергии стабилизированного постоянного напряжения.Due to its high efficiency, the utility model can be recommended for supplying a wide range of stabilized DC voltage consumers.

Claims

1. A linear DC voltage stabilizer on a field effect transistor containing a constant voltage source, the first terminal of which is connected through the power circuit of the field effect transistor to the first output terminal, and the second to the second output terminal, which is a common terminal of the circuit, while a voltage divider is connected to the output terminals , the connection point of the resistors of which is connected to the input of the negative feedback node, the output of the field-effect transistor connected to the gate, also connected to the bias source, in which includes a rectangular voltage generator with an output complementary key, the power circuit of which is connected to the output terminals, and a node for multiplying its output voltage, which includes a first capacitor connected through the first diode to the first output terminal, and through the second diode to the connection point of the second a resistor and a second capacitor associated with the second output terminal, wherein the free terminal of the second resistor is the output of the voltage multiplication unit.

2. The linear DC voltage stabilizer on the field-effect transistor according to claim 1, characterized in that a third capacitor and a zener diode are connected in parallel to the power supply circuit of the square-wave generator, respectively, and the indicated connection of the power circuit of the square-voltage generator and the second capacitor with output terminals is made through the third resistor.