Разработка принципиальной схемы стабилизатора напряжения

Для стабилизации выходного напряжения источника питания используются компенсационные стабилизаторы последовательного и параллельного типов. В стабилизаторах последовательного типа регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой, что уменьшает энергетические потери, по сравнению со стабилизаторами параллельного типа. Поэтому для разрабатываемого блока питания выбран последовательный компенсационный стабилизатор напряжения с триггерной защитой от перегрузок и КЗ.

Для разрабатываемого блока питания выходное напряжение не должно сильно отличаться от 50В, его регулировка не предусмотрена. Высокочастотный преобразователь напряжения обеспечивает очень низкий уровень пульсаций на входе стабилизатора, поэтому напряжение между эмиттером и коллектором регулирующего транзистора довольно мало. Учитывая это напряжение, которое не превышает 5В, а также, если ограничиться пульсациями в 2В, то следует выбрать напряжение, подаваемое на вход стабилизатора равным 58 В. При этом максимальная мощность, рассеиваемая на транзисторе, не превышает 50 Вт.

Работа обеих плеч стабилизаторов идентична, поэтому рассмотрим работу одного из них.

В эмиттер транзистора VT20 включен стабилитрон VD24, который вместе с резистором R38 обеспечивает фиксированное напряжение. На базу этого же транзистора подаётся напряжение с делителя R40 - R42, включенного на выходе стабилизатора. Нагрузкой управляющего транзистора является источник тока на элементах VT14, R32, R36, VD20, VD21. К коллектору транзистора VT20 также подключен составной транзистор, который и выполняет роль регулятора.

Опорное напряжение и часть выходного приложены к эмиттерному переходу транзистора VT20, который выполняет функции элемента сравнения, их разность усиливается и токовый сигнал его коллекторной цепи управляет проводимостью составного транзистра. Чем больше коллекторный ток транзистора VT20, тем меньшая часть стабильного тока поступит на вход составного транзистора и наоборот.

Если по какой-либо причине напряжение на выходе стабилизатора уменьшится, это приведёт к уменьшению напряжения на базе управляющего транзистора, он призакроется и позволит большему току поступить на вход составного транзистора со стабилизатора тока, в результате чего составной транзистор приоткроется и выходное напряжение стабилизатора поднимется до необходимого значения.

При повышении напряжения на выходе стабилизатора, транзистор приоткроется и перехватит часть стабильного тока, что приведёт к призакрыванию составного транзистора и уменьшению напряжения на выходе стабилизатора.

Триггерная схема защиты от перегрузок и КЗ выполнена на элементах DD4, VT11, VT15. Изначально на выходе триггера присутствует уровень логического 0, так как вход D соединён с общим проводом, а на вход C подана логическая 1, что позволяет установиться тому значению на выходе триггера, что и на входе D, то есть 0. При этом транзистор VT15 закрыт. На входы C и S подаются логические 0.

При превышении тока нагрузки 5 А на низкоомном резисторе R25 начинает падать напряжение, достаточное для открывания транзистора VT11, он открывается и напряжение со входа стабилизатора падает на делителе R21, R22, напряжение на резисторе R22 имеет уровень логической 1, что приводит к принудительной установке 1 на выходе триггера, независимо от уровней на входах C и S. Напряжение через токоограничительный резистор R33 подается на базу транзистора VT15 и открывает его, при этом весь ток стабилизатора тока «уходит» в общий провод, и составной транзистор закрывается, что приводит к отключению нагрузки.

Такое состояние триггера может сохраняться сколь угодно долго. Для возврата схемы в исходное состояние используется кнопка SB1, через которую поступает сигнал логической 1 на вход R триггера и переводит его выход в 0. Транзистор VT15 закрывается и ток стабилизатора тока вновь поступает в составной транзистор. Триггер питается от стабилизатора напряжения на элементах R30, VD18, C20.

Стабилизатор на 12 В выполнен на элементах VT24, VT25, VD26, R46, C24.

Высоковольтный стабилизатор выполнен на элементах VT28 - VT30, VD35. На эмиттер VT30 подаётся напряжение порядка 100 В со стабилитрона VD35. На базу этого же транзистора с делителя R55 - R57 подаётся такое же напряжение. Если по каким-либо причинам выходное напряжение понизится, то это изменение полностью передастся через стабилитрон на эмиттер транзистора VT30, в то время как на его базе изменение будет меньше. Транзистор приоткроется и его увеличившийся ток коллектора откроет мощный регулирующий составной транзистор VT28, VT29. Такой стабилизатор имеет защиту от замыканий в нагрузке - при КЗ пропадает и управляющее напряжение и все транзисторы закрываются.