186543. lajstromszámú szabadalom • Stabilizátor
1 186 543 2 A találmány stabilizátor stabil egyenfeszültség előállítására, különböző áram-feszültség karakterisztika mellett, amely tartalmaz soros szabályozót, áramfigyelő ellenállást, feszültségosztókat, referenciaforrást, erősítőket és lekapcsoló egységet. Modern elektronikus berendezések többféle tápfeszültséget igényelnek. Bár a berendezések értékének a tápegységek csak pár százalékát teszik ki, mégis a leggyakrabban használt túlfeszültség és túláram védő kapcsolások a tápegységeket védik, nem pedig a berendezés áramköreit. Az egy rendszeren belül alkalmazott különböző feszültségű stabilizátorok polaritása és áram terhelhetősége eltérő, így a tápegységen kívül létrejött meghibásodások, zárlatok esetében az egyes feszültségek a névlegestől mind pozitív, mind negatív irányban eltérhetnek, rosszabb esetben a kisebb névleges áramú át is polarizálódhat, mivel a szokásos túlfeszültség és túláram védő megoldások ilyen esetekben nem mindig adnak kellő védelmet. Az irodalomból ismert korszerű zárlatvédő kapcsolások átpolarizálódáskor katasztrofális meghibásodást szenvednek. (Pl. Fairchild, Texas integrált áramkörös feszültség stabilizátorai.) A 173780 1 sz. magyar szabadalmi leírásból ismert tirisztoros, illetve az egyéb tirisztoros túlfeszültségvédelmi megoldások sem védik meg a táplált berendezést, azok elsősorban a soros szabályozó elem meghibásodása esetén töltik be védő szerepüket. Több stabilizátort tartalmazó tápegységekben nem közömbös az sem, hogy az egyes tápfeszültségek milyen sorrendben kapcsolódnak be ill. hálózatkimaradáskor vagy kikapcsoláskor milyen sorrendben és milyen időintervallumon belül kapcsolódnak ki. Pl. CMOS kapcsolókat tartalmazó rendszerekben a tápfeszültségeknek mindenkor nagyobbaknak kell lennie a kapcsolókat vezérlő logikai jeleknél vagy számítógépekben, mikroproceszszoros berendezésekben hasonló esetekben az egyes feszültségek be- ill. kikapcsolásának késleltetési ideje a helyes működés alapkövetelménye lehet - indítási és mentőprogramok lefuttatása stb. -, ezért a hibátlanul működő tápegységek stabilizátorait is program szerint be- és kikapcsolhatom kell elkészíteni. A gyors bekapcsolás érdekében tartóáramú feszültség-áram karakterisztikával, a gyors kikapcsolás érdekében pedig a kimenetel rövidrezáró kapcsolóval rendelkező stabilizátorokaí kell előnyben részesíteni. Az így felépített hagyományos stabilizátorok soros szabályozó tranzisztorait a rövidzárási áram és a bemeneti feszültség által meghatározott maximális teljesítmény disszipálására kell méretezni. A terhelés jellegétől függően a tartóáramú karakterisztikától eltérő - eiőrehajló és visszahajló karakterisztikájú stabilizátorok alkalmazása is szükséges. A fenti karakterisztikák megvalósítása esetén, a rövidzárási áramerősség állandó értéken tartása esetén a soros szabályozó elemre jutó maximális disszipáció értéke azonos a tarlóáramú karakterisztikával rendelkező feszültségstabilizátor maximális disszipációjával. Ez az ismert feszültségstabilizátor megoldásoknál üzemi körülmények között a szabályozó elem többszörös túlméretezését igényli. Találmányunk célja olyan egységes, lineáris, kapcsolóüzemű és moduláris felépítésű stabilizátoroknál egyaránt használható kapcsolási elrendezés kialakítása, amely egyszerű áramköri felépítésénél fogva - csupán passzív alkatelemek variálásával - alkalmas a speciális igényeknek megfelelő, tetszőleges áram-feszültség karakterisztikák megvalósítására, és amely tartós termikus túlterhelések elkerülése végett időzítetten be- és kikapcsolható. Találmányunk lényege az, hogy a kimeneti áram figyelésére alkalmazott feszültségosztók osztásviszonyainak és referencia forrás feszültségének változtatásával és egy erősítővel tetszőleges visszahajló, tartóáramú, vagy eiőrehajló feszültségáram karakterisztikájú stabilizátort realizálunk és így a terhelés jellegétől függően optimalizáljuk a bekapcsolási időket, és a határáramokat mindig a kívánt névleges értékre állítjuk be. A gyors és disszipációmentes kikapcsolás érdekében kettős lekapcsoló egységet alkalmazunk. Ennek lényege az, hogy a soros szabályozó elem vezérlő kapcsát egy lassú működésű kapcsolóval, kimenetét pedig egy gyors működésű kapcsolóval kapcsoljuk zérus potenciálra, így lekapcsolt tápegység esetében a soros szabályozó elem árammentes munkapontba kerül, disszipációja nincs, igy bármilyen jellegű áram-feszültség karakterisztika mellett sem disszipálódik túl, továbbá lekapcsoláskor nem jöhet létre a soros szabályozóként alkalmazott tranzisztor bázisa és emitlere között a megengedettnél nagyobb záróirányú feszültség, amely kikapcsoláskor a szabályozó tranzisztorok leggyakoribb meghibásodását okozza. A fentiekben vázolt feladat a találmány alkalmazásával úgy oldható meg, hogy a stabilizátor feszültségosztói közül az egyik az áramfigyelő ellenállás egyik sarka és a földponl közé, a másik pedig az áramfigyelő ellenállás másik sarka és a referencia forrás kimenete közé kapcsolódik, továbbá a feszültségosztók kimenetei közé erősítő bemenetei kapcsolódnak, amely utóbbi kimenete analóg kapun keresztül a soros szabályozó bemenetére van kötve. A találmányt részletesebben ábrák segítségével ismertetjük. Az I. ábrán a találmány alkalmazásával biztosítható Y visszahajló, X larlóáramú és Z eiőrehajló feszültség-áram karakterisztika látható. A találmány szerinti kapcsolási elrendezés egy példaképpeni kiviteli alakját a 2. ábra m.utatja. Az 1 stabilizátor b bemenete kapcsolódik a 2 soros szabályozó bemenetére, 2 soros szabályozó kimenete 3 áramfigyelő ellenálláson keresztül csatlakozik az 1 stabilizátor k kimenetére. A 3 áramfigyelö ellenállás és a 2 soros szabályozó közös RS pontja és a 10 referenciaforrás-sarka közé kapcsolódik a 4 feszültségosztó, amely 5 és 6 ellenállásokból áll, a k kimenet és a 10 referencia forrás - sarka közé kapcsolódik a 7 feszültségosztó, amely 8 és 9 ellenállásokból áll, és a k kimenet és a 10 referencia forrás + sarka közé kapcsolódik a 11 feszültségosztó, amely 12 és 13 ellenállásokból áll. A 10 referencia forrás - sarka az f földre van kötve. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 5C 55 60 65 2
