СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК G05F1/569 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках электропитания.

Известно устройство, содержащее в стабилизаторе напряжения регулирующий элемент и буферный каскад, в котором мощность рассеяния на силовых транзисторах неодинакова во временном интервале при изменении входного напряжения и тока нагрузки [1].

Известны также многочисленные устройства защиты стабилизаторов напряжения, в которых датчик перегрузки включен последовательно в цепь одного из силовых электродов транзистора и является источником сигнала в нормальном и аварийном режимах как гальванически связанного, так и развязанного [2].

Недостатком известных устройств - стабилизаторов напряжения с буферными каскадами является то, что они имеют только общую защиту от перегрузок по току и КЗ на выходе, но не имеют защиту от превышения мощности в каждый фиксированный момент времени, что может привести к выходу из строя любого силового элемента в том случае, когда ток нагрузки в аварийном режиме еще не превысит порога срабатывания защиты.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство [3], содержащее регулирующий составной элемент, состоящий из основного и нескольких согласующих транзисторов, цепи коллекторов которых подключены по отдельности к выводам соответственно основного и дополнительных источников питания, эмиттер основного транзистора подключен к выходному выводу, а эмиттеры согласующих транзисторов - к базовым цепям соответствующих последующих транзисторов, источники обратного смещения установлены в базовые цепи одного или нескольких транзисторов регулирующего элемента, кроме первого согласующего транзистора, параллельно к цепям, образованным последовательно соединенными источниками обратного смещения и коллекторными переходами соответствующих транзисторов, кроме первого согласующего, установлены нелинейные элементы.

Недостатком известного устройства является отсутствие защиты по мощности и току каждого из транзисторов как основного, так и согласующих, а также отсутствие индикации.

Целью изобретения является улучшение показателей надежности путем защиты каждого из силовых элементов, а также за счет введения защиты и индикации неисправностей отдельно по току и по мощности.

Это достигается тем, что в предлагаемый стабилизатор напряжения введены датчики тока, включенные в цепи коллекторов всех транзисторов регулирующего составного элемента между коллектором транзистора и точкой соединения пассивного нелинейного элемента с выводом для подключения соответствующего источника питания, умножители по числу транзисторов регулирующего составного элемента, входы которых подключены соответственно к эмиттерам и коллекторам соответствующих транзисторов и к точке соединения датчика тока с пассивными нелинейными элементами, два узла гальванической развязки, входы первого из которых соединены с выходами умножителей, а входы второго - с выводами датчиков тока, усилители по числу транзисторов регулирующего составного элемента, входы которых подключены к выходам второго узла гальванической развязки, сумматор, входы которого подключены к выходам первого узла гальванической развязки, и блок индикации неисправности, состоящий из последовательно соединенных узла диодной развязки и первого триггера Шмитта, причем входы узла диодной развязки использованы в качестве входов блока индикации неисправности, подключенных соответственно к выходу сумматора и выходам усилителей, а выход первого триггера Шмитта использован в качестве первого выхода сигнала неисправности блока индикаций неисправности.

Кроме того, отличие состоит в том, что в блок индикации неисправности введен второй триггер Шмитта, вход которого подключен к выходу сумматора, а выход использован в качестве второго выхода сигнала неисправности блока индикации неисправности. Узел диодной развязки выполнен на светодиодах.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Оно содержит последовательный регулирующий элемент, состоящий из основного 1ⁿ и нескольких согласующих транзисторов 1', 1'',..., 1^n-1, основной 2 и дополнительные 2', 2'',...,2^n-1 источники питания, источники обратного смещения 3',...,3^n-1, включенные в цепи баз основного и согласующих транзисторов, кроме первого 1', пассивные нелинейные элементы 4',...,4^n-1, подключенные к источникам обратного смещения, и датчики тока 5',...,5ⁿ, включенные в цепи коллекторов транзисторов 1',...,1ⁿ, блок управления БУ 6, выходом соединенный с базой транзистора 1', входом подключенный к выходу стабилизатора; выводы 7ⁿ, 8n, 9ⁿ - 7', 8', 9' подключены к эмиттерам и коллекторам транзисторов 1ⁿ - 1' и датчикам 5ⁿ - 5' тока и входам умножителей двух величин XY 10ⁿ - 10'.

Выходы умножителей подключены к первому узлу гальванической развязки (например, оптронной) 11, выходы 8', 9' - 8ⁿ, 9ⁿ подключены к входам второго узла гальванической развязки 12, выходы которого подключены к усилителям 13' - 13ⁿ, выходы первого узла гальванической развязки 11 подключены к входу сумматора 14, выход которого вместе с выходами усилителей 13' - 13ⁿ подключены на вход узла диодной развязки 15, выход которого подключен к первому триггеру Шмитта 16, выход 17 которого использован в качестве первого выхода сигнала неисправности блока 18 индикации неисправности.

Узлы 11 - 16 могут питаться от отдельного источника. Для разделения аварийных сигналов (отдельно сигнал на защиту и индикацию перегрузки по току и отдельно сигнал превышения мощности в любом из транзисторов регулирующего элемента) использован второй триггер Шмитта 19, вход которого подключен к выходу узла 14, а выход 20 использован в качестве второго выхода сигнала неисправности блока 18 индикации неисправности.

Устройство работает следующим образом. В нормальном режиме работы, т.е. когда ток и мощность каждого из транзисторов регулирующего элемента находятся в пределах заданных норм, сигналы, поступающие от 10' - 10ⁿ, 13' - 13ⁿ через 11, 12 и 14, 15 на триггер 16, таковы, что он находится в режиме, индицирующем нормальную работу.

При превышении уровня тока в любом из транзисторов, например 1'', сигнал с датчика 5'' тока через узел 12 и 13'' поступает на узел 15. При этом уровень сигнала достаточен для перевода триггера 16 в другое устойчивое состояние. Сигнал на выходе 17 триггера 16 изменяет свой уровень. Данный сигнал может быть входным как для устройства отключения общего источника электропитания, так и для индикации аварийного состояния.

При превышении мощности рассеяния в любом из транзисторов, например 1ⁿ, произведение тока и напряжения на электродах его, поступающее с выхода узла 10ⁿ через узел гальванической развязки 11, достигает повышенного значения, при этом на входы сумматора 14 поступают значения мощностей от других транзисторов 1' - 1^n-1. Если суммарная допустимая мощность на теплоотводе превысит заданную величину, то уровень выходного сигнала сумматора 14, поступающий через узел диодной развязки 15 на вход триггера Шмитта 16, превысит его порог срабатывания, что приведет к изменению величины сигнала на выходе 17.

Для разделения сигналов аварийной работы по току и мощности сигнал с сумматора 14 подается непосредственно на второй триггер Шмитта 19, сигнал на выходе 20 которого и будет сигналом аварийного состояния по суммарной мощности рассеяния.

Для индикации конкретного аварийного режима вместо обычных диодов в узле 15 использованы светодиоды, при протекании тока через которые индицируются неисправности в конкретных элементах.

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает улучшение показателей надежности, защищая каждый из транзисторов регулирующего элемента по току и суммарной мощности. Кроме того, обеспечивается раздельная защита и индикация неисправностей.

Использование: в устройствах автоматики, вычислительной техники, связи. Сущность изобретения: устройство построено по схеме последовательного стабилизатора с регулирующим составным элементом и с отрицательной обратной связью. В устройство введены датчики тока, умножители, усилители по числу транзисторов регулирующего элемента, два блока гальванической развязки и блок индикации неисправности. В зависимости от уровня напряжения на датчике тока и напряжения коллектор-эмиттер силовых транзисторов происходит выдача нормального или аварийного сигнала на отключение системы электропитания. В устройстве осуществлено разделение сигналов аварийной работы по току и мощности. Устройство отличается улучшенными показателями надежности благодаря защите каждого из транзисторов регулирующего элемента по току и мощности, а также обеспечению индикации неисправностей. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий регулирующий составной элемент, состоящий из основного и нескольких согласующих транзисторов, цепи коллекторов которых соединены по отдельности с выводами для подключения соответственно основного и дополнительных источников питания, эмиттер основного транзистора подключен к выходному выводу, а эмиттеры согласующих транзисторов - к базовым цепям соответствующих последующих транзисторов, источники обратного смещения, включенные в базовые цепи одного или нескольких транзисторов регулирующего элемента, кроме первого согласующего, пассивные нелинейные элементы, подключенные по отдельности параллельно к цепям, образованным последовательно соединенными упомянутыми источниками обратного смещения и коллекторными переходами соответствующих транзисторов регулирующего элемента, и блок управления, выходом соединенный с базой первого согласующего транзистора регулирующего элемента, отличающийся тем, что в него введены датчики тока, включенные в цепи коллекторов всех транзисторов регулирующего составного элемента между коллектором транзистора и точкой соединения пассивного нелинейного элемента с выводом для подключения соответствующего источника питания, умножители по числу транзисторов регулирующего элемента, входы которых подключены соответственно к эмиттерам и коллекторам соответствующих транзисторов и к точке соединения датчиков тока с пассивными нелинейными элементами, два узла гальванической развязки, входы первого из которых соединены с выходами умножителей, а входы второго - с выводами датчиков тока, усилители по числу транзисторов регулирующего составного элемента, входы которых подключены к выходам второго угла гальванической развязки, сумматор, входы которого подключены к выходам первого узла гальванической развязки, и блок индикации неисправности, состоящий из последовательно соединенных узлов диодной развязки и первого триггера Шмитта, причем входы узла диодной развязки использованы в качестве входов блока индикации неисправности, подключенных соответственно к выходу сумматора и выходам усилителей, а выход первого триггера Шмитта использован в качестве первого выхода сигнала неисправности блока индикации неисправности. 2. Стабилизатор по п.1, отличающийся тем, что в блок индикации неисправности введен второй триггер Шмитта, вход которого подключен к выходу сумматора, а выход использован в качестве второго выхода сигнала неисправности блока индикации неисправности. 3. Стабилизатор по пп. 1 или 2, отличающийся тем, что узел диодной развязки выполнен на светодиодах.