РЕЗЕРВИРОВАННЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2014 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в космических аппаратах для ограничения тока в системе электропитания привода раскрытия панелей солнечных батарей при раскрытии привода до упора.

Известен стабилизатор тока, содержащий источник опорного напряжения, первый и второй транзисторы одного типа проводимости, эмиттеры которых соединены соответственно с первыми выводами первого и второго резисторов, а коллекторы подключены к выходным клеммами, третий и четвертый транзисторы такого типа проводимости, как первый и второй, пятый и шестой транзисторы противоположного типа проводимости, третий резистор, при этом эмиттеры третьего и четвертого транзисторов объединены и подключены к первому полюсу источника опорного напряжения, коллекторы - вторым выводам соответственно первого и второго резисторов, базы соединены соответственно с базами пятого и шестого транзисторов, эмиттеры которых объединены и через третий резистор подключены к второму полюсу источника опорного напряжения, а коллекторы - к базам соответственно первого и второго транзисторов (SU 1460715).

Однако это устройство недостаточно надежно, так как при отказе перехода база-коллектор любого транзистора устройство выходит из строя, кроме того, стабилизируемый ток не может превышать допустимый базовый ток транзистора 2 (1); устройство требует гальванически развязанный вторичный источник питания 7, что увеличивает его габариты и уменьшает надежность.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является стабилизатор постоянного тока, содержащий включенные в потенциальную шину относительно общей шины последовательно соединенные транзисторный регулирующий элемент и датчик тока нагрузки, дифференциальный усилитель постоянного тока, инвертирующий вход которого подключен к датчику тока, неинвертирующий вход соединен с положительным выводом источника опорного напряжения, а выход подключен к управляющему входу регулирующего элемента, при этом отрицательный вывод источника опорного напряжения соединен с потенциальным выходным выводом стабилизатора, вспомогательный источник опорного напряжения, отрицательный вывод которого подключен к потенциальному выходному выводу стабилизатора, резисторный делитель напряжения, включенный между положительным выводом вспомогательного источника опорного напряжения и общей шиной, транзистор защиты, коллектор которого подключен к управляющему входу регулирующего элемента, эмиттер соединен с выходом регулирующего элемента, а базовая цепь подключена к среднему выводу резисторного делителя напряжения, и емкостная цепь задержки, подключенная к базовой цепи транзистора защиты (SU 1385126), который выбран в качестве прототипа.

Недостатками прототипа являются (см. чертеж к изобретению SU 1385126): большое падение напряжения на датчике тока 2, равное опорному напряжению источника 4, что приводит к уменьшению напряжения на нагрузке и выделению излишней мощности на датчике тока; недостаточно высокая надежность, обусловленная двумя факторами: во-первых - наличием дополнительного вторичного источника питания с гальванической развязкой от U_BX, которые, как правило, имеют схему управления, ключевые элементы, трансформатор, выпрямительные диоды, сглаживающие LC-фильтры, т.е. содержат много элементов, что уменьшает надежность; во-вторых - при отказе на обрыв регулирующего элемента 1 нагрузка остается без питания, а при отказе регулирующего элемента типа «короткое замыкание» на нагрузку подается повышенный ток и она может быть выведена из строя; для возврата схемы в исходное состояние после перегрузки необходимо на короткое время выключить, а затем повторно включить стабилизатор, т.е. нужно дополнительное устройство или оператор.

Целью изобретения является повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в резервированном стабилизаторе постоянного тока регулирующий элемент (РЭ) 1, включенный последовательно с датчиком тока и нагрузкой, выполнен на четырех n-канальных МДП-транзисторах, соединенных параллельно-последовательно, отрицательный вывод РЭ 1 через датчик тока 2 подключен к общей шине питания, а положительный - через нагрузку 3 к плюсовой шине питания; введены четыре одинаковые схемы управления (СУ) 4-7 МДП-транзисторами РЭ 1; выход каждой СУ подключен к затвору отдельного МДП-транзистора РЭ 1; отрицательный вывод питания каждой СУ подключен к общей шине питания, а положительный - к плюсовой шине питания; измерительный вход каждой СУ подключен к точке соединения РЭ 1 с датчиком тока 2; каждая СУ содержит: входной неинвертирующий усилитель 8, вход которого соединен с измерительным входом СУ, а выход - с инвертирующим входом выходного усилителя (ВУ) 9, выход которого соединен с выходом СУ; источник опорного напряжения (ИОН) 10, выход которого соединен с неинвертирующим входом ВУ 9; формирователь импульса по подаче питания (ФИ) 11, выход которого соединен с инвертирующим входом ВУ 9.

На рисунке изображена функциональная схема резервированного стабилизатора постоянного тока.

Резервированный стабилизатор постоянного тока содержит: РЭ 1, выполненный на четырех n-канальных МДП-транзисторах, соединенных параллельно-последовательно, отрицательный вывод РЭ через датчик тока 2 подключен к общей шине питания, а положительный - через нагрузку 3 к плюсовой шине питания; четыре одинаковые схемы управления (СУ) 4-7 МДП-транзисторами РЭ 1; выход каждой СУ подключен к затвору отдельного МДП-транзистора РЭ 1; отрицательный вывод питания каждой СУ подключен к общей шине питания, а положительный - к плюсовой шине питания; измерительный вход каждой СУ подключен к точке соединения РЭ 1 с датчиком тока 2; каждая СУ содержит: входной неинвертирующий усилитель, вход которого соединен с измерительным входом СУ, а выход - с инвертирующим входом выходного усилителя (ВУ) 9, выход которого соединен с выходом СУ; источник опорного напряжения 10, выход которого соединен с неивертирующим входом ВУ 9; формирователь импульса по подаче питания 11, выход которого соединен с инвертирующим входом ВУ 9.

Устройство работает следующим образом: при подаче питания формирователь 11 выдает короткий импульс низкого уровня на инвертирующий вход ВУ 9 и на выходах всех СУ появляется напряжение высокого уровня и РЭ 1 полностью открывается, обеспечивая нагрузке 3 (электропроводу) необходимый пусковой ток.

При токе нагрузки меньше, чем ток стабилизации (ограничения):

$$I_{CT}=\frac{U_{ОП}}{R2\ast K8}(1)$$

где I_CT -ток стабилизации устройства;

U_ОП - напряжение источника опорного напряжения;

R2 - сопротивление датчика тока;

К8 - коэффициент усиления усилителя 8.

Выходные напряжения всех СУ будут иметь высокий уровень, т.к. напряжение на инвертирующем входе ВУ 9 будет меньше опорного напряжения; при уменьшении сопротивления нагрузки ток через нее не может превысить значения I_CT (см. (1)) из-за уменьшения выходных напряжений всех СУ, т.к. напряжение на выходе усилителя 8 начинает на мизерную величину превышать опорное напряжение, и выходное напряжение ВУ 9 уменьшается и МДП-транзисторы в РЭ 1 из ключевого режима переходят в активный режим, т.е. начинают стабилизировать напряжение U₂ на датчике тока 2, равное:

$$U_2=I_{CT}\ast R2=\frac{U_{ОП}}{K8}(2)$$

В предложенном устройстве устранено большое падение напряжение на датчике тока 2, которое можно сделать сколь угодно малым, увеличивая К8, см. выражение (2). Надежность устройства повышена за счет исключения гальванически развязанного вторичного источника питания и применения резервирования, в том числе и датчика тока, который выполнен по схеме параллельного соединения нескольких резисторов(количество резисторов зависит от заданной точности тока стабилизации) и, таким образом, отказ любого элемента не приводит к нарушению функционирования устройства.

Было изготовлено 20 устройств, все они отличались хорошей повторяемостью, высокой точностью стабилизации тока. Устройства собраны на элементах: 2П767 В2, 544УД7РЗ, 1230ЕР1Т, С2-33, С2-29 В.

Из известных заявителю патентно-информационных материалов не обнаружены признаки, сходные с совокупностью признаков заявляемого объекта.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в космических аппаратах для ограничения тока в системе электропитания привода раскрытия панелей солнечных батарей при раскрытии привода до упора. Техническим результатом является повышение надежности стабилизатора постоянного тока. Для этого предложен резервированный стабилизатор постоянного тока, содержащий регулирующий элемент (РЭ), включенный последовательно с датчиком тока и нагрузкой, при этом РЭ выполнен на четырех n-канальных МДП-транзисторах, соединенных параллельно-последовательно, отрицательный вывод РЭ через датчик тока подключен к общей шине питания, а положительный - через нагрузку к плюсовой шине питания; введены четыре одинаковые схемы управления (СУ) МДП-транзисторами РЭ; выход каждой СУ подключен к затвору отдельного МДП-транзистора РЭ; отрицательный вывод питания каждой СУ подключен к общей шине питания, а положительный - к плюсовой шине питания; измерительный вход каждой СУ подключен к точке соединения РЭ с датчиком тока; каждая СУ содержит: входной неинвертирующий усилитель, вход которого соединен с измерительным входом СУ, а выход - с инвертирующим входом выходного усилителя (ВУ), выход которого соединен с выходом СУ; источник опорного напряжения, выход которого соединен с неинвертирующим входом ВУ; формирователь импульса по подаче питания, выход которого соединен с инвертирующим входом ВУ.

1 ил.

Резервированный стабилизатор постоянного тока, содержащий регулирующий элемент (РЭ), включенный последовательно с датчиком тока и нагрузкой, отличающийся тем, что РЭ выполнен на четырех n-канальных МДП-транзисторах, соединенных параллельно-последовательно, отрицательный вывод РЭ через датчик тока подключен к общей шине питания, а положительный - через нагрузку к плюсовой шине питания; введены четыре одинаковые схемы управления (СУ) МДП-транзисторами РЭ; выход каждой СУ подключен к затвору отдельного МДП-транзистора РЭ; отрицательный вывод питания каждой СУ подключен к общей шине питания, а положительный - к плюсовой шине питания; измерительный вход каждой СУ подключен к точке соединения РЭ с датчиком тока; каждая СУ содержит: входной неинвертирующий усилитель, вход которого соединен с измерительным входом СУ, а выход - с инвертирующим входом выходного усилителя (ВУ), выход которого соединен с выходом СУ; источник опорного напряжения, выход которого соединен с неинвертирующим входом ВУ; формирователь импульса по подаче питания, выход которого соединен с инвертирующим входом ВУ.