Стабилизаторованный источник питания с комплексной защитой Советский патент 1983 года по МПК G05F1/58 

Изобретение относится к электротехнике ,и может найти применение во вторичных источниках электропитания радиоэлектронных устройств. Известен источник питания с двойным регулированием с защитой от перегрузки 13«Недостатком его является то, что при значительных выбросах входного напряжения, скачкообразных перегрузках и внезапных коротких замыканиях на выходе, импульсный регулятор изза запаздьшания обратной связи не успевает обеспечить постоянства напряжения на регулирующем элементе Линейного стабилизатора, вследствие чего на нем выделяется значительная пиковая мощность, многократно npe- восходящая номинальную в рабочем режиме, и источник выходит из строя Наиболее близким к изобретению является стабилизированный источник питания с комплексной защитой, содержащий импульсный регулятор напряжения с соответствующим узлом обратной- связи И выходной линейный стабилизатор напряжения, вход которого подключен к выходу импульсного регулятора, при этом линейный стабилизатор состоит из последовательного регулирующего элемента, узла защиты от перегрузок по току с датчиком тока, включенным последовательно с указанным регулирующим элементом, и усилительного узла обратной связи, выполненного на дифференциальном уси лителе, неинвертирующий вход которого шунтирован диодом и подключен к выходу выходного делителя напряжения в цепь которого включен источник опорного напряжения 23 Известный стабилизированный источ ник обеспечивает быстрое запирание линейного регулирующего элемента при опасных скачкообразных перегрузках и внезапных коротких замыканиях в нагрузке на время отработки импульсн го регулятора напряжения, что позво ляет снизить пиковую мощность, выде ляющуюся на линейном регулирующем элементе на время ее воздействия до безопасной величины, чем достигаетс надежная защита источника при всех видах перегрузки по выходу. Как и предыдущий источник, он обеспечивае надежное функционирование и при сравнительно медленном увеличении на значительную величину входного н пряжения . Однако при значительных по ампли туде быстрых выбросах входного напряжения импульсный регулятор не успевает удержать неизменным напряжение на входе линейного стабилизат ра и на линейном регулирующем элеме те выделяется пиковая мощность, мно гократно превышающая номинальную в рабочем режиме. Длительность ее воз действия определяется запаздыванием обратной связи в импульсном регуляторе и длительностью выброса выходного напряжения. Сочетание этих факторов приводит к выходу из строя линейного регулирующего элемента стабилизатора. Цель изобретения - повышение надежности путем снижения мощности рассеяния на регулирующем элементе линейного стабилизатора при больших и быстрых выбросах входного напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в стабилизированный источник питания с комплексной защитой, содержащий импульсный регулятор напряжения с соответствующим узлом обратной связи и выходной линейный стабилизатор напряжения, вход- которого подключен к выходу импульсного регулятора, при этом линейный стабилизатор состоит из последовательного регулирующего элемента, узла защиты , от перегрузки по току с датчиком тока, включенным последовательно с указанным регулирующим элементом, и усилительного узла обратной связи, выполненного на дифференциальном .усилителе, неинвертирующий вход которо-. го шунтирован диодом и подключен к выходу выходного делителя напряжения, в цепь которого включен источник опорного напряжения, введён стабилитрон, включенный между инвертирующим входом дифференциального усилителя линейного стабилизатора, и выходом импульсного регулятора, а входы узла обратной связи импульсного регулятора подключены к регулирующему элементу линейного стабилизатора. На фиг.1 представлена функциональная схема стабилизированного источника питания с комплексной защитой; на фиг.2 - его нагрузочная характеристика. Устройство содержит источник, опорного напряжения 1, делитель выходного напряжения на резисторах 2 и 3, дифференциальный усилитель 4 обратной связи, линейный регулирующий элемент 5, конденсатор 6 фильтра, датчик 7 тока, блок 8 линейной защиты и шунтирук щий диод 9, которые образуют линейный стабилизатор 10 напряжения компенсационного типа, на входе которого включен импульсный регулятор 11 напряжения с обратной связью с элемента 5. Инвертирующий вход усилителя 4 через стабилитрон 12 соединен с входом элемента 5, а неинвертирующий вход, соединенный, с выходом делителя 2 и 3/ шунтирован диодом 9. Регулятор 11 содержит ключевой регулирующий элемент 13, выходной фильтр из дросселя 14, конденсатора 15, блокирующего диода.16, разрядного резистора 17 и устройство 18

управления элементом l3по сигналу обратной связи с элемента 5.

Участок 19 нагрузочной характеристики соответствует рабочему режиму источника питания, участок 20 - режиму медленных перегрузок; участок 21 - быстрому запиранию линейного регулирующего элемента в случае значительного скачкообразного увеличения входного напряжения, участок 22быстрому за.пиранию линейного регулирующего элемента при значительных скачкообразных перегрузках и внезапных коротких замыканиях на выходе источника питания, участок 23 - отпиранию линейного регулирующего элемента после окончания действия защит (фиг. 2).

Устройство работает следующим образом.. .

При сравнительно медленном увеличении тока в нагрузке выше устанс вленной величины О-j вплоть до короткого замыкания выходной сигнал датчика 7 тока поступает на устройство 8 линейной защиты, выходной сигнал которого ограничивает проводимость элемента 5, и источник питания пере,ходит в режим стабилизации тока по участку 20. Ввиду незначительного превышения тока короткого замыкания установленной величины 35 бла- , годаря действию устройства 8 линейной защиты мощность на регулирующем элементе 5 незначительно превышает номинальную.

В случае значительного скачкообразного увеличения напряжения на выходе устройства, превышающего по величине рабочее напряжение стабилитрона 12, через последний протекае ток, обуславливающий появление на выходе усилителя 4 сигнала, приводящего к частичному запиранию элемент 5.- ПЬаледующее уменьшение напряжения на -выходе источника питания усиливает действие обратной связи, выходная характеристика источника питания в этом случае имев: вид участка 21 (фиг.2). В-конце лавинообразного процесса выходное напряжение и ток источника питания равны нулю, а к закрытому элементу 5 прикладывается полное выходное напряжение регулятора 11. Так как оно значительно превышает напряжение на элементе 5 в рабочем режиме, устройство 18 закрывает элемент 13 и конденсатор 15 начинает разряжаться через резистор 17 до уровня, равного рабочему напряжению элемента 5, при котором дальнейшее уменьшение напряжения прекращается, ввиду включения регулятора 11. При этом прекращаетоя действие обратной связи через стабилитрон 12, усилитель 4 открывает элемент 5 ,и источник питания переходит в рабочую точку на участке 19 (фиг.2). Аналогично происходит работа устройства в случае значительных скачкообразных перегрузок источника 11итания, вызывающих ркачок напряжения на выходе. В этом случае траектория рабочей точки соответствует участкам 22 и 23 (фиг.2). При снятии перегрузки источник питания автоматически возвращается на участке 19 в рабочий режим Максимальная мощность на элементе 5 выделяется в момент скачка перегрузк короткого замыкания в нагрузке или значительного увеличения напряжения на входе устройства. Бе величина определяется током перегрузки и максимальным напряжением на элементе 5 перед его закрытием, равным напряжению стабилитрона 12. Так как последнее выбирается незначительно превышающим величину напряжения на элементе 5 в рабочем режиме, то пико вая мощность, выделяющаяся на эле- менте 5, незначительно превышает мощность в рабочемрежиме. Длительность ее воздействия пропорциональна быстродействию усилителя 4 и времени выключения элемента 5 и практически не превосходит единиц микросекунд.

Благодаря быстрому запиранию линейного регулирующего элемента как при опасных выбросах входного напряжения, так и при скачкообразных перегрузках и внезапных коротких замыканиях организуется такая защита, которая позволяет снизить до безопасной величины пиковую мощность, выделяющуюся на линейном регулирующем элементе на время отработки импульсного регулятора, чем достигается надежная комплексная защита источника питания при авариях в системе электропитания как со стороны первичного источника, так и со сторотл питаемой радиоэлектронной аппаратуры, вмест.е с тем источник питания обеспечивает защиту нагрузки от перенапряжений даже в случае выхода из строя (пробоя) ключевого регулирующего элемента, имеющего наиболее тяжелый режим работы, что при питании радиоэлектронной ппаратуры часто имеет решающее значение.

/

.г

кз JSvx

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ С КОМПЛЕКСНОЙ ЗАЩИТОЙ, содержащий импульсный регулятор напряжения с соответствующим узлом обрат ной связи и выходной линейный стаби-. лизатор напряжения, вход которого подключен к выходу импульсного регулятора, при этом линейный стабилизатор состоит из последовательного регулирующего элемента, узла защиты от )ЗЙАЙ . г и Г-, -, - 4,г. siiC ТГХЯгЧГГг;д.| перегрузки по току с датчиком тока, включенньал последовательно с yKi aiaHным регулирующим элементом, и усилительного узла обратной связи, выполненного на дифференциальном усилите ле, неинвертирующий вход которого шунтирован диодом и подключен к выходу выходного делителя напряжения, . в цепь которого включен источник опорного напряжения, отличающ и и с я тем, что, с цепью повышения надежности путем снижения мощности рассеяния на регулирующем элементе линейного стабилизатора при больших и быстрых выбросах входного напряжения, в него введен стабилитрон, включенный между инвертирующим входом дифференциального усилителя линейного стабилизатора и выходом : импульсного регулятора, а входы узла обратной связи импульсного регулятора подключены к регулирующему элементу линейного стабилизатора.