Стабилизатор напряжения постоянного тока с защитой от коротких замыканий и перегрузок Советский патент 1984 года по МПК G05F1/58 

Изобретение относится к стабилиЗированным источникам питания радио электронной аппаратуры. . Известны стабилизаторы постоянно го напряжения с защитой от перегрузок и коротких замыканий, содержащие блок защить, состоящий из транзисторов защиты и датчика тока нагрузки, в качестве которого исполь-. зуют резистор, включенный последо.вательнос нагрузкой/и регулирующим элементом. Защита ста.билизаторов в них осуществляется следующим образо ТЬк нагрузки создает на датчике тока напряжение, которое прикладывается к базово-эмиттерному переходу первого транзистора з.ащиты. Придостижении порогового УРОВНЯ это напряжение открыв ает первый транзистор защиты/ При этом появ-ляющееся. на его коллекторе напряжение открывает второй транзисторблока зашиты, эмиттером подключенныйк об щей- шине, а- коллектором -, -к базе регулируквдего элементастдбилизатора. Второй транзистор защиты, переходя в режим насыщения, шунтирует базу регулируквдего. элемента,, создавая На ней потенциал, величина которого -близка к нулю. Вследствие этого регулируюкеий -элемент закрывается, ток в нагрузке падает до ну.ля {.в динамике., когда отсутствует отключение стабилизатора., ток в наг рузке поддержи.вается- на уровне тока защиты) tи . . . . .. Недостатком такой защиты стабили заторав напряжения я-вляется нк.зкая н;здежность, поскольку в момент срабатывания защиты, когда напряжение На базе регулирующего- элемента паДает практически до нуля, эмиттерно базовый переход регулируквдего элемента оказывается обра.тно смещенным напряжением на- нагрузке. Это напряжение не может мгновенно измениться до нулевого уровня, а спадае.т по экспоненциальному .закону с постоянной времени, пропорциональной емкости нагрузки и величине ее сопрот ления. При больших емкостях нагрузки к напряжениях на выходе стабилизатора возникает реальная возможность электрического пробоя эмиттер но базового перехода регулирующего элемента и выхода из строя всего стабилизатора. Наиболее близким к изобретению является стабилизатор напряжения постоянногЬ тока с защитой от перегрузок и коротких зa ыкaний, содержащий последовательно включенный в силовую шину регулирукяций элемент, состоящий из силового и согласующего транзисторов, блок защиты, первый вход которого соединен с выходом стабилизирующего элемента, второй вход соединен е коллектором uorласующего транзистора и выходом, ( база которого подключена к усилителя .обратной связи, входы которого подключены чере-з резист-ивный делитель .к выходу и. ирточнику опорного напряжения; В известном ст-абилизаторе датчик тока нагрузки вынесен в управляющую цепь регулкруюмего транзистора,, что исключает его влияние ,на работу сгабилизатора, увеличи.т- КЛД посреднедо, увеличи-. в-ает быстродействие 3ащиты. Примененная в немзащита позволяет при токовых перегрузках или корот.ких залфлкс ниях-.полностью выключать -регулирующий транзистор, резко снижая требования к мощностирассея-ння ст.абил.изатора E2J . Однако этот стабилизатор обладает существенным недо.статком, присущим . и другимста билиз-аторам, имеюцим ангшогичный способ защиты ретулирующего. транзистора. Защита о,т иерегоузок по току и короткого замыкания основана;на шунтировании базы регулиру ющего элелента насыщенным переходом коллектор эмиттер второго транзистора, входящего в блок защиты. В момент перегрузки стабилизатора защита срабатывает таким образом, что- база регули- . руквдего: через- открытый транзистор защиты закорачивается на общую шину. Стабилиз-аторпри этом от нагрузки ,Ц не отключается. Емкость нагрузки C, составлякя ая;, как правило, большую велинину, . остаетсй заряжейнрй продолжит,ельное чрвмя, в qcHOBHOM опреде ляемое постоянной . времени Т К„ CM.. Таким образом, в момент сра.батывания дащиты эмиттерно-базовый переход рег.улярукяцего оказы.ва€тся обр,атно смещенным величиной выходного напряжения .стабили затека ,) через малое сопротивление открытого транзистора защиты. В. этом, случае возможен пробой регулирующего элемента по эмиттерно-базовому - переходу,что и ..наблюдается часто на практике. Целью изобретения является повышение надежности стабилизатора постоянного напряжения путем подного отключения тока базы оогласующего. транзистора в регулирукяцем эле1уЮнте в момент срабатывания защиту. Поставленная цель достигается тем, что в ста билизатор напряжения постоянного тока с. защитой от коротких замыканий и перегрузок,, содержащий последовательно включенный в выходную шину- регулиругаций элемент, состоящий из силового и согласукядего транзисторов, бчок защиты, первый вход которого соединен с выходом стс1билизируквдего элемента, втррой вход соединен с коллектором согласующего транзистора и выходом, база которого подключена к выходу усилителя обратной связи, входы которого подключены через резистивный делитель к выходу и источнику опорного напряжения, введен электронный ключ, первый вход которого подключен к выходу стабилизирующего элемента, второй вход - к выходу блока защиты, а выход - к цепи питания усилителя обратной сзязи.

На чертеже изображена электрическая принципиальная- схема предрагае- . мого стабили затека.

Стабилизатор содержит регулирую- 15 щий-элемент 1, включенный последоВс1тельно в выходную щину и состоящий из силового и согласующего транзисторов 2 и 3 соответственно, усилитель 4 обратной связи, состоящий из 20 onepatwoHHoro у.силителя 5, неинвер- ; тирующий вход которого подключен к резцстивному делителю- 6 выходного напряжения, а инвертируквдий - к источнику 7 опорного напряжения, блок 25 8 защиты, состоящий из резисторного датчика 9 тока, транзисторов Ю и 11 завдаты, делитель напр;яжения на резисторах 12 и 13, стабилизирующий элемент 14, выполненный на транзис- « торе 15 эмиттер которого подключен к датчику 9 тока, подклк ченнс у к коллектору согласующего транзистора ЗВ регулирующем эл.еме:нте, электронный ключ 16, выполненный на ,с транзисторе 17, колле кторно-базовый переход которого зашунтировантоко- . .. ограничительньвл резистором 18, Кол-г лектор транзистора 17:, являкя1№1йся первьвд входом электронного ключа, подключен к эмиттеру транзистора 15, 0 являющемуся выходом стабилизирующего элемента. База транзистора 17, представляющая собой второй вход электронного ключа, соединена с колектором транзистора 11, являюЕф11 «ся 45 вторым входом блока защиты. Эмиттер транзистора 17, представляюпий собой, выход электронного ключа, подключен к цепи питания опергщионно-го усилителя 5, выход которого соединен 50 с базой согласующего транзистора 3.

Работа стабилизатора происходит ледующим образом.;

В ненагруженном состоянии стабй- 55 изатора по цепи, образованной резнсTopcUvDi 9, 12 и 13 протекает ГОК покоя Эо :

т -Цбж -Цбых

° ,,R,3 60

где Wgj - напряжение на входе- резисторной цепи;

бьи- напряжение на выходе стабилизатора.65

Ток о создает напряжение на переходе первого транГзистора 10 защиты, недостаточное для его открывания:

() ru,-Usbu).

В результате этого коллектор первого транзистора 10 защит-ы находится под нулевым потенциалом, который через реэнстор прикладывается к базе второго транзистора 11 защиты, поэтому последний также находится в закрытом состоянии. При этом 1 ранзи.стор 17 электронного ключа открыт, и передаваемое через него напряжение Ugy запиты:вает операционный усили тель 5, который обеспечивает базовый ток согласующего транзистора 3 в регулирующем элементе. В рабочем состоянии стабилизатора коллекторный ток согласующего транзистора 3 i Г) величина которого зависит от тока нагрузки IH -стабилизатора, создает на резисторе 9 дополнительное падение .напряжения и :

UI--D, -RH

.«с.

Bern .

где Ьсгг, - .статический коэффициент

усиления силового транзистора 2.

Таким образом, к переходу эмиттебаза первого транзистора 10 защиты будет приложено суммарное напряжение 2

, . .

транзистор 10 защиты будет закры до тех пор, пока выполняется неравенство ,,

.

где Ujj- напряжение на переходе база-эмиттер откры,того транзистора 10 защиты.

В случае перегрузки стабилизатора или короткого заьшкания на его выходе .ток через согласующий транзистор 3 значительно возрастет. На резисторе 9 возрастет напряжение и , в результате чего 1ранаисторы 10 и 11 защиты откроются. От1фытый транзистор И защиты закорачивает базу транзистора 17 электронного ключа на общую шину. Операционный усилитель 5 обесточится, прекративтем сакым подачу базового тока в согласуйщий транзистор 3, в результате чего последний закроется. Закрытым окажется также силовой транзистор 2. Ток в нагрузке резко упадет до нуля. До нуля упадет также и напряжение на нагрузке-{Ум

Цепь, образованная резисторгил 9, 12 и 13 окажется под входным напряжением . и через нее потечет дополнительный ток, больший, чем ток 7в и ток 4 5 106748 ..J , РЭ Ri2 Зтот ток создаст на резисторах 9 и 12 напряжение .( , приложенное к б азово-эмиттерному переходу транзистора 10 защиты: 1i2 - t-Sx ) +я При расчете стабилизатора величина напряжения Ug выбирается такой, чтобы оно было больше Ua и поДдерживало транзистор 10 защиты в открытом состоянии, При устранении короткого замыка-t5 ния на выходе стабилизатора последний самостоятельно возвращается в рабочее состояние, Предлагаемое схемное решение .защиты стабилизатора от коротких замыканий и токовых перегрузок обеспечивает высокую надежность в его работе за счет полного отключения тока базы согласующего транзистора 3 в момент срабатывания защиты,При этом за счет развязки базовой цепи согласующего транзистора 3 от общей шины устраняется возможность выхода из строя силового транзистора 2, равно как и согласующего транзистора 3 от электрического пробоя обЕ1атным напряжением. Тем самым создаются условия осуществления мягкой защиты стабилизатора, что очень существенно при значительных напряжениях стабилизации t/6x и больших нагрузочных токах.

СТАБИЛИЗАТОР- НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ЗАЩИТОЙ ОТ КОРОТКИХ ЗАМЛКАНИЙ И ПЕРЕГРУЗОК, содержащий последовательно включенный в выходную шину регулирующий элемент, состоящий из силового и согласующего транзисторов, блок защиты. первый вход которого соединен с выходом стабилизирующего элемейта, второй вход.соединен с коллектором согласующего транзистора и выходом, база которого подключена к выходу усилителя обратной связи, входы которого подключены через рёзистивный делитель к выходу и источнику опорного напряжения, отличающий. с я тем, что, с целью повышения, надежности, в него введен электронный ключ, первый которого подключен к выходу стабилизирующего элемента, второй вход - к выходу блока защиты, а выход - к цепи питания усилителя обратной связи. (Л О) --J эо ;о