Стабилизатор напряжения постоянного тока Советский патент 1985 года по МПК G05F1/569 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам питания контрольно-регулировочньк и автоматизированных устройств спеди ального назначения.

В качестве источника питания контрольно-регулировочных устройств может быть применен стабилизатор напряжения с регулирующим транзистором с нагрузкой в цепи коллектора,

содержащий согласующий транзистор, узел обратной связи, генератор импульсов, узел запуска генератора и цепь последовательно соединенных резистора и стабилитрона, подключенную параллельно регулирующему транзистору 1 3.

Недостатками такого стабилизатора при использовании его в контрольно-регулировочных устройствах является низкий КПД, так как стабилизатор при периодическом сбросе нагрузки остается нагруженным на резистор подгрузки (балластный резистор), необходимый для предотвращения срыва стабилизации, а также отсутствие допусковой чувствительности схемы к состоянию нагрузки после ее включения.

Наиболее близким к предлагаемому стабилизированному источнику питания является стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий включенный в одну из силовых шин регулирующий элемент на составном транзисторе, эмиттер которого подсоединен к выводу для подключения положительного вывода основного источника .питания, согласующий блок на транзисторе с проводимостью, противоположной проводимости регулирующего элемента, входом связанньй с управляющей цепью регулирующего элемента, а к его входу подключены выходблока импульсного запуска, питающий вход которого подключе к эмиттеру транзистора регулирующего элемента, выход блока обратной связи, вход которого подключен к выходным выводам, и коллектор отключающего транзистора, эмиттер которого через резистор подключен к отрицательному выводу дополнительного источника питания, положительный вывод которого соединен с отрицательным выводом основного источника, образуя общую шину, регулируемы датчик тока, один из выводов которого подключен к отрицательному выводу дополнительного источника пи- тания, а другой вывод подключен к положительному выводу основного источника питания, триггерный блок , защиты, питающие выводы которого подключены соответственно к положительному и отрицательному выводам основного и дополнительного источников питания, один из входов которого подключен к выходу блока запуска, а выходом- - к базе отключающего транзистора .

Недостатками известного стабилизатора являются отсутствие допусковой чувствительности схемы к состоянию нагрузки, а также низкий КПД из-за необходимости подключения балластного сопротивления для предотвращения срыва стабилизации при сбросе нагрузки.

Цель изобретения - повьщ1ение КПД и обеспечение двухпороговой чувствительности стабилизированного источника питания постоянного напряжения к состоянию н агрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий включенный в одну из силовых шин регулирующий элемент на составном транзисторе, эмиттер которого подсоединен к выводу для подключения положительного вывода основного источника питания, согласующий блок на транзисторе с проводимостью, противоположной проводимости транзистора регулирующего элемента, выходом связанный с управляющей цепью регулирующего элемента, а к его входу подключены выход блока импульсного запуска, питающий вход которого подключен к эмиттеру транзистора регулирующего элемента, выход блока обратной связи, вход которого подключен к выходным выводам, и коллектор отключающего транзистора, эмиттер которого череЗ резистор подключен к отрицательному выводу дополнительного источника питания, положительный вывод которого соединен с отрицательным выводом основного источника питания, образуя общую шину, ре- . гулируемый датчик тока, один вывод . которого подключен к отрицательному выводу дополнительного источника 5 питания, а другой вывод - к положительному BbjBOAy основного источника питания, триггерный блок защиты, питающие выводы которого подключены соответственно к положительному и отрицательному выводам основного и дополнительного источников питания, один из входов которого подключен к выходу блока импульсного запуска, а выход - к базе отключающего транзистора, в него введены токозадаюп;ая цепь, состоящая из последовательно соединенных стабилитрона и резистора, включенных параллельно регулирующему элементу, первый и второй компараторы, причем вход пер вого компаратора: подключен к средней точке управляемого датчика тока а его выход - к одному из входов первого блока совпадения, другой вход которого подключен к выходному выводу источника, а выход блока сов падения соединен с другим входом триггерного блока защиты, второй компаратор, вход которого соединен с выходным выводом, а выход соединен с одним из входов второго блока совпадения, другой его вход соединен с выходом триггерного блока защиты, а выход второго блока совпадения - с входом блока импульсного запуска. На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема стабилизиро ванного источника питания} на фиг.2 зоны разрешающих и запрещающих значений сопротивления нагрузки и соответствующих компараторов, Стабилизированньш источник питания постоянного напряжения содержит токозадающую цепь 1, включенную параллельно регулирующему элементу 2 на составном транзисторе с нагрузкой в цепи коллектора, соединенному с блоком 3 обратной связи через согласующий блок 4, К входу согласующего блока 4 подключен коллектор отключающеготранзисторе 5, база ко торого подключе.на к выходу триггеркого блока 6 защиты, а эмиттер к потенциальному выходу дополнитель ного источника 7 питания, Между отрицательным выводом дополнительного источника 7 питания и положительным выводом основного источника 8 питания включен датчик 9 тока, средняя точка которого подключена к входу первого двухпорогового компаратора 10, Выход первого двухпорогового компар&тора 10 подключен к одному и входов первого блока 11 совпадения, другой вход которого подключен к выходному выводу,, а выход подключен к второму входу триггерного блока 6 запц1ты. Выход триггерного блок.а 6 защиты подключен к одному из входов второго блока 12 совпадения, другой вход которого соединен с выходом второго компаратора 13, а выход с входом блока 14 импульсного за- пуска, выход которого соединен с входом согласующего блока 4 и с первым входом триггерного блока 6 защиты, вход второго двухпорогового компаратора 13 соединен с выходным выводом источника питания. Токозадающая цепь состоит из стабилитрона 15 и резистора 16, Стабилизированньш источник питания постоянного напряжения работает следующим образом. При включении устройства в сеть на выходе триггерного блока 6 защиты устанавливается положительный разрешающий потенциал для второго блока 12 совпадения, который также удерживает отключающий транзистор 5 в открытом состоянии. Источник питания при этом не включается, так как на другой вход первого блока 12 совпадения поступает запрещающий потенциал с выхода второго двухпорогового компаратора 13, и блок импульсного запуска оказывается в отключенном состоянии. Полное входное напряжение основного источника 8 питания оказьгоается приложенным к токозадающей цепи 1, Стабилитрон 15 токозадающей цепи включается, и через нагрузочные цепи течет ток, ограниченный резистором. Напряжение на нагрузке определяется ее состоянием. Пороги срабатывания второго двухпорогового компаратора 13 выставляются таким образом, что при перегрузке или недогрузке (режим х,х,) на его выходе устанавливается потенциал, которьй является запрещающим для второго блока 12 совпадения. При номинальной нагрузке (с учетом допуска) на выходе компаратора 13 устанавливается потенциал, который является разрешающим для первого блока 12 совпадения. При наличии двух разрешающих потенциалов на входах блока 12 совпадения на его выходе появляется разрешающий потенциал, для блока 14 импульсного запуска, который первым же импульсом перебрасывает триггер51

ный блок 6 защиты в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе появляетря запрещающий п-Ьтенциал для блока 12 совпадения и происходит закрывание отключающего транзистора 5. При этом происходит открывание - согласующего блока 4 и запуск стабилизированного источника питания постоянного напряжения в целом. На выходе компаратора 13 появляется запрещающий потенциал для блока 12 совпадения.

Задержка по первому входу блока 12 совпадения вводится на время переходного процесса установления напряжения на нагрузке током токозадающей цепи 1 во избежание ложных включений при недогрузке и повторных включений при срабатывании защиты.

Таким образом, включение устройства возможно только при номинальной нагрузке.

До момента полного включения стабилизированного источника питания постоянного напряжения на один из входов первого блока 11 совпадения поступает запрещающий потенциал, и поэтому первый двухпороговый компаратор 10 на работу устройства не влияет. После ввода устройства в режим стабилизации на одном из входов блока 11 совпадения устанавливается разрешающий потенциал, а на другом входе - потенциал с выхода первого двухпорогового компаратора 10, определяемый состоянием нагрузки. Пороги срабатывания компаратора 10 устанавливаются таким образом, чтобы при перегрузке или недогрузке на его выходе устанавливался разрешающий потенциал на входе блока 11 совпадения. При наличии на обоих входах блока 11 совпадения разрешающих потенциалов на ее выходе появляется сигнал, опрокидывающий триггерньй блок 6 защиты в исходное состояние. Происходит отключение устройства .

Задержка по одному из входов блока 1 1 совпадения вводится на время переходного процесса установления выходного напряжения при запуске устройства во избежание ложных-срабатьшаний триггерного блока 6 защяты.

Напряжение в средней точке датчика 9 тока потребления устанавливает87956

ся при номинальной нагрузке, соответствующей середине допускового поля порогов срабатывания двухпорогового компаратора 10.

5 При колебании напряжения сети в одинаковой пропорции изменяется напряжение источников 7 и 8 питания, что не приводит к изменению напряжения в средней точке управляемого

10 датчика 9 тока, так как он включен меж;1,у разнопотенциальными точками основного и дополнительного источников 8 и 7 питания. При изменении величины нагрузки в выходной цепи

15 стабилизированного источника питания постоянного напряжения изменяется ток нагрузки и, соответственно, ток источника 8 питания, что приводит к изменению падения напряжения на

0 его внутреннем сопротивлении. Это. прив.одит к разбалансу тока через датчик 9 тока, потенциал средней точки которого изменяется по закону изменения тока нагрузки. При недогрузке или перегрузке потенциал датчика 9 тока становится соответственно ниже нижнего или выше верхнего порогов срабатьшания двухпорогоЕого компаратора 10 напряжения и на его

0 выходе появляется разрешающий уровень для блока 11 совпадения. Происходит опрокидывание триггерного блока 6 защиты, который посредством отключающего транзистора 5 произво5 Дит запирание стабилизированного источника питания в целом.

При устранении-дефектанагрузки. стабилизированный источник питания постоянного напряжения автоматически 0 включается аналогично первому включению в сеть.

Время задержки V по первому входу блоков 11 и 12 совпадения выбирается из условия i АЛЯКС1

5 где R - сопротивление токозадающей цепи; Сц.- максимальная емкость нагрузочных цепей.

На фиг.2 приредены зоны разрешающих и запрещающих значений сопротивления нагрузки (5ц ) и соответствующих потенциалов компараторов 10 и 13. Зона 17 соответствует зна-. чениям сопротивления нагрузки (Кн) при которых компаратор 13 дает разрешение на включение стабилизированного источника питания постоянного напряжения. Кривая 18 показывает форму нарастания выходного напряжения 711 (и„) при значении Кн , близком к номинальному (R ). Компаратор 10 при этих значениях К имеет запрещающий потенциал и на работу схемы не влияет. Если с течением времени значение ц выйдет за пределы зоны 17 (в зо.ну 19 или в зону 20), то на выходе компаратора 10 появится разрешающий потенциал, который через блок 11 совпадения и триггерный блок 6 защиты производит отключение стабилизированного источника питания постоянного напряжения. При этом на выходе компаратора 13 устанавливается потенциал, запрещающий включение сх ,мы. Кривые 21 и 22 показывают фор- му нарастания выходного напряжения при меньших и больших допустимых значениях соответственно, i V время задержки для входов блоков 11 и 12 совпадения. Наличие в стабилизированном источнике питания постоянного напряже ния системы, следящей за состоянием нагрузки, позволяет избежать токовых перегрузок устройства при заниженных значениях сопротивления нагрузки, а также перегрузки по напряжению подключаемых устройств в случае недогрузки, когда режим стабилизации устройства нарушается. Б случае использования предлагаемого устройства в контрольно-регулировочной аппаратуре в качестве источника питания проверяемых узлов, где состояние нагрузки неопределенно, а также производится ее периодический сброс, повьш1ается КПД системы, так как включение стабилизированного источника питания постоянного напряжения производится только при подключении узлов с но,минальной нагрузкой. При наличии неисправности в цепях нагрузки, а также во время вынужденного простоя при смене проверяемых узлов устройство отключается и не потребляет злектроэнергию.

S1

-/

СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий включенньй в одну из силовых шин регулирующий элемент на составном транзисторе, эмиттер которого подсоединен к выводу для подключения положительного вывода основного источника питания, согласующий блок на транзисторе с проводимостью, противоположной проводимости транзистора регулирующего элемента, вьгходом связанный с управляющей цепью регулирующего элемента, а к его входу подключены выход .блока импульсного запуска, питающий вход которого подключен к эмиттеру транзистора регулирующего элемента, выход блока обратной связи, вход которого подключен к выходным выводам, и коллектор отключающего транзистора, эмиттер которого через резистор подключен к отрицательному выводу дополнительного источника питания, положительный вывод которого соединен с отрицательным выводом основного источника питания, образуя общую щину, регулируемый датчик тока, один вьгоод которого подключен к отрицательному выводу дополнительного источника питания, а другой вывод - кположительному выводу основного источника питания, триггерный блок защиты, питающие выводы которого подключены соответственно к положительному и отрицательному выводам основного и дополнительного источников питания, один из входов которого подключен к выходу блока импульсного запуска, а выход - к базе орслючаютцего транзистора, о тли чающийся тем, что, с целью повьщ ения КПД и обеспечения двухпороговой чувствиi тельности источника к состоянию нагрузки, в него введены токозадающая СО цепь, состоящая из последовательно соединенных стабилитрона и резистора, включенных параллельно регулирующему элементу, первый и второй компараторы, причем вход первого компаратора подклю1чен к средней точке управляемого датчика тока, а его 00 выход - к одному из входов первого эо блока совпадения другой вход йрторого подключен к выходному выводу ;О источника, а выход блока совпадения сд соединен с другим входом триггерного блока защиты, компаратор, вход которого соединен с выходным выводом, а выход соединен с одним из входов второго блока совпадения, другой его вход соединен с выходом триггерного блока защиты, а выход второго блока совпадения - с входом блока импульсного запуска.

а

И

и

KH.MQKC.

н. ном.

H.til/H

Фиг.2 .