Стабилизатор постоянного напряжения с защитой Советский патент 1985 года по МПК G05F1/573 

1 Изо.бретение относится к электротехнике и может быть применено в стабилизированных источниках вторичного электропитания. Известен стабилизатор постоянного напряжения с запятой, содержащий последовательный регулирующий элемент, выполненный на составном транзисторе, включенный между ним и выходным выводом датчик тока и подключенный к нему через элементы смещени транзистор защиты, эмиттер и коллектор которого соединены соответственно с выходным вьшодом Иуправляющим входом регулирующего элемента CU Недостатком данного устройства является нестабильность порога срабатьшания защиты по току, зависящего от температуры и рассеиваемой мощности на регулирукщем элементе, а также от входного напряжения. Наиболее близок к предлагаемому стабилизатор постоянного напряжения с защитой, содержащий последовательный регулирующий элемент, выполненны по схеме составного транзистора на однотипных по проводимости транзисторах 5 коллектор выходного транзистора которого соединен с входным выводом, измерительно-усилительный узел обратной связи, подключенньш входом и выходом относительно общей вшны соответственно к выходному выводу и управлякмцему входу регулирующего элемента, резистивный датчик тока, включенный между эмиттером выходного транзистора регулирующего элемента и выходным выводом, транзис тор защиты, подключенный эмиттером и коллектором соответственно к выходному выводу и к управляющему вход регулирующего элемента, резистор связи, подключенный одним выводом к промежуточному базовому выводу регулирующего элемента, опорный делитель напряжения, состоящий из опорного элемента, резистивного делителя и балластного резистора, при этом опорный элемент включен между эмиттером выходного транзистора регулирующего элемента и одним из выводов балластного резистора, другой вывод которого соединен с общей шиной, резистивный делитель подключен парал лельно опорному элементу, другой вьшод резистора связи подключен к первому среднему выводу резистивного делителя, второй средний вывод кото7рого соединен с базой транзистора защиты C2j. Недостатком известного стабилизатора является низкая стабильность порога срабатывания защиты. При нагреве составного регулирующего транзистора (температура нагрева определяется током нагрузки, напряжением между коллектором и эмиттером составного регулирующего транзистора) напряжение на переходе эмиттер - база уменьшается, что привЪдит к увеличению тока порога срабатывания транзистора защиты. В режиме короткого замыкания по мере нагрева силового регулирующего транзистора уменьшается напряжение на переходе эмиттер - база, что увеличивает токонагрузку в режиме короткого замыкания. Цель изобретения - повьшение стабильности порога срабатывания защиты, повышение стабильности выходного тока в режиме короткого замыкания и обеспечение надежного запуска. Поставленная цель достигается тем, что в стабилизатор постоянного напряжения с защитой, содержащий последовательный регулирующий элемент, выполненный по схеме составного транзистора на однотипных по прово-. димости транзисторах, коллектор выходного транзистора которого соединен с входным выводом, измерительноусилительный узел обратной связи, подключенный относительно общей шины входом и выходом соответственно к выходному выводу и управляющему входу регулирующего элемента,- резистивный датчик тока, включенный между эмиттером выходного транзистора регулирующего элемента и выходным выводом, транзистор защиты, подключенный эмиттером и коллектором соответственно к выходному вьюоду и управляющему входу регулирующего элемента, резистор связи, подключенный одним выводом к промежуточному базовому вьшодурегулирующего элемента, опорный делитель напряжения, состоящий из опорного элемента, резис.тивного делителя и балластного резистора, при этом опорный элемент соединен одним вьюодом с эмиттером выходного транзистора регулирующего элемент,а, другим - с одним из выводов балластного резистора, а резистивный делитель подключен параллельно опорному элементу, введены второй резистор

связи и диод, соединенные одними выводами с другим выводом первого резистора связи, а другими соответственно с базой транзистора защиты и средним выводом резистивного делителя, дополнительный источник напряжения, включенный между другим выводом балластного резистора и общей шиной, и узел включения, состоящий из первого диода, подключенного одним выводом к другому выводу первого резистора связи, конденсатора, включенного между другим выводом указанного диода и общей шиной, и цепи из параллельно соединенных второго диода и резистора, включенной между общей точкой соединения указанного первого диода и конденсатора и управляющим входим регулирующего элемента.

На чертеже представлена принцйпиальная электрическая схема стабилизатора постоянного напряжения с защитой..

К источнику 1 входного напряжения подключен стабилизатор с последовательным регулирую111нм элементом, выполненным по схеме составного транзистора с выходным транзистором 2 и входным транзистором 3, последовательно с которым включен резистивный датчик 4 тока, соединенный с выходным выводом, к которому относительно общей шины подключен вход измерительно-усилительного узла 5 обратной связи и нагрузка 6. Первый резистор 7 связи соединен одним выводом с промежуточным базовым выводом регулирующего элемента. Резистивный делитель выполнен на резисторах 8 и 9 и через балластный резистор 10 и дополнительньй источник 11 напряжения соединен с общей шиной. Транзистор 12 защиты эмиттером соединен с выходным выводом, а коллектором - с управляющим входом регулирующего элемента - баЗОЙ транзистора 3, к которому подключен также вьпсод узла 5. Диод 13 включен между первым резистором связи 7 и средним выводом резистивного делителя на.резисторах 8 и 9. Второй резистор 1А связи включен между базой : транзистора 12 и общей точкой соединения резистора 7 и диода 13, к которой подключен также диод 15 узла включения, состоящего также из конденсатора 16 и параллельной цепи из диода 17 и резистора 18, включенной между общей точкой соединения диода

15 и конденсатора 16 и управляющим входом регулирующего элемента.

Измерительно-усилительный узел обратной СЕЯзи состоит из резистора 19, диодов 20 и 21, делителя выходного напряжения на резисторах 22 и 23,источников 24 и 25 опорногб напряжения и питания усилителя 26.

Опорный делитель напряжения, кроме элементов В - 10, содержит опорньй элемент 27, включенный между балластным резистором 10 и эмиттером выходного транзистора регулирующего элемента, параллёльно опорному элементу 27 подключен резистивный делитель на резисторах 8 и 9.

Устройство работает следующим .образом.

Приподаче напряжения питания поддержание выходного напряжения обеспечивается работой измерительноусилительного узла 5 обратной связи

Защита стабилизатора от перегрузо по току и короткого замыкания обеспечивается ограничением уровня выходного тока с помощью транзистора 12 защиты, который шунтирует составной транзистор при превьш1ении выходньм током заданного значения или при коротком замыкании на выходе. При уст.ранении перегрузки или короткого замыкания транзистор 12 закрывается и действие защиты прекращается.

В режиме перегрузки через транзистор защиты 12 и входную цепь протекает ток, определяемый элементом 19, в качестве которого может быть использован резистор или стабилизатор тока. При переходе в режим перегрузки диод 20 закрывается, цепь отрицательной обратной связи разрывается и усилитель 26 не влияет на работу

устройства в аварийномрежиме, г

Включение опорного нелинейного элемента 27 предотвращает изменение порога срабатывания защиты при изменении выходного напряжения стабилизаторов в широком диапазоне его изменения. При использовании данной схемы в стабилизаторе с фиксированным значением выходного напряжения нелинейный элемент можно исключить. Ток делителя через резисторы 8 и 9 выбирается намного больше тока через резистор 7. При этом значзние сопротивления резистора 8 значительно меньше значения сопротивления резистора 7.

При изменении температуры окружающей среды изменяется как порог отпирания транзистора 12, так и напряжение на диоде 13, законы изменения которых можно обеспечить одинако выми при применении специальных мер, например при использовании транзисторных сборок для реализации данных элемейтов в виде интегральной микросхемы. Это позволяет обеспечить постоянство тока срабатывания защиты от температуры.

При язменении мощности, рассеиваемой транзистором 2, изменяется температура р-п-переходов составного транзистора, а следовательно, и напряжение на переходе база - эмиттер транзистора 2. В предлагаемом устройстве влияние данного дестабилизирующего фактора на значение тока срабатывания защиты меньше, чем в прототипе, так как напряжения на кремниевом диоде 13 и на резисторе 8 при изменении тока первого резистора 7 изменяются незначительно.

В режиме перегрузки транзистор 12 приоткрывается, выходное напряжение резко уменьшается, что приводит к закрьшанию опорного нелинейного элемента 27, уменьшению тока делител на резисторах 8 и 9 и увеличению положительного напряжения на базе транзистора 12. Это приводит к еще большему открьюанию транзистора 12 и уменьшению выходного тока через нагрузку, которое, в свою очередь, приводит к еще большему уменьшению тока делителя на резисторах 8 и 9.

В результате этого (при напряжении дополнительного источника питани равного нулю) диод 13 закрывается, транзистор 12 полностью открывается за счет тока-через резистор 7 и выходной ток стабилизатора становится близким к нулю. .Для обеспечения отпи рания транзистора защиты 12 составной транзистор 2 должен состоять не менее чем из двух транзисторов. Таки образом, в данном режиме устройство имеет триггерные свойства без дополнительных элементов памяти (триггеров, тиристоров), что обеспечивает возможность перехода схемы при отключении нагрузки в рабочий режим работы.

При требовании обеспечения заданного значения тока при коротком замыкании на выходе напряжение дополнительного источника 11 должно быть отрицательным. Изменяя значение напряжения, можно установить значение ток короткого замыкания в требуемом диапазоне.

В данном режиме устройство работает аналогично режиму включения срабатывания защиты, описанному вьш1е Стабильность тока короткого замьжани высока и определяется теми же факторами, что и при срабатывании защиты. Транзистор 12, шунтируя составной транзистор 2 и 3, поддерживает заданный ток короткого замыкания, определяемый напряжением источника 11. Напряжение данного источника определяет ток через резисторы 8 - 10, который в данном режиме меньше тока в рабочем режиме.

При больших напряжениях источника 11 опорный элемент 27 открывается и препятствует увеличению тока через резисторы В и 9.

Для предотвращения перехода стабилизатора в режим огра1|ичения тока при включении в стабилизаторе применена схема кратковременного отключения схемы защиты при включении стабилизатора или при переходе из режима ограничения тока в рабочий режим.

При включении напряжение на конденсаторе 16 равно нулю и он заряжается через диод 15 и резистор 7. Падение напряжения, возникающее на резисторе 7 за счет данного тока, запирает транзистор 12 защиты на время переходных процессов в стабилизаторе. Одновременно ток заряда конденсатора 16 протекает через резистор 18, 3Ha4eHTie которого выбирается на порядок и вьш1е значения резистора 7. По окончании заряда диод 15 закрывается и конденсатор 16 не влияет на работу схемы. Диод 17 предназначен для ускорения разряда конденсатора 16 при перегрузках.

Введенные средства позволяют повысить стабильность порога срабатывания защиты, стабильность выходного тока в режиме короткого замыкания и обеспечить надежный запуск стабилизатора.

СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ЗАЩИТОЙ, содержащий последовательный регулирующий элемент, выполненный по схеме составного транзистора на однотипных по проводимости транзисторах, коллектор выходного транзистора которого соединен с входным выводом, измерительноусилительный узел обратной связи, подключенный относительно общей шины входом и выходом соответственно к выходному выводу и управляющему входу регулирующего элемента, резистивный датчик тока, включенный между эмиттером выходного транзистора регулирукщего элемента и выходным выводом, транзистор защиты, подключенный эмиттером и коллектором соответственно к выходному вьшоду и управляющему входу регулирующего элемента, резистор связи, подключенный одним вьюодом к промежуточному базовому выводу регулирующего элемента, опор|5 / . -, л.„ ный делитель напряжения, состоящий из опорного элемента, резистивного делителя и балластного резистора, при этом опорный элемент соединен . одним выводом с эмиттером выходного транзистора регулирующего элемента, другим - с одним из выводов балластного резистора, а резистивный делитель подключен параллельно опорному элементу, отличающийся тем, что, с целью оовьппения стабильности порога срабатывания защиты, повьш1ения стабильности выходного тока в режиме короткого замыкания и обеспечения надежного запуска стабилизатора, в него введены второй резистор связи и диод, соединенные одними выводами с другим выводом первого резистора связи, а другими соответственно с базой транзистора защиты и средним выводом резистивного делителя, дополнительный источник напряжения, включенный между другим вьшодом балластного резистора и общей щиной, и узел включения, состоящий из первого диода, подключенного одним вьюодом к другому выводу перiBOro резистора связи, конденсатора, включенного между другим выводом указанного диода и общей шиной, и цепя из параллельно соединенных второго диода и резистора, включенной между общей Точкой соединения указанного первого диода и конденсатора и управляющим входом регулирующего элемента.