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

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам преобразования постоянного тока в постоянный.

Целью изобретения является повышение надежности защиты при коротком замыкании и перегрузках по току на выходе при работе с любой нагрузкой и регулируемом стабилизированном напряжении..

На чертеже представлена схема стабилизатора постоянного напряжения .

Стабилизатор постоянного напряжения содержит регулирующий элемент 1, усилитель 2 постоянного тока, нормально замкнутый диод 3, ускоряющий конденсатор 4, нормально замкнутьй диод 5, нелинейньш элемен 6, резистор 7 обратной связи, стабилитроны 8 и 9, диоды 10 и 11, резистивные делители 12 и 13, конденсатор 14, включенный между средней точкой резистивного делителя 12 и 13 и общей шиной питания, и потенциометр 15, включенный между шинами стабилизированного напряжения .

Стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом.

В момент подачи напряжения питания на стабилизатор на его выходе стабилизированное напряжение равно нулю, и, следовательно, напряжение на конденсаторах 4, 14 и 16 также равно нулю. Однако напряжение питания на усилитель 2 постоянного тока подается. Величина его определяется падением напряжения на стабилитронах 8 и 9. Диоды 3, 10 и 11 закрываются, и на вход усилителя 2 постоянного тока поступает напряжение, .равное нулю. Через нелинейный элемент 6 начинается заряд конденсатора 4 до величины потенциала, достаточного для открьггия диода 3. На неинвертирующий вход усилителя 2 постоянного тока со стабилитрона 9 поступает напряжение, величина которого определяется падением напряжения на открывшемся диоде 5. При этом на выходе усилителя 2 постоянного тока получим усиленную положительную разность напряжений, поданных на входы усилителя 2 постоянного тока. Этот потенциал по дается на базу составного транзистора регулирующего элемента 1, в результате чего последний открыт.

По мере заряда конденсатора 16. нагрузки происходит увеличение напряжения на неинвертирующем входе усилителя 2 постоянного тока до тех пор, пока напряжение на выходе стабилизатора не станет равным напряжению, подающему на стабилитроне 9. На инвертирующем входе также возрастает напряжение, которое поступает с выхода стабилизатора через делитель напряжения на потенциометре 15. Так как напряжение на неинвертирующем входе возрастает быстрее, чем на инвертирующем, то в начальный момент стабилизатор через конденсатор 4 и открытьй диод охвачен положительной обратной связ Это приводит к тому, что на выходе усилителя 2 постоянного тока максимальное положительное напряжение, которое и позволяет через регулирующий элемент 1 быстро зарядить конденсатор 16. При этом закрывается диод 5, и цепь положительной обратной связи отключается, а дальнейшее увеличение напряжения на конденсаторе 16 нагрузки определяется только разницей Ь1ежду задаваемой величиной напряжения на стабилитроне 9 и напряжением,, снимаемым через диод 10 с делителя на потенциометре 15. При равенстве этих напряжений стабилизатор работает в режиме стабилизации. Так как постоянная времени заряда конденсатора 14 через резист 12 и 13 больше постоянной времени заряда конденсатора 16 нагрузки, то диод 11 при подключении питания к стабилизатору закрывается, и цепь делителей на резисторах 12 и 13 участия в работе стабилизатора не принимае После выхода на режим стабилизации конденсатор 16 нагрузки находится под высоким напряжением, а ускоряющи конденсатор 4 заряжаются через нелинейный элемент 6 до напряжения, равного разности .напряжений выходного и опорного со стабилитрона 9. Диоды 3 и 5 находятся в закрытом состоянии, так как напряжение на выходе стабилизатора больше опорного Диод 11 закрыт, так как напряжение с делителя на потендаометре 15 больше напряжения на конденсаторе 14 с делителя на резисторах 12 и 13.

В случае возникновения на выходной шине возмущения по напряжению, последнее подается через ускоряющий конденсатор 4 на нелинейный элемент 3114 6. И если величина этого возмущения достаточна для того, чтобы протекающий через нелинейный элемент 6 ток переза:ряда ускоряющего конденсатора 4обеспечил падение напряжения до величины, кotopaя откроет диод 5, на резисторе 7 падает напряжение, которое плюсом приложено к источнику опорного напряжения - стабилитрону 9, а минусом - к неинвертирующему входу усилителя 2 постоянного тока, В результате этого на его выходе напряжение уменьшается, что, в свою очередь, уменьшает напряжение на эмиттере составного транзистора регу 1лирующего элемента 1. Это уменьшение опять передается через ускоряющий ко денсатор 4 и диод 5 на неинвертируюгций вход усилителя 2 постоянного тока и т.д. Вызванньш таким образом лавинообразный процесс приводит к закрытию регулирующего элемента t. По мере разряда ускоряющего конденса тора 4 через резистор 7 и диоды 5и 3 потенциал на выходе стабилизатора становится ниже, чем опорное напряжение, в результате чего открывается диод 3, и к неинвертирующему входу усилителя 2 постоянного тока оказывается приложенным положительной полярностью напряжение, подающее на диодах 3 и 5 за счет тока стабилитрона 8. Так как это напряжение ниже напряжения, поступающего с дели теля на резисторах 12 и 13 через диод 11 на инвертирующий вход усилителя 2 постоянного тока, на его выходе низкий потенциал, и составной трензистор 1 останется закрытьм. Для ввода стабилизатора в действие необходимо произвести его повторное включение. К срабатьшанию защиты приводят возмущения отрицательной полярности, которые имеют место в случае короткого замыкания. Для обеспечения защиты от перегрузок по току необходимо, чтобы постоянная времени заряда конденсатора 4, определяемая величиной емкости конденсатора 4 и сопротивлением нелинейного элемента 6, в момент подачи напряжения питания на стабилизатор была значительно меньше постоянной времени разряда этих же элементов в момент срабатывания защиты. Элементом, обеспечивающим выполнение такого условия, может быть, например, диод, анод которого подключён к конденсатору 4, а катод - к аноду стабилитрона 8. Тогда в момент подачи напряжения питания на стабилизатор заряд конденсатора 4 будет проходить через открытый диод 6,когда его сопротивление минимально. При уменьшении выходного напряжения, хотя и медленно, диод 6 закрывается, и его сопротивление становится максимальным, открывается диод 5, и изменение выходного напряжения передается на инвертирующий вход усилителя 2 постоянного тока, что приводит к срабатыванию защиты. t Величина броска тока при коротком замыкании на выходе определяется уровнем открытия диода 5 и величиной сопротивления :нелинейного1 элемента 6 и не зависит от величины выходного напряжения, в то время как в известном устройстве срабатывание защиты происходит при уменьшении выходного напряжения до уровня, меньшего опорного, т.е. чем выше выходное напряжение, тем больше время срабатывания защиты, а значит, и . больше вероятность теплового пробоя регулирующего элемента.

SK5 и

.

&

Х1Щ

5

.5

у

СТАБИЛИЗАТОР ПССТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержа1щй регулирующий элемент, включенный последовательно в силовую шину,; к управляющей цепи которого подключен выход усилителя постоянного тока, диоды, катод первого диода подключен к выходному выводу, анод второго диода подключен к средней точке потенциометра, включенного параллельно выходным выводам, анод третьего диода подключен к средней точке резистивного делителя входного напряжения, катоды второго и третьего диодов подключены к неинвертирую щему входу усилителя постоянного тока, источник опорного напряжения, подключенный к общей шине, конденсатор, включенньй между средней точкой делителя входного напряжения и общей шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности защиты при коротком замыкании и перегрузках по току на выходе при работе с любой нагрузкой и регулируемом стабилизированном напряжении, в него введены конденсатор, четвертый диод, резистор и нелинейный злемент, причем i один вывод конденсатора соединен с выходным выводом, а другой его (Л вывод - с одним из выводов нелинейного элемента, анодом первого диода и катодом четвертого диода, анод которого и неинвертирующий вход усилителя постоянного тока соединены с одним из выводов резистора, другие выводы нелинейного элемента и резистора подключены к источнику опорного напряжения.