Стабилизатор постоянного напряжения с самозащитой от перегрузок Советский патент 1985 года по МПК G05F1/569 

1 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве второго источника электроп тания аппаратуры связи и метрологии Цель изобретения - повышение эффективности защиты от перегрузок, а также повышение КПД стабилизатора На чертеже приведена схема стаби лизатора. Стабилизатор содержит регулирующий .элемент 1, включенный в силовую шину, узел 2 обратной связи, подклю ченный выходом к входу управления регулирующего элемента 1 и состоящий из усилителя.3 обратной связи, источника опорного напряжения с элементами 4 и 5 и делителя выходного напряжения с элементами 6 и 7, генератор 8 запускающих импульсов состоящий из однопереходного транзи тора 9, конденсатора 10 и резистора 11 и подключенный выводом эмиттера однопереходного транзистора к коллектору отключающего транзистора 12, транзистор 13 защиты, подключенный эмиттером через разделительный диод 14 к выходной клемме, общей базой через резистор.15 - к эмиттеру отключающего транзистора 12.и.через резистор 16 - к общей шине, датчик 17 тока, включенный между вторым силовым .выводом регулирующего элемента 1 и выходной клеммой. I. Стабилизатор работает следующим образом. При подаче на входные выводы стабилизатора напряжения питания и оно через нагрузк прикладывается к резистивно-емкостной цепи , 10 и 11 генератора 8 импульсов и через резистор 16, открытый транзистор 13 и делитель 6 и 7 напряжения - к промежутку одноперехо ного транзистора 9. При этом выходное напряжение U | отсутствует, а разделительный диод 14 и отключающий транзистор 12 закрыты незна чительным по величине обратным напряжением, возникающим на делителе 6 и 7 и резисторе 16 из-за наличия сопротивления 6-10 кОм промежутка Bj-Bj однопереходного транзистора (это напряжение должно быть недостаточным для отпирания усилителя обратной связи, что легко обеспечивается выбором величины сопротивлений 6, 7 и 16). Конденсатор 10.заря 5« жается от U через резистор 1 1 и нагрузку. Через определенный интервал времени генератор 8 вырабатывает запускающий импульс, разряжая конденсатор 10 (через переход Э-В транзистора 9, нагрузку и открытый транзистор 13) на делитель 6 и 7 выходного напряжения и резистор 16. Этот импульс напряжения прикладывается к диоду 14 и входу (переходу эмиттер-база) транзистора 12 в запирающей полярности, а к входу усилителя обратной связи 3 (через делитель 6 и 7) - в отпирающей полярности, чем обеспечивается запирание диода 14 и транзистора 1.2 (т.е. предотвращает шунтирование генератора 8 цепью нагрузки на этапе запуска) , а с другой стороны, отпирание усилителя обратной связи 3, регулирующего элемента 1 и появление Ugjjijj . Ugy через те же диод 14 и переход база-эмиттер транзистора 12 (воздействуя на них уже в отпирающей полярности) прикладьюается к цепи источника 4 и 5 опорного напряжения, к делителю 6 и 7 выходного напряжения (через открытый транзистор 13) и к цепи из последовательно соединенных резисторов 15 и 16. Транзистор 12 отпирается, шунтируя вход (переход Э-Б) одноперекодного транзистора 9, чем обеспечивается срыв колебаний генератора 8 запускаюищх импульсов при появлении Ug| . На этом этап запуска заканчивается, и стабилизатор переходит в режим нормальной работы. Транзистор 13 защиты нормально будет открыт и насьш1ен за счет протекания через его входную цепь частц тока резистора 16, оставшаяся часть тока которого протекает через резистор 15. Насыщенное состояние транзистора 13 обеспечивается выбором величины сопротивления резистора 15 и датчиIка 17 тока. При возникновении перегрузки на выходе стабилизатора (при уменьшении сопротивления нагрузки) увеличивается ток нагрузки, падение напряжения на датчике 17 тока и ток, протекающий через резистор 15 (веичина напряжения на этом резисторе практически равна сумме напряжений перехода эмиттер-база транзистора 13 и датчика тока, поскольку напряение на переходе база-эмиттер транзистора 12 и разделительном диоде

3.

14.взаимно компенсируют ее), а ток базы транзистора 13 уменьшается настолько, насколько увеличивается ток через резистор 15 (поскольку Ugj, , а следовательно, и ток резистора 16 еще остаются практически неизменными) , При достижении током нагрузки (при. его увеличении в процессе перегрузки) заданной пороговой величины , транзистор 13 переходит из насыщенного состояния в активный режим, что приводит к уменьшению , его коллекторного тока (тока делителя 6 и .7) и далее к прекращению роста входного и выходного токов усилителя 3 обратной связи и тока нагрузки стабилизатора (при этом ток нагрузки ограничивается практически на уровне 1 ) . При дальнейшем уменьшении сопротивления .нагруаки и„, начинает уменьшаться, вызывая

ВЫХ- лг

уменьшение тока через резистор 16, еще более глубокое запирание тран.зистора 13, усилителя 3 и уменьшение тока нагрузки, что вызывает пропор-. циональное уменьшение Ug., тока резистора 16 и дальнейшее запирание транзистора 13. Этот процесс развивается регенеративно и приводит к быстрому и полному запиранию стабилизатора, пропаданию запиранию транзистора 12. Генератор 8 начинает вырабатывать импульсы запуска (длительностью порядка миллисекунд) ,. периодически (с периодом повторения порядка десятых долей секунды и секунд) включающие стабилизатор, - импульсы опроса нагрузки По окончании запускающего импульса сразу же срабатьюает защита и вык98495 .

лючает стабилизатор до появления очередного импульса запуска и т.д. Поскольку скважность импульсов запуска весьма велика (100), средние 5 мощность и ток, потребляемые стабилизатором в аварийном режиме, значительно (как минимум на порядок) меньше мощности и тока, потребляемых им в режиме нормальной работы, чем 10 и определяется эффективность защиты от перегрузок. После устранения или исчезновения перегрузки первый же очередной запускающий импульс вызывает восстановление UBHX )5 ревод стабилизатора в режим нормальной работы.

Для обеспечения высокой эффективности регенеративного В1лключения стабилизатора при перегрузке величина падения напряжения на датчике тока при нормальном токе нагрузки выбирается значительно меньше напряжения (0,6-0,9 В) перехода открытого транзистора 13 защиты и практически 25 равна 0,15-0,2 В, это позволяет минимизировать потери напряжения и мощности на датчике тока, а следовательно, его габариты и вес.

Для повьш1ения КПД стабилизатора 2Q целесообразно увеличивать сопротивление делителя 6 и 7 и резисторов 15 и 16, а следовательно, и междубазовое сопротивление (сопротивление промежутка ) однопереходного . . транзистора 13, величина которого у промышленных транзисторов не превышает 10 кОм). Для этого используется в качестве однопереходного транзистора 9 его двухтранзистор.,. ный аналог.

1. СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С САМОЗАЩИТОЙ ОТ ПЕРЕГРУЗОК, содержащий регулирующий элемент, включенный .силовым выводом к входной клемме, узел обратной связи, подключенньй общим выводом к общей шине и состоящий из источника опорного напряжения, делителя выходного напряжения и усилителя обратной связи, подключенного выходом к входу управления регулирующего элемента, генератор запускающих импульсов, состоящий из однопереходного транзистора, резистора и конденсатора, причем резистор и конденсатор включены последовательно, свободный вывод резистора подключен к входной клемме и к одной из баз однопереходного транзистора, подключенного эмиттером к точке соединения резистора и конденсатора, а свободный вывод конденсатора подключен к выходной клемме, отключающий транзистор, подключенньй. коллектором к эмиттеру однопереходного транзистора, а базой - к второму силовому выводу регулирующего элемента, отлиг4ающийся тем, что, с целью повьппения эффективности защиты от перегрузок, в него введены транзистор защиты, разделительный диод, датчик тока, первый и второй резисторы, причем транзистор защиты подключен эмиттером к другой базе однопереходного транзистора, к входному выводу источника опорного напряжения и через разделительный диод - к выходной « клемме, коллектором - к входному сл выводу делителя выходного напряжения, а базой - к точке соединения первого и второго резисторов, свободньй вывод первого резистора подключен к общей шине, а второго - к эмиттеру отключающего транзистора, подключенного базой к первому выводу датчика тока, второй вывод которого подключен к выходной клемме. со 2. Стабилизатор по п. 1, отли00 4 чающийся тем, что, с целью повышения КПД, генератор запускающих Ф импульсов вьшолнен на двухтранзисторсл ном аналоге однопереходного транзистора, конденсаторе и резисторе.