Компенсационный стабилизатор напряжения с защитой Советский патент 1986 года по МПК G05F1/569 

вается неизменность порога срабатывания защиты от перегрузки по току при регулировании г выходного напряжения и уменьшение тока короткого замыкания. Поставленная задача в стабилизаторе напряжения решается использованием сдвоенного резистора (13 и 10), переменные сопротивления которого регулируют входные напряжения операционных усилителей узла 12 защиты и усилителя 14 обратной связи. Кроме того, для одновременного регулирова73901

ния входного напряжения операционных усилителей узла 12 защиты и усилителя 14 обратной связи используется в делителе 3 выходного напряжения один общий переменный резистор. При регулировании выходного напряжения ток короткого замыкания остается постоян ным, а по величине всегда меньше,

. чем ток срабатывания защиты. Ток короткого замыкания может быть задан любой сколь угодно малой величины. 3 3.и. ф-лы, 6 ил.

Компенсационньш стабилизатор напряжения с защитой относится к вторичным источникам питания и может быть использован при создании блоков питания радиоэлектронной аппаратуры, Цель - исключение зависимости тока короткого замыкания от высокого напряжения при его регулировании в широком диапазоне. В устройстве обеспечиСО Фиг.1

Изобретение относится к электротехнике и молсет быть использовано при проектировании блоков питания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - исключение зависимости тока короткого замыкания от выходного напряжения при его регу лировании в широком диапазоне. На фиг.1 - 3 представлена схема компенсационного стабилизатора напря женин с защитой; на фиг.4-6 - диаг.раммы, поясняющие его работу. Компенсационный стабилизатор напряжения с защитой содержит последова тельньш регулирующий транзистор 1, согласующий транзистор 2, делитель 3 выходного напряжения, первый источни 4 постоянного опорного напряжения, датчик 5 тока, согласующий транзисто 6, операционный усилитель 7, второй источник 8 опорного напряжения, операционный усилитель 9, первое регули руемое сопротивление сдвоенного рези стора 10, резистор 11, операционный усилитель 12, второе регулируемое сопротивление сдвоенного резистора 13, операционньш усилитель 14, резис тор 15, резистор 16, операционньш усилитель 17, резистор 18 (фиг.1), Стабилизатор дополнительно содержит диод 19, резисторы 20 и 21, второй делитель 22 напряжения, резисторы 23-25 (фиг.З и 4). До момента срабатывания узла защиты стабилизатор находится в режиме стабилизации выходного напряжения, при этом защитньш транзистор 6 запер напряжением с выхода операционногр усилителя 7. Условием режима стабили.зации является следующее равенство: р , где К - коэффициент деления делителя 3 обратной связи; Ug, - напряжение источника 4 постоянного опорного напряжения 4; - - коэффициент передачи опера ционного усилителя 9. При возрастании тока нагрузки возрастает падение напряжения на датчике 5 тока, при этом меняется напряжение и на выходе дополнительного операционного усилителя 14, При достижении напряжения U величины U (напряжения дополнительного источника 8 опорного напряжения)напряжение на выходе операционного усилителя 7 меняет знак на противоположный и открывает защитный транзистор 6, Последний начинает шунтировать база-эмиттерный переход регулирующего транзистора 1, что приводит к уменьщению выходного тока и напряжения, соответственно U --|-iL.i R ,,,,. К( К„ Условие работы узла защиты U учетом знака Uoj, запишется .,i . Z/ D к,з в режиме стабилизации III /-&J5,i- .R 5l5.&J.°. IT /UonW-R|g , Kj j и„„,. В случае равенства величин сопротивлений резисторов 10 и 13 ,з, что обеспечивает сдвоенный резистор: /и .-i , R - 5l5.T /Uonz/ R,, Ч 5 p.. ОП( . Тогда ток срабатывания равен и / .и /иоп2/ R,, Ч R5 И не зависит от величи-ны выходного напряжения. В случае короткого замыкания 11, 0, тогда ток короткого замыкания ра вен постоянен, не зависит от выходного напряжения и не имеет ограничений по своей величине, при этом . Соответственно в режиме работы узла защиты обеспечивается при изменении нагрузки вплоть до короткого замыкания уменьшение тока и выходног напряжения в соответствии с приведен ными на фиг.4 нагрузочными характеристиками, постоянный ток срабатывания узла защиты во всем диапазоне из менения выходного напряжения и посто янный малый ток короткого замыкания При наличии дополнительных элемен тов и других связей между ними согла сно фиг.2 работа компенсационного стабилизатора с защитой осуществляет ся следующим образом. До момента срабатывания узла защи ты стабилизатор находится в режиме стабилизации выходного напряжения и описывается равенством Ueb, 2() где коэффициент деления делител 3 обратной связи; Uj - напряжение на выходе регули руемого источника напряжени (выход операционного усилителя 17). При этом защитный транзистор 6 за перт напряжением операционного усили теля 7, а согласующий транзистор 2 находится в активном режиме за счет напряжения на выходе операционного усилителя 17. За счет диода 19 цепь обратной связи разомкнута и не. оказывает влияния на работу операционного усилителя 17. При росте тока нагрузки возрастает падение напряжения на датчике 5 тока, соответственно возраста.ет напряжение на нейнвертирующем входе операционного усилителя 7 и по достижении величины напряжения U, (напряжения Иа инвертирующем входе) напряжение на вькоде операционного усилителя 7 меняет знак на противоположный, что приводит к открыванию защитного транзистора 6, который начинает шунтировать база-эмиттерный переход регулирукнцего транзистора 1, это приводит к уменьшению выходного напряжения и тока. При этом напряжение на выходе операционного усилителя 17 меняет знак на противоположный, запирает согласующий транзистор 2, а через открывшийся диод 19 замыкает цепь о6 ратной связи и операционный усилитель переходит в режим работы с коэффициентом усиления, определяемым соотношением сопротивления обратной связи и сопротивления входного резистора 21. Напряжение на выходе операционного усилителя определяется величиной напряжения, снимаемого с делителя обратной связи. Таким образом, режим работы стабилизатора определяется величиной тока нагрузки и величиной выходного напряжения. Условное срабатывание защиты равно К, 1н-К,и, где 1нК падение напряжения на датчике 5 тока; Rj коэффициент деления делителя 22; Uj - напряжение на инвертирующем входе . операционного усилителя 7. При этом в общем случае U,Rj-U{,n,j , где Цз - напряжение на аноде диода 19, о В режиме стабилизации напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя 17 равно 0. Следовательно, для момента сраба- тывания можем записать R,-i, R,R2 Uon ; При этом ipp (ток срабатывания) не зависит от выходного напряжения. В режиме работы узла защиты U равно - ,(i-R4),,., . коэффициент передачи опера ционного усилителя 17; сопротивление цепи обратн связи операционного усили теля 17; --коэффициент передачи (без RA учета знака) операционног усилителя 9; Кд - величина полного входного сопротивления, состоящего из резисторов ТО и 11, Условие работы стабш шзатора в /режиме перегрузки запишется следующ образом: R..i«.R,R,.U,,-R,|j |j--Uo, () . Ток короткого замыкания при уело Ueb,rO к,.-и„„, -R3R-;j-:t;;-Uoni d-R) j -------------- t R,- R, Изменяющимися величинами, завися щими от , являются Rд и Rg. Если обеспечивается применени сдвоенного резистора, i равен R,i 7 ОП2 () K.liV Р оiV Kg И не зависит от выходного напряжения При этом i.:icp и должно быть тогда2 оп-R l j-Uoni (1-R4)0; Um.|3.(,), RZ Rn В пренебрежении членами второго порядка и on г, Uoni RZ Учитывая равенство, получим для R .R.5l«-.u R, Rn № l - л, лп Соответственно, узел защиты обеспечивает .при изменении сопротивления нагрузки вплоть до короткого замыкания уменьшение выходного напряжения и тока в соответствии с нагрузочными характер,истиками, приведенными на фиг.5, при постоянном токе срабатывания и постоянном.малом токе короткого замыкания во всем диапазоне изменения выходного напряжения, а при снятии аварийной нагрузки - возвраще ние стабилизатора в исходное состояние. При наличии дополнительного резистора и других связей между элементами схемы согласно фиг.З работа компенсационного стабилизатора постоянного напряжения с защитой осуществляется следующим образом, В режиме стабилизации выходного напряжения до момента срабатывания узла защиты защитный транзистор 6 заперт выходным напряжением операционного усилителя 7, при этом узел защиты не указывает влияния на работу стабилизатора. Напряжение на выходе стабилизатора ых Рави° UB, , где Unn, - напряжение источника 4 опорного напряжения. При этом напряжение U, на выходе дополнительного операционного усилителя 12 равно IT - р. IT - 519. D R« в-ь R,, где Rj - падение напряжения на датчике 5 тока. Причем в режиме стабилизации выходного напряжения на изменение величины и, влияет только изменение величины падения напряжения на датчике 5 тока. При дальнейшем росте величины падения напряжения на датчик 5 тока происходит уменьшение напряжения U,, которое при достижении U (напряжения дополнительного источника 8 опорного напряжения)переводит узел защиты в рабочее состояние. При этом напряжение на выходе операционного усилителя 7 меняет знак на противоположный и открывает защитный транзистор 6, который начинает шунтировать база-эмиттерный переход регулирующего транзистора 1, уменьшая величину выходного напряжения и тока. Условие работы узла защиты равно U(Uon2 ) Д оп2 напряжение дополнительного источника 8 опорного напряжения , iq.,R.tT - 5io.i р и ,x- глt -afciV л-ь с-п С учетом знака UB, равно /IT . .-D Ro р .n опг/- 1ц 5- R. вых тогда ток срабатывания узла защиты К,г и не зависит от величины выходного напряжения. Ток короткого замыкания i K.J- при 0 равен R Кц При этом ij;i, остается постоянным, и не зависит от выходного напряжения и по величине меньше, чем ток срабатывания icp (i,(.). На ток короткого замыкания не накладывается ника ких ограничений и он может быть любой сколь угодно малой величины. Формула изобретен ия 1,Копенсационный стабилизатор напряжения с защитой, содержащий ре гулирующий транзистор, подключенньй силовым входом к входной клемме, силовым выходом через датчик тока - к выход ной клемме, а базой- к коллекторам дву согласующих транзисторов, подключенных эмиттерами к выходной клемме, а базами раздельно - к выходу узла обратной связд и выходу узла запщты, резистивный делитель выходного напря жения, включенный между выходной клеммой и общей шиной и связанный вы ходом с входом узла обратной связи, отличающийся тем, что, с целью исключения зависимости тока короткого замыкания от выходного нап ряжения при его регулировании в широком диапазоне, вход узла связан с выходом резистивного делите ля выходного напряжения. 2.Стабилизатор по п.1, отличающийся тем, что узел обратной связи выполнен на двух операцион ных усилителях, первом источнике опо рного напряжения, первом регулируемом сопротивлении сдвоенного резисто ра и резисторах, узел защиты - на трех операционных усилителях, втором источнике опорного напряжения, второ регулируемом сопротивлении сдвоенного резистора, резисторах, причем пер вый вход первого операционного усили 01 теля узла обратной связи является входом этого узла, а второй вход подключен к выходу второго операционного усилителя узла обратной связи ,и к первому выводу первого регулируемого сопротивления сдвоенного резистора, подключенного вторым выводом к инвертирующему входу второго операционного усилителя узла обратной связи и через резистор - к первому выводу первого источника опорного напряжения, подключенного вторым выводом к выходной клемме и к неинвертирующему входу второго операционного усилителя узла обратной связи, неинвертирующий вход первого операционного усилителя узла згициты является входом этого узла, а инвертирующий вход и выход подключены к первому вьшоду второго регулируемого сопротивления сдвоенного резистора, подключенного вторым выводом к неин§ертирующему входу второго операционного усилителя узла защиты, через резисторы к силовому выходу регулирующего транзистора и к объединенным выходу и входу первого и третьего операционных усилителей узла защиты, второй вход третьего операционного усилителя подключен к первому выводу второго источника опорного напряжения, родключенного вторым выводом к выходной клемме и к неинвертирующему входу второго операционного усилителя узла защиты, а выход третьего операционного усилителя узла защиты является выходом этого узла. 3. Ста&илизатор попп. 1и2,о т л и чающийся тем, что в узле обратной связи содержатся два операционных усилителя и диод, а в узле защиты - один операдаонный усилитель, причем первый операционный усилитель узла обратной связи неинвертирующим входом подключен к выходной клемме и к первому выводу первого источника опорного напряжения,подключенного вторым выводомчерез резистор к первому выводу первого регулирующего сопрртивления сдвоенного резистора, подключенного вторым выводом к инвертирующему входу первого операционного усилителя узла обратной связи, а через резистор - к его выходу и первому выводу резистивного делителя напряжения, подключенного вторым выводом к общей шине, а средним через резистор - к инвертирующему входу второго операционного усилителя узла обратной связи, подключенного неинвертирующим входом к выходной клемме, а выходом, являющимся выходом узла обратной связи, - к первому выводу диода, подклюценного вторым выводом к первому выводу второго регулируемого сопротивления сдвоенного ре.зистора и через резистор - к выходной клемме, второй вьшод второго регулируемого сопротивления сдвоенного резистора через резистор подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя узла обратной связи, второй вьшод диода через резистор подключен к инвертирующему входу операционного усилителя узла защиты, являющемуся входом этого узла, второй источник опорного напряжения первым выводом подключен к выходной клемме, а вторым через резистор - к входу узла защиты подключенного через резистор к выходной клемме, операционный усилитель узла защиты неинвертирующим входом через резистор подключен к выходной клемме и силовому выходу регулирующего транзистора, а его выход является выходом узла защиты.

х

tJ

sV

т

iPue.s

.f

%/

-cz

т

s

I/5

ss

-Oi

i/

3

U