Стабилизированный источник питания Советский патент 1987 года по МПК G05F1/585 G05F1/569 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве двухполярного стабилизированного источника постоянного напряжения в различной радиотехнической аппаратуре,

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повьппение надежности.

На чертеже представлена злектри- ческая схема стабилизированного источника питания.

Стабилизированный источник питания

содержит силовой трансформатор 1, вы- 15 ра 5 подключен один вход второго резистивного сумматора 24, другой вход которого подключен к клемме 22 выходного напряжения отрицательной полярности, выход которого.подключен к неду положительным и отрицательным вы- 20 инвертирующему входу первого компараходная обмотка которого имеет среднюю точку, а выходы обмотки соединены с входами выпрямительного моста 2, выполненного на четьфех диодах, межходами которого и средней точкой выходной обмотки силового трансформатора включены конденсаторы 3 и 4,,при- чем положительный выход выпрямителя соединен с коллектором составного транзистора 5 п-рг-п-типа проводимости, эмиттер которого соединен через датчик 6 тока с источником 7 опорного напряжения, с делителем 8 напряжения, с конденсатором 9 фильтра выходного напряжения, с одним из входов резистивного сумматора 10 разнополярных напряжений 10 и с клеммой 11 выходного напряжения положительной полярности.

Выход источника 7 опорного напряжения соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя 12, инвертирующий вход которого соединен с выходом делителя 8 напряжения, а выход операционного усилителя 12 через резистор 13 соединен с базой составного транзистора 5, а через стабилизатор 14 тока - с положительньгм выходом выпрямительного моста 2,, с конденсатором 15, отрицательный вход которого соединен со средней точкой выходной обмотки силового трансформатора 1.

Выход первого резистинного сумматора 10 разнополярных напряжений соединен с инвертирующим повторителем 16 напряжения, выход которого через резистор 17 соединен с базой составного

тора 25, выход которого через резистор 26 соединен с первым входом элемента ЗИЛИ 27, выход которого соединен с базой транзистора 28 п-р-п-тип 25 проводимости, коллектор которого сое динен с базой составного транзистора 5, а эмиттер через резистор 29 - со средней точкой выходной обмотки сило вого трансформатора 1, 30 Третий резистивный сумматор 30 - разнополярных напряжений подключен одним входом к эмиттеру составного транзистора 18, вторым входом - к клемме 11 выходного напряжения поло- 35 жительной полярности, а выходом - к инвертирующему входу второго компаратора 31, выход которого через резистор 32 соединен с вторым входом элемента ЗИЛИ 27, третий вход которого соединен с управляющей клеммой 33 и является .управляющим входом. На выходе выпрямительного моста 2 включен источник 34 стабилизированного двухполярного напряжения.

Стабилизаторы 14 и 19 тока выполнены на полевых транзисторах спи р-каналами. Стабилизаторы тока на полевых транзисторах выполнены по схеме без вспомогательного напряжения. Входом стабилизаторов тока яв40

45

50

ляется исток транзисторов, а выходом - затвор данных транзисторов, ко торый соединен с истоком через резистор . Характеристика стабилизатор

транзистора 18 р-п-р-типа проводимое- 55 приближается к идеальной, т.е.

ти посредством стабилизатора 19 тока, с отрицательным выходом выпрямительного моста 2 и с конденсатором 20, отрицательный вход которого соединен

сопротивление стабилизатора тока бес конечно, а выходной исток - величина постоянная при беспредельном увеличении сопротивления резистора, вклю

со средней точкой выходной обмотки силового трансформатора 1.

Эмиттер составного транзистора 18 через датчик 21 тока соединен с мой 22 выходного напряжения отрицательной полярности, с конденсатором 23 фильтра выходного напряжения, второй вход которого соединен со средней точкой выходной обмотки силового трансформатора 1, и с другим входом первого резистивного сумматора 10 разнополярных напряжений.

К эмиттеру составного транзистотора 25, выход которого через резистор 26 соединен с первым входом элеента ЗИЛИ 27, выход которого соединен с базой транзистора 28 п-р-п-типа проводимости, коллектор которого соеинен с базой составного транзистора 5, а эмиттер через резистор 29 - со средней точкой выходной обмотки силового трансформатора 1, Третий резистивный сумматор 30 - разнополярных напряжений подключен одним входом к эмиттеру составного транзистора 18, вторым входом - к клемме 11 выходного напряжения поло- жительной полярности, а выходом - к инвертирующему входу второго компаратора 31, выход которого через резистор 32 соединен с вторым входом элемента ЗИЛИ 27, третий вход которого соединен с управляющей клеммой 33 и является .управляющим входом. На выходе выпрямительного моста 2 включен источник 34 стабилизированного двухполярного напряжения.

Стабилизаторы 14 и 19 тока выполнены на полевых транзисторах спи р-каналами. Стабилизаторы тока на полевых транзисторах выполнены по схеме без вспомогательного напряжения. Входом стабилизаторов тока яв

ляется исток транзисторов, а выходом - затвор данных транзисторов, который соединен с истоком через резистор . Характеристика стабилизаторов

приближается к идеальной, т.е.

сопротивление стабилизатора тока бесконечно, а выходной исток - величина постоянная при беспредельном увеличении сопротивления резистора, вклю

ченного между истоком и затвором полевого транзистора. Применение полевых транзисторов спи р-канапами обусловлено разными знаками постоянного напряжения в соответствующих местах применения.

Резистивные датчики 6 и 21 тока представляют собой резисторы с сопротивлением, близким к нулю. При прохождении тока через резистор на входе резистора напряжение больше чем на выходе. По разнице напряжений можно определить ток в нагрузке.

Резистивные сумматоры 10, 24 и 30 разнополярных напряжений представляют собой делители напряжения, состоящие из последовательно соединенных двух резисторов, выходами сумматоров являются точки соединения резисторов, при этом напряжение точек равно

UB (1 + и,) + (-up.

(1) где Ug - напряжение на выходе сумма(+и,)и

С-ир Topaj

напряжения на первом и втором входах соответственно относительно общей шины.

Если в выражении (1) напряжение положительной полярности относительн общей шины, образованной средней точкой выходной обмотки силового трансформатора 1, конденсаторами 3 и 4, больше по величине напряжения отрицательной полярности, на выходе сумматора - напряжение положительное и наоборот.

Инвертирующий повторитель 16 напряжения повторяет (по величине) напряжения на выходе операционного усилителя 12, собран на операционном усилителе, неинвертирующий вход которого через резистор соединен с общей точкой стабилизированного источника напряжения, и по принципу работы представляет собой компаратор, который выполняет роль инвертирующего . повторителя.

Компараторы 25 и 31 вьтолнены на операционных усилителях, инвертирующий и неинвертирующий входы которых через резисторы соединены с общей шиной.

Элемент ЗИЛИ 27 представляет собо совокупность трех диодов, катоды которых объединены и являются выходом элемента, а аноды являются его входами.

10

20

15

25

30

35

40

gg

343406

Стаби-чизированный источник напряжения работает следующим образом.

При нормальном режиме работы с выходной обмотки силового трансформатора 1 переменное напряжение поступает на выпрямительный мост 2, на выходе которого постоянное напряжение положительной и отрицательной полярности сглаживается конденсаторами 3 и 4 со- ответственно, при этом конденсаторы 3 и 4 вместе со средней точкой вторичной обмотки трансформатора 1 образуют общую шину,относительно которой напряжение на выходе выпрямительного моста 2 будет двухполярным. Двухпо- лярное напряжение подается на коллекторы составных транзисторов 5 и 18 соответственно, а также на входы стабилизаторов 14 и 19 тока и базы указанных составных транзисторов. Кроме того, .оно подается на двухполярный источник 34 стабилизированного напряжения, который состоит из резисторов и стабилитронов и с которого стабилизированньм напряжением питаются операционные усилители.

Операционный усилитель 12 является детектором ошибки, т.е. следит за изменением напряжения на клемме 11 относительно опорного напряжения, подающегося на неинвертирующий вход операционного усилителя 12 с источника 7 опорного напряжения. С выхода операционного усилителя 12 через то- коограничивающий резистор 13 напряжение подается на базу составного транзистора 5, с эмиттера которого напряжение через резистивный датчик 6 тока подается на выходную клемму 11 и на один из входов резистивного сумматора 10 разнополярных напряжений, на выходе которого в момент включения появляется положительное напряжение, 45 которое подается на инвертирующий вход операционного усилителя инвертирующего повторителя 16, с выхода которого отрицательное напряжение через токоограничивающий резистор 7 подается в базу составного транзистора 18.

В базу транзистора 18 стабилизатор 19 тока подает постоянный (независящий от изменения входного напряжения) уровень тока, в результате чего отрицательное напряжение через резистивный датчик 21 тока подается на клемму 22. При этом уровень напряжения, поступающий на входы компара50

5

51343406

торов 25 и 31 с выходов резистивных сумматоров, ниже уровня срабатывания компараторов, поэтому система зап(иты в данном случае не оказывает влияние на работу.

При перегрузке или коротком замыкании на выходах резистивных сумматоров 24 и 30 появляется напряжение, в результате чего срабатывает первьгй компаратор 25 либо второй компаратор 31, с выходов которых положительное напряжение через резистор 26 или 32 подается на первый или второй вход элемента ЗИЛИ 27, с выхода которого напряжение подается на базу транзистора 28, вследствие чего уменьшается потенциал базы составного транзистора 5. Напряжение на эмиттере составного транзистора 5 равно

(+и;,)

(+U )

б

(+Ui. )

(+и„ ) + I

X R,

(4) ,(5)

где I - ток, протекающий по резистив- ному датчику 6 тока

10

15

20

где и, и. и, и

п

Б - и. напряжение на эмиттереj напряжение на базе; падение напряжения на составном транзисторе. Из выражения (2) видно, что если напряжение базы составного транзистора 5 уменьшается и стремится к нулю, напряжение на клемме 11 также стремится к нулю, в результате чего напряжение на выходе резистивного сумматора 10 отрицательно, т.е. на выходе инвертирующего повторителя положительное напряжение, составной транзистор 18 закрывается до уровня, при котором напряжение на клемме 11 равно напряжению на клемме 22. Напряжения на выходах резистивных суммато- ров 24 и 30 равны

25

и

24

Use где и

(-VU) + (-U2, (+U,, ) + (-U

)

24 и Uj,

(+и;, )и(+и.

22 )

- напряжения на выходах сумматоров 24 и 30 соответственно;

() - напряжения на входе и I выходе соответственно

резистивного датчика 6 тока-,

(-Uj) и (-и) - напряжения на входе и выходе соответственно резистивного датчика 21 тока.

Поскольку резистивные датчики тока имеют сопротивление, отличное, от нуля, напряжения на входах датчиков больше напряжения на выходах датчиков

R - сопротивление резистивного датчика 6 тока.

При перенапряжении одного из плеч (в результате наводок, одиночных импульсов и т.д.) из выражения (3) видно, что сработает компаратор 25 или 31 и уменьшит напряжение на выходе стабилизированного источника напряжения .

При пропадании одного из напряжений (+) или (-) на выходе устройства защита сработает аналогично описанному.

Стабилизированньй источник напряжения возвращается в нормальный режим

(2)работы автоматически при снятии перегрузки, короткого замыкания. Резистор 29 определяет необходимый режи1м работы защиты, в зависимости от его сопротивления изменяется характеристика защиты и график зависимости ..тока в нагрузке при коротком замыкании. При отсутствии резистора 29 ток и напряжение в нагрузке при коротком за30 мыкании стремятся к нулю.

В режиме дистанционного управления при подаче положительного напряжения на управляющий вход 33 напряжение на выходных клеммах 11 и 22 устройства

35 равно нулю.

Предлагаемое устройство обеспечивает защиту от перегрузки, перенапряжения, пропадания одного из напряжений на выходе, что нельзя допустить

40 при питании нагрузки двухполярным напряжением, позволяет повысить на(3)дежность. Возможность дистанционного управления расширяет функциональные возможности стабютизированного источ45 ника напряжения.

Формула из.обретения

Стабилизированный источник пита- 50 ния, содержащий силовой трансформатор, выходная обмотка которого имеет среднюю точку, а ее крайние выводы соединены с входами выпрямительного моста, конденсаторы, включенные меж- 55 ду средней точкой указанной обмотки и положительным и отрицательным выходами выпрямительного моста, включенный в положительную силовую шину первый составной транзистор п-р-п

б

(+Ui. )

(+и„ ) + I

X R,

(4) ,(5)

5

где I - ток, протекающий по резистив- ному датчику 6 тока

типа проводимости, коллектор которог соединен с положительным выходом моста, операционный усилитель, инвертирующий вход кот орого соединен с выходом делителя напряжения,входами включенного между выходной положительной клеммой н средней точкой выходной обмотки силового трансформатора, источник опорного напряжения, включенный между этой средней точкой и неинвертирующим входом операционного усилителя, выход которого через первый резистор соединен с базой первого составного транзистора, первый стабилизатор тока, включенный между базой первого составного .транзистора и положительным выходом выпрямительного моста, первый конденсатор выходного фильтра, подключенньй параллельно делителю напряжения, первый резистивный сумматор разнополярных напряжений, включенный между положительной и отрицательной выходными

клеммами, выходом соединен с инверти- 25 входом элемента ЗИЛИ, выход которого

рующим входом повторителя напряжения, неинвертирующий вход которого подключен к средней точке выходной обмотки силового трансформатора, а выход через второй резистор - к базе второго составного транзистора р-п-р- типа проводимости, включенного в отрицательную силовую шину, второй стабилизатор тока, включенный между базой второго составного транзистора и отрицательным выходом выпрямитель- ноге моста, второй конденсатор выходного фильтра, включенньй между отрицательной . выходной клеммой и средней точкой вторичной обмотки, о т - Jiичaющийcя тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности, в него

Редактор П.Гереши Заказ 4823/49

Составитель С. Горбачева Техред Л. Сердюкова

Коррект

Тираж 863 ВНИШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

введены два резистивных датчика тока, второй и третий резистивные сумматоры разнополярных напряжений, клемма для подключения источника управляющего сигнала, два компаратора, элемент ЗИЛИ, три резистора и транзистор п-р-п-типа проводимости, причем первый датчик тока включен между

Q эмиттером .первого составного транзистора п-р-п-типа проводимости и источником опорного напряжения, а второй датчик ток - между эмиттером второго составного транзистора р-п-р- типа проводимости и отрицательной выходной клеммой, второй резистивный сумматор разнополярных напряжений одним входом подключен к эмиттеру составного транзистора п-р-п-типа

0 проводимости и другим входом - к отрицательной выходной клемме, а вы- ходом - к неинвертирующему входу первого компаратора, выход которого через третий резистор соединен с первым

5

0

соединен с базой транзистора п-р-п- типа проводимости, коллектор которого соединен с базой первого составного транзистора, а эмиттер через четвертый резистор - со средней точкой вы-, ходной обмотки силового трансформатора, третий резистивный сумматор разнополярных напряжений подключен одним входом к эмиттеру второго составного транзистора, вторым входом - к положительной выходной клемме, а выходом - к инвертирующему входу второго компаратора, выход которого через пятый резистор соединен с вто- Q рым входом элемента ЗИЛИ, третий вход которого подключен к клемме для подключения источника управляющего сигнала.

5

Корректор М.Матьковская Подписное

СССР

Изобретение относится к электротехнике. Цель - повьппение надежности работы и расширение функциональных возможностей. Для этого стабилизированный источник питания имеет источник 7 опорного напряжения, токо- стабилизирующие источники 14 и 19, резистивные датчики 6 и 21 тока,ре- зистивные сумматоры 10, 24 и 30 раз- нополярных напряжений на входе схем сравнения (компараторов) и логический элемент 27, реализующий функцию элемента 3 ИЛИ на выходе компараторов. Суммирование сигналов с резистивных датчиков тока и разнополярных плеч стабилизатора обеспечивает защиту его от токрв к.з. и перегрузки, а также защиту нагрузки от перенапряжения и от пропадания напряжения одного из плеч источника. Порог срабатывания защиты легко перестраивается переменными резисторами в зависимости от условий применения. 1 ил. (Л с г1г