Стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1988 года по МПК G05F1/569 

со

О5 СП

о о

О)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электропитания радиоустройств.

Целью изобретения является повышение надежности функцион1фования.

На чертеже приведена функциональная схема стабилизатора постоянного напряжения.

Стабилизатор постоянного напряжения содержит регулирующий элемент, выполненный на проходном транзисторе 1, эмиттер которого соединен с выходной клеммой 2, между коллектором и базой которого включен первый токо- стабилизирующий двухполюсник 3,между управляющим входом которого и коллектором проходного транзистора 1 включен элемент 4 смещения, первый ре- зистивный делитель 5 напряжения, включенный между выходной 2 и общей 6 клеммами, выход которого соединен с инвертирующим входом первого дифференциального усилителя 7 постоянного тока, неинвертирующий вход которого соединен с общей клеммой 6 через первый источник 8 опорного напряжения, резистивный токовый датчик 9, первый вывод которого через второй резистивный делитель 10 напряжения, подключенный к второму источнику 11 опорного напряжения, соединен с неинвертирующим входом второго дифференциального усилителя 12 постоянного тока, инвертирующий вход которого подключен к второму выводу резистивного токового датчика 9, источник 13 тока 14, первый вывод которого соединен с обще клеммой 6, Между неинвертируюощм входом второго дифференциального усилителя 12 постоянного тока и общей клеммой 6 включен второй токостабили- зирующий двухполюсник 14, управляющий вход которого соединен с выходной клеммой 2. Между управляюищм входом первого токостабилизирующего двухполюсника 3 и вторым выводом источника 13 тока включен первый нелинейный элемент 16, образованный, например.

3650662

выходом второго дифференциального усилителя 12 постоянного тока и базой проходного транзистора 1 регулирующего элемента включены последовательно соединенные третий токостаби- лизирующий двухполюсник 18, анализатор 19 сигнала длительности перегруз-

ь

ки, узел 20 блокировки и аналоговый элемент ИЛИ 21, другой вход которого соединен с выходом первого дифференциального усилителя 7 постоянного тока. При этом управляюпшй вход третьего токостабилизирующего двухполюсника 18 соединен с общим выводом нелинейного элемента 16 и изолирующего диода 17, измерительный элемент ре- зистивного токового датчика 9 включен между входной клеммой 22 и коллектором проходного транзистора 1 лируюо;его элемента.

Стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом.

При наличии на входных клеммах 22 и 6 постоянного нестабилизированного напряжения ток источника 13, который, в частности, может быть выполнен в виде токостабилизирующего двухполюсника, протекает через последовательно соединенные первый нелинейный элемент 15 и элемент 4 смещения и обеспечивае.т на них необходимые падения напряжения. При этом падение напряжения на элементе 4 смещения прикладывается к управляющему входу первого токостабилизирующего двухполюсника 3.

Выходной ток токостабилизирующего двухполюсника 3 используется в качестве базового тока проходного транзистора 1, Избыточная часть тока двухполюсника 3 ответвляется через эле- ментх ИЛИ 21, на выход первого дифференциального усилителя 7.

На входах первого дифференциального усилителя 7 происходит сравнение напряжения первого источника 8 опорного напряжения с напряжением на выходных клеммах 2 и 6, через первый

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электропитания радиоустройств. Целью изобретения является повьшекие надежности функционирования. При пе.регрузках по току или коротком замыкании выхода падения напряжения на датчике 9 тока вызывает увеличение напряжения на выходе второго дифференциального усилителя 12, что вызывает уменьшение тока на выходе токо- стабилизирующего двухполюсника 3 и соответствующее ограничение тока через регулирующий элемент 1. При длительном состоянии перегрузки анализатор 19 сигнала длительной перегрузки вырабатывает напряжение, которое переключает узел 20 блокировки, вследствие чего весь ток двухполюсника 3 ответвляется через аналоговый элемент ИЛИ 2 Г на выход узла 20 и регулирующий элемент 1 запирается, Наличие двух взаимосвязанных узлов защиты - быстродействующей и инерционной- позволяет повысить надежность функционирования при работе как на постоянную, так и на импульсную нагрузку, а также улучшить динамические свойства стабилизатора, 1 ил. с Ф (Л

одним или несколькими последовательно gQ резистивный делитель 5 напряжения. На

соединенными стабилитронами в обратном включении. Между выходом второго дифференциального усилителя 12 постоянного тока и вторым выводом источника 13 тока включены последовательно соединенные второй нелинейный элемент 16, образованный, например, двумя последовательно соединенными диодами, и изолирующий диод 17. Между

55

выходе дифференциального усилителя 7 вырабатывается такое напряжение, которое требуется для обеспечения стабилизации напряжения на выходных клеммах 2 и 6,

Ток нагрузки стабилизатора протекает от входной клеммы 22 через после довательно включенные измерительный элемент резистивного токового датчирезистивный делитель 5 напряжения. На

выходе дифференциального усилителя 7 вырабатывается такое напряжение, которое требуется для обеспечения стабилизации напряжения на выходных клеммах 2 и 6,

Ток нагрузки стабилизатора протекает от входной клеммы 22 через после довательно включенные измерительный элемент резистивного токового датчика 9 и проходной транзистор , llaj;e нне напряжения на датчике 9 линейно зарисит от тока нагрузки.

Между нходами второго дифферен- циальног О усилителя 2 прикладывает ся рг1зность напряжения токового дат чика 9 и порогового напряжения, сни маемого с резистора HI делителя 10,

Порог овое напряжение на резисторе 1-(1 образуется за счет протекания через него двух токов: тока второго источника 11 опорного напряжения и тока второго токостабилизируюо;его двухполюсника fi,

Ток токостабилизирующего двухполюсника 1Д прямо пропорционален величине напряжения на выходных клемма 2 -и 6 стабилизатора.

Пороговое значение напряжения на резисторе R1 выбирается таким, чтобы при всех допустимых значениях тока нагрузки величина порогового напряжения была больше напряжения, снимаемого с токового датчика 9, При этом напряжение на выходе второго дифференциального усилителя 12 будет меньше, чем напряжена в точке, образованной соединением нелинейного эле.мента 15 с источником 3 тока, Б результате последовательно соединенные второй нелинейный элемент 16 и изолирую- В1ий диод 17 оказываются включенными по отношению к прикладываемому к ним напряжению в обратном направлении и ток через нижние протекает. При этом на втором нелинейном элементе 16 отсутствует падение напряжения, которое является упранляюицш напряжением для третьего токостабилизирующего двухполюсника 18, вследствие чего на его выхоле отсутствует ток. Анализатор 19 сигнала длительной перегрузки и узел 20 блокировки находятся в исходном состоянии и не оказывают влияния на работоспособность стабилизатора.

При некотором превышении максимально донустимого тока нагрузки на то-

ковом датчике 9 образуется напряжение,50 коротким замыканием на выходе.

превышающее пороговое напряжение, снимаемое с резистора R1 делителя 10, Второй дифференциальный усилитель 12 безинерционно переходит в состояние, при котором напряжение на его выходе превышает напряжение в точке, образованной сое, 1инением нелинейного элемента 15 с игто шиком 13тока, ( этого момента от источника 1 3 тока через не-

5

0

0

5

линейный элемент 16 и изолирующий диод 7 начинает ответвляться часть тока, поэтому ток через последовательно соединенные первый нелиргейньн элемент 15 и элемент 4 смещения уменьшается, что сопровождается уме){ьшени- ем падения напряжения на нем и, следовательно, тока на выходе токоста- билизирующего двухполюсника 3, В результате величина тока в базовой цепи проходного транзистора 1 оказывается недостаточной для стабилизации напряжения на выходных клеммах 2 и 6, 5 Дифференциальный усилитель 7 вырабатывает на выходе напряжение, запирающее элемент ИЛИ 21, и стабилизатор переходит в режим стабилизации тока. При этом напряжение на выходных клеьг- мах 2 и 6 уменьшается, что влечет за собой уменьшение тока токостабилизи- руюп{его двухполюсника 14, в результате чего величина порогового напряжения на резисторе R1 делителя 10 уменьшается,

Дальнейпгее уменьшение величины сопротивления нагрузки сопровождается дальнейшим уменьшением выходного напряжения и тока. Этим достигается отрицательная падаюп(ая выходная характеристика стабилизатора.

При закорачивании выходных клемм 2 и 6 выходной ток токостабилизирую- шего двухполюсника 14 оказывается равным нулю и пороговое напряжение на резисторе R делителя 10 становится минимальным и определяется только источником 11 опорного напряжения и соотношением плеч резисторов R1 и R2 делителя 10, При этом выходной ток стабилизатора минимально допустим, и величина его определяется минимальной величиной порогового напряжения на резисторе R1 делителя 10,

Таким образом обеспечивается быстродействующая защиты стабилизатора от кратковременной перегрузки по току, вызванной, например, подключением емкостной нагрузки или случайным

0

5

0

5

С момента времени, когда через, нелинейный элемент 16 и изолирующий диод 17 начинает протекать ток, на нелинейном элементе 16 образуется па- дение напряжения, которое прикладывается к управляющему входу третьего токостабилияирующего двухполюсника 18, Поэтому одновременно с началом работы быстродействующей защиты на

выходе третьег о токогтабилиг- ирующего двухполюсника 18 ноянляотся ток, I

Анализатор 19 сигнала длительной перегрузки, который может быть nhinoir- нен, например, в пиде интегратора, производит измерение времени наличия тока на ныходе двухполюсника 18, Если ток на выходе двухполюсника 18 имеет место в течение ршперед заданного интервала времени, то анализатор 19 вырабатывает напряжение, включакг- щее узел .0 блокировки, который может

быть выполнен, например, в виде триг- В второй резистивный делитель напряже- гера. При этом весь ток токозадающе- го двухполюсника 3 ответвляется через аналоговый элемент ИЛИ 21 на выход узла 20 блокировки и проходной транзистор 1 запирается.

Таким образом производится защита стабилизатора при наличии длительной перегрузки по току.

Благодаря введенным средствам стабилизатор постоянного напряжения при кратковременных перегрузках по току безинерционно переходит в режим, при котором обеспечивается отрицательная падающая выходная характерист11ка.

ния, подключенный к второму источнику опорного напряжения, соедшшн с неинвертирующим входом второт о дифференциального усилителя постоянного 20 тока, инвертирующий вход которого

подключен к второму выводу резистив- ного токового датчика, и источник тока, первый вывод которого соединен с клеммой, отличающий - с я тем, что, с целью повьпиения }ia- дежности функционирования, в него введены между неинвертирующим входом второго дифференциального усилителя

2Ь

постоянного тока и общей клеммой вто- при этом мощность, выделяемая на про- 30 рой токостабилизирующий двухполюсник, ходнем транзисторе, оказывается в управляющий вход которого соединен с пределах допустимой величины. После выходной клеммой, мещ1.у управляющим снятия кратковременной перегрузки по входом первого токостабилизирующего току устройство восстанавливает режим двухнолюсника и вторым выводом источ- стабилизации напряжения. При длитель- зь пика тока - пер ВЫй нелинейный элемент,

ной перегрузке, в том числе и длитель- ном коротком замыкании на выходе стабилизатора, последний автоматически выключается.

Наличие двух взаимосвязанных узлов 40 нейный элемент и изолирующий диод.

зашиты - быстродействующей и инерционной - позволяет повысить надеж ность стабилизатора при работе как на постоянную, так и на импульсную нагрузку. Сочетание двух систем защиты улучшает также TI его динамические характеристики, в результате чего повышается надежность функциорпг- рования стабилизатора при работе на емкостную нагрузку,

Формула изобретения

Стабилизатор постоянного напряжения, содержапц й регулирующий элемент выполненный на проходном транзисторе эмиттер которого соединен с вых(тдной клеммой, между коллектором и базой которого включен первый токостаби:н1-

зирующии двухполюсник, между унран- ляницим я ходом которого и коллектором проходного транзистора включен элемент смешения, первый резистивный делитель напряжения включетшый между выходио и общей клеммами, выход которого соединен с инвертирующим входом первого дифференциального усилителя постоянного тока, неинвертирукг- щий вход которого соединен с общей клеммой через первый источник опорного нанряжения, резнстивный токовый датчик, первый вывод которого через

второй резистивный делитель напряже-

ния, подключенный к второму источнику опорного напряжения, соедшшн с неинвертирующим входом второт о дифференциального усилителя постоянного тока, инвертирующий вход которого

подключен к второму выводу резистив- ного токового датчика, и источник тока, первый вывод которого соединен с клеммой, отличающий - с я тем, что, с целью повьпиения }ia- дежности функционирования, в него введены между неинвертирующим входом второго дифференциального усилителя

мовду выходом второго дифференциального усилителя постоянного тока и вторым выводом источн1 ка тока - довательно соединенные второй нели-

меж/ду выходом второго дифферен1у-)аль- ного усилителя постоянного тока и базой проходного транзистора регулирующего элемента - последовател15но со-

е,гданенные третиГ токостабилизирующий двухполюсник, анализатор сигнала дли- т.;лыгой перегрузки, узет блокировки и анапО овый элемент ИЛИ, другой вход которого соединен с выходом нерво О

дифференциального усилителя ностоян- 1Ого тока, при этом упранляюи;ий вход третьего токостабилизирующего двухполюсника соединен с общим «,1водом второго нелинейного элемента и изсглирующего диода, а измерительный элемент резистивного токового включен между входной клеммой и коллектором проходного транзистора регулирующего элемента,