Стабилизатор напряжения с защитой по току Советский патент 1988 года по МПК G05F1/569 

cpus.i

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании вторичных источников питания радиоэлектронной аппаратуры.

Дель - повьшение выходной мощное ти путем линейного увеличения выходного тока при уменьшении выходного напряжения.

На фиг. 1 представле21а электрическая схема стабилизатора; на фиг. 2 - его полные нагрузочные характеристики.

Стабилизатор содержит последовательно соединенные регулирующий транзистор 1 и датчик 2 тока, усилитель 3 обратной связи, выходом подключенный к управляющему входу регулирующего элемента, а одним из входов к первому источнику 4 опорного напряжения через делитель 5 обратной связи, защитный транзистор 6, подключенный к выходу операционного усилителя 7, первый и второй резисторы 8 и 9, второй источник 10 опорного напряжения, третий, четвертый, пятый и шестой резисторы 11-14, инвертирующий усилитель 15, выход которого через резистор 14 соединен с вторым входом операционного усилителя 7, а вход - с первым выводом первого источника опорного напряжения . .

Стабилизатор работает следующим образом.

До момента срабатывания узла защиты стабилизатор находится в режиме стабилизации выходного напряжения, при этом защитный транзистор 6 заперт напряжением с выхода операционного усилителя 7. При этом условием данного режима является равенство нулю напряжения U на выходе дели теля 5 обратной связи

чике 2 тока. При этом возрастает нап- ряжение U на первом входе операционного усилителя 7. При достижении этим напряжением напряжения Uj на втором входе операционного усилителя 7 напряжение на его вьпсоде меняет знак на противоположный, открьшает защитный транзистор 6, который начинает шунтировать базоэмиттерный переход регулирующего, транзистора 1, уменьшая выходное напряжение и выходной ток. Стабилизатор переходит в режим работы узла защиты.

и,

Условие срабатьтания узла защиты и . При этом

20

и , + и;

Т

где RJ - сопротивление датчика 2 тока-,

k, - коэффициент передачи напряжения на датчике 2 тока

k - коэффициент передачи напряжения и , ,

и, k,-U

- k ,-k r-U

где k - коэффициент передачи напряжения второго источника 10 опорного напряжения; - напряжение второго источника 10 опорного напряжения}

kj - коэффициент передачи напряжения, формируемого инвертирующим усилителем 15j

k 5 коэффициент передачи .инвертирующего усилителя 15.

Учитывая, что в режиме стабилизации выходного напряжения напряжение и, 2 О, при условии большого коэффициента усиления усилителя 3 обратной связи условие срабатывания узла защиты запишется в виде

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании вторичных источников питания. Цель-- повьшение выходной мощности путем линейного увеличения выходного тока при уменьше- i/Sx -иВх НИИ выходного напряжения. В устройст ве обеспечивается автоматическое обратно пропорциональное регулирование порога срабатывания защиты от токовой перегрузки при регулировании выходного напряжения в широком диапазоне. Для этого в стабилизатор введены два резистора 11 и 12 и инг вертирующий усилитель 15. Выходное напряжение регулируется путем изменения напряжения первого опорного источника 4, при этом порог срабатывания защиты зависит от этого напряжения линейно, так как вход введенного инвертирующего усилителя 15 подключен к выводу этого источника, а соотношение резисторов 12 и 11 определяет величину сигнала на втором входе операционного усилителя 7 блока защиты от перегрузки по току. 2 ил. i-H uSbtx s (Л с: vj J rs5 О 00 -иВых

и и

on. 1

(1 - k) - kU.,,,- О,

где Upj,., - напряжение первого источ ника 4 опорного напряжения j

k - коэффициент деления делителя 5 обратной связи. Следовательно,

1-k

и

ВЫУ

При возрастании тока нагрузки i возрастет падение напряжения на, .i . S oa-i

откуда

50

-ср

.г kn, k5 Uon.i k,R,

Из условия, что iop / О учитывая, 55 что О Uon., i и on, 1 макс, получим условие, необходимое для расчетов:

Uon.

Л(

on.г

Из анализа выражения для . видно, что от величины напряжения Uon.i , определяющего напряжение Ug, , ток срабатьшания зависит линейно. При этом,

если . О, UBMX О,

1

ср. мякс

k4 Uon.2

k.

если U0n,-I - Uon,ix,aKc, Uebjy - ивых.макс

k 4 и on. k k 5 Uon.-i макс

-Cp -Cp. M

Проанализируем работу узла защиты с целью определения величины тока короткого замыкания.

При работе узла защиты напряжение и{ 0. При этом работа узла защиты определяется из того же условия U, U2. Учитывая ранее полученное выражение для и, , получим

. + и , k,j k.Uon.j. - - k -kyUpn.i.

Тогда для условия короткого замыкания и Bt,ix О ток короткого замыкания i к э. равен

k4-Uon.i-(1+ka-kg -k)Uon.-, k,. R,

Сравнивая полученное ранее выра н - к.ъ

жение 1 ср. с выражением i.j, при условии, что k всегда меньше единицы, видно, что при любых значениях Uon. 1 т.е. при любых значениях выходного напряжения U g,, , отличных

от нуля, iic. 3 tp При условии

и оп. 1 о Ugbi - о

k4 Uon.i k,-R,

и равен i c(..wa«f Следовательно, i.-b- fifp. во всем диапазоне выходных напряжений.

Анализ выражения для i показывает, что для выполнения условия IK. 7 О необходимо

k4

Upt. 1 MciltC

1 + k , -fe г - k

и

о п. a

В соответствии с полученными выражениями на фиг. 2 показаны полные

0

5

0

5

5

0

5

нагрузочные характеристики, из которых видно, что при уменьшении выходного напряжения величина тока (максимального тока нагрузки стабилизатора) возрастает, т.е. увеличивается автоматически выходная мощность источника, а в режиме работы узла защиты при изменении нагрузки вплоть до короткого замыкания обеспечивается уменьшение тока и выходного напряжения, причем ток короткого замыкания меньше, чем ток срабатьшания, что обеспечивает эффедстив- ную защиту стабилизатора, а наличие тока короткого замыкания обеспечивает возврат стабилизатора в рабочее состояние при снятии перегрузки.

Формула изобретения Стабилизатор напряжения с защитой по току, содержащий последовательно включенные в силовую шину регулирующий элемент и датчик тока, свободньш вывод которого подключен к вьйсодной клемме, усилитель обратной связи, выход которого подключен к управляющему входу регулирующего элемента, первый вход - к выходной клемме, а второй вход - к выходу делителя напряжения, первый вход которого подключен к общей шине, а второй - к . первому выводу первого источника опорного напряжения, второй вывод которого подключен к выходной клемме, операционный усилитель, первый вход которого через три резистора подключен соответственно к точке соединения датчика тока и регулирующего элемента, к второму входу усилителя обратной связи и к выходной клемме, а второй вход через четвертый резистор подключен к выходной клемме, транзистор защиты, база которого подключена к выходу операционного усилителя, коллектор - к выходу усили--- . теля обратной связи, а эмиттер - к выходной клемме, второй источник опорного напряжения, первый вывод которого подключен к выходной клемме, отличающийся тем, что, с целью повьшения выходной мощности путем линейного увеличения выходного тока при уменьшении выходного напряжения, в него введены пятый и шестой резисторы и инвертирующий усилитель, вход которого подключен к первому выводу первого источника опорного напряжения, а выход через

пятый резистор - к второму входу вод которого подключен к второму вы- операционного усилителя и к первому . воду второго источника опорного нап- выводу шестого резистора, второй вы- ряжения.

и Вых

iff

.

max

USux.2

Ugiffj

. t

i K iкi fnйl f(3Zi f(.3.J

Ф1/г.2

f(.3.J

/cf..2 .i c/tf xfy i f.fl

LH

5.4