Импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока Советский патент 1988 года по МПК G05F1/573 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения - повьппение надежности путем обеспечения защиты от перегрузок по току с исключением бросков тока за время отключения, увеличения помехозащищенности in ограничения тока включения.

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема импульсного стабилизатора напряжения постоянного тока.

Стабилизатор содержит регулируюп ий транзистор Г п-р-п-типа типа проводимости, соединенный коллектором с плюсовой входной клеммой, эмиттером - с катодом коммутирующего диода 2 и выводом дросселя 3 фильтра, подключенным другим выводом к плюсовому выводу кондейсатора 4 фильтра и плюсовой выходной клемме,

Минусовой вывод конденсатора 4 соединен с минусовой выходной клем мой и через резистор 5 датчика тока с анодом коммутирующего диода 2 и мин усовой входной клеммой. Коллектор регулирующего транзистора 1 соединен с эмиттером транзистора 6 р-п-р-типа проводимости и резистором 7 в цепи его базы,, а база транзистора 1 соединена с коллектором транзистора 6„ Через резистор 8 база транзистора 6 соединена с коллектором согласующего транзистора 9 п-р-п-типа проводимости, эмиттер которого соединен с выходной минусовой клеммой5, а база через резистор 10 - с коллектором инвертирующего транзистора 11 р-п-р-типа проводимости. Эмиттер транзистора ii соединен с положительной шиной питания источника опорного напряжения и эмиттером вспомогательного регули- рукмдего транзистора 12 линейного стабилизатора опорного напряжения, коллектор которого соединен с плюсовой входной клеммой, а база - с катодом стабилитрона 13, соединенного анодом с минусовой выходной клеммой. База транзистора 11 с резистором 14 в цепи его базы соединена с коллектором транзистора 15 п-р-П типа проводимости триггера Шмитта, эмиттер которого соединен с эмиттером второго транзистора 16 п-р-п-типа проводимости триггера Шмитта и через резистор 17 - с

минусовой выходной клеммой, а база - с коллектором транзистора 16 и резистором 18 в цепи егад коллектора. База транзистора 16 соединена с резистором 19 в цепи его базы и эмиттером согласующего транзистора 20 п-р-п-типа проводимости, коллектор которого соединен с эмиттером транзистора 12, баO за - с резистором 21 в цепи его базы и коллектором транзистора 22 п-р-п- типа проводимости операционного усилителя. Эмиттер транзистора 22 соединен с эмиттером второго транзистора

s 23 п-р-п-типа проводимости операционного усилителя и через резистор 24 - с минусовой выходной клеммой. Коллектор транзистора .23 соединен с эмиттером транзистора 12,а база - со средней

0 точкой делителя выходного напряжения стабилизатора на резисторах 25 и 26, Эмиттер транзистора 27 п-р-п-типа проводимости порогового усилителя соединен через резистор 28 с минусовой

5 входной клеммой и через резистор 29 и диод 30 в прямом направлении - с плюсовой выходной клеммой Коллектор транзистора 27 соединен со средней точкой делителя на резисторах 3 и 32

0 источника опорного напряжений, а база через резистор 33 - с минусовой выходной клеммой и через резистор 34 - с эмиттером транзистора И,

Стабилизатор работает следующим

образом.

При включении напряжения питания на выходе линейного стабилизатора опорного напряжения, Тое. на эмиттере регулирующего транзистора 12 этого стабилизатора появляется напряжение, равное напряжению стабилизации стабилитрона 13, которое используется также для питания тригге- ра Шмктта и операционного .усилителя,

Поскольку на выходе стабилизатора, а соответственно, на базе транзистора 23 операционного усилителя напряжение равно нулю, то все .транзисторы находятся в следующем устойчивом за

висимом состоянии: транзистор 22 опе рационного усилителя открыт, согла- суняций транзистор 20 закрыт, тран- зистор 16 триггера Шмитта закрыт, транзистор 15 триггера Шмитта открыт,

инвертирующий транзистор 11 открыт, второй согласующий транзистор 9 открыт, первый согласукщий транзистор 6 открыт и регулирунщий мощный транзистор 1 также открыт. На выходе стабилизатора напряжение возрастает до заданного верхнего стабилизируемого порогового уровня, В этот момент на дросселе 3 наблюдается напряжение, равное разности входного и выходного напряжений стабилизатора, и в нем накапливается магнитная энергия. Как только напряжение на выходе стабилизатора превысит верхний .пороговый уровень, напряжение на резисторе 26 в цепи базы транзистора 23 операционного усилителя станет чуть больше опорного напряжения на базе транзистора 11 этого же усилителя и транзистор 22 закроется. В результате все транзисторы стабилизатора переключаются во второе устойчивое зависимое друг от друга состояние, при котором транзистор 20 открыт, транзистор 16 открыт, транзистор 15 закрыт, транзистор 11 закрыт,транзисторы 6 и 9 закрыты и регулирующий мощный транзистор 1 также закрыт. В этот момент на дросселе 3 возникает ЭДС самоиндукции, отпирающая коммутирующий диод 2 и поддерживающая ток в цепи нагрузки. На выходе стабилизатора напряжение уменьшается до заданного нижнего стабилизируемого порогового уровня, после чего описанный процесс повторяется.

Таким образом, стабилизатор имеет два стабилизируемых пороговых уровня что и обуславливает его двухпозициоч- ный режим работы и определяет амплитуду пульсаций напряжения на выходе, которые тем меньше, чем больше коэффициент усиления по напряжению операционного усилителя. При изменении напряжения питания стабилизация выходного напряжения осуществляется изменением соотношения времени открытого и закрытого состояний регулирующего транзистора 11 сигналом с модулятора длительности триггера Шмитта,

В нормальном режиме работы стабилизатора транзистор 27 порогового усилителя закрыт, так как сумма напряжения на резисторе 5 датчика тока и опорного напряжения на резисторе 34, .вкхроченных в отпирающем направлении по отношению к транзистору 27, мень- ще суммы прямого напряжения на переходе эмиттер - база транзистора 27 и напряжения на резисторе 28, включенных в запирающем направлении.

При воздействии на выходе стабилизатора перегрузки по току увеличивается напряжение на резисторе 5 датчика тока и как только сумма напряжений на резисторах 5 и 33 превысит . сумму напряжений прямого на переходе эмиттер - база транзистора 27 и резисторе 28, транзистор 27 открывается,

Q шунтируя опорное напряжение на базе транзистора 22 операционного усилителя. Опорное напряжение уменьшается до величины, прямо пропорциональной сопротивлению коллекторного перехода

5 транзистора 27, т.е. току перегрузки, так как увеличивается падение напряжения на верхнем плече делителя, резисторе 31. Изменяется скважность прямоугольных импульсов на выходе мо0-ДУЛятора, коллекторе транзистора 15 триггера Шмитта, увеличивается время закрытого состояния регулирующего транзистора 1, и напряжение на выходе : стабилизатора уменьшается. Соответст5 венно уменьшается напряжение на резисторе 28, нижнем плече делителя выходного напряжения. Так как должно сохраниться предьщущее условие равенства сумм напряжений б цепи базы

0 транзистора 27, то уменьшается напряжение на резисторе 5 датчика Toka, что возможно только при уменьшении порогового значения тока перегрузки. При дальнейшем уменьшении сопротивле- . ния нагрузки на выходе стабилизатора, вплоть до короткого замыкания, напря- жение на резисторе 28 стремится к нулю, соответственно уменьшается напряжение на резисторе 5 датчика тока

0 за счет уменьшения порогового значения тока перегрузки, которое.становится значительно меньше рабочего тока в нормальном режиме работы..Это говорит о том, что в режиме перегрузки резко

5 снижается мощность, пропускаемая через регулирующий транзистор, 1. Если при таком, ключевом, режиме работы стаби- лизатора снять перегрузку на его выходе, то он автоматически возвращается к нормальному режиму работы.

Когда напряжение на выходе стабилизатора станет меньше прямого напряжения диода 30 (или меньше напряжения стабилизации стабилитрона, в случае, если вместо диода 30 установлен стабилитрон) , делитель на резисторах 28 и 29 датчика выходного напряжения отключается от выхода стабилизатора и транзистор 27 полностью открывается

0

5

oiiopHbiM йапряжением, снимаемым с дс лителя на резисторах 33 и 34, даже отсутствии напряжения на датчике тс|ка, резисторе 5, В этом случае опор е напряжение на базе транзистора 22 операционного усилителя полностью 3 корачивается, регулирующий транзисip 1 закрывается и напряжение на вы- X де стабилизатора будет равно нулю Д11же при снятии перегрузки. Повтор

е включение стабилизатора в этом учае возможно или выключением пита- :я на его входе с последующим его лючением или подачей на -эмиттер анзистора 27 порогового усилителя ложительного пускового импульса, пример, от специального генератора.

Изменяя величину опорного напря- ния на базе транзистора 27 порого- го усилителя с помощью делителя на

зисторах 33 и 34, можно регулиров рог срабатывания защиты от переузки по току.

Возможен второй режим (частный сл и) работы стабилизатора с защитой

перегрузки, когда на его выходе пряжение автоматически восстанавл ется после снятия короткого замы- ния. В этом случае диод 30 или ст отитрон исключается и делитель на

р зисторах 28 и 29 датчика выходного напряжения, подключается непосредственно к выходу стабилизатора. Так как в э|том случае напряжение на резисторе 28 (при коротком замыкании) равно нулю, ТО сумма напряжений на резисторах 5 и 33 должна быть равной прямому напряжению перехода эмиттер - база транзистора 27 (устанавливается делителем на резисторах 33 и 34). При этом стабилизатор продолжает работать в ключевом режиме, а при снятии ко- pjoTKoro замыкания автоматически воз- Б|ращается к нормальному режиму рабо- .

При включении напряжения питания г роисходит автоматическое ограничение ij-OKa включения, т.е. тока заряда конденсатора 4 фильтра на уровне уста- 1| овленного значения порога срабатыва- защиты, так как пороговый усилитель на транзисторе 27 не имеет ника- элементов, отключающих его на включения,, например конденсато1JIOB,

; При воздействии на резистор 5 дат- kvsKa тока импульсных помех также не |1аблюдается срабатывания защиты, т,е„

полного отключения напряжения питания. Возможны только кратковременные провалы выходного напряжения, которые тем меньше, чем больше емкость конденсатора 4 фильтра.

Таким образом, благодаря введенным средствам повышена надежность устройства, так как обеспечена защита от перегрузки по току, устранены броски тока при выключении, повышена помехо- защ1«ценность, ограничен ток включения

25 ры -

5 Формула изобретения

Импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий регулирующий составной транзистор,соединен0 ный коллектором с плюсовой входной клеммой, эмиттером - с катодом ком мутирующего диода и первьм выводом дросселя фильтра, базой - через согласующий и инвертирующий транзисто- с выходом триггера Шмитта, вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя, к одному входу которого подключен через резистивный делитель источник опорного напряжения, а к другому входу - через резистивный делитель выходного напряжения плюсовая выходная клемма и конденсатор фильтра, подключенный плюсовым выводом к второму выводу дросселя фильтра, а минусо35 вым выводом - к минусовой выходной клемме и общей шине, отличающийся тем, что, с целью повьщ1е- ния надежности путем обеспечения защиты от перегрузок по току с исключе40 нием бросков тока за время отключения, увеличения помехозащищенности и огра30

ничения тока включения, в него введен узел защиты, состоящий из датчика тока и порогового усилителя защиты на

транзисторе, диоде и четырех резисторах, при этом коллектор транзистора порогового усилителя защиты, подключен к входу дифференциального усилителя , его эмиттер - через первый резистор

к датчику тока, включенному в общую шину, и к аноду коммутирующего диода, а через второй резистор и диод, включенный в прямом направлении,- к плю- совой выходной клемме, а база через

третий резистор. - к другому выводу датчика тока и минусовой выходной клемме и через четвертьй резистор - к питающему вьшоду источника опорного напряжения.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - повышение надежности путем обеспечения защиты от перегрузок по току с исключением брос- . ков тока за время отключения, увеличение помехозащищенности и ограничение тока включения. При возникновении перегрузок по току включается транзистор узла защиты и шунтирует опорный вход дифференциального усилителя обратной связи. Обеспечен автовозврат при исчезновении перегруз- ки. 1 ил.