Стабилизированный источник питания Советский патент 1989 года по МПК G05F1/569 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании источников электропитания электротехнической и радиоэлектронной аппаратуры различного назначения.

Целью изобретения является повышение надежности стабилизированного источника питания путем обеспечения защиты от обрыва нагрузки, понижения и повышения выходного напряжения тока нагрузки.

На чертеже представлена схема стабилизированного источника питания.

Стабилизированный источник питания содержит включенный в силовую цепь дроссель 1 насьщения с обмоткой 2 управления, узел 3 сравнения, подключенный входом к выходному выводу, а выходом - к входу усилителя 4 постоянного тока, выходом соединенного с базой регулирующего транзистора 5, в коллекторную цепь которого включена обмотка 2 управления дросселя 1 насьпцения, узел 6 коммутации на транзисторе 7, в коллекторную цепь которого включен исполнительный элемент 8, например электромагнитное реле с замыкающими контактами 9, которые включены последовательно с дросселем 1 насьпцения, узел Ю защиты, состоящий из согласующего транзистора 11, коллектор которого соединен с базой транзистора 7 узла 6 коммутации, база согласующего транзистора 1t подключена к одному из выводов цепочки из последовательно соединенных первого 12 и второго 13 резисторов, между точкой соединения которых и общей шиной включен конденсатор 14 временной задержки, к общей шине подключены также эмиттеры транзистора 7 узла 6 коммутации и согласующего транзистора 11, два компаратора 15 и 16,два источника 17 и 18 опорного напряжения, два развязывающих диода 19 и 20, а также вывод 21 для подключения вспомогательного источника питания и балластный резистор 22, включенный между указанным выводом 21 и обмоткой 2 управления дросселя 1 насьш;е- ния, причем между инвертируюпщм входом первого компаратора 15 и общей шиной включен первый источник 17 опорного напряжения, неинвертирующий вхо первого компаратора 15 подключен к точке соединения балластного резисто . ра 22 и обмотки 2 управления дроссе0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ля 1 насыщения, инвертирующий вход второго компаратора 16 подключен к коллектору регулирующего транзистора 5, а между неинвертирующим входом второго компаратора .16 и общей шиной включен второй источник 18 опорного напряжения, причем выходы первого 15 и второго 16 компараторов через соответствующий первый 19 и второй 20 развязывающие диоды подключены к второму выводу цепочки из последовательно соединенных первого 12 и второго 13 резисторов.

Первый компаратор 15 может быть выполнен на транзисторе 23 противоположного типа проводимости с согласующим транзистором 11, при этом база и эмиттер транзистора 23 являются соответственно инвертир тощим и неинвертирующим входами первого компаратора 15, а коллектор транзистора 23 - его выходом.

Первый 17 и второй 18 источники опорного напряжения могут быть выполнены соответственно на стабилитроне и диоде.

Первый и второй источники опорного напряжения могут быть выполнены также в виде нижнего плеча резистор- ных делителей напряжения, образованных соответственно из резисторов 24, 25 и 26, 27, причем к средней точке делителя напряжения на резисторах 24 и 25 подключен инвертирующими вход первого компаратора 15, а к средней точке делителя напряжения на резисторах 26 и 27 - неинвертирующий вход второго компаратора 16,

В состав силовой части источника питания, кроме дросселя 1 насьш1ения, входит также преобразователь переменного напряжения в постоянное, состоящий из последовательно соединенных трансформатора 28, вьтрямитепя 29 и фильтра 30, хотя в общем случае любые из этих элементов могут отсутствовать, а рабочие обмотки дросселя 1 насьщ1ения могут быть включены в диагонали трехфазного вентильного моста вьшрямителя 29,

В коллекторные цепи транзисторов t1 и 23 включены коллекторные резисторы 31 и 32, а в базовую цепь транзистора 7 может быть включен пороговый элемент, например диод 33, который служит для обеспечения полного и надежного запирания этого транзистора.

Для защиты перехода база-эмиттер транзистора 23 от обратного напряжения большой величины при нормальном режиме работы источника питания параллельно этому переходу может быть включен ограничительный диод 34, а для ограничения базового тока транзистора 23 может быть включен резистор 35.

Стабилизированный источник питани может быть использован как для стабилизации выходного напряжения, так и для стабилизации тока нагрузки. Если источник питания предназначен для стабилизации напряжения, узел 3 сравнения состоит из делителя выходного напряжения и источника опорного напряжения, а если для стабилизации тока нагрузки, узел 3 сравнения содержит в своем составе датчик тока нагрузки.

Регулирующий транзистор 5 может быть выполнен также составным.

Питание узла управления, в том числе цепочки, состоящей из регулирующего транзистора 5 и обмотки 2 управления дросселя 1 насыщения, производится выходным напряжением источника питания или от вспомогательного вьтрямителя, подключенного к питающей сети после контактов 9 электромагнитного реле 8. Питание указанной цепочки может производиться также напряжением команды включения.

Стабилизированный источник питания работает следующим образом.

Команда включения источника питания через резистор 31 подается на базу транзистора 7 узла 6 коммутации Транзистор 7 открывается, исполнительный элемент 8 - электромагнитное реле - срабатывает и напряжение питающей сети через замыкающие контакты 9 подается на дроссель t насыщения и далее через трансформатор 28 - на выпрямитель 29 и фильт} 30. С выхода источника питания напряжение или ток нагрузки поступает на вход узла 3 сравнения. С выхода узла 3 сравнения сигнал рассогласования через усилитель А постоянного тока подается на базу регулирующего транзистора 5, при помощи которого устанавливается ток в обмотке 2 управления, необходимый для обеспечения стабилизации выходного напряжения или тока нагрузки источника питания. При нормальной работе источника питания

0

5

0

регулирующий транзистор 5 находится в линейном режиме и напряжение на неинвертирующем входе компаратора 15, поступающее с балластного резистора 22, ниже чем напряжение, подаваемое на его инвертирующий вход с выхода первого источника 1 7 опорного напряжения. Напряжение на инвертирующем входе компаратора 16, снимаемое с коллектора регулирующего транзистора 5, чем напряжение, подаваемое с выхода второго источника 18 опорного напряжения. Вследствие этого при нормальной Работе источника питания первый 15 и второй 16 компараторы находятся в первом устойчивом состоянии, при котором напряжение на.их выходе близко к нулю, поэтому согласующий транзистор 11 заперт, конденсатор 14 разряжен, транзистор 7 узла 6 коммутации открыт и источник питания включен.

При обрыве (увеличении сопротивления) нагрузки или при повьшении на5 пряжения питающей сети за установленные пределы и повышении вследствие этого выходного напряжения стабилизатора напряжения, а также при коротком замыкании (уменьшении сопроQ тивления) нагрузки или при повышении напряжения питающей сети за установленные пределы и повышении вследствие этого тока нагрузки стабилизатора тока напряжение на дросселе 1 насыщения увеличивается до максимума и стабилизатор выходит из режима стабилизации. При этом сигнал рассогласования на выходе узла 3 сравнения и усилителя 4 постоянного тока резко уменьшается, регулирующий транзистор 5 закрывается, компаратор 15 переходит во второе устойчивое состояние и на его выходе появляется положительное напряжение, конденсатор 14 начинает заряжаться через первый развязывающий диод 19 и второй резистор 13. При достижении напряжением на конденсаторе 14 значения, при котором напряжение на переходе база-эмиттер согласующего транзистора 11 соответствует его открытому состоянию, он открывается, а транзистор 7 закрывается и обесточивает обмотку электромагнитного реле 8, которое размыкает свои контакты 9 и отключает источник питания от сети.

При коротком замыкании (уменьшении сопротивления) нагрузки или понижении напряжения питающей сети за установ5

0

5

0

5

енные пределы и понижение вследствие этого выходного напряжв ия стабилизатора напряжения, а также при обрыве (увеличении сопротивления) нагрузки или при понижении напряжения питаюей сети за установленные пределы и понижении вследствие этого тока нагрузки стабилизатора тока напряжения на дросселе 1 насьпцения уменьшается о минимума и стабилизатор выходит из режима стабилизации. При этом сигнал рассогласования на выходе уза 3 сравнения и усилителя 4 постоянного тока резко увеличивается, регулирующий транзистор 5 полностью открывается, компаратор 16 переходит во второе устойчивое состояние и на его выходе появляется положительное напряжение, вследствие чего конденсатор 14 начинает заряжаться через второй развязывающий диод 20 и второй резистор 13. При достижении напр-яже- нием на конденсаторе 14 значения, при котором Напряжение на переходе база- эмиттер согласующего транзистора 11 соответствует его открытому состоянию, он открывается, а транзистор 7 закрывается и обесточивает обмотку электромагнитного реле 8, которое размыкает свои контакты 9 и отключает источник питания от сети.

После срабатывания узла 10 защиты при возникновении любой неисправности на выходе компаратора 16 присутствует положительное напряжение и согласующий транзистор 11 открыт током, протекающим с выхода компаратора 16 через второй развязывающий диод 20, второй 13 и первьй 12 резисторы, а транзистор 7 узла 6 коммутации закрыт .

Конденсатор 14 служит для временной задержк;и срабатывания узла 10 за щиты, э частности для предотвращения его срабатывания при включении источника питания, при кратковременных перегрузках по току или обрывах нагрузки. Указанная задержка в срабатьша- нии узла защиты является не опасной для источника питания с дроссельным стабилизатором, так как все элементы в его силовой цепи выдерживают кратковременные перегрузки по току с большей кратностью, а также кратко- временную работу при обрыве нагрузки (на холостом Ходу).

При использовании в качестве пер- вого компаратора 15 транзистора 23

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

схема работает аналогично, причем первое устойчивое состояние компаратора 15, при котором напряжение на его выходе равно нулю, соответствует запертому состоянию транзистора 23, а второе устойчивое состояние, при котором на выходе компаратора 15 присутствует положительное напряжение, соответствует открытому состоянию транзистора 23.

Основной особенностью стабилизированного источника питания является то, что в нем в качестве управляющего сигнала, подаваемого на входы компараторов 13 и 16, используется коллекторное напряжение регулирующего транзистора 5 узла управления стабилизатором, которьй из линейного режима переходит в режим отсечки или в режим насыщения при обрыве или коротком замыкании нагрузки, при понижении или повьпиении выходного напряжения и тока нагрузки. Это позволяет обеспечить комплексную защиту стабилизатора тока и стабилизатора напряжения, а также потребителя, от любых неисправностей- короткого замыкания и обрыва нагрузки, понижения и повышения выходного напряжения или тока нагрузки/

Формула изобретения

1. Стабилизированный источник питания, содержащий включенный в силовую цепь дроссель насьщ;ения с обмот- кой управления и узел сравнения, подключенный входом к выходному выводу, а выходом - к входу усилителя постоянного тока, выходом соединенного с базой регулирующего транзистора, в коллекторную цепь которого включена обмотка управления дросселя насыщения, узел коммутации на транзисторе, в коллекторную цепь которого включен исполнительный элемент, силовая часть которого включена последовательно с дросселем насьщения, и узел защиты, состоящий из согласующего транзистора, коллектор которого соединен с базой транзистора узла коммутации, база согласующего транзистора подключена к одному из выводов цепочки из последовательно соединенных первого и второго резисторов, между точкой соединения которых и общей щиной включен конденсатор временной задержки, к общей щине подключены также эмиттары транзистора узла коммутаи т и согласующего транзистора, отличающийся тем, что, с целью повышения надёжности путем обеспечения защиты от обрыва нагрузки, понижения и повьппения выходного напряжения или тока нагрузки, в него введены два компаратора, два источника опорного напряжения, два развязываю1цих диода, вывод для подключения вспомогатель- ного источника питания и балластный резистор, включенный между указанным вьшодом и обмоткой управления дросселя насыщения, причем между инвертирующим входом первого компаратора и об- щей шиной включен первый источник опорного напряжения, неинвертирую- щий вход подключен к точке соединения балластного резистора и обмотки управления дросселя насыщения, ин- вертирующий вход второго компаратора подключен к коллектору регулирующего транзистора, а между неинвертирующим

входом и общей «мной включен второй источник опорного напряжения, причем выходы первого и второго компараторов через соответствующие первый и второй развязывающие диоды подключены к второму вьшоду цепочки из последовательно соединенных первого и второго резисторов.

2.Источник питания по n.t,. о т - личающийся тем, что первый компаратор выполнен на транзисторе противоположного типа проводимости

с согласующим транзистором, база и эмиттер которого являются соответственно инвертирующим и неинвертирующим входами компаратора, а коллектор транзистора - его выходом,3.Источник питания по n.l, o t - личающийся тем, что первый и второй источники опорного напряжения выполнены соответственно на стабилитроне и диоде.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании источников электропитания электротехнической и радиоэлектронной аппаратуры различного назначения. Цель изобретения - повышение надежности путем обеспечения защиты от обрыва нагрузки, понижения и повышения выходного напряжения или тока нагрузки. В случае обрыва нагрузки, понижения и повышения выходного напряжения сигнал рассогласования на выходе узла сравнения 3 и усилителя постоянного тока 4 резко уменьшается. Регулирующий транзистор 5 закрывается, компаратор 15 переходит во второе устойчивое состояние и на его выходе появляется положительное напряжение. Конденсатор 14 начинает заряжаться через развязывающий диод 19 и резистор 13. При достижении напряжением на конденсаторе 14 значения, при котором напряжение на переходе база-эмиттер согласующего транзистора 11 соответствует его открытому состоянию, он открывается, а транзистор 7 закрывается и обесточивает обмотку электромагнитного реле 8, которое размыкает свои контакты 9 и отключает источник питания от сети. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.