Стабилизатор напряжения постоянного тока Советский патент 1991 года по МПК G05F1/573 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в стабилизированных источниках электропитания

Цель изобретения - повышение КПД и надежности путем повышения эффективности защиты от перегрузок по току и коротких замыканий.

На чертеже приведена схема предлагаемого стабилизатора напряхения постоянного тока.

Стабилизатор содержит последовательно включенные в силовую шину датчик 1 тока и регулирующий элемент 2,

к общей точке которых одним входом подключен первый резистивный делитель 3 смещения, параллельно которому включен первый диод 4 смещения, соединенный через второй балластный резистор 5 с общей шиной. Первый транзистор 6 защиты эмиттером соединен с входным выводом, а коллектором - с точкой соединения управляющего входа регулирующего элемента 2 с выходом усилителя 7 обратной связи, один вход которого подключен к выходу источника 8 опорного напряжения на последовательно включенных

ел

4

ОС

з1

между выходным выводом и общей шино стабилитроне 9 и первом балластном резисторе 10, а другЪй вход соедине с выходом первого делителя 11 выходного напряжения на последовательно включенных между выходным выводом и общей шиной резисторах 12, 13. Втрой резистивный делитель 14 смещения и второй диод смещения 15 соет динены параллельно друг другу; одна точка их соединения подключена к выходу первого резистивного делителя 3 смещения, а другая - к коллектору второго транзистора 16 защиты Выход второго редистивного 14 делителя смещения соединен с базой первого транзистора 6 защиты. База второго транзистора 16 защиты подключена к выходу источника 17 напряжения смещения на последовательно вкл .ченных между входным выводом и обще шиной третьем балластном резисторе- 18 и двух последовательно соединенн диодах 19, 20., Эмиттер второго транзистора 16 защиты подключен к выходу второго делителя 21 выходного напряжения защиты на последовательно включенных между выходным выводо и общей шиной двух резисторах 22, 23.

Стабилизатор работает следующим образом.

В цепи обратной связи, содержащий источник 8 опорного напряжения и делитель 11 выходного напряжения, осуществляется сравнение части выхоного напряжения стабилизатора и опоного напряжения на стабилитроне Э, сигнал рассогласования которых пост пает на вход усилителя 7 обратной связи. Усиленный сигнал рассогласования с выхода усилителя 7 обратной связи поступает на управляющий вход регулирующего элемента 2 и оказывает благодаря отрицательной обратной связи в цепи на него воздействие, которое стабилизирует выходное напряжение при изменениях как входного напряжения, так и тока нагрузки стабилизатора, В исходном состоянии стабилизатора (при токах нагрузки, не превышающих номинальное значение) первый б и второй 16 транзисторы защиты находятся в закрытом состоянии. Управляющее напряжение на база-эмиттерном переходе второго транзистора 16 защиты опредляется уравнением

US916 UZ(

(О

0

5

0

5

0

где U ( - выходное напряжение источника 17 напряжения (напряжение на диодах 19, 20), Ug( - выходное напряжение делителя 21 выходного напряжения защиты.

Коэффициент деления, определяемый отношением сопротивлений резисторов 22, 23 делителя 21, выбирается таким образом, чтобы обеспечивалось в исходном состоянии условие

иггэ(

при котором, учитывая, что напряжение равно ,2 В,выходное напряжение U-ц делителя 21 должно быть не менее 0,7-0,8 В. В этом случае второй транзистор 16 защиты будет закрыт, а по цепи второй резистивный делитель 14 смещения и второй диод 15 смещения, ток не течет. Следовательно, напряжение на выходе второго резистивного делителя 14 равно нулю. Управляющее напряжение на база-эмиттер- ном переходе первого транзистора 6 защиты при этом

U +

и

1)

(2)

9

5

0

5

- выходное напряжение первого резистивного делителя 3 смещения;

U( - падение напряжения на датчике 1 тока.

Благодаря тому, что первый диод 4 смещения включен параллельно первому резистивному делителю 3 смещения и запитан от входного напряжения стабилизатора через второй балластный резистор 5, выходное напря- 5 жение Ug первого резистивного делителя 3 смещения практически постоянно независимо от режима стабилизатора (исходное состояние, перегрузка по току или короткое замыкание) |и почти не зависит от изменений входного напряжения. Выходное напряжение U j может быть выбрано равным 0,3-0,4 В. Тогда, как следует из уравнения (2), падение напряжения U 4 на датчике 1 тока в исходном состоянии стабилизатора должно быть не более 0,1-0,2 В, для того, чтобы первый транзистор 6 защиты был закрыт. , При возникновении перегрузки стабилизатора по току или короткое замыкание увеличивается паление напряжения U на датчике 1 тока. Когда это напряжение достигает знамения, равного 0,2-0,3 В первый транзистор 6 защиты открывается, шунтируя база- эмиттерный переход транзистора ре- гулирующего элемента 2, который при этом подзапирается. Напряжение iHa выходе стабилизатора начинает падать. В результате уменьшается выходное напряжение 11 делителя 21 выходного напряжения защиты, возрастает управляющее напряжение на база-эмиттерном переходе второго транзистора 16 защиты и при достижении этого напряжения значения порядка 0,6 В второй транзистор 16 защиты открывается. Коллекторный ток второго транзистора 16 защиты, протекая по цепи - второй резистивный делитель 14 смещения и второй диод 15 смещения, создает на выходе второго резистивного делителя 14 сме- щения напряжения U, дополнительно отпирающее первый транзистор 6 защиты. Это вызывает резкое уменьшение тока на выходе стабилизатора, так как происходит процесс лавинообразно го подзапирания регулирующего элемента 2. При этом выходное напряжение U(4 второго резистивного делителя 14 смещения имеет фиксированное значение, определяемое выбранным коэффициентом деления второго резистивного делителя 14 смещения., Причем благодаря второму диоду 15

смещения напряжение Ui резко возрастает лишь при отпирании второго транзистора 16 защиты и в дальнейшем практически не меняется и не зависит от изменений тока коллектора второго транзистора 16 защиты. При этом управляющее напряжение на база-эмиттерном переходе первого транзистора 6 защиты определяется уравнением

%эб U3 + и + (3)

Поскольку напряжение U регулируется выбором коэффициента деления второго резистивного делителя 14 смещения, как следует из уравнения (3), падение напряжения U на датчик 1 тока и, следовательно, ток короткого замыкания стабилизатора могут быть выбраны определенно

заранее заданного значения, в том числе не равного нулевому, благодаря чему в описываемом стабилизаторе обеспечивается автоматический возврат после снятия перегрузки по току или короткому замыканию. Как следует из уравнения (3), если принять при коротком замыкании следующие значения напряжений: U равным 0,3 В, U {4 равным 0,25 В, падение напря- жения U ( на датчике 1 тока составит 0,1 В. Если в исходном состоянии стабилизатора падение напряжения „U,, составляет 0,2 В, это означает, что ток короткого замыкания составляет половину номинального тока нагрузки. Учитывая, что датчик 1 тока включен в силовую шину и по нему протекает ток нагрузки стабилизатора, выигрыш по мощности (до единиц Ватт) и соответственно увеличение КПД предлагаемого устройства будет существенным. Соответственно этому будет выше и КП/1 предлагаемого стабилизатора напряжения.

Формула изобретения

Стабилизатор напряжения постоянного тока, содержаний последовательно включенные между входным и выходным выводами датчик тока и регулирующий элемент, первый транзистор защиты, эмиттер которого подключен к входному выводу, первый резистивный делитель смещения, один вывод которого подключен к точке соединения датчика тока и регулирующего

элемента, второй транзистор защиты, усилитель обратной связи, один вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения на последовательно включенных между выходным

выводом и общей шиной стабилитроне и первом балластном резисторе, другой вход подключен к выходу делителя выходного напряжения цепи обратной связи на последовательно включенных

между выходным выводом и общей шиной двух резисторах, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности путем повышения эффективности защиты от перегрузок

по току и коротких замыкании, в него введены первый и второй диоды смещения, второй балластный резистор, второй делитель выходного напряжения, второй резистивный делитель

смещения и источник напряжения смещения, причем катод первого диода сщения подключен к точке соединения датчика тока, регулирующего элемента и первого резистивного делителя смещения, а анод через второй балластный резистор соединен с общей шиной, второй резистивный делитель смещения и второй диод смещения со- единены параллельно, причем один электрод диода подключен к выходу первого резистивного делителя смещения, а другой - к коллектору второго транзистора защиты, выход вто- рого резистивного делителя смещения соединен с базой первого транзистора защиты, коллектор которого подключен к точке соединения входа регулирующего элемента и выхода усилителя обратной связи, база второго транзистора защиты подключена к выходу источника напряжения смещения, состоящего из последовательно включенных между входным выводом и общей шиной третьего балластного резистора и двух последовательно соединенных диодов, эмиттер второго транзистора защиты подключен к выходу второго делителя выходного напряжения защиты, состоящего из последовательно включенных между выходным выводом и общей шиной резисторов.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в стабилизированных источниках электропитания. изобретения - повышение КПД и надежности путем повышения эффективности защиты от перегрузок по току. Стабилизатор содержит последовательно включенные в силовую шину датчик 1 тока и регулирующий элемент 2, усилитель 7 обратной связи, первый 6 и второй 7 транзисторы защиты, резистивный делитель 3 смещения. Введенные элементы (первый 1 и второй 15 диоды смещения, второй резистивный делитель И смещения, источник 17 напряжения смещения, делитель 21 выходного напряжения защиты) в сочетании с введенными связями между ними и известными элементами за счет уменьшения падения напряжения на датчике тока при срабатывании защиты увеличивают КПД устройства и одновременно обеспечивают его автоматический возврат в рабочее состояние после снятия перегрузки или короткое замыкание, 1 ил. (Г с

I I