Стабилизатор постоянного напряжения с защитой от перегрузок Советский патент 1991 года по МПК G05F1/569 

X

Фиг1

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника питания радиоэлектронной аппаратуры.

Известен стабилизатор постоянного на- пряжения, содержащий силовой регулирующий элемент, усилитель обратной связи, источник опорного напряжения, резистор, датчик тока, транзистор защиты, резистив- ный делитель, усилительный транзистор и конденсатор.

Недостатком этого стабилизатора является отсутствие в нем ограничения рассеиваемой мощности на регулирующем элементе При перегрузках, что снижает его надежность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является стабилизатор постоянного напряжения с защитой от перегрузок, содержащий последовательно включенные между выходным и входным си- левыми выводами резистивный датчик тока и регулирующий транзистор по схеме с общим коллектором, измерительно-усилительный узел, входами подключенный между выходным силовым выводом ы общей шиной, а выходом - к базе регулирующего транзистора, триггер защиты, выполненный на двух транзисторах разного типа проводимости, резистивном делителе напряже- ния, двух резисторах м стабилитроне, эмиттер первого транзистора соединен с входным силовым выводом, коллектор первого транзистора соединен через резистав- ный делитель с общей шиной, база первого транзистора соединена через второй резистор с коллектором регулирующего транзистора и через последовательно включенные первый резистор и стабилитрон - с коллектором второго транзистора и базой регул и- рующего транзистора, средняя точка резистивного делителя соединена с базой второго транзистора, эмитгер которого соединен с общей шиной.

Указанный стабилизатор защищен от перенапряжения на входе w от перегрузки по току, что обеспечивает ограничение рассеиваемой мощности на ре гулирующем транзисторе. Однако он не запускается в случае, если на его выход подключена на- грузка, емкость которой соизмерима (одного порядка) с емкостью подключенной к его входу. Кроме того, для надежного запуска стабилизатора мощность источника, от которого он питается, должна быть ограииче- на сверху, что в некоторых случаях депэет невозможным его применение. Например, если в радиоэлектронном устройстве установлен для его питания трансформатор, имеющий свободные обмотки, то использование этих обмоток совместно с данным ста- билизатором для питания стабилизированным напряжением части радиоэлектронного устройства невозможно, если потребляемая этой частью мощность во много раз ниже мощности, которую могут отдать свободные обмотки, так как в этом случае данный стабилизатор плохо запускается на нагрузку,

Цель изобретения - расширение области применения стабилизатора.

Указанная цель достигается, что в ста- бшшзагор постоянного напряжения с защитой от перегрузок, содержащий последовательно включенные между входным л выходным силовым / выводами рези- стивйый датчик тока и регулирующий транзистор по схеме с общим коллектором, измерительно-усилительный блок, входами подключенный между выходным силовым выводом и общей шикой, а выходом к базе регулирующего транзистора, два транзистора защиты, два резистора, резистивный делитель напряжения л стабилитрон, причем эмиттер первого транзистора защиты подключен к входному силовому выводу, его база - к первому выводу первого резистора м через второй резистор - к коллектору регулирующего транзистора, коллектор пер- soro транзистора защиты соединен с общей шиной через резистивный делитель напряжения, средняя точка которого соединена с базой второго транзистора защиты, эмиттер которого соединен с общей шиной, а коллектор - с первым выводом стабилитрона и с базой регулирующего транзистора, введены коммутирующий транзистор, коллектор которого подключен к второму выводу первого резистора, з эмиттер - к второму выводу стабилитрона, и блокирующий блок, включенный между входным силовым выводом и общей шиной, а выходом к базе коммутиру- нщего транзистора.

Блокирующий блок состоит из резистора и конденсатора, последовательно включенных между силовым и общим входами блокирующего блока, выход которого соединен с общей точкой резистора и конденсатора.

В блокирующий блок с целью увеличения скорости срабатывания защиты от пере- напряженип на входе стабилизатора может быть введен пороговый узел, включенный между общей точкой резистора и конденсатора и выходом блокирующего блока, входы которого соединены с- входами питания порогового узла,

Кроме того, известны стабилизаторы постоянного напряжения с триггерной за- щшой, позволяющие запуск на емкостную

нагрузку, причем при запуске на емкостную нагрузку эти стабилизаторы работают в режиме ограничения тока нагрузки, что положительно сказывается на их надежности.

Однако при перегрузке по току такие стабилизаторы переходят сначала в режим ограничения тока нагрузки и лишь через некоторое время, если перегрузка длительная, полностью отключаются от нагрузки.

Указанный недостаток наиболее сильно проявляется при запитывании измерительных цепей, в которых при запитке нестаби- лизированным напряжением может получиться неверная информация, неявно отличающаяся от ожидаемой.

При этом в предлагаемом стабилизаторе постоянного напряжения с защитой от перегрузок введенные коммутирующий транзистор и блокирующий блок обеспечивают запуск стабилизатора в режиме огра- ничения тока на любую емкостную нагрузку, при питании стабилизатора от источника сколь угодно -большой мощности, причем, если перегрузка по току стабилизатора возникает после запуска, триггерная защита срабатывает мгновенно и стабилизатор полностью отключается от нагрузки без перехода в режим ограничения тока нагрузки.

На фиг. 1 изображена структурная схема стабилизатора постоянного напряжения с защитой от перегрузок; на фиг.2 - структурная схема первого варианта блокирующего блока; на фиг.З - структурная схема второго варианта блокирующего блока; на фиг.4 - структурная схема порогового узла.

Стабилизатор постоянного напряжения с защитой от перегрузок содержит рези- стивный датчик 1 тока, регулирующий транзистор 2. измерительно-усилительный блок 3, первый и второй транзисторы 4,5 защиты, первый и второй резисторы 6,7, резистив- ный делитель 8 напряжения, стабилитрон 9, коммутирующий транзистор 10, блокирующий блок 11.

Эмиттер первого транзистора 4 защиты соединен с входным силовым выводом стабилизатора и через резистивный датчик 1 тока с коллектором регулирующего транзистора 2. База первого транзистора 4 защиты соединена через первый резистор 6 с кол- лектором коммутирующего транзистора 10 и через второй резистор 7 - с коллектором регулирующего транзистора 2. Коллектор первого транзистора 4 защиты соединен с общей шиной через резистивный делитель 8 напряжения, средняя точка которого соединена с базой второго транзистора 5 защиты, эмиттер которого соединен с общей шиной, а коллектор - с базой регулирующего транзистора 2, и через стабилитрон 9 с

эмиттером коммутирующего транзистора

10.Блокирующий блок 11 входами включен между входным силовым выводом и общей шиной, а его выход соединен с базой коммутирующего транзистора 10.

Блокирующий блок 11 предназначен для отключения коммутирующего транзистора 10 в момент запуска стабилизатора. Блокирующий блок 11 по первому варианту содержит (фиг.2) резистор 15 и конденсатор

16,причем резистор 15 и конденсатор 16 включены последовательно между силовым и общим входами 12, 13 блокирующего блока 11, а общая точка резистора 15 и конденсатора 16 присоединена к выходу 14 блокирующего блока.

Блокирующий блок по второму варианту, обеспечивающий большую скорость срабатывания защиты от перенапряжения на входе стабилизатора, содержит (фиг.З) резистор 15, конденсатор 16 и пороговый узел

17,причем резистор 15 и конденсатор 16 последовательно включены между силовым и общим входами 12, 13 блокирующего блока 11, общая точка резистора 15 и конденсатора 16 подключена к информационному входу порогового узла 17, выход которого соединен с выходом блокирующего блока

11,силовой и общий входы питания порогового узла 17 соединены соответственно с силовым входом 12 и общим входом 13 блокирующего блока 11.

В простейшем случае пороговый узел 17 может быть выполнен на базе двух транзисторов 24, 25 (фиг.4) и двух резисторов 23, 24, причем база первого транзистора 24 соединяется с информационным входом 18 порогового узла, коллектор первого транзистора 24 соединен с базой второго транзистора 25 и через первый резистор 22 - с силовым входом 20 питания, коллектор второго транзистора 25 соединен с выходом 19 порогового узла и через второй резистор 23 - с силовым выходом 20 питания, эмиттеры первого и второго транзисторов 24, 25 соединены с общим входом 21 питания.

Пороговый узел 17 работает следующим образом.

Если на информационном входе 18 присутствует напряжение меньше напряжения отпирания первого транзистора 24 ( -0,6 В), то второй транзистор 25 открыт и выход 19 порогового узла 17 соединен с общим входом 21 питания. Как только напряжение на информационном входе 18 достигнет напряжения отпирания первого транзистора 24, то второй транзистор 25 закроется и на выход 19 порогового узла поступит через второй резистор 23 напряжение с силового входа 20 питания.

Блокирующий блок 11 по второму варианту работает следующим образом. После подачи питания на блокирующий блок 11 конденсатор 16 начинает заряжаться через резистор 15, пока напряжение на конденсаторе 16 не достигнет порога срабатывания порогового узла 17- выход 14 блокирующего блока 11 пороговый узел соединяет с общим входом 13 блокирующего блока. Как только напряжение на конденсаторе 16 до- Јтигнет порога срабатывания порогового узла 17, пороговый узел 17 отключает выход 14 блокирующего блока 11 от его общего входа 13 и срединяет через резистор 23, находящийся внутри порогового узла 17, с силовым входом 12. Таким образом, после подачи питания на блокирующий блок 11 на его выходе 14 присутствует некоторое время нулевой потенциал общей шины, а затем появляется потенциал входного силового вывода.

Принцип действия и работа остальных блоков, из которых состоит предлагаемый стабилизатор, известны.

Резистивным датчиком 1 тока может служить обычный резистор. Измерительно- усилительный блок 3 можно выполнить по известной схеме.

Предложенный стабилизатор при нагрузке, не превышающей допустимую, рабогает как обычный компенсационный стабилизатор непрерывного регулирования.

При увеличении тока нагрузки увеличивается падение напряжения на резистив- ном датчике 1 тока. При достижении тока нагрузки величины, равной порогу срабатывания защиты з, падение напряжения на резистивном датчике 1 тока возрастает на столько, что открывается первый транзистор 4, напряжение на его коллекторе резко возрастает. 8 результате открывается второй транзистор 5, напряжение на его коллекторе падает почти до нуля. Регулирующий транзистор 2 закрывается. Пробивается стабилитрон 9, через переход база-эмиттер коммутирующего транзистора 10 начинает протекать ток, и коммутирующий транзистор 10 открывается (в рабочем режиме напряжение на выходе блокирующего блока 11, а следовательно, на базе коммутирующего транзистора 10, равно напряжению на входном силовом выводе). Через первый резистор 6 и база-эмит- терный переход первого транзистора 4 защиты начинает протекать ток. Первый и второй транзисторы 4,5, коммутирующий .транзистор 10 фиксируются в открытом состоянии. Отключение стабилизатора от нагрузки происходит практически мгновенно без перехода в режим ограничения тока нагрузки. Для того, чтобы стабилизатор снова подготовить к работе, необходимо на некоторое время снять входное напряжение UBx. Если входное напряжение DBX стабилизатора, работающего в режиме номинальной нагрузки, начинает возрастать и достигает величины, когда разность входного Unx и выходного напряжений Увых равняется сумме напряжения пробоя

0 стабилитрона 9 DCT, напряжения база-эмиттер коммутирующего транзистора 10 Ue экт и напряжения база-эмиттер регулирующего транзистора 2 Убэрт

UBX - Овых UCT + ибзрт+ибэкт,(1)

5 то стабилитрон 9 пробивается. Через переход база-эмиттер коммутирующего транзистора 10 начинает протекать ток и он открывается, в его коллекторной цепи также начинает протекать ток, и падение напряже0 ния на втором резисторе 7 открывает первый транзистор 4 защиты, напряжение на его коллекторе резко возрастает, открывается второй транзистор 5 защиты, напряжение на его коллекторе падает почти до нуля.

5 Регулирующий транзистор 2 закрывается, а первый и второй транзисторы 4,5 и коммутирующий транзистор 10 фиксируются в открытом состоянии. Если блокирующий блок 11 выполнен по первому варианту (фиг.2), то

0 при выполнении условия (1) защита срабатывает не сразу, а через некоторое время, так как выход блокирующего блока 11, а следовательно, и база коммутирующего транзистора 10 шунтирована конденсато5 ром 16, стабилизатор терпит некоторое время напряжение на входе. Однако в этом случае переход в режим ограничения тока не происходит, т.е. во время задержки срабатывания защиты стабилизатор остается в

0 режиме стабилизации напряжения. Если перегрузка кратковременна, срабатывания защиты не происходит. Если блокирующий блок выполнен по второму варианту (фиг.З), то срабатывание защиты происходит прак5 тически мгновенно, так как в этом случае выход блокирующего блока 11 не шунтирован конденсатором 16. Для того, чтобы стабилизатор снова подготовить к работе, необходимо на некоторое время снять вход0 ное напряжение U8x.

Запуск стабилизатора на емкостную нагрузку происходит следующим образом. После появления на эходном силовом выводе напряжения в цепи регулирующего транзи5 стора 2 начинает протекать ток нагрузки, который в начальный момент а результате заряда емкости нагрузки достигает порога срабатывания защиты 1з, Первый и второй транзисторы 4,5 защиты открываются. Регулирующий транзистор 2 закрывается. Однако коммутирующий транзистор 10 остается закрытым, так как потенциал на выходе блокирующего блока 11 в начальный момент запуска стабилизатора такой, что не позволяет открыться коммутирующему транзи- стору 10. Поэтому., как только ток в цепи регулирующего транзистора 2 спадает ниже порога срабатывания защиты, первый и второй транзисторы 4,5 закрываются и регулирующий транзистор 2 снова открывается, Далее, работая таким образом в режиме ог- раничения тока нагрузки, стабилизатор выходит на рабочий режим, после чего на выходе блокирующего блока 11 появляется напряжение, равное напряжению на вход- ном силовом выводе стабилизатора, в результате чего в дальнейшем коммутирующий транзистор 10 не препятствует триггерному срабатыванию защиты.

При использовании блокирующего бло- ка 11 по первому варианту (фиг.2) условие надежного запуска стабилизатора следующее; время заряда конденсатора 16 через резистор 15 до напряжения Uc, равного сумме напряжения пробоя стабилитрона 9 Ост, напряжения база-эмиттер коммутирующего транзистора 10 Убэкт и падения напряжения на эмиттер-коллекторном переходе открытого второго транзистора 5 защиты 1)кэт2

Uc UcT + U63KT + UK3T2,(2)

было больше времени достижения рабочего напряжения на выходном силовом выводе стабилизатора.

При использовании блокирующего блока 11 по второму варианту (фиг.З) условие надежного запуска стабилизатора следующее: время заряда конденсатора 16 через резистор 15 до напряжения порога срабатывания порогового узла 17 должно быть больше времени достижения рабочего Напряжения на выходном силовом выводе стабилизатора.

Таким образом, предлагаемый стабили- затор запускается на любую емкостную нагрузку, так как время заряда конденсатора 16 можно регулировать в широких пределах, далее предложенный стабилизатор запускается на емкостную нагрузку от источника сколь угодно большой мощности. Все это позволяет значительно расширить область применения предлагаемого стабилизатора, одновременно обеспечивая максимальную скорость срабатывания защиты в рабочих режимах.

Формула изобретения 1. Стабилизатор постоянного напряжения с защитой от перегрузок, содержащий последовательно включенные между входным и выходным силовыми выводами рези- стивный датчик тока и регулирующий транзистор по схеме с общим коллектором, измерительно-усилительный блок, входами подключенный между выходным силовым выводом и общей шиной, а выходом - к базе регулирующего транзистора, два транзистора защиты, два резистора, резистивный делитель напряжения и стабилитрон, причем эмиттер первого транзистора защиты подключен к входному силовому выводу, его база - к первому выводу первого резистора и через второй резистор - к коллектору регулирующего транзистора, а коллектор первого транзистора защиты соединен с общей шиной через резистивный делитель напряжения, средняя точка которого соединена с базой второго транзистора защиты, эмиттер которого соединен с общей шиной, а коллектор - с первым выводом стабилитрона и с базой регулирующего транзистора, отличающийся тем, что, с целью расширения области использования, в него введены коммутирующий транзистор, коллектор которого соединен с вторым выводом первого резистора, а эмиттер - с вторым выводом стабилитрона, и блокирующий блок, входными выводами подключенный между выходным силовым выводом и общей шиной, а выходным выводом - к базе коммутирующего транзистора.

2.Стабилизатор по п.1, о т л и ч а ю щ и- й с я тем, что блокирующий блок состоит из резистора и конденсатора, последовательно включенных между силовым и общим входами блокирующего блока, выход которого соединен с общей точкой резистора и конденсатора.

3.Стабилизатор по п. 1. о т л и ч а ю щ и- й с я тем, что, с целью увеличения скорости срабатывания защиты от перенапряжения на входе, в блокирующий блок введен поро- гозый узел, включенный между общей точкой резистора и конденсатора и выходом блокирующего блока, входы которого соединены с входами питания порогового узла.

ФиаЗ

-Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - расширение области использования. Устройство содержит датчик 1 тока, регулирующий транзистор 2, измерительно- усилительный блок 3, первый и второй транзисторы 4,5 защиты, первый и второй резисторы 6,7, делитель 8 напряжения, стабилитрон 9. В устройство введены коммутиL Р рующий транзистор 10 и блокирующий блок 11. Запуск происходит следующим образом. При включении сигнал блокирующего блока 11, работающего только в начальный момент запуска, поддерживает транзистор 10 закрытым, устройство работает таким образом в режиме ограничения тока. При нагрузке, не превышающей допустимую, устройство работает как обычный компенсационный стабилизатор. При перегрузке по току с блока 11 после запуска устройства не блокирует транзистор 10, пробивается стабилитрон 9, через первый резистор 6 насыщается транзистор 4, в результате регенеративного процесса транзисторы 4,5,10 фиксируются в открытом состоянии, а регулирующий транзистор 2 закрывается. Таким образом устройство запускается на любую емкостную нагрузку и обеспечивает максимальную скорость срабатывания защиты в рабочих режимах, что позволяет расширить область его использования. 2 з.п.ф-лы, 4 ил. со с XI О ND 00 СЛ