Непрерывный стабилизатор напряжения постоянного тока Советский патент 1992 года по МПК G05F1/569 

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

Известен стабилизатор напряжения, содержащий регулирующий элемент на транзисторах и датчик тока нагрузки, включенный последовательно в одну из силовых шин, дифференциальный усилитель постоянного тока, один вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а другой вход - к средней точке резисторного делителя напряжения, выход усилителя постоянного тока через первый резистор подключен

к управляющему входу регулирующего элемента, а также узел защиты от перегрузок по току и коротких замыканий, состоящий из операционного усилителя и цепочки из первого диода и второго резистора, подключенной к выходным выводам стабилизатора, неинвертирующий вход операционного усилителя подключен к датчику тока нагрузки, инвертирующий вход - к точке соединения первого диода и второго резистора, а выход операционного усилителя через второй диод подключен к управляющему входу регулирующего элемента.

Недостатком стабилизатора является низкая эффективность узла защиты, так как

XI CJ

ю

СА) XI

ю

при перегрузках по току и коротких замыканиях нагрузки не обеспечивается полное запирание регулирующего элемента, что приводит к большому остаточному выходному напряжению и чрезмерному увеличе- нию тока нагрузки стабилизатора при коротком замыкании нагрузки. Это объясняется тем, что в схеме используется одно- полярное питание операционного усилителя (относительно общей шиньГтем же нестаби- лизированным напряжением, что и силовая часть стабилизатора и при снижении выходного напряжения вследствие подза- пирания регулирующего элемента отрицательное напряжение питания относи- тельно входов операционного усилителя также снижается и его выходное напряжение не может стать ниже потенциала входов. Кроме того, недостатком стабилизатора является зависимость тока срабатыва- ния узла защиты от температуры окружающей среды и разброса параметров элементов вследствие наличия диода во входной цепи операционного усилителя.

Наиболее близким к изобретению яв- ляется стабилизатор постоянного напряжения с защитой от перегрузок по току и коротких замыканий, содержащий последовательно соединенные регулирующий элемент и датчик тока нагрузки, узел управления, выход которого через резистор подключен к управляющему входу регулирующего элемента и через диод - к выходу защитного элемента, один вход которого подключен к выходному выводу стабилиза- тора и датчику тока нагрузки, а другой вход - к средней точке резисторного делителя напряжения, верхнее плечо которого является источником смещения и подключено к общей точке регулирующего элемента и дат- чика тока нагрузки, а к нижнему плечу подключен токостабилизирующий элемент, выполненный в виде двухполюсника на транзисторе и операционном усилителе, причем коллектор транзистора является выходом токостабилизирующего двухполюсника, эмиттер транзистора через резистор подключен к общей шине, его база - к выходу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с эмиттером транзистора, инвертирующий вход подключен к одному из выводов источника опорного напряжения, другой вывод которого подключен к общей шине.

Недостатками стабилизатора являются сложность и низкая надежность вследствие большого количества элементов, входящих в устройство защиты по току - два операционных усилителя, транзистор, дополнительный источник опорного напряжения и т.д.

Кроме того, отсутствие самовозврата схемы после срабатывания защиты по току.

Целью изобретения является упрощение непрерывного стабилизатора напряжения, повышение его надежности, а также расширение функциональных возможностей путем обеспечения самовозврата схемы после срабатывания защиты по току и устранение неисправности.

На чертеже представлена схема непрерывного стабилизатора напряжения постоянного тока.

Непрерывный стабилизатор напряжения постоянного тока содержит транзисторный регулирующий элемент 1, силовой транзистор 2 которого включен коллектор- эмиттерным переходом последовательно с резисторным датчиком 3 тока между первыми выводами 4 и 5 для подключения соответственно первичного источника питания и нагрузки, общую шину, включенную между вторыми выводами 6 и 7 для подключения соответственно первичного источника питания и нагрузки, измерительно-усилительный узел 8, сигнальный вход которого соединен с выводами 5 и 7 для подключения нагрузки, выход через первый резистор 9 - с управляющим входом транзисторного регулирующего элемента 1, защит- ный операционный усилитель 10, потенциальный вывод инвертирующего входа которого подключен к одному из выводов второго резистора 11 и через третий резистор 12 - к выводу датчика 3 тока со стороны транзисторного регулирующего элемента 1, а выход через диод 13 соединен с управляющим входом последнего, вспомогательный двухполярный источник 14 питания, соединенный нулевым полюсом с первым выводом 5 для подключения нагрузки и нулевыми выводами измерительно-усилительного узла 8 и защитного операционного усилителя 10, а потенциальными полюсами - с их соответствующими питающими выводами, а также четвертый резистор 15 и вспомогательный резисторный делитель 16 напряжения, причем четвертый резистор 15 включен между выводом датчика со стороны нагрузки и потенциальным выводом неинвертирующего входа защитного операционного усилителя 10, крайние выводы вспомогательного делителя напряжения 16 соединены с выводами 5 и 7 для подключения нагрузки, а промежуточный вывод соединен с другим выводом второго резистора 11.

Предлагаемый стабилизатор напряжения работает следующим образом.

При нормальном режиме работы и токе нагрузки меньшем, чем ток срабатывания

защиты, напряжение на потенциальном выводе инвертирующего входа защитного опе- рационного усилителя 10 меньше, чем напряжение на потенциальном выводе его неинвертирующего входа, и защитный операционный усилитель 10 находится в первом устойчивом состоянии, при котором напряжение на его выходе положительно и имеет максимальную величину. Вследствие этого диод 13 закрыт и защитный операционный усилитель 10 не влияет на работу стабилизатора.

Напряжение на потенциальном выводе инвертирующего входа защитного операционного усилителя 10 определяется падением напряжения на датчике 3 тока, напряжением на верхнем плече вспомогательного резисторного делителя 16 напряжения и соотношением сопротивлений второго 11 и третьего 12 резисторов, а напряжение на потенциальном выводе неинвертирующего входа защитного операционного усилителя 10 относительно вывода 5 равно нулю. Напряжение на верхнем плече вспомогательного резисторного делителя 16 напряжения, пропорциональное выходному напряжению стабилизатора, является опорным напряжением для устройства защиты по току.

При перегрузках по току или коротких замыканиях падение напряжения на датчике 3 тока увеличивается, тогда как напряжение на верхнем плече вспомогательного резисторного делителя 16 остается постоянным, напряжение на потенциальном выводе инвертирующего входа защитного операционного усилителя 10 относительно вывода 5 повышается и становится больше нуля. Вследствие этого напряжение на выходе защитного операционного усилителя 10 понижается и становится отрицательным относительно вывода 5, диод 13 открывается и ток с выхода измерительно-усилительного узла 8 начинает протекать через диод 13, напряжение на управляющем входе регулирующего элемента 1 понижается и он начинает подзакрываться, выходное напряжение и ток нагрузки стабилизатора уменьшаются.

В результате этого происходит одновременное уменьшение падения напряжения на датчике 3 тока и на верхнем плече вспомогательного резисторного делителя 16 напряжения. Однако из-за протекания через датчик 3 тока, кроме тока нагрузки стабилизатора, тока вспомогательного резисторного делителя 16 напряжения, напряжение на потенциальном выводе инвертирующего входа защитного операционного усилителя 10 становится выше, чем напряжение на потенциальном выводе его

неинвертирующего входа, защитный операционный усилитель 10 переходит во второе устойчивое состояние, при котором напряжение на его выходе имеет отрицательное значение. Вследствие этого стабилизатор также переходит во второе устойчивое состояние (но не опрокидывается).

В этом режиме, т.е. при сопротивлении нагрузки меньшем, чем сопротивление, при

котором срабатывает защита по току, защитный операционный усилитель 10 и схема стабилизатора находятся во втором устойчивом состоянии, при котором напряжение на выходе операционного усилителя 10 имеет отрицательное значение, регулирующий элемент 1 практически закрыт и через нагрузку протекает остаточный пок, близкий к нулю, следовательно, выходное напряжение стабилизатора также близко к нулю. При незначительном увеличении сопротивления нагрузки, по сравнению с сопротивлением срабатывания защиты потоку, схема возвращается в исходное состояние.

Основной особенностью стабилизатора

является использование защитного операционного усилителя 10 в режиме суммирования сигналов по одному входу, введение четвертого резистора 15 и вспомогательного резисторного делителя 16 напряжения,

включенного между выводом 5 стабилизатора и общей шиной.

Это позволяет расширить функциональные возможности стабилизатора путем обеспечения самовозврата схемы в исходное состояние после устранения перегрузки по току или короткого замыкания, исклю- чить броски тока через регулирующий элемент при включении стабилизатора, упростить узел защиты по току, и путем этого повысить надежность стабилизатора - увеличить время наработки на отказ на 10- 15% по сравнению с известными стабилизаторами напряжения.

Формула изобретения

Непрерывный стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий транзисторный регулирующий элемент, силовой транзистор которого включен коллекторэмиттерным переходом последовательно с резисторным датчиком тока между первыми выводами для подключения первичного источника питания и нагрузки, общую шину, включенную между вторыми выводами

для подключения первичного источника питания и нагрузки, измерительно-усилительный узел, сигнальный вход которого соединен с выводами для подключения нагрузки, а выход через первый резистор - с управляющим входом транзисторного регулирующего элемента, защитный операционный усилитель, потенциальный вывод инвертирующего входа которого подключен к одному из выводов второго резистора и через третий резистор - к выводу датчика тока со стороны транзисторного, регулирующего элемента, а выход через диод соединен с управляющим входом последнего, вспомогательный двухполярный источник питания, соединенный нулевым полюсом с первым выводом для подключения нагрузки и нулевыми выводами измерительно-усилительного узла и защитного операционного усилителя, а потенциальными полюсами - с

5

их соответствующими питающими выводами, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности в работе, в него введены четвертый резистор и вспомогательный резисторный делитель напряжения, причем четвертый резистор включен между выводом датчика тока со стороны нагрузки и потенциальным выводом неинвертирующего входа защитного операционного усилителя, крайние выводы вспомогательного делителя напряжения соединены с выводами для подключения нагрузки, а промежуточный вывод - с другим выводом второго резистора.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания электротехнической и радиоэлектронной аппаратуры. Цель - упрощение и повышение надежности работы. Устр-во построено по компенсационному принципу с регулирующим элементом последовательного типа. Основной особенностью устр-ва является использование защитного операционного усилителя в режиме суммирования по одному из входов сигналов от резисторного датчика тока и с выхода вспомогательного резисторного делителя напряжения, включенного на выходе стабилизатора и выполняющего функции блока опорного напряжения, При нормальном режиме работы операционный усилитель находится в первом устойчивом состоянии, при котором напряжение на его выходе положительно и не влияет на регулирующий элемент. В случае перегрузки по току или к.з. напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя изменяет знак, и тот переходит во второе устойчивое состояние с отрицательным выходным напряжением, вызывающим закрытие регулирующего элемента. После устранения неисправности в цепи нагрузки обеспечивается самовозврат схемы в исходное состояние. 1 ил. сл с