Стабилизатор постоянного тока Советский патент 1992 года по МПК G05F1/569 

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

Известен транзисторный стабилизатор постоянного тока, содержащий последовательно соединенные регулирующие элемент и датчик тока нагрузки, включенные в одну из силовых шин, усилитель постоянного тока и источник опорного напряжения, входы усилителя постоянного тока связаны с датчиком тока нагрузки и источников опорного напряжения, а выход под- ключен к управляющему входу регулирующего элемента.

Недостатком стабилизатора является низкая надежность из-за отсутствия устройства защиты от обрыва нагрузки или устройства, ограничивающего выходное напряжение стабилизатора в режиме холостого хода, так как при отключении или обрыве нагрузки, т.е. при работе стабилизатора на холостом ходу, его выходное напряжение резко повышается, что может привести к пробою конденсаторов, установленных на выходе стабилизатора тока, и к выходу из строя других элементов.

Наиболее близким к предлагаемому является стабилизатор постоянного тока, содержащий транзисторный регулирующий элемент и датчик тока нагрузки, включенные последовательно в одну из силовых шин, источник опорного напряжения и дифференциальный усилитель постоянного тока, один вход которого подключен к датчику тока нагрузки, другой вход связан с выходом источника опорного напряжения, а выход подключен к управляющему входу регулирующего элемента.

Недостатком этого стабилизатора тока также является низкая надежность вследствие отсутствия устройства защиты или устройства, ограничивающего выходное

(Л

С

N о

о

VI

напряжение стабилизатора в режиме холостого хода.

Целью изобретения является повышение надежности стабилизатора постоянного тока.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого стабилизатора постоянного тока.

Стабилизатор содержит регулирующий элемент 1, подключенный к входной шине 2 непосредственно, а к выходной шине 3 - через датчик тока 4 нагрузки, дифференциальный усилитель сигнала рассогласования 5, подключенный выходом к управляющему входу регулирующего элемента 1 через согласующий элемент 6, инвертирующим входом - к датчику тока 4 нагрузки, источник опорного напряжения 7, подключенный первым выводом к выходной шине 3, вторым выводом - к общей шине через первый делитель напряжения 8, состоящим из резисторов 9 и 10, второй делитель напряжения 11, подключенный параллельно источнику опорного напряжения 7, третия делитель напряжения 12, состоящий из резисторов 13 и 14 и подключенный средним выводом к неинвертирующему входу дифференциального усилителя сигнала рассогласования 5, первым крайним выводом - к среднему выводу второго делителя напряжения 11 непосредственно, а вторым крайним выводом - к среднему выводу первого делителя напряжения 8 через развязывающий диод 15.

Стабилизатор постоянного тока может быть непрерывным или импульсным и содержит регулирующий элемент 1 непрерывного или импульсного действия. Непрерывный регулирующий элемент содержит транзисторы, а в состав импульсного регулирующего элемента входят также дроссель, конденсатор и обратный диод.

В непрерывном стабилизаторе согласующий элемент 6 может отсутствовать или представляет собой просто резистор, а в импульсном стабилизаторе в состав согласующего устройства входят импульсный усилитель, широтно-импульсный модулятор, задающий генератор и другие элементы, необходимые для обеспечения импульсного регулирования.

Стабилизатор постоя иного тока работает следующим образом.

При включении стабилизатора на неинвертирующий вход дифференциального усилителя сигнала рассогласования 5 подается напряжение опорного источника 7 и на выходе дифференциального усилителя сигнала рассогласования 5 появляется положительное напряжение, которое через согласующий элемент 6 подается на вход

регулирующего элемента 1. Регулирующий элемент 1 открывается, на выходную шину 2 стабилизатора поступает напряжение и через его нагрузку и датчик тока 4 нагрузки

начинает протекать ток. Напряжение с датчика тока 4 нагрузки поступает на инвертирующий вход дифференциального усилителя сигнала рассогласования 5, обеспечивая отрицательную обратную связь по

току нагрузки и его стабилизацию.

При обрыве или отключении нагрузки, т.е. при работе стабилизатора тока на холостом ходу, например при работе стабилиза- тоора на подключенный, но не

подожженный лазер, выходное напряжение стабилизатора при отсутствии введенных элементов - третьего делителя напряжения 12 и развязывающего диода 15 - резко увеличивается, так как при отсутствии тока нагрузки регулирующий элемент 1 полностью открывается под действием цепи отрицательной обратной связи.

Вследствие этого стабилизатор тока без введенных элементов имеет низкую надежность, так как к его выходным цепям - выходному конденсатору и другим элементам - в режиме холостого хода прикладывается весьма высокое напряжение, равное входному напряжению стабилизатора при работе его первичного источника питания на холостом ходу. При наличии первого делителя напряжения 8, третьего делителя напряжения 12 и развязывающего диода 15 осуществляется стабилизация выходного

напряжения стабилизатора в режиме холостого хода. Причем велчиина выходного напряжения при этом устанавливается выбором сопротивлений резисторов 9 и 10 первого делителя напряжения 8 или сопротивления 14 третьего делителя напряжения 12. Для обеспечения плавной регулировки этого напряжения один из указанных резисторов может быть выполнен переменным. Сопротивления резисторов 9, 10 и 14, т.е.

коэффициенты передачи первого 8 и третьего 12 делителей напряжения, выбираются такими, что при работе стабилизатора в режиме стабилизации тока потенциал катода развязывающего диода 15 относительно

выходной шины 3 стабилизатора выше потенциала его анода, развязывающий диод 15 закрыт и первый делитель напряжения 8 не влияет на работу стабилизатора.

При увеличении выходного напряжения

стабилизатора за установленный предел при недопустимом увеличении сопротивления нагрузки или при ее отключении напряжение на первом делителе напряжения 8 увеличивается, потенциал общей точки резисторов 9 и 10 и катода развязывающего

диода 15 относительно выходной шины 3 понижается и диод 15 открыватся. В этом режиме напряжение на неинвертирующем входе дифференциального усилителя сигнала рассогласования 5 определяется напря- жением опорного источника 7, выходным напряжением стабилизатора, а также соотношением сопротивлений резисторов 9,10, 13 и 14.

При изменении выходного напряжения стабилизатора напряжение на неинвертирующем входе дифференциального усилителя 5 изменяется, тогда как напряжение на его инвертирующем входе остается постоянным, причем при отсутствии тока нагруз- ки это напряжение относительно выходной шины 3 равно нулю.

При изменении сигнала рассогласования на входах дифференциального усилителя 5 изменяется напряжение на его выходе и, следовательно, на выходе регулирующего элемента 1. Регулирующий элемент 1 изменяет свое состояние и возвращает выходное напряжение стабилизатора практически к первоначальной величине.

Таким образом, в предлагаемом стабилизаторе обеспечивается стабилизация его выходного напряжения при работе в режиме холостого хода при отключении или обрыве нагрузки, а также при увеличении сопротивления нагрузки за установленный предел.

Существенным отличием предлагаемого стабилизатора от известных является введение третьего делителя напряжения и подключение его среднего вывода к неинвертирующему входу дифференциального усилителя сигнала рассогласования, а одного из крайних выводов - через развязывающий диод к среднему выводу другого делителя напряжения, включенного между положительным выводом источника опорного напряжения и общей шиной стабилизатора. Это обеспечивает повышение надежности стабилизатора - увеличение времени наработки на отказ на 10-15% за счет ограничения напряжения холостого хода, прикладываемого к выходным элементам стабилизатора при отключении или обрыве нагрузки.

Формула изобретения Стабилизатор постоянного тока, содержащий регулирующий элемент, подключенный к входной шине непосредственно, к выходной шине - через датчик тока нагрузки, дифференциальный усилитель сигнала рассогласования, подключенный выходом к управляющему входу регулирующего элемента через согласующий элемент, инвертирующим входом-к датчику тока нагрузки, источник опорного напряжения, подключенный первым выводом к выходной шине, вторым выводом - к общей шине через первый делитель напряжения, второй делитель напряжения, подключенный параллельно источнику опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введен третий делитель напряжения, подключенный средним выводом к неинвертирующему входу дифференциального усилителя сигнала рассогласования, первым крайним выводом - к среднему выводу второго делителя напряжения непосредственно, а вторым крайним выводом - к среднему выводу первого делителя напряжения через введенный развязывающий диод.

+ /7

о t

:U

ъч

|з

- -ч--t-т

U I 3

Ki -

ч: 13. J

- -o

+

i5

I1

12

У

0

.)

Использование: во вторичных источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры с повышенной надежностью. Сущность изобретения: стабилизатор содержит последовательный регулирующий элемент с датчиком тока в выходной цепи, усилитель сигнала рассогласования, источник опорного напряжения, первый делитель (выходнго) напряжения, второй делитель (опорного) напряжения, третий делитель напряжения. Подключение вывода третьего делителя к неинвертирующему входу усилителя, первого крайнего вывода к среднему выводу второго делителя, а второго крайнего вывода к среднему выводу первого делителя через развязывающий диод позволяет упростить устройство и тем самым повысить его надежность. 1 ил.