Источник электропитания с защитой от перегрузок по току Советский патент 1992 года по МПК G05F1/569 

Изобретение относится к устройствам вторичного электропитания и может быть использовано для питания мощных радиоэлектронных устройств широкого назначения.

Цель изобретения - повышение КПД источника электропитания с защитой от перегрузок го току путем исключения прямого контроля величины тока нагрузки.

На чертеже представлена упрощенная электрическая схема источника электропитания с защитой от перефузок по току.

Источник электропитания содержит стабилизатор 1 напряжения, регулирующий транзистор 2, источник 3 напряжения положительной полярности, источник 4 напряжения отрицательной полярности, транзистор 5, резисторы 6...14, стабилитроны 15,16, диод 17, входная и выходная клеммы 18, 19 источника питания, общая шина 20, конденсатор 21 частной коррекции, источник 22 входного напряжения, конденсатор 23 фильтра, нагрузку 24.

Коллектор регулирующего транзистора 2 соединен с входной клеммой 18 источника электропитания и выходом источника 22 входного электропитания, база - с выходом стабилизатора 1 напряжения и первым выводом резистора 7, а эмиттер - с выходной клеммой источника электропитания, вторым выводом резистора 7 и через последовательно соединенные резисторы 8 и 9 с общей шиной 20 источника электропитания и первым входом стабилизатора 1 напряжения, вход обратной связи которого соединен с точкой соединения резисторов 8 и 9, а вход токовой защиты - с точкой соединения первых выводов резисторов 10 и 12. Выход источника 4 напряжения отрицательной полярности через резистор 14 соединен с анодом стабилитрона 16 и эмиттером транзистора 5, база которого соединена с

X XS Ю XI Ю XI

общей шиной 20, а коллектор через резистор 11 - с входом токовой защиты стабилизатора 1 напряжения, второй вход которого через резистор 6 соединен с выходом источника 3 напряжения положительной полярности, который через резистор 13 соединен со вторым выводом резистора 10 п анодом диода 1 7, катод диода 17 соединен с выходной клеммой 19 источника электропитания и катодом стабилитрона 15, анод которого соединен с катодом стабилитрона 16 и вторым выводом резистора 12,

Стабилизатор 1 напряжения может быть реализован на стандартной микросхеме 142ЕНЗ 6К0.347.090ТУ4. Регулирующий транзистор может быть реализован на силовых одиночных или составных транзисторах. Напряжение стабилизации стабилитрона 1В выбирается примерно равным падению напряжения на переходе ба- за-эмитгер транзистора 2, Для одиночного база-эмиттерного перехода транзистора 2 вместо стабилитрона 15 может бьпь использован обычный диод в прямом включении.

Источник электропитания работает следующим образом.

При подаче напряжения питания на входную клемму 18 (плюс) и на общую шину 20 и включении вспомогательных источников 3 ri 4 напряжении стабилизатор I формирует на своем яыходе ток, который является базовым управляющим током ре- гулиру.зщего транзистора 2. Под ею воздействием в транзисторе 2 уменьшается сопротивление перехода коллектор-эмиттер, через который усиленный ток от источника 22 входною напряжения поступает в нагрузку 24, обеспечивая на ней и на выходной клемме 19 выходное напряжение. При увеличении выходною напряжения до номинального значения сигнал обратной связи, поступающий на оход обратной связи стабилизатора 1 со средней точки делителя на резисторах и 9, начинает воздейсизо- вагь таким образом, чю увеличение выходного напряжения вызывает уменьшение тока базы транзистора 2 (выходного тока стабилизатора i напряжения), а уменьшение - уоеличение тока базы транзистора . Таким образом, возникает отрицательная обратная свпзь, обеспечивающая стабилизацию выходного напряжения. Так как регулирующий граизисюр 2 включен на схеме с общим коллектором, ю папряжрние на его базе и па выходе стабилизатора 1 отличается от ьыходного напряжения источника питания на величину падения напряжения на переходе база эмит rep транзистора 2. За счет тока, протекающего от выхода источника 3 через рзсыстор 13 и от выхода 4 через

резистор 14, образуется падение напряжения на диоде 17 и стабилитронах 15, 16. Суммарное напряжение на стабилитронах 15 и 16 выбирается примерно равным выходному напряжению источника электропи- тания. При номинальном выходном напряжении источника электропитания транзистор 5 остается закрытым. На вход токовой защиты стабилизатора 1 поступает

напряжение, снимаемое со средней точки делителя на резисторах 10 и 12. Если величина выбирается такой, чтобы при номинальном токе нагрузк:; источника питания падение напряжения на переходе базаэмиттер транзистора 2 не вызывало срабатывание токовой защиты в стабилизаторе 1. При увеличении тока нагрузки источника электропитания выше номинального значения стабилизатор 1 увеличивает ток базы

транзистора 2 для поддержания неизменным выходного напряжения, что приводит к увеличению падения напряжения на переходе база-эмиттер транзистора 2 и началу срабатывания токовой защиты стабилитрона 1,которая ограничивает базовый ток транзистора 2, Выходное напряжение источника электропитания при этом начинает уменьшаться, действие отрицательной обратной связи прекращается и величина базового тока транзистора соответственно и тока нагрузки определяется только токовой защитой стабилизатора 1.

Дальнейшее уменьшение сопротинления нагрузки (увеличения тока нагрузки) приводит еще к R чьшему уменьшению выходного напряжения, а вместе с тем и k увеличению отрицательного напряжения на змпттере транзистора 5 относительно общей шины 20, с которой соединена его база. Транзистор 5 начинает открываться, что приводит к протеканию тока через резистор 11. увеличению отрицательного смещения на входе токовой защиты стабилизатора 1 и,

соответственно, к уменьшению его выходною тока (уменьшению базового тока транзистора 2), что в свою очередь приводит к дальнейшему уменьшению выходного напряжения, В результате этого нагрузочная

0 характеристика источника электропитания в режиме oi раничения тока имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Остаточный ток на выходе источника электропитания определяется

5 величинами резисторов 10... 12 и может регулироваться в широких пределах. При устранении перегрузки по току или короткого за тыкания в нагрузке 24 источника электропитания автоматически выходит в номинальный режим. Падение напряжения на

p-n-переходе диода 17 обеспечивает температурную компенсацию падения напряжения на p-n-переходе база-эмиттер транзистора 2, что повышает термостабильность порога срабатывания защиты по току. Резистор 6 ограничивает выходной ток стабилизатора 1 в режиме перегрузки источника электропитания.

Таким образом, предложенный источник питания с защитой по току позволяет осуществить защиту, без отдельного датчика тока в силовых токовых шинах, что позволяет исключить потери мощности и повысить КПД источника электропитания.

При этом в режиме защиты нагрузочная характеристика источника электропитания имеет участок с отрицательными дифференциальным сопротивлением, что позволяет уменьшить остаточный ток через источник электропитания в режимах, близких к корот- кому замыканию и уменьшить за счет этого тепловые нагрузки транзистора 2,

Формула изобретения

Источник электропитания с защитой от перегрузок по току, содержащий стабилиза- тор постоянного напряжения с защитой-по току, источник дополнительного напряжения, регулирующий транзистор, первый силовой вывод которого соединен с входным выводом, вывод управления - с выходом стабилизатора постоянного напряжения с защитой по току и первым выводом первого резистора, а второй силовой вывод - с выходным выводом, вторым выводом первого резистора и через последовательно соеди-

пенные второй и третий резисторы - с об щей шиной и общим выводом стабилизатора постоянного напряжения с защитой по току, вход обратной связи которого подключен к точке соединения второго и третьего резисторов, а вход токовой защиты - к точке соединения первых выводов четвертого и пятого резисторов, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, в него введены транзистор, диод, первый и второй стабилитроны, шестой, седьмой, восьмой и девятый резисторы и источник вспомогательного напряжения с полярностью, противоположной полярности источника вспомогательного напряжения, причем выход источника дополнительного напряжения через шестой резистор соединен с одним из электродов первого стабилитрона и первым силовым выводом транзистора, вход управления которого соединен с общей шиной, а второй силовой вывод через седьмой резистор - с входом токовой защиты стабилизатора постоянного напряжения с защитой по току, силовой вход которого через восьмой резистор соединен с выходом источника дополнительного напряжения, который через девятый резистор соединен с вторым выводом четвертого ре- зистрра и одним из электродов диода, другой электрод которого соединен с выходным выводом и одним из электродов второго стабилитрона, второй электрод которого соеди- нен с вторым электродом первого стабилитрона и вторым выводом пятого резистора.

Использование: для электропитания мощных радиоэлектронных устройств широкого назначения. Сущность изобретения1 устройство содержит стабилизатор постоянного напряжения с защитой по току, источник дополнительного напряжения, регулирующий транзистор и пять резисторов. По отношению к прототипу в устр-во введены транзистор, диод, два стабилитрона, еще четыре резистора и источник вспомогательного напряжения с полярностью, противоположной полярности источника дополнительного напряжения. Защита по току осуществляется без отдельного датчика тока в силовых токовых шинах. Потери мощности минимальны. Устр-во имеет высокий КПД. 1 ил.

17

-&

19

ts

-FIT

/ т u

го