Стабилизатор напряжения с непрерывно-импульсным регулированием Советский патент 1993 года по МПК G05F1/563 G05F1/569 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках электропитания, а именно в стабилизаторах напряжений с непрерывно-импульсным регулированием с защитными свойствами.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности путем защиты нагрузки от перенапряжения и обеспечения работоспособности линейного стабилизатора при коротком замыкании в загрузке или при пробое ключевого регулирующего элемента.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого стабилизатора на- пряжения с непрерывно-импульсным регулированием.

Стабилизатор содержит импульсный стабилизатор 1 постоянного напряжения, узел управления 2, выход которого подключен к его управляющему входу, DLC-фильтр 3 и линейный стабилизатор 4, причем выходной силовой вывод импульсного стабилизатора 4 подключен к DLC-фильтру З. два делителя 5 и 6 напряжения, первый 5 из которых подключен к входным, второй 6 опорный делитель - к выходным выводам линейного стабилизатора 4, а выходы делителей 5 и 6 подключены к входам узла управления 2 импульсным стабилизатором 1 постоянного напряжения.

Одновременно стабилизатор включает в себя коммутирующий 7, токозадающий 8, управляющий 9 и защитный 10 транзисторы, пороговый элемент 11 на транзисторе, ключ 12 на транзисторе, четыре резистив- ных делителя 13-16 напряжения, два резистора 17, 18, конденсатор 19, Диод 20 и два стабилитрона 2-1 и 22. Первые выводы стабилитронов 21 и 22 соответственно подключены к первому и второму выводам первого резистивного делителя 13 напряжения, подключенного третьим выводом к общей шине, второй вывод первого стабилитрона 21 подключен к выходу линейного стабилизатора 4, а второй вывод второго стабилитро- на 22 - одновременно к входному выводу линейного стабилизатора 4 и к коллектору коммутирующего транзистора 7, эмиттер которого одновременно подсоединен к выходу DLC-фильтра З и к первому выводу вто- рого резистивного делителя 14 напряжения а база - к выходу второго резистивного делителя г напряжения, второй вывод которого соединен с коллектором защитного транзистора 10, эмиттер которого подклю- чен к общей шине, а база - одновременно к коллектору управляющего транзистора 9 и через первый резистор 17 одновременно с входным выводом импульсного стабилизатора 1 с первым выводом третьего резистивного делителя 15 напряжения и через диод 20 в прямом включении с эмиттером токоза- дающего транзистора 8, база которого подключена к выходу третьего резистивного делителя 15 напряжения, а коллектор - к первому выводу четвертого резистивного делителя 16 напряжения, второй вывод которого соединен с общей шиной, а выход - с базой управляющего транзистора 9, подключенного эмиттером к общей шине, к которой одновременно подключены опорный вход порогового элемента 11 и через конденсатор 19 одновременно к выходу первого резистивного делителя 13, к сигнальному входу порогового элемента 11 и к выходу ключа 12, управляющий вход которого одновременно подсоединен к выходу порогового элемента 11 и к первому выводу второго резистора 18, второй вывод которого одновременно соединен с входом ключа 12, с вторым входом третьего резистивного делителя 15 напряжения и с выходом линейного стабилизатора.

Нагрузка 23 соответственно подключается к выходу линейного стабилизатора 4 и к общей шине.

Устройство работает следующим образом.

При включении стабилизатора через третий резистивный делитель 15 напряжения и нагрузку 23 протекает ток, который на выходе указанного делителя 15 создает такой уровень напряжения, при котором задающий транзистор 8 закрыт, при этом диод 29 работает как стабистор. т.е. может быть пробит только при определенном уровне напряжения. На базу защитного транзистора 10 через первый резистор 17 поступает входной ток, который вводит его в режиме насыщения и соответственно через второй резистивный делитель 17 протекает ток. при котором на выходе его создается такой уровень напряжения, при котором коммутирующий транзистор 7 находится в режиме глубокого насыщения и этим накоротко подключает импульсный стабилизатор 1 через DLC-фильтр З к входному зажиму линейного стабилизатора 4.

При изменении входного напряжения стабилизатора или при изменении тока нагрузки 23 выходное напряжение на нагрузке 23 благодаря линейному стабилизатору 4 остается неизменным, а следовательно, и часть этого напряжения, поступающая с опорного делителя 6 на один из входов узла 2 управления, не изменяется. Напряжение, поступающее на другой вход узла 2, изменяется, при этом нарушается равенство напряжений на входах узла 2. Узел 2 управляет

импульсным стабилизатором 1 так, чтобы восстановить равенство напряжений на его входах, т.е. происходит изменение напряжения на входе линейного стабилизатора 4 до уровня, при котором напряжение, снимаемое с первого делителя 5 на узел 2 сравнивается с напряжением, поступающим с опорного делителя 6, что соответствует постоянному падению напряжения на линейном стабилизаторе 4. Следовательно, при любом возмущающем воздействии падение напряжения на линейном стабилизаторе остается постоянным, что обеспечивает высокий коэффициент полезного действия устройства.

При перенапряжении на выходе устройства, вызванного пробоем регулирующего транзистора стабилизатора 4, стабилитрон 21 пробивается и через первый вывод первого резистивного делителя 13 напряжения протекает ток, который создает на выходе его такой уровень, при котором пороговый элемент 11 срабатывает. Причем конденсатор 19 предназначается для исключения ложного срабатывания от импульсных помех. На выходе порогового элемента 11 появляется сигнал логического нуля, который подается на управляющий вход ключа 12 и открывает его. В результате по цепи вход устройства - третий резистивный делитель 15 напряжения - открытый ключ 12 - пороговый элемент 11 протекает ток, который создает на выходе третьего резистивного делителя 15 напряжение такого уровня, при котором диод 20 пробивается и то коза да ю,- щий транзистор 8 открывается и через четвертый резистивный делитель 16 протекает ток такой величины, при которой управляющий транзистор 9 входит в насыщение и этим замыкает базу защитного транзистора 10 на общую шину, запирая его. Ток через второй резистивный делитель 14 прекращается и коммутирующий транзистор 7 закрывается и таким образом происходит отключение линейного стабилизатора 4 из силовой шины, предохраняя нагрузку от перенапряжения.

При перенапряжении, возникшем на входном зажиме линейного стабилизатора 4 из-за пробоя регулирующего транзистора импульсного стабилизатора 1, второй стабилитрон 22 пробивается и через второй вывод первого резистивного делителя 13 начинает протекать ток, который создает на выходе его такой уровень, при котором пороговый элемент 11 срабатывает. На выходе порогового элемента 11 появляется сигнал логического нуля, который поступает на управляющий вход ключа 12 и открывает его. В результате по цепи вход устройства - третий резистивный делитель 15 - открытый ключ 12 - пороговый элемент 11 проходит ток, создавая на выходе третьего резистивного делителя 15 напряжение такого уров5 ня, при котором диод 20 открывается и отпирает токозадающий транзистор 8 и через четвертый резистивный делитель 16 начинает протекать ток, при котором на выходе его возникает напряжение такого

0 уровня, при котором управляющий транзистор 9 входит в насыщение, замыкая базу защитного транзистора 10 на общую шину и одновременно запирая его. Ток через второй резистивный делитель 14 прекращается

5 и коммутирующий транзистор 7 запирается и таким образом происходит отключение линейного стабилизатора 4 из силовой цепи и этим предохраняя последний от возникшего перенапряжения на его входе.

0 При коротком замыкании нагрузки через третий резистивный делитель 15 протекает ток, при котором на его выходе появляется напряжение такого уровня, при котором диод 20 открывается и отпирается

5 токозадающий транзистор 8 и соответственно через четвертый резистивный делитель 16 будет протекает ток, при котором на его выходе появиться напряжение такого уровня, при котором управляющий транзи0 стор 9 входит в насыщение, замыкая базу защитного транзистора 10 на общую шину и одновременно запирая его. Ток через второй резистивный делитель 14 прекращается и коммутирующий транзистор 7 эакрывает5 ся и таким образом происходит отключение линейного стабилизатора 4 из силовой цепи и разрыв цепи тока короткого замыкания, возникающего вследствие разряда конденсатора DLC-фильтра З через линейный ста0 билизатор 4, короткозамкнутый по выходу,

После снятия короткого замыкания ток через третий резистивный делитель 15 уменьшается до такой величины, при кото5 рой на выходе его напряжение становится такого уровня, при котором соответственно диод 20 и токозадающий транзистор 8 запираются, ток через четвертый резистивный делитель 16 прекращается и соответствен0 но управляющий транзистор 9 запирается и одновременно открывается защитный транзистор 10, который входит в насыщение и соответственно через второй резистивный делитель 14 протекает ток, создавая на вы5 ходе его такое напряжение, при котором коммутирующий транзистор 7 входит в глубокое насыщение и этим снова подключается линейный стабилизатор 4 в силовую цепь и работоспособность устройства восстанавливается.

Формула изобретения

Стабилизатор напряжения с непрерывно-импульсным регулированием, содержащий соединенные последовательно ключевой регулирующий элемент и DLCфильтр, узел управления, выходом подключенный к управляющему входу ключевого регулирующего элемента, вход которого соединен с входным выводом, линейный ста- билизатор, выходом подключенный к выходному выводу, два нелинейных делителя напряжения, вход первого из которых подключен к выходу DLC-фильтра, а вход второго делителя напряжения, в качестве которого .использован опорный делитель напряжения, соединен с выходом линейного стабилизатора, выходы первого и второго делителей напряжения подключены к входам узла управления, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности путем защиты нагрузки от перенапряжения и обеспечения работоспособности линейного стабилизатора при коротком замыкании в нагрузке или при пробое ключевого регулирующего элемента, в него введены коммутирующий, токоза- дающий, управляющий и защитный транзисторы, пороговый элемент, ключ, четыре резистивных делителя напряжения, два резистора, конденсатор, диод и два стабилитрона, первые выводы которых подключены соответственно к первому и второму выводам первого резистивного делителя напряжения, подключенного треть- им выводом к общей шине, второй вывод первого стабилитрона подключен к выходу

линейного Стабилизатора, а второй вывод второго стабилитрона - к входному выводу линейного стабилизатора и к коллектору коммутирующего транзистора, эмиттер которого подсоединен к выходу DLC-фильтра и к первому выводу второго резистивного делителя напряжения, а база - к среднему выводу второго резистивного делителя напряжения, второй вывод которого соединен с коллектором защитного транзистора, эмиттер которого соединен с общей шиной, а база - с коллектором управляющего транзистора и через первый резистор с входным выводом, с первым выводом третьего резистивного делителя напряжения и через диод в прямом включении с эмиттером токозадающего транзистора, база которого подключена к среднему выводу третьего резистивного делителя напряжения, а коллектор - к первому выводу четвертого резистивного делителя напряжения, второй вывод которого соединен с общей шиной, а средний вывод - с базой управляющего транзистора, подключенного эмиттером к общей шине, к которой подключены опорный вход порогового элемента и первый вывод конденсатора, второй вывод которого соединен со средним выводом первого резистивного делителя, сигнальным входом порогового элемента и выходом ключа, управляющий вход которого подсоединен к выходу порогового элемента и к первому выводу второго резистора, второй вывод которого соединен с входом ключа, с вторым выводом третьего резистивного делителя напряжения и с выходом линейного стабилизатора.

Использование: в источниках вторично го электропитания. Сущность изобретения: устройство содержит ключевой регулирующий элемент 1,узел управления 2, DLC- фильтр 3, линейный стабилизатор 4, два нелинейных делителя напряжения 5 и 6, коммутирующий 7, токозадающий 8, управляющийЭ и защитный 10транзисторы, пороговый элемент 11, ключ 12, четыре ре- зистивных делителя напряжения 13-16, два резистора 17.18, конденсатор 19, диод 20 и два стабилитрона 21, 22.1 ил.