Линейный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1993 года по МПК G05F1/569 

ел

с

Использование: в источниках электропитания электро- и радиотехнической аппаратуры. Сущность изобретения: устр-во содержит последовательный транзисторный регулирующий элемент, источник опор- ного напряжения, три резисторных делителя напряжения, операционный усилитель, датчик тока нагрузки, два резистора, и диод, подключенный к одному из входов операционного усилителя. Это позволило упростить схему устр-ва, повысить ее надежность, а также повысить стабильность срабатывания тока защиты. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

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

Цель изобретения - упрощение узла защиты по току и повышение надежности линейного стабилизатора напряжения путем уменьшения кратности (по отношению к номинальному току нагрузки) и повышения стабильности тока срабатывания защиты.

На чертеже представлена схема линейного стабилизатора постоянного напряжения.

Линейный стабилизатор постоянного напряжения содержит включенный в одну из силовых шин транзисторный регулирующий элемент 1, источник опорного напряжения 2, первым выводом подключенный к выходному выводу 3, диод 4, операционный усилитель 5, первый вход которого через первый резистор б подключен ко второму

выводу источника опорного напряжения 2, второй вход - к среднему выводу первого резисторного делителя напряжения 7, первый 8 и второй 9 крайние выводы которого подключены соответственно к выходному выводу 3 и общей шине, а выход операционного усилителя 5 подключен к управляющему входу транзисторного регулирующего элемента 1, а также резисторный датчик тока нагрузки 10, второй резисторный делитель напряжения 11 и второй резистор 12, причем резисторный датчик тока нагрузки 10 включен между выходом регулирующего элемента 1 и выходным выводом 3, второй резисторный делитель напряжения 11 крайними выводами включен между выходом регулирующего элемента 1 и общей шиной, а средним выводом через второй резистор 12 подключен к первому входу операционного усилителя 5, при этом диод 4 включен между первым входом операционного усилителя 5 и первым резистором 6.

оо vi

о VI

Os

В стабилизатор напряжения может быть введен третий резисторный делитель напряжения 13, крайними выводами вклю- ценный параллельно датчику тока нагрузки 10, а к его среднему выеоду подключен первый крайний вывод 8 первого резисторного делителя напряжения 7, как показано на чертеже пунктиром.

Для повышения устойчивости в стабилизатор могут быть введены резистор обратной связи 14 и корректирующий конденсатор 15, причем резистор обратной связи 14 включен между выходом операционного усилителя 5 и общей точкой первого резистора 6 и диода 4, а корректирующий конденсатор 15 - между выходом операционного усилителя 5 и его инвертирующим входом.

Линейный стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом.

При нормальном режиме работы стабилизатора и тока нагрузки, меньшем тока срабатывания защиты, выходное напряжение операционного усилителя 5 имеет опре- деленное положительное значение, регулирующий элемент 1 находится в линейном режиме и обеспечивает стабилизацию выходного напряжения. В описываемом стабилизаторе операционный усилитель 5 работает в режиме суммирования сигналов по инвертирующему входу: опорного напряжения снимаемого с выхода источника 2, и напряжения, пропорционального сумме выходного напряжения и напряжения, пропорционального току нагрузки стабилизатора, снимаемого со среднего вывода второго резисторного делителя напряжения 11. Опорное напряжение подается на инвертирующий вход операционного усилителя 5 через первый резистор 6 и диод 4, а° напряжение, зависящее от тока нагрузки, - через второй резистор 12. Сопротивление второго резистора 12 выбирается в несколько раз больше, чем сопротивление первого резистора 6, поэтому при нормальном режиме работы стабилизатора выходное напряжение операционного усилителя 5 определяется в основном опорным напряжением.

На неинвертирующий вход операционного усилителя 5 подается часть выходного напряжения с верхнего плеча первого резисторного делителя напряжения 7.

При увеличении тока нагрузки стабилизатора падение напряжения на датчикетока нагрузки 10 увеличивается, напряжение на среднем выводе второго резисторного делителя напряжения 11 относительно выходного вывода 3 также увеличивается, потенциал катодз диода 4 повышается и при

токе нагрузки стабилизатора, равном току срабатывания защиты, диод 4 запирается. Вследствие этого в момент срабатывания защиты напряжение на инвертирующем

входе операционного усилителя 5 определяется падением напряжения на датчике тока нагрузки 10 и выходным напряжением стабилизатора. При дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузки разность потенциалоа инвертирующего и неинвертиругащего входов операционного усилителя 5 уменьшается, выходное напряжение операционного усилителя 5 также уменьшается, регулирующий элемент 1 подзакрывается,

выходное напряжение и ток нагрузки стабилизатора уменьшаются. При этом соответственно уменьшается напряжение на первом 7 и втором 11 резисторных делителях напряжения, и падение напряжения на резисторном датчике тока нагрузки 10.

Так как напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя 5 в этом режиме определяется двумя напряжёниями - падением напряжения на датчике тока нагрузки 10 и выходным напряжением стабилизатора, а напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя 5 пропорционально только выходному напряжени/сстабилизатора, при дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузки происходит лавинообразный процесс, в результате которого выходное напряжение операционного усилителя 5 еще больше уменьшается,

регулирующий элемент 1 практически полностью закрывается, выходное напряжение и ток нагрузки стабилизатора оказывается близким к нулю, однако схема не опрокидывается и при незначительном увеличе-,

нии сопротивления нагрузки, по сравнению с сопротивлением срабатывания защиты по току, схема возвращается в исходное состояние. Опрокидывание схемы стабилизатора предотвращается наличием остаточного

тока.

При подключении первого крайнего вывода 8 первого резисторного делителя напряжения 7 к среднему выводу третьего

резисторного делителя напряжения 13, включенного параллельно датчику тока нагрузки 10, в схеме обеспечивается положительная обратная связь потоку, которая при нормальном режиме работы стабилизатора

компенсирует отрицательную обратную связь, обусловленную подачей сигнала, пропорционального току нагрузки, со средней, точки второго резисторного делителя напряжения 11 на инвертирующий вход операционного усилителя 5.

. Основной особенностью линейного стабилизатора постоянного напряжения является то, что в нем введением нескольких резисторов (без использования активных элементов - транзисторов, операционных усилителей и т.д.) обеспечивается защита его элементов от перегрузок по току и коротких замыканий. В описываемом стабилизаторе в качестве активного элемента, на который подается напряжение, пропорциональное току нагрузки, используется операционный усилитель цепи обратной связи по напряжению. Это позволило повысить надежность линейного стабилизатора напряжения - увеличить время наработки на отказ на (15-20)% по сравнению с известными стабилизаторами за счет существенного упрощения устройства защиты по току и за счет уменьшения кратности тока срабатывания защиты (относительно номинального тока нагрузки), а также повышения стабильности тока срабатывания защиты.

Формула изобретения 1. Линейный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий включенный в одну из силовых шин транзисторный регулирующий элемент, источник опорного напряжения, первым выводом подключенный к выходному выводу, диод, операционный усилитель, первый вход которого через первый резистор подключен к второму выводу источника опорного напряжения, второй вход - к среднему выводу первого резисторного делителя напряжения, первый и второй крайние выводы которого подключены соответственно к выходному выводу и общей шине, а выход операционного усилителя подключен к управляющему входу транзисторного регулирующего элемента, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности путем уменьшения кратности тока нагрузки и повышения стабильности срабатывания тока защиты, в него введены резисторный датчик

тока нагрузки, второй резисторный делитель напряжения и второй резистор, причем резисторный датчик тока нагрузки включен между выходом регулирующего элемента и выходным выводом, второй резисторный

делитель напряжения крайними выводами включен между выходом регулирующего элемента и o6uieu шиной, а средним выводом через второй резистор подключен к первому входу операционного, усилителя,

при этом диод включен между первым входом операционного усилителя и первым резистором.

первого резисторного делителя напряжения подключен к выходному выводу через одно из плеч введенного третьего резисторного делителя напряжения, крайними выводами включенного параллельно резисторному датчику тока нагрузки.