Стабилизатор постоянного напряжения с защитой от перегрузки Советский патент 1978 года по МПК G05F1/58 

Изобретение относится к области эпектротехники, в частности к системам регупнрования электрических величин с зашитой от перегрузки, и может применяться для стабилизации постоянного напря кеяия.

Известен стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки, содержащий регулирующий транзистор, к эмиттеру которого через датчик перегрузки подключена вюходная клемма стабилизатора, усилител в цепи отрицательной обратной связи, выход которого подсоединен к базе регу- пирующего транзистора, делитель напряжения и транзистор защиты, подключен ный базой к выходу делителя напряжения, эмиттером к выходной клемме ст илизатора, а коллектором к базе регулирующег о транзистора jlj.

Наиболее близким к изобретению тех- нйческим рещением является стабилизатор постоянного напряжения с защитой от перегрузки, содержащий регулирующий транзистор, коялеетор которого соединен с одним яз выводов для подключения к питающему источнику, а эмиттер через датчик перегрузки - с одним из выводов дпя подключени нагрузки, соединенным с входом усилителя обратной связи, выход которого подключен к базе регулирующего транзистора, причем указанный вывод для подключения нагрузки соединен с эмиттером защитного транзистора, базой подключенного к выходу.резисторного делителя напряжения, а коллектором к базе регулирующего транзистора 21, Недостатком указанного стабилизатора является низкая надежность защиты регулирующего транзистора от перегрузок, вызванная тем, что в режиме перегрузки стал билизатора возрастает мощность рассеяния на регулирующем трагезисторе и он часто выходит ие строя.

Целью изобретения 5шляётся повышение надежности защиты регулирующего транзистора. Это достигается тем, что в предлагаемом стабилизаторв|рвзисторныйдепнтепь напряжения подсоединен между эмиттером регулирующего транзистора и выходом дополнительно введенногоусвлитепя. неинвертирующий вход которого через допопнитепьно введенный стабилитрон, а инвертирующий через дополнительно ввеВИ Ный ограничитель напряжения подкшоп чеяы к указанному выводу для подключения нагрузки. На фиг. 1 дана схема описываемого стабипизатора| на фиг. 2 - графики зависимостей напряжения на нагрузке, тока регулирующего транзистора и мощности рассеяния на нем от сопротивления . Через входной вывод 1 и общую шину 2 стабипизатора нестабипизированное нап ряжение поступает на коллектор регупи1: 11ощего транзистора 3, эмиттер которого через датчик 4 перегрузки/в качестве которого может применяться резистор) аодключен к выходному выводу 5 стаби{Шзатора. К выводу 5 подсоединен вход усипитепз 6, выход которого подключен к базе Tpaji3HCTOpa 3 и нагрузочному резистору 7, вторым концом подсоединен йэк к коллектору транзистора 3, К выводу 5 подключен также дополнительный усипитель 8 не инвертирующим входом че рез стабилитрон 9 и фильтр 10 нижнчх частот, а инвертирующим входом через ограничитель 11 напряжения. Между эмиттером транзистора 3 и выходом уси литепя 8 подсоединен делитель 12 напря женин , к выходу которого подключен базой транзистор 13 защиты.-Эммитером транзистор 13 подсоединен к выводу 5, а коллектором - к базе транзистора 3. В схеме должны быть выполнены следующие соотношения: ,/, Jq Mинi1 и,,1йдд„,-1,з, где Е - стабипиэированное выходное напряжение стабилизатора; и - напряжение стабилитрона; и.. напряжение ограничения ограничи теля 11; мин минимальное сопротивление неСгру ки в режиме стабилизации; - ток открытого транзистора 13 в режиме перегрузки, Так KaKUq E и , то в реж.име стабилизации на неинвертируюше входе усилителя 8 напряжение больще, «шм на инвертирующем входе, и на выходе этого усилителя напряжение положительно. Поэтому напряжение на выходе делителя 12 отрицательно и транзистор 13 (германиивый П-р- И транзистор) пр У . малых токах в нагрузке и, следовательно, при малом падении напряжения на датчике 4 перегрузки заперт. В связи с этим транзистор 13 н шунтирует переход база-эмиттер транзистора 3 иЛ стабилизатор стабилизирует выходное напряжение через усилитель 6. Гфи уменьшении сопротивления нагрузки до падение напряжения на датчике 4 увеличивается настолько, что транзистор 13 открывается и весь ток через нагрузочный резистор 7 течет через транзистор 13. При этом усилитель 6 запирается, прекращается его стабилизирующее влияние, транзистор 13 шунтирует переход база-эмиттер транзистора 3, транзистор 3 подзапирается и напряжение на выходе стабилизатора начинает падать. Ток через нагрузку и датчик 4 уменьшается, и падение напряжения на датчике, такжеуменьшается. Напряжение на выходе делителя 12 становится более положительным, но так как делитель подключен к выходному положительному напряжению усилителя 8, то напряжение на выходе делителя меняется больше, чем на датчике 4j и транзистор 13 открывается еще больше, При этом транзистор 3 запирается еще больше и напряжение на выходе стабилизатора еще больше падает, Начинается пачинообразный процесс, который заканчивается полным запиранием транзистора 3 и уменьшением напряжения на нагрузке стабилизатора до величины, равной паденшо напряжения на нагрузке.Ру, от тока открытого транзистора 13 После того, как напряжение на нагрузке станет меньше напряжения и„, стабилитрон 9 запирается, но напряжение на неин- вертирующем входе усилителя 8 не падает сразу до нуля из-за наличия фильтра 10, Поэтому в переходном процессе напряжение на выходе усилителя 8 знака не меняет, что обеспечивает устойчивостьпереходного процесса, После окончанияуказанного процесса напряжениеЯ -З с нагрузки поступает без ограничения на инвертирующий вход, усилителя 8 (так ,), а на его неинвертирующем входе после разряда конденсатора фильтра 10 напряжение равно нушо (так KaKUo ;v HH 3 Режим усилителя 8 установлен так, что напряжение на .его выходе меняет знак с положительного на отрицательный тогда, когда напряжение на инвертирующем входе становится больше напряжения на неинвертирующем входе на величину, несколько больщую значения R 3 Поэтому напряжение на выходе усилителя 8 остается положитепьным, что обеспечивает запертое состояние транзистора 3.

При дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузкитранзистор 3 остается запертым, а напряжение на нагрузке na-J дает до нуля. При обратном увеличении сопротивления нагрузки от О до R. напря жение на нагрузке увеличивается из-оа протекающего по ней тока открытого транзистора 13 до значения Т

Это напряжение без ограничения поступает на инвертирующий вход усилителя

8 (так () ® инвертирующем входе напряжение остает-к ся равным нулю (так как и,,ц-З,,). Поэтому при увеличении напряжения на нагрузке до величины, несколько большей К ,.3.j, напряжение на выходе усилителя 8 меняет знак с положительного на отрицательный (из-за особенности режима усилителя) и напря- жение на выходе делителя 12 становится отрицательным, а так как транзистор 3 заперт и напряжение на датчике 4 равно нулю, то транзистор13 запирается и не шунтирует переход-база-эмиттер транзистора 3« Транзистор 3 открывается, и напряжение на нагрузке возрастает до величины Е. .Фильтр 10 обеспечивает в переходном процессе превышение напряжением на инвертирующем входе усилителя 8 напряжения на его неинвертирующем входе. Это в свою очередь обеспечивает отрицательное напряжение на выходе усилителя 8 и, следовательно, устойчивость переходного процесса,;-После восстановления напряжения на нагрузке стабилитрон 9 открывается, конденсатор фильтра 1О заряжается до разности между стабилизированным напряжением Е и напряжением стабилитрона, а поскольку Е ijn U , -то напряжение на выходеусилителя 8 снова становится положительным, обеспечивая зашиту транзистора 3 при новой перегрузке.

Фильтр 1.О может быть включен на выходе усилителя 8 или совсем исключен, если этот усилитель достаточно инерционен,

На фиг, 2 приведены зависимости напряжения U на нагрузке, тока 1 регулирующего транзистора 3 и мощности

Р рассеяния на нем от сопротивления нагрузки. При уменьшении сопротивления Е.,.нагрузки величины f мощность на , регулирук)щем транзисторе Западает, скачком до , (так как падает скачком

до нуля и ток транзистора 3)что обеспечивает надежную зашибу регулирующего

транзистора от перегрузок. (В известном стабилизаторе мощность на регулирующем транзисторе в режиме перегрузки при некотором сопротивлении R нагрузки возрастает в несколько раз по сравнению с мощностью на транзисторе в режиме стабилизации).

15

Формулаиэобретений

Стабилизатор постоянного напряжения с защитой от перегрузки, содержащий регулирующий транзистор, коллектор которого соединен с одним из выводов для подключения к питающему источнику, а эмиттер через датчик перегрузки - с одним из выводов для подключения нагрузки, соединенным с входом у сипите ля обратнбй связи, выход которого подключен к базе, регулирующего транзистора, причем указанный вывод для подключения нагрузки соединен с эмиттером защитного транзистора, базой подключенного к выходу резисторного делителя напряжения, а коллектором к базе регулирующего транзисто-. ра, отп ичающийся тем, то, с целью повышения надежности защиты регулирующего транзистора, резисторный делитель напряжения подсоединен между эмиттером регулирующего транзистора и выходом дополнительно введенного усилителя, неинвертирующий вход которого через дополнительно введенный стабилитрон, а инвертирующий через дополнител но введенный ограничитель напряжения подключены к указанному выводу для подкпиючения нагрузки.

Источники информации, .принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР № 365696, кл, G 1/58, 1968.,

2 Патент Великобритании 137922ОЗ, кп, Q 3 R, 1974.

фиг. 1

н