Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки Советский патент 1980 года по МПК G05F1/58 

(54) СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ЗАЩИТОЙ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника питания аппаратуры различного назначения, выполненной яа транзисторах и интегральных схемах.

Известен стабилизатор, который содержит последовател ьно регулирующий элемент, включенный между первой входной в первой выходной клеммами, схему управления, входы которой подключены к первой выходной и общей клеммам, а выход к управляющему электроду последовательнора регулирующего элемента и устройствй импульсного запуска, входы которого соединены с первой входной и общей клеммами а выходы - со схемой управления {Ij. .

Его существенным недостатком является низкая чувствительность защиты от верегрузок и значительная нестабильность ее порога срабатывания при воздействиях внешних факторов (температура, напряжение питания). Известный стабилизатор имеет защиту лишь бт сильных (многократных) та ковых перегрузок и короткого замыканий на выходе. При небольщих перегрузках по току (в 1,05-3 раза), превышающих величину максимального рабочего тоКа стабиОТ ПЕРЕГРУЗКИ

лизатора, регулирующий элемент подвергается значительным перегрузкам по току и мощности, стабилизатор потребляет значительный аварийный ток,

Наиболее близким к изобретению по тех5 нической сущности является стабилизатор, I содержащий регулирующий элемент, подключенный одним выводом к входной клемме, вторым через резистивиый датчик тока - к выходной клемме, а управляющим электродом -т к выходу узла управления, состояtO: щего из усилителя постоянного тока, параметрического стабилизатора на опорном стабилитроне и делителе выходного напряження, соединенного входами с выходной и общей клеммами, узел импульсного запуска, подсоединенный входами к входной и общей

Г5 клеммам, а выходом - к дополнительному входу узла управления, последовательную цепь из дросселя защиты и туннельного дио да, подключенную параллельно резистивиому датчику тока, и транзистор защиты |2j.

2t При возиикновении перегрузки яо току регулирующий элемент г|ереходит в импульсный режим работы, периодически отключая и подключая нагрузку к источнику питания. При этом длительности открытого и закрытого состояния регулирующего элемента близки друг к другу, что приводит к значительным его перегрузкам по мощности, обуславливает больщие величины потребляемоготока и выходного напряжения в аварийном режиме, поскольку на выходе всегда имеется емкость.

Указанные недостатки значительно ухудщают надежность КПД и тем самым существенно ограничивают применение данного стабилизатора напряжения.

Цель изобретения - устранение перегрузки и последовательного регулирующего элемента по мощности и уменьшение тока, потребляемого в аварийном режиме.

Постабленная цель достигается тем, что в стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки дополнительно введен релаксационный генератор, выполненный на однопереходном транзисторе и конденсаторе, причем базы однопереХодногО транзистора подключены параллельно опорному стабилитрону пар а метрического стабилизатора, а управляющий электрод через конденсатор соединен с выходной клеммой, а дроссель защиты снабжен дополнительной обмрткой, подключенной к базо-эмиттерному переходу транзистора защиты, коллектор-эмиттерный переход которого включен между упправляющим электродом однопереходногр транзистора и общей клеммой.

На чертеже приведена принципиальная схема предлаг аемого стабилизатора.

Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки содержит регулирующий элемент 1. подключенный одним выходом к входной клемме 2, вторым через рёзистивный датчик 3 тока К выходной клемме 4, а управляющим электродом к выходу узла 5 управления, образованного усилителем 6 постоянного тока, параметрическим стабилизатором на опорном стабилитроне 7 и резисторе 8 и делителем выходного напряжения на резисторах 9 и 10, соединенных входами с выходной 4 и общей II клеммами узел 12 импульсного запуска подсоединен входами к входной 2 и общей 11 клеммам, а выходом к дополнительному входу узла 5 управления, последовательную цепь из дросселя 13заЩ,иты и туннельного диода 14, подклюгенную параллельно резистивному датчику 3 тока, релаксационный генератор 15 на однопереходном транзисторе 16 и конденсаторе 17 и транзистор 18 защиты, причем база однопереходного транзистора 16 по)1ключена параллельно опорному стабилитрону 7 параметрического стабилизатора, управляющий электрод соединен через конденсатор 17 с выходной 4, а через коллектор-эмиттерный переход транзистора 18 защиты с общей шиной 11, дополнительная обмотка дросселя 13 за щиты соединена с базоэмнттериым переходом транзистора 18 защиты, к выходной 4 и общей И клеммам

подключены нагрузка 19 и конденсатор 20 фильтра.

Стабилизатор напряжения работает следующим образом.

В нормальном режиме работы падение

напряжения на резистивном датчике 3 тока меньше напряжения туннельного диода 14 и его рабочая точка находится на первой восходящей ветви вольт-амперной характеристики. При возникновении перегрузки по току падение напряжения на резистявном

датчике 3 тока увеличивается пропорционально току нагрузки и при превышении им величины напряжения пика туннельного диода 14 рабочая точка последнего попадает на участок отрицательного сопротивления

вольт-амперной характеристики. Благодаря индуктивности дросселя защиты в контуре, образованном туннельным Диодом 14, дросселем 13 защиты и резистивным датчиком 3 тока возникают релаксационные коле1бания с частотой порядка десятков-и сотен килогерц и длительностью, исчисляемой единицами и десятками микросекунд. Частотэ генерируемых импульсов задается величиной индуктивности основной обмотки дросселя 13 защиты, а длительность и скважность

J оп|:)еделяются величиной тока перегрузки (величиной падения напряжения на резистийном датчике 3 тока). С дополнительной обмотки дросселя 13 разнополярные импульсы напряжения указанной частоты и длительности поступают на вход транзистора 18

защиты, периодически отпирая и запирая его. Релаксационный генератор 15 после некоторой задержки, определяемой временем заряда конденсатора 17 импульсами коллекторного тока транзистора 18 до заданного

J порогового напряжения, вырабатывает имйульс напряжения, выделяющийся на резисторе 8. Амплитуда этого импульса, практически равная пороговому напряжению генератора Uni,,., определяется суммой номииа;1Ы1огр напряжения на резисторе 8 и

в напряжения в лючения бднЬпереходного транзистора 16. Это значит, что амплитуда генерируемого импульса всегда буДет заведомо больше номинального напряжения на резисторе 8, что приводит к запиранию опорj ного стабилитрона 7 и усилителя 6 постоянного тока, а следовательно и регулирующего элемента 1. При этом выходное напряжение Uebix умейьщается до ур1овня срабатывания Токовой самозащиты стабилизатора, после чего усилитель 6 пос.-ояннрго тока и регу« лирующий элемент 1 необратимо запираются, а УВЫХ до нуля. В выключенном состоянии стабилизатор иаходится до момента поступления на усилитель 6 постоянного тока запускающего импульса от устройства 12 импульсного запуска, которое начинает работать при пропадании или значительном уменьшении Запускающий импульс отпирает усилитель 6 постоянного тока и регулирующий элемент 1,

и вых. начинает расти. Во время действия запускающего импульса регулирующий элемент 1 пропускает ток, который воспринимается резистнвным датчиком 3 тока как токовая перегрузка, начинает работать релаксациониый генератор на туннельном дио. де 14 и дросселе 13, однако генератор 15 задерживает выдачу импульса на запирание стабилизатора на время, большее длительности запускающих импульсов. После окончания импульса запуска и наличия пере грузки на выходе генератор 15 вырабатывает запирающий импульс и стабилизатор снова закрывается. Важно отметить, что при больших перегрузках (4-х кратнг гх и боле когда ых. значительно уменьшается (в 3-4 раза и более), генератор 16 может не работать, однако в этих случаях срабатывает токовая самозащита и выключает стабилизатор до прихода очередного запускающего импульса. При перегрузке регулирующий элемент. 1 пропускает ограниченные возможности по величине импульсы тока с длительностью и скважностью запускающих импульсов, а поэтому средняя мощность,рассеиваемая регулирующим элементом в режиме перегрузки, по току, оказывается весьма малой (как. минимум на порядок меньше его номинальной мощности), а ток,потребляемый стабилизатором - ничтожно малым.

При отсутствии перегрузки переходный процесс включения стабилизатора запускающим импульсом на этапе действия этого импульса аналогичен вышеописанному, однако после достижения номинального значения переходной процесс заряда емкости 20 заканчивается, релаксационный генератор на туннельном диоде 14 и дросселе 13 защиты прекращает работать и генератор 15 не успевает выработать запирающий импульс. Задержкой выдачи запирающего импульса генератором 15 на время переходного процесса выключения стабилизатора обеспечиваются нормальный запуск стабилизатора при отсутствии перегрузки и помехозащищенность устройства защиты (при действии кратковременных импульсных помех, наводок, скачков тока нагрузки).

Формула изобретения

Стабилизатор напряжения с защитой от

перегрузки, содержащий регулирующий элемент, подключенный одним выводом к входной клемме, вторым через резистивный датчик тока - к выходной клемме, а управляющим электродом - к выходу узла управлеиия, состоящего из усилителя постоянного

тока, параметрического стабилизатора на

опорном стабилитроне и делителе выходного

напряжения, соединенного входами с выходной и общей клеммами, узел импульсного, запуска, подсоединенный входами к входной и общей клеммам, и выходом -к дополнительному входу узла управл(ения, последовательную цепь из дросселя защиты и туннельного диода, подключенную параллельно резкстивному датчику тока, и транзистор защиты, отличающийся тем, что, с целью устранения перегрузки регулирующего элемента по мощности и уменьшения то ка, потребляемого в аварийном режиме, в

него введен релаксационный генератор, выполненный на однопереходном транзисторе и конденсаторе, причем база однопереходкого транзистора подключена параллельно опорному стабилитрону параметрического стабилизатора, а управляющий электрод

через конденсатор соединен с выходной клеммой, дроссель защиты снабжен дополнитель ной обмоткой, подключенной к базо-эмиттерному переходу транзистора защиты, коллектор-эмиттерный переход которого включен между управляющим электродом однопереходйого транзистора и обнеси клеммой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе i. Авторское свидетельство СССР № 519690, к л. G 05 F 1/58, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР N° 508783, кл. G 05 F 1/58, 1976.