Стабилизированный источник питания Советский патент 1980 года по МПК G05F1/58 

I

Изобретение относится к функциональным узлам радиоэлектронной аппаратуры и может быть использовано в компенсационных стабилизаторах напряжения постоянного тока последовательного типа, содержащих одну или несколько включенных параллельно последовательных цепочек, состоящих из проходного транзистора, регулирующего элемента и элемента продольного звена сглаживающего фильтра, а также в усилителях постоянного тока, выходные каскады которых выполнены по схеме эмиттерного повторителя

Известны стабилизированные источники питания, содержащие биполярные, так и униполярные транзистЬры {, 2.

Наиболее близким техническим peщeнIfeм к изобретению является стабилизированный источник питания, содержащий датчик тока, включенный в силовую шину последовательно с проходным транзистором регулирующего элемента, управляющей цепью подключенного к выходу измерительно-усилительного узла, выпрямитель, выход которого подключен к первому выводу датчика тока, ко второму выводу которого подключен сглаживающий фильтр, блок защиты от перегрузок

по току Н короткого замыкания, состоящий из униполярного усилительного и биполярного исполнительного транзисторов, цепочки последовательно соединенных светодиода и двух резисторов, второй из которых щунтирован база-эмиттерным переходом испол нительного транзистора, параллельной RC-neпочкн, первый вывод которой подключен к затвору, а второй - к источнику и к первому выводу датчика тока, диода, катод которого подключен к второму выводу датчика

10 тока 3.

Цель изобретения - повыщение надежности стабилизатора.

Это достигается тем, что в блок защиты .предлагаемого устройства введены резистор, включенный между анодом диода и первым

15 выводом RC-цепочкн, и конденсатор, подключенный параллельно переходу база-эмиттер исполнительного транзистора.

На чертеже представлена схема стабилизированного источника питания.

20 Источник содержит блок 1 защиты от перегрузок по току и короткого замыкания, соединенный с элементами компенсационного стабилизатора 2 напряжения постоянного тока, датчик тока 3, снабженный двурия выводами, причем один вывод 4 соединен с выходом выпрямителя 5 питания стабилизатора и является высокопотенцкальным ло отношению к другому выводу 6 низкопотенциальному, подключенному к выводу конденсатора 7 поперечной ветви сглаживающего фильтра 8 и ко; лектору проходного транзистора 9 регулирующего элемента 10, усилительный униполярный транзистор 11, исполнительный биполярный транзистор 12, последовательную цепь, присоединенную выводами соответствующих элементов к стоку усилительного транзистора устройства защиты и эмиттеру проходного транзистора и со-, держащую светодиод 13 индикации перегрузки и резисторы 14 и 15, причем параллельно последнему -из них подключен переход базаэмиттер исполнительного транзистора 12 и конденсатор 6, параллельную RC-цепочку из резистора 17 и конденсатора 18, первый вывод 19 которой непосредственно соединен с затвором усилительного транзистора И и через резистор 20 - с анодом диода 21, а второй вывод 22 - с истоком усилительного транзистора i I и высокопотенциальным выводом 4 датчика тока 3, катод диода 2 подключен к ннзкопотеициальному выводу 6 датчика тока 3, эмиттер исполнительного транзистора 1-2 блока 1 защиты подсоединен к эмиттеру проходного транзистора 9, а -его коллектор - к управляющему входу регулируюи его элемента 10 и к выходу измерительно-усилительного зла 23. Работает устройство следующим обра-ЗОМ.

Так как датчик тока 3 соединен своим высокопсггенциальным выводом 4 с выходом выпрямителя 5, а низкопотенциальным выводом 6 - с .чсатором 7 поперечной аетей стлажнвающего фильтра 8 стабилизатора 2, то через него протекает пульсирующий ток. При этом элемент 3, выполняй в 51сточнике функцию датчика тока, одновре-/ менно выполняет и функцию э«1емента продолькой ветви фильтра 8 стабилизатора 2,За исходное принято состояние блока I, соответствующее величине выходного тока стабилизатора 2, не превышающей некоторого допустимого значения. При этом величина падения напряжения на датчике тока 3 такова, что гфи выбранных Сопротивлениях резисторов 17 и 20 напряжение на первом из них не превышает порогового напряжения униполярного транзистора П. Транзисторы 11 и 12, а также светодиод 13 заперты.

Если ток нагрузки стабилизатора по какой-либо причине превысил некоторое допустимое значение, то величина падения напряжения на датчике тока 3 возрастает настолько, что напряжение на резисторе 17 превышает пороговое значение напряжения для транзистора 11. Интегрирующая цепь, содержащая резистор 20 и конденсатор 18,

обеспечивает уменьшение амплитуды пульсаций напряжения на резисторе 17 по сравнению с повышенной амплитудой пульсаций напряжения на датчике тока 3 с коэффициентом фильтрации

К... г .оКйхИ 21 (А р RI RIO /14 ф -«ЧЧд7,, - И)

где40у 2л гг-круговая частота пульсации напряжения на датчике то. ка 3, равная частоте пульсаций напряжения на выходе выпрямителя 5;

Cs8 - емкость конденсатора 18; R п Rjo - сопротивление резисторов

17 и 20 соответственно; RBX« -входное сопротивление (сопротивление затвор-исток) транзистора 1.

Выражение (1) справедливо при выполнений условий

R,-, Zj «Rta.(2)

rAeZs-полное сопротявление датчика то. . ка S ка частоте г ульсаций выпрямленного напряжения ггитания стабилизатора 2;

°1 R.o ,с-яч

f

,,Rs,,, RE9(4)

Отфильтрованное интегрирующей цепью 18, 20 напряжение на резисторе 17, даже при незначительном (менее 5%) превышении выходным током стабилизатора 2 максимально допустимого значения, обеспечивает {при соответствующем выборе сопротив,.1еиий резисторов 17 и 20) отпирание транзистора il и поддерживает открытое его состояние в любой фазе переменной составляющей пульсирующего напряжекня на датчике тока 3. Резистор 20 при выполнении условия (2) существенно увеличивает полное сопротивле {Н€ последовательной цепи (диод 21, резистор 20, параллельная RC-цепочка 11, 18) ,по сравнению с полным сопротивленнем Zj /шунтируемого датчика тока 3. Это исключает у ;1еньшение коэффициента фильтрации фильтра из-за шунтирован 1я датчика токе 3, а, следовательно, к дополнительную потерю мощности на проходном транзисторе 9 регулирующего элемента 10 в ;процессе эксплуатации стабилизатора 2. Включение резистора 20 между анодом диода 21 и выводом 19 параллельной 5 С-цепочки 17, 18 исключает периодические сбон блока 1 защиты (при наличии перегрузки стабилизатора 2 по току), обуслоаленные периодическим {с частотой пульсацией напряжения на датчике тока 3) запиранием транзистора 11 на время, в течение которого мгновенное значение напряжения на его входе не превышает порогового значения. При этом за счет исключения дополнительной потери мощности на транзисторе 9 элемента 10 умёньилается энергопотребление, вес и габариты стабилизатора 2. После отпирания транзистора И под действием пульсирующего нйпряжекия выпрямителя 5 по цепи .включающей в себя канал открытого транзистора 11, светодиод 13, параллельную цепочку 15, 16,переход база-эмиттер транзистора 12 и нагрузку стабилизатора 2, протекает пульсирующий ток, создающий падение напряжения на резисторе 15. Пульсации напряжения на резисторе 5 сглаживаются интегрирующей цепью из конденсатора 16, резистора 14, сопротивления канала открытого транзистора 11 н сопротивлений нагрузки стабилизатора 2 при перегрузке его по току. После достижения отфильтрованным напряжением на резисторе 15 оггределенного уровня (например, для кремнневых биполярных транзисторов этот уровень составляет 0,7 В) постоянная составляющая пульсирующего тока, протекающего через упомянутую интегрирующую цепь, отпирает транзистор 12. Открытое состояние транзистора 12 поддерживается в любой фазе переменной составляющей пульсирующего капря жения выпрямителя 5 до тех пор, пока открыт транзистор 11, т. е. пока существует перегрузка по току стабилизатора 2. Подсоединение конденсатора 16 параллельно резистору 5 и переходу база-эмиттер транзистора 12 исключает (при открытом транзисторе И) периодические сбои блока I защиты, обусловленные пульсациями выпрямленкого напряжения выпрямителя 5 стабилизатора 2 и, в частности, периодическое (с частотой пульсаций напряжения выпрямителя 5) запирание транзистора 12 на время, Б течение которого напряженке на резисторе 5 не превышает порога отпнрапия перехода база-эмиттер биполярного транзистора. Резистор 14 ограничивает ток стока транзистора 11, а величина его сопротивления выбирается такой, чтобы, -ток стока открытого транзистора И обеспечивал при открытом транзисторе 12 отчетливо различимое свечение светодяода 3. Ре.зистор 15, являющийся нагрузкой в цепи стока транзистора i, определяет коэффициент усилений усилительного каскада и чувствительность блока 1 защиты. Величина сопротивления резистора 15 ограничена сверху необходимостью обеспечения надежной работы транзистора 12 при запертом транзисторе 11. Чувствительность и коэффициент усиления могут быть определены из выражеи,5 0,,,R,3{U,, ) K{U.T -и„ср„ ),. (5) где - и 15 - падение напряжения на резисторе 5; R(s - сопротивление резисто ,1 - крутизна сток-затворной характеристики транзистора 11; К ,) R 15 - коэффициент усиления по напряжению усилителького каскада блока 1 защиты;и 17 - напряжение на резисторе 7; ЬПор II - nopoiotioc на1 ря/кеиис тргигзнстора 1 Г; Ufj - Unopii - приращение напряжения на входе тр;и1зисторя ii сверх порогового значения, необходимого для отпирания и насыщения транзистора 12, н.чи чувствительность блока защиты, определяется при Uis 0,7 В. Открытый и насыщенный исполнительный транзистор 12 обеспечивает отсечку выходного .тока и сброс 8Ы.ХОДНОГО напряжения стабилизатора 2 посредством запирания транзисторов регулирующего элемента 10. Из-за отсечки выходного тока падение на-. пряжения на датчике тока 3 уменьшается, транзисторы И н 12 и светодиод 13 запираются, блок i аосстанавлквает свое исхо.дкое состояние н отпираются транзисторы регулирующего элемента 10 стабилизатора 2. Если действие перегрузкн по току не прекратилось, то блок 1 снова обеспечивает отсечку выходного тока стабилизатора 2 и так далее, пока не прекратится действие перегрузки стабилизатора 2 по тох-у. При зтом в случае короткого замыкания нагрузка датчика тока 3 обеспечивает ограничение выходного тока стабилизато.ра в течение короткоVo интервала времени между моментом возникновения короткого замыкания и моментом отс ечки выходного тока. Сочетание а блоке I защиты униполярного 11 и биполярного S2 транзисторов обуславливает повышение температурной стабильности порога срабатывания защиты, так как изменение крутизны сток-затворной .характеристики транзистора 11 и неуправляе.чого тока коллектора 5-кв транзистора 12 с изменением температуры койпенсируют друг друга. Таким образом, введение резистора 20 и конденсатора 16 повышает надежность блока I защиты, так как его периодические сбои к обусловленные сбоями откзаы Б работе стабилизатора 2 ИСК.ЕОЧЗЮТСЯ при повышенных амплитудах пульсаций напряжения на датчике тока 3 и на выходе выпрямителя 5 стабилизатора 2. При атом обеспечивается также у.меньшение энергопотреблнемостй, габаритов и веса защищаемого стабилизатора 2. Соединение высокопотенцкального вывода 4 датчика тока 3 с выходом выпрямителя 5, а низкопотекинального вывода 6 с конденсатором 7 поперечной ветви фильтра 8 стабилизатора 2 обеспечиБает одновременное выполнение датчиком тока 3 блока I защиты функции элемента продольной ветви фильтра 8 стабилизатора 2. Это также обуславливает уменьшение энергопотреблнемости, габаритов и веса стабилизатора 2 (особенно при повышенных значениях минимального выхо.г1иого тока, тогда ка выходе сглаживающего фильтра, содержагиего толь ко элементы поперечной ветви, не обеспечи