Источник питания с защитой то перегрузки Советский патент 1980 года по МПК G05F1/58 

1

Изобретение относится к вторичным источникам электропитания, а более конкретно к полупроводниковым стабилизаторам напряжения с двойным регулированием - импульсным и линейным, используемым для питания радиоэлектронных устройств, подверженных аварийным состояниям.

Известен стабилизатор, в котором для уменьшения мощности рассеяния на регулирующем элементе в режиме короткого замыкания на усилитель сигнала защиты подают запирающее смещение, пропорциональное выходному напряжению стабилизатора l .

Однако это значительно ухудшает выходную характеристику стабилизатора из-за пропорциональной зависимости максимальной величины выходного тока от выходного напряжения, кроме того, все линейные стабилизаторы обладают сравнительно низким КПД из-за потерь мощности в регулирующем элементе, что особенно сказывается при широком диапазоне регулирования выходного напряжения.

Наиболее близким к изобретению по техническому решению является источник питания с защитой от перегрузки, содержащий подключенный к входным выводам импульсный регулятор напряжения, к выходным выводам которого подключен линеный стабилкзатор напряжения компансационногс типа,

5 состоящий из включенных последовательно в силовую шину линейного регулирующего элемента и датчика тока, делителя выходного напряжения, подключенного к соединенным последовательно конденсатору фильтра и источнику опорного напряжения, усилителя обратной связи, неинвертирующий вход которого подключен к выходу делителя выходного напряжения, а выход - ко

5 входу линейного регулирующего элемента, и из блока линейной защиты, выход которого подключен ко входу линейного регулирующего элемента, а вход - к выходу датчика тока 2j .

20 Однако при значительных скачкообразных перегрузках и внезапных коротких замыканиях на выходе импульсный регулятор не успевает снизить напряжение на линейном стабилизаторе

25 всед за выходным и на линейном .регулирующем элементе выделяется пиковая мощность, многократно превышающая номинальную в рабочем режиме. Длительность ее воздействия определяется запаздыванием обратной связи

в импульсном регуляторе и постоянной , времени разряда его выходного фильтра. Сочетание этих факторов приводит к выходу из строя линейного регулирующего элемента стабилизатора

цель изооретения повышение надежности защиты стабилизатора.

Указанная цель достигается тем, что в источнике питания с защитой от перегрузки в линейный стабилизатор напряжения введена .цепочка, включенная параллельно конденсатору фильра и состоящая из последовательно соединенных первого диода, включенного в прямом направлении,и конденсатора, точка соединения которых подключена через введенный стабилитрон к инвертирующему входу усилителя обратной связи, и через второй введенный диод - ко входу линейного регулирующего элемента, при этом источник опорного напряжения через верхнее плечо делителя выходного напряжения зашунтирован третьим введенным диодом.

Быстрое запирание линейного регулирующего элемента, при опасных скачкообразных перегрузках и внезапных коротких замыканиях в нагрузке, на вермя отработки импульсного регулятора напряжения, достигаемое такой защитой, позволяет снизить пиковую мощность, выделяющуюся на линейном регулирующем элементе на время ее воздействия до безопасной величины, чем достигается надежная защита стабилизатора при всех вида:х перегрузки.

На фиг. 1 изображена электрическая схема источника питания с защитой от перегрузок; на фиг. 2 - его нагрузочная характеристика.

Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, делитель выходного напряжения на резисторах 2 и 3, дифференциальный усилитель 4 обратной связи, линейный регулирующий элемент 5, конденсатор 6 фильтра, датчик 7 тока и блок 8 линейной защиты, которые образуют линейный стабилизатор 9 напряжения компенсационного типа, на входе которого включен импульсный регулятор напряжения 10 с обратной связью с элемента 5. Инвертирующий вход усилителя 4 через стабилитрон 11 соединен со средней точкой цепочки, подключенной параллельно выходу стабилизатора, состоящего из последовательно включенных диода 12 и конденсатора 13. При этом средняя точка цепочки 12 и 13 соединена через диод 14 со входом элемента 5, а неинвертирующий вход усилителя 4, соединенный с выходом делителя 2 и 3, шунтирован.диодом 15. Регулятор 10 содержит ключевой регулирующий элемент 16, выходной фильтр из дросселя 17, конденсатора 18, блокирующего диода 19,

разрядного резистора 20 и устройство, 21 управления элементом 16 по сигналу обратной связи с элемента 5.

На фиг. 2 участок 22 нагрузочной характеристики соответствует г рабочему режиму стабилизатора, участок 23 - режиму медленных перегрузок, участок 24 - быстрому запиранию линейного регулирующего элемента в случае значительных скачкообразных

.. перегрузок и внезапных коротких замыканий на выходе стабилизатора, участок 25 - отпиранию линейного регулирующего элемента после окончания действия Зсцциты.

Устройство работает следующим

5 образом. :

При сравнительно медленном увеличении тока в нагрузке выше установленной величины 3,j .выходной сигнал датчика 7 тока поступает на вход

0 устройства 8 линейной защиты, выходной сигнал которого ограничивает проводимость элемента 5 и стабилизатор переходит в режим стабилизации тока по участку 23 (фиг. 2), вЕадер5 живая перегрузку вплоть до короткого замыкания в нагрузке. Ток короткого замыкания 3ц.,.,, ввиду действия устройства 8 линейной защиты, незначительно превышает установленную велиQ чину Зд, напряжение на регулирующем элементе 5 остается в рабочем диапазоне, и как следствие этого, мощность на регулируннцем элементе 5 незначительно превышает номинальную.

В случае значительных скачкообразных перегрузок стабилзатора, вызывающих скачок напряжения на выходе, превышающий по величине рабочее напряжения стабилитрона 11, через последний с конденсатора 13 на инвертирующий вход усилителя 4 поступает сигнал, вызывающий частичное запирание элемента 5. Это приводит к еще большему падению напряжений на выходе стабилизатора и усиливает действие обратной связи. Выходная характеристика стабилизатора в этом случае имеет вид участка 24 (фиг. 2). В конце лавинообразного процесса выходное

напряжение и ток стабилизатора равны нулю, а к закрытому элементу 5 прилагается полное выходное напряжение регулятора 10. Так как оно значительно превышает напряжение на элементе

5 в рабочем режиме.,устройство 21 закрывает элемент 16, и конденсатор 18 начинает разряжаться через резистор 20, Уменьшение напряжения вызывает ускоренный разряд конденсатора 13 чечерез диод 14 до уровня равного рабочему напряжению элемента 5, при котором дальнейшее уменьшение напряжения прекращается ввиду включения регулятора 10. Ускоренный разряд конденсатора 13 обеспечивает малое время

восстановления рабочего режима стабилизатора. Дальнейший разряд конденса тора 13 происходит через стабилитрон 11 на входное сопротивление усилителя 4 и при достижении уровня меньшего, чем рабочее напряжение стабилитрона 11, действие обратной связи прекращается. Усилитель 4 открывает элемент 5 и стабилизатор по участку 25 нагрузочной характеристики переходит в рабочую точку на участке 23 (фиг. 2), При снятии перегрузки стаблизатор автоматически возвращается на участок 22 в рабочий режим. Максимальная мощность на элементе 5 выделяется в момент скачка перегрузки или короткого замыкания в нагрузке. Ее величина определяется током перегрузки и максимальным напряжением на элементе 5 перед его закрытием, равным сумме рабочего напряжения на элементе 5 и напряжения стабилитрона 11. Так как последнее может быть выбрано относительно небольшим, то пиковая мощность на элементе 5 незначительно превышает мощность в рабочем режиме. Длительность ее воздействия зависит от быстродействия, усилителя 4 и времени выключения элемента 5 и практически не превосходит нескольких МКС.

Формула изобретения

Источник питания с защитой от перегрузки, содержащий подключенный к входным выводам импульсный регулятор напряжения, к выходным выводам которого подключен линейный стабилизатор напряжения компенсационного типа, состоящий из включенных последовательно в силовую шину линейного

регулирующего элемента и датчика тока, делителя выходного напряжения, подключенного к- соединенным последовательно конденсатору фильтра и источнику опорного напряжения, усилителя обратной связи, неинвертирующий вход которого подключен к выходу делителя выходного напряжения, а выход - ко входу линейного регулирующего элемента, и из блока линейной защиты, выход которого подключен

0 ко входу линейного регулирующего элемента, а вход - к выходу датчика тока, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности защиты, в линейный стабилизатор напряже5ния введена цепочка, включенная параллельно конденсатору фильтра и состоящая из последовательно соединенных первого диода, включенного в прямом направлении, и конденсатора,

0 точка соединения которых подключена через введенный стабилитрон к инвертирующему входу усилителя обратной связи,и через второй введенный диод ко входу линейного регулирующего эле5мента, при этом источник опорного напряжения через верхнее плечо делителя выходного напряжения зашунтирован третьим введенным диодом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Катаев В.Е. и Левинзон С.В. Электрическая защита полупроводниковых, источников питания. М., Связь 1977, с.89, рис. 3,146.

2.Бальяк В.И. и др. Стабилизатор тока и напряжения с широким диапазоном регулирования. - Приборы и техника эксперимента, h 1, 1974, с.155156.

25

У8.

Л/Лг

УЗ У,ь