Стабилизатор постоянного напряже-Ния Советский патент 1981 года по МПК G05F1/58 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Известны стабилизаторы постоянного напряжения с -защитой от перегрузок и коротких замыканий l и 2j. Однако устройства имеют сложную схему и не обеспечивают sauuiTy регулирующего транзистора в начальный момент короткого замыкания в цепи нагру зки стабилизатора из-за тепловойинер ции греющего элемента и термодатчика. Наиболее близким к предлагаемому п технической сущности является стабили затор постоянного напряжения, содержащий связанный с регулирующим транзистором пороговый элемент на транзисторе и термодатчик, имеющий тепловую связь с греющим резистором, один из зажимов которого соединен с цепьюнагрузки стабилизатора 31. Это устройство обладает тепловой инерционностью. Инерционность (тепловая постоянная времени) греющих элементов и термодатчиков известных устройств состав;дяет более двухсекунд. Поэтому при коротком замыкании в цепи нагрузки стабилизатора до появления сигнал тепловой перегрузки, вырабатываемого термодатчиком, и срабатывания защиты через регулирующий транзистор протекает ток короткого замыкания. В результате чего на регулирующем транзисторе выделяется избыточная мощность. Избыточная мощность будет тем больше, чем меньще величина внутреинего сопротивления питающего выпрямителя и сопротивления токовых шин стабилизатора. При минимальных величинах указанных сопротивлений избыточная мощность значительно превышает иоми- . нальную мощность регулирующего транзистора, так как в этом, случае ток короткого замыкания, протекающий через р егулирующий транзистор, имеет максимальную величину. Избыточная М9Щность, выделяемая на.регулирующем

транзисторе в течение времени, равного тепловой постоянной времени греющего элемента и термодатчика, снижает HaflBKHoctb стабилизатора. Надежность стабилизатора, снабженного известным устройством зап1иты, значительно снижается в тех случаях, когда часто происходят короткие замыкания и включение стабилизатора производится на короткозамкиутую нагрузку, например при проведении зкспериментальных работ.

Недостатком известного устройства является также низкая его чувствительность и точность работы. Низкая чувствительность обусловлена тем, что для срабатывания порогового элемента требуется относительно большой сигнал вырабатываемый термодатчиком на диоде Для получения необходимого сигнала, о которого срабатывает пороговый элемен необходима- высокая температура разогрева термодатчика на диоде, следовательно , требуется большая перегрузка по току регулирующего транзистора. Низкая точность работы защиты заключается в том, что термодатчик известного устройства на изменение температуры регулирующего транзистора реагирует косвенным путем, т.е. через греющий элемент, выполненный на резисторе включенном параллельно регулирующему транзистору стабилизатора. Все это приводит к снижению надежности стабилзатора. Кроме того, греющий элемент, .выполненный на резисторе, включенном параллельно коллекторно-эмиттерному переходу регулирующего транзистора, шунтирует регулирующий транзистор и тем самым влияет на работу стабилизатора напряжения.

Цель изобретения - повышение надежности стабилизатора путем расширения и улучшения функциональных возможностей защиты.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизаторе постоянного напряжения транзистор порогового элемента одним силовым электродом, через вновь введенный элемент связи, подключей к точке соединения регулирующего транзистора с входным выводом стабилизатора, а другим - через термодатчик - к точке соединения греющего резистора с другим входным выводом стабилизатора, причем точка соединения другого зажима греющего резистора с цепью нагрузки, через

вновь введенный вспомогательный термодатчик на резисторе с положительным температурным коэффициентом, подключена к базе транзистора порогового элемента, при этом пороговый элемент и вспомогательный термодатчик имеют тепловые связи с регулирующим транзистором и греющим резистором соответственно.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема стабилизатора постоянного напряжения.

Стабилизатор содержит пороговый элемент на транзисторе 1 , имеющий тепловую связь с регулирующим транзистором 2 и подключенный коллектором к элементу связи - к обмотке з лектромагнитного реле 3, термодатчик, на полупроводниковой, диоде 4 и вспомогательный термодатчик на резисторе 5, имеющие тепловые связи с греющим резистором 6 (па чертеже тепловые связи показаны стрелками ).

Реле 3 используется в качестве элемента связи. Связь с регулирующим транзистором осуществляется как по цепи коллектора, так и по управляющему входу. Для осуществления связи по управляющему входу необходимо между эмиттером и базой регулирующего транзистора включить размыкающий контакт реле (на чертеже показана связь по цепи коллектора). При необходимости вместо реле 3 используется тиристо подключенный управляющим электродом к коллектору транзистора 1. Транзистор 1 выполняет функции порогового элемента и термодатчика, греющим элементом которого является регулирующий транзистор 2. Полупроводниковый диод 4 служит для формирования запирающего напряжения и одновременно выполняет функции термодатчика. Резистор 6 предназначен для выделения дополнительного сигнала тепловой перегрузки регулирующего транзистора 2. Резистор 6 вырабатывает сигнал перегрузки по току и используется в качестве греющего элемента дпя диода 4 и резистора 5. Величина сопротивления резистора б выбрана такой, чтобы при нормальных условиях эксплуатации защита срабатывала при полуторакратной перегрузке, происходящей в течение не более I5 мс. Такой порог срабатывания защиты необходим для работы стабилизатора в повторнократковременном (импульсном) режиме например работе на емкостную нагрузку, и регулируется путем изменения величины сопротивления резистора 6.

Конструктивно резистор 6 выполнен в виде цилиндри еской катушки, намотанной манганиновым проводом вплот- 5 ную (виток к витку), с диаметром провода 0,5-3 мм (зависит от величины номинального тока стабилизатора), а внутренний диаметр катушки 10+2 мм . Внутри катушки (параллельно ее оси) ю размещены диод 4 и резистор 5, в результате чего обеспечивается достаточно эффективная тепловая связь, так . как внутри катушки получается равномерное тепловое поле, а поверхность те- 5 плового контакта диода и резистора с источником тепла увеличивается. Катушка имеет минимальную массу и теплоемкость, что позволяет получить минимальную инерционность греющего элемен-2о та.

Тепловая связь транзистора I с регулирующим транзистором 2 осуществляется путем соединения их корпусов через изоляционную теплопроводящую про- 25 кладку, например через фторопластовую пленку толщиной 30 мк.

Стабилизатор работает следующим образом.

В нормальном режиме транзистор 30 под действием запирающего напряжения УЗ закрыт и реле 3 обесточено. Напряжение на вспомогательном термодатчике VL примерно равно нуда). Через размыкающий контакт 7 входное напряжение з$ V- подается на стабилизатор. При перегрузке, когда ток нагрузки превышает ток срабатывания защиты, на резисторе 6 выделяется напряжение перегрузки V под действием которого транзистор I до открывается и реле 3 срабатывает.

При срабатывании обмотка репе 3 через размыкаю1ций контакт 8 вклитчается на самопитание и одновременно вык.пю- , чается стабилизатор. После устранения 45 перегрузки необходимо снять входное напряжение и снова его подать. При перегрузке, при которой величина напряжения Vj не достигает порога срабатьшания запщты, происходит разогрев 50 резистора 6 и регулирующего транзистора 2. Вследствие тепловой связи диода- 4 и резистора 5 с резистором 6 и тепловой связи транзистора 1 с регулирующим транзистором 2, напряженин 55 Э ЭБ ( на переходе эмит тер-база транзистора 1) уменьшаются, а сопротивление резистора 5, ток коллёктора и обратный ток коллектора транзистора 1 -Увеличиваются, При этом напряжение V, выделяемое на резисторе 5 от протекания обратного тока коллектора, увеличивается. Это напряжение «суммируется с напряжением Vy,, в результате чего сигнал перегрузки увеличивается. При достижении температуры регулирую01его транзистора 2 определенного значения, при котором суммарный сигнал перегрузки достигает порога срабатывания защиты, транзистор 1 открывается и происходит выкдяочение стабилизатора.

Таким образом, данное техническое решение расширяет н улучшает функциональные возможности известного устройства и, тем самым, позволяет повысить надежность стабилизатора напряжения. Кроме того, оно исключает влияние греющего элемента на работу стабилизатора.

Формула изобретения

Стабилизатор постоянного напряжения , содержаадай связанный с регулируюпош транзистором пороговый элемент иа транзисторе и термодатчик, имеющий тепловую связь с грепцим резистором, один из зажимов которого соединен с цепью нагрузки стабилизатора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности стабилизатора путем расоиревия. и улучшения функциональных возможностей защиты, в нем транзистор порогового элемента одним силовьм эле1{тродом, через вновь введенный элемент связи, подключен к точке соединенная регулирующего транзистора с входным вьюодом стабилизатора, а другим - через термодатчик - к точке соедине1шя греющего резистора с другим входным выводом стабилизатора, причем точка соединения другого зажима греющего резистора с цепью нагрузки, через вновь введенный вспомогательный термодатчик на.резисторе с положительным температурным коэффициентом, подклочеиа к базе транзистора порогового элемента при этом пороговый элемент и вспомогательный термодатчик имеют тепловые связи с регулирующим транзи ;тором и греющим резистором соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

I. Авторское свидетельство СССР № 378820, кл. G 05 F 1/56, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР 496546, кл. G 05 F 1/58, 1972.

3.Авторское свидетельство СССР 556424, кл. G 05 F 1/58, 1971.