Стабилизированный источник питания Советский патент 1981 года по МПК G05F1/58 

(54) СТАБИШ13ЯРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

Стабилизированный источник питания относится к электротехнике и может Сйлть использован для питания стабилизирова ;ным фиксированным или регулируемым ;напряжением радиоэлектронной аппаратуры, в частности аппаратуры автоматики и вычислительной техники повышенного быстродействия. Известны стабилизированные источники питания, выполненные по схеме компенсационного стабилизатора напряжения последовательного типа с блоком защиты от перегрузок по току и короткого закыкания. Блок защиты от перегрузок по току и короткого, згшыкания в известных стабилизированных источниках питания содержит датчик тока, включенный между выходом выпрямителя и коллектором проход ного транзистора, усилительный и исполнительный транзисторы fl и 2}. Наиболее близким к предлагаемому является стабилизированньлй источник питания, содержащий датчик тока, включенный в силовую шину последовательно с проходным транзистором регулирующего элемента, управляющей цепью подсоединенного к выходу измерительно-усилительного узла, состоят щего из усилителя обратной связи и источника опорного напряжения, включающего в себя высокоомный токостабилизирующий двухполюсник, а также соединенные параллельно опорный стабилитрон, подключенный анодом к об-, щей шине прецизионный резистивный делитель напряжения, выпрямитель, выход которого подсоединен к первсму выводу датчика тока, ко второму выводу которого подключен коллектор проходного транзистора регулирующего элемента и фильтрующий конденсатор, блок защиты от перегрузок по току и ксфрткого замыкания, состоящий из униполярного усилительного и биполярного исполнительного транзистора, параллельно соединенных резистора и конденсатора, включенных между стоком униполярного усилительного и эмиттером проходного транзисторов, последовательной цепочки из двух резисторов, один из которых зашунтирован база-змиттерньм переходом биполярного исполнительного транзистора и один из выводов указанной цепочки соединен с эмиттером проходного транзистора регулирующего элемента, параллельной RC-цепочки, первый вывод которой под ключен к затвору униполярного усилительного транзистора, а второй - к

его ИСТОКУ и к первому выводу датчик тока, диода, катод которого ссюдиненсо вторым выводе датчика тока, а анод - через резистор - с первым выводом параллельной КС-цепочки, соединенных последовательно резистора И светодиода индикации перегрузки, причем резистор, подключен к общей шине СзЗ

.Недостатком известного устройства является существенное увеличение напряжения противофазного сигнала на входе дифференциального усилителя обратной связи (УОС), после отсечки выходного тока и сброса выходного напряжения вследствие перегрузки .стабилизатора или короткого замыкания нагрузки, что приводит, если не принять меры, к перегрузке УОС по току, так как исполнительный транзистор блока защиты открыт и насыщен, и к выходу из строя источника питания .

Следует отметить также недостаточную яркость свечения индикаторного светодиода в блоке защиты при наличии перегрузки. Для обеспечения до- статочной яркости свечения маломощный униполярный усилительный транзистор должен работать в режиме максимально допустимого тока стока, что не соответствует требованиям по надежности.

Цель изобретения - исключение перегрузки усилителя обратной связи измерительно-усилительного узла, уменьшение при этом полного выходного сопротивления источника питания, а также повышение надежности индика ции перегрузки.

Указанная цель достигается тем, что в стабилизированном источнике питания введены в блок защиты два транзистора, эмиттеры которых соединены с высокоомным токостабилизирующим двухполюсником источника опорного напряжения, база первого из них соединена со стоком униполярного уси лительного транзистора, а база второго - с управляющей цепью регулирукицего элемента, при этом коллектор первого транзистора соединен с катодом опорного стабилитрона, а коллектор второго - с другим выводом последовательной .цепочки из двух резисторов и с анодом светодиода индикаци перегрузки, кроме того, параллельно цепи сток-исток .униполярного усилительного транзистора блока защиты подключен стабилитрон катодом к истоку а анодом к стоку.

На чертеже представлена Функциональная схема стабилизированного источника питания.

Источник содержит выпрямитель 1, датчик 2 тока, фильтруюйий конденсатор 3, регулирующий элемент 4 с проходным транзистором 5, включенным последовательно с нагрузкой., измерительно-усилительный узел 6, состоящий из усилителя 7 обратной связи (УОС), выход которого соединен с управлякадей цепью регулирующего элемента, и источника В опорного напряжения, включающего в себя высоко.омный токостабилйзирующий двухполюсник 9, опорный стабилитрон 10, подключенный анодом к общей щине источника питания, и прецизионный резистивный делитель 11 напряжения, а также блок 12 защиты. В состав блока 12 входят униполярный усилительный транзистор 13, в стоковую цепь которого включены соединенные параллельно резистор 14 и конденсатор 15, транзистоЕйл 16 и 17, тип проводимости которых противоположен типу проводимости проходного транзистора регулирующего элемента, причем соединеннь№ вместе эмиттеры этих транзисторов подключены к высокоомному токостабилизирующеМу двухполюснику источника опорного напряжения, базы соответственно - к стоку униполярного усилительного транзистора 13, и чрез резистор - к выходу УОС, коллектор первого - к аноду опсфного стабилитрона .и соответствующему выводу делителя, а коллектор второго - к аноду светодиода 18, катся которого через резистор 19 соединен с общей шиной, и к резистору 20, соединенном другим выводом с резисторе 21, параллельно которому подсоединен переход база-эмиттер биполярного исполнительного транзистора 22, эмиттер которого подключен к эмиттеру проходного транзистора, а коллектор - к выходу УОС и к выходу управляющей цепи регулирующего эмиттера 4.

Во входную цепь униполярного усилительного транзистора 13 включена параллельнсш RC-цепочка из резистора 23 и 1(:онденсатора 24, первый вывод которой подключен к затвору, а второй - к истоку и к первому выводу датчика-тока. ДНод 25 соединен катодом со вторым выводом датчика тока, а анодом - через резистор 26 - с,затвором и первым выводом параллельной RC-цепочки. К истоку униполярного транзистора 13 блока защиты подключен катод стабилитрона 27, а его ано соединен со стоком этого транзистора

Устройство работает следующим образом;

Так как датчик тока 2 соединен своим высокопотенциальным выводом с выводом выпрямителя 1, а низкопотен-; циальным - с фильтрующим конденсатором 3 то через него протекает пульсирующий Ток.

За исходное принято состояние, соответствующее величине.выходного тока, не прешлшаищей некоторого допустимого значения. При этом величина падения напряжения на датчике 2 тсц.ова, что при выбранных сопротивлениях резисторов 23 и 26 падение напряжения на первом из них не превыиает порогового напряжения униполярного усилительного транзистора 13 и последний заперт. Транзисторы 16 и 17, а также токостабилизирумщий двух ролюсник 9 источника 8 опорного напряжения образуют переключатель тока Полярность напряжения между базами транзисторов 16 и 17 такая, что транзистор 16 открыт, и ток, определяелый токостабнлизирующим двухполюс НИКОМ 9, проходит через опорный стабилитрон 10 и резисторы делителя 11, обеспечивая требуемую величину опорного напряжения на неинвертирувэдем входе УОС 7. Транзистор 17 заперт, поэтому ток череЭ резисторы 20 и 21 не проходят,,а биполярный транзистор 22 и светодиод 18 также заперты. Таким образом, источник питания обеспечивает на нагрузке стабилизированное напряжение. Через резистор 14 при этом протекает базовый ток откры того транзистора 16. Величина сопротивления резистора 14 выбирается из условия t V-fO - 1 - Ш 4 - «,,. гдеУ(о напряжение стабиЛизации стабилитрона 10 + 1 - напряжение между соединенными эмиттерами транзисторов переключателя тока и общей шиной.. В то же время, так как ток, проте кающий.через резистор 14, есть ток .базы открытого транзистора 16, справедливо выра кение С -ct.Ji где cti, - коэффициент передачи эмиттер ного тока транзистора 16; 1ф - выходной ток высокоомного токостабилизирукщего двухполюсника 9. Приравнивая правые части (1) и (2 получаем

+ 1 - V

У Vw

ВМУ

{ -,Jl,

-f6

Другим ограничением на величину сопротивления резистора 14 является необходимость отсутствия переключения транзисторов 16 и 17 при отсутствии церегрузки источника питания. Это обеспечивается, если падение напряжения, создаваемое базовым током открытого транзистора 16 не изменяет полярность действуквдего между базами :транзисторов 16 и 17 напряжения и -не -уменьшает величину этого напряжения

+ 0,7-0,8

- (8)

RM

Благодаря включению паргшлельно резистору 14 конденсатора 15 транзистор 16 заперт, а 17 открыт в любой фазе переменной составляющей пульсируняцего напряжения выпрямителя 1 до тех пор, пока открыт транзистор 13, то есть пока существует перегрузка по току источника питания.

В результате переключения транзисторов 16 и 17, вследствие возникновения перегрузки по току выключается ниже 0,7-0,8 В, то есть если выполняется условие - Л, 7/ 0,7-0,8 В, гдле .- напряжение между эмитте ром проходного транзистора 5 и выводом управляющей цепи регулирующего элемента 4; А у. - падение напряжения на резисторе 14. iV(4 С -0,, V Из (5) с учетом (4) определяется максимальное значение сопротивления резистора 14 R Э,-у,- 0,7-0,8 (gj (l-ct,)l. Если ток нагрузки по какой-либо причине превышает некоторое допустимое значение, то величина падения напряжения на датчике 2 возрастает настолько, что напряжение на резисторе 23 превыиает пороговое значение напряжения для транзистора 13. Последний отпирается и ток стока обеспечивает увеличение падения напряжения на резисторе 14 настолько, что изменяется полярность напряжения между базами транзисторов 16 и 17, а величина этого напряжения обеспечивает надежное переключение упомянутых транзисторов, то есть транзистор 17 отпирается, а транзистор 16 , запирается. Минимальная величина тока стока транзистора 13, обеспечивающая надежное переключение транзисторов 16 и 17 при возникновении перегрузки и удержание транзистора 16 запертым, пока открыт транзистор 13, определяется из условия 0,7-(-0,8 В), (7) где uV стока транзистора 13. Из (6) следует, что минимальная величина тока стока опорный стабилитрон 10 и происходит сброс напряжения на инвертирукщем входе УОС 7, а, следовательно, на выходе источника питания. Тем самым исключается перегрузка УОС 7 по току Ток высокоомного двухполюсника 9 при этсяи протекает через открытый транзистор 17 и в коллекторной цепи последнего разветвляется, часть тока протекает через светодиод 18 индикации перегрузки и резистор 19, обеспечивая тем самьж индикацию перегруз ки, а другая часть тока - через резисторы 20, 21 и нагрузку источника питания. Падение напряжения на резис торе 21 обеспечивает отпирание вплот до насыщения исполнительного транзис тора 22, выключение тем самым транзисторов регулируияиего элемента 4 и отсечку выходного тока источника питания. Вследствие отсечки выходного тока паление напряжения на датчике 2 уменьшается, транзистор 13 запираетс обеспечивая переключение транзисторо 16 и 17 в исходное состояние. При этом выключается транзистор 22 и све тодиод 18, отпираются транзисторы регулирующего элемента 4, включается стабилитрон 10, обеспечивая опорное напряжение на неинвертирующем входе УОС 7. Если действие перегрузки по току не прекращается, то блок защиты 12 снова обеспечивает отсечку выходного тока источника питания и так далее., пока не прекратится действие перегрузки по току. Так как при возникновении перегр ки источника питания по току происходит сброс опорного напряжения на нёинвертирующем входе УОС 7, исключающий перегрузку последнего по току, то отсутствует необходимость во включении ограничительных резисторо в выходную цепь УОС, имеющего место при использовании известных техниче ких решений. Тем самым обеспечивает ся уменьшение полного выходного сопротивления Зс1являемого источника питания по сравнению с выходным сопротивлением известных источников. Надежность индикации обеспечивается включением светодиода 18 индикации в коллекторную цепь транзистора 17 переключателя тока. При зтом максимальный ток коллектора транзистора (например КТ 203, КТ 361) превышает примерно в 2 раза минимальный рабочий ток светодиода индикации. Благо даря включению стабилитрона 27 параллельно цепи сток-исток транзистора 13 обеспечивается надежное фун ционирование блока защиты 12 при значениях напряжения на выходе выпрямителя i, превышающих допустимое значение напряжения сток-исток (V транзистора 13, а также, при регулировании (ступенчатом или плавном) нащ яжении на выходе источника пита ния. Стабилитрон 27 выбирается с напряжением стабилизации более низким, чем , транзистора 13. При . этом в случае возникновения короткого замыкания на выходе источника питания, либо после сброса выходного напряжения в случае перегрузки по току включается стабилитрон 27 и тем самым ограничивается напряжение Vo транзистора 13 на уровне значения ниже допустимого. Сущность предлагаемого устройства не изменится, если резистивный делитель 11 напряжения источника 8 опорного напряжения выполнить с регулируемым коэффициентом деления. Эффективность предлагаемого изобретения обусловлена улучшением динамических характеристик переходного процесса при скачкообразном изменении тока нагрузки, например при питании быстродействующей радиоэлектронной аппаратуры дискретного действия, вследствие уменьшения полного выходного сопротивления стабилизированного источника питания, а также повышением надежности по.следнего благодаря исключению перегрузок по току усилителя обратной связи и увеличению надежности индикации перегрузки. Формула изобретения 1. Стабилизированный источник питания, содержащий датчик тока, включенный в силовую шину последовательно с проходным транзистором регулирующего элемента, управляющей цепью подсоединенного к выходу измерительно-усилительного узла, состоящего из усилителя обратной связи и источника опорного напряжения, включающего в себя высокоомный токостабилизирующий двухполюсник, а также соединенный параллельно опорный стабилитрон, подключенный анодом к общей шине, и прецизионный резистивный делитель напряжения, выпрямитель, выход которого подсоединен к первому выводу датчика тока, ко второму выводу которого подключены коллектор проходного транзистора регулирующего элемента и фильтрующий конденсатор, блок защиты от перегрузок по току и короткого закыкания, состоящий из униполярного усилительного и биполярного исполнительного транзисторов, параллельно соединенных резистора и конденсатора включенных между стоком униполярного усилительного и змиттером проходного транзисторов, последовательной Цепочки из двух резисторов, один из которых зшаунтиро - ван база-эмиттерным переходом биполярного исполнительного транзистора и один из выводов указанной цепочки соедннен с эмитте ром проходного транзистора регулирующего элемента, параллельной RC-цепочки, первый вывод