Стабилизатор постоянного напряжения с защитой от перегрузок по току Советский патент 1983 года по МПК G05F1/58 

1

Изобретение относится к электротех-f нике, а именно к источникам питания, и может быть использовано в системах . питания устройств автоматики и вычио лительной техники.

Известен стабилизатор постоянного напряжения с защитой от перегрузок по току, соцержаший последовательно включенньй в выходную шину регулирующий транзистор, усилитель постоянного тока с узлом сравнения, токостабилио) рующий цвухполюсник, цатчик тока и защитный транзистор С1 3

Недостатком известного стабилизатора является большой расход мощности на резисторе-датчике тока, находящегося в силовой цепи, не обеспечивается автоматический возврат стабилизатора в н6{ мальный 1 режим стабилизации при самоустранении кратковременнс перегрузки по току ипи короткого замыкания на выходе стабилизатора,.

Наиболее близким к предложенному техническому решению является стабипизатор постоянного напряжения с защитой от перегрузок по току, содеркащий вкяюченньШ в положительную выходную шину составной регулирующий элемент, состоящий из регулирующего транзистора, подключенного KoraieKTopOM к входной шине, и согласующего транзистора, коллектор которого через последовательно включенные резисторы датчика тока подключен к вспомогательному источнику питания,

10 а его база - к выходу усилителя тока с узлом сравнения и к коллектору заишт ного транзистора t2 3 .

Недостатками данного устройства являются ограниченная возможность его

15 применения ввиду невозможности испопь зовання узла защиты от перегрузки по току и коротко1ч замыкания для других типов стабилизаторов напряжения, у которых отсутствует связь базы согласуто20щего транзистора через колл тор миттер усилительного транзистора с общей шиной, и отсутствие возможности полного отключения стабилизатора напряжения от питаю- щей сети в случае длительной перегрузки по току или короткого замыкания на выходе стабилизатора. Последний недостаток является общим аля всех стабилизаторов напряжения, имеющих защиту от перегрузок по току и коротких замыканий с самовоэвратом. При алительной перегрузке по току или коротком замыкании на выходе стабилиза тора последний работает в аварийном режиме) при котором рассеиваемая мощность на регулирующем элементе превыщает номинальную мощность рассеивания на регулирующем элементе. Длительная бесполезная работа исправного стабилиза тора напряжения при неисправной нагрузке может привести к выходу из строя и самого стабилизатора. Следовательно, защита от перегрузок по току и коротких замыканий должна удовлетворять следую- щим противоречивым требог аниям: -с одной стороны, обеспечивать автоматический возврат стабилизатора напряжения в нормальный режим стабилиза ции при самоустранении кратковременной перегрузки по току или кратковременного замыкания на выходе стабилизатора, -с другой стороны, обеспечивать полное отключение стабилизатора напряж ния от питающей сети при длительной перегрузке по току или короткок замыка нии на выходе стабилизатора. Причем максимальная длительность перегрузки должна быть установлена ис.ходя из конкретных условий работы устройства. Целью изобретения является повьщдени надежности работы устройства и расщире ние его функциональных возможностей. Поставленная цель достигается тем, что в стабилизатор постоянного напряжения с защитой от перегрузок по току введены реле времени, разделительный диод и сдвоенный резисторный оптрон, анод светодиода которого непосредственно, а одни из выводов его резисторов через ограничительные резисторы подключены к положительной щине вспомогательного источника питания другие выво резисторов оптрона подключены соответственно к базе защитного транзистора и к входу реле времени, выход которого через разделительный диод подключен к коллектору согласующего транзистора, причем катод светодиода оптрона подклю чей к точке соединения резистЬров датчи ка тока, а база защитного транзистора через резистор и его эмиттер непосред- выходу регулируюственно подключены к щего транзистора. На чертеже представлена электрическая схема стабилизатора постоянного напряжения с защитой от перегрузок по току. Стабилизатор содержит включенный последовательно в положительную выходНую шину составной регулирующий элемент, состоящий из регулирующего транзистора 1, подключенного коллектором к входной шине стабилизатора напряжения, и согласующего транзистора 2, усилитель 3 постоянного тока с узлсж сравнения, датчик 4 тока и защитный транзистор 5, причем коллектор согласующего транзистора 2 через датчик 4 тока, состоящий из последовательно включенных резисторов 6 и 7, подсоединен к положительной выходной шине вспомогательного источника питания, минусовая выходная щина которого подключена к положительной выходной щине стабилизатора, база согласующего транзистора 2 через коллектор-эмиттер защитного транзистора 5 связана с эмиттером регулирующего транзистора 1 и положительной выходной щиной стабилизатора, реле 8 времени, . подключенного к выходным шинам вспомогательного источника, сдвоенный резис- торный оптрон 9, анод светодиода 1О которого непосредственно подключен к положительной выходной щине вспомогательного источника питания, а катод - к точке соединения резисторов 6 и 7 датчика 4 тока, база защитного транзистора 5 и вход упомянутого реле 8 времени через соответствующие фоторезисторы 11 и 12 оптрона 9 и ограничительные резисторы 3 к 1.4 связаны с . положительной выходной щиной вспомогательного источника питания, коллектор согласующего транзистора 2 и резистор 6датчика 4 тока через разделительный диод 15 соединены с выходом реле 8 времени. Реле 8 времени выполнено на однопереходном транзисторе 16, тиристоре 17, времязадающем конденсаторе 18, зашунтированном резистором 19, и исполнительном элементе 20. Устройство работает следующим образом. При отсутствии на выходе стабилизатора перегрузки по току или короткого замькания протекающий через резистор 7и датчика 4 тока коллекторный ток согласующего транзистора 2 создает па 59 пение напряжения на нем, недостаточное аля включения СБетодиода 10 резисти ного рптрона 9, Последний находится в выключенном состоянии. Большое вьпсоан ifeMHOBoe сопротивление фоторезистора 11 оптрона 9 не позволяет включиться защитному транзистору 5, и он, находясь в выключенном состоянии, не оказывает никакого влияния на работу стабилйзатоь ра. Ограничительный резистор 14, фоторезистор 12 оптрона 9 и резистор 19 образуют делитель напряжения, рассчитан ный таким образом, что при выключенном светодиоде 1О оптрона 9 уровень напряжения на эмиттере однопереходного тран зистора 16 реле 8 времени значительно ниже уфювня порога срабатывания однопереходного транзистора. Тиристор 17 и исполнительный элемент 20 реле времени 8, разделительный диод 15 находятся в выключенном состоянии. При превьщге- НИИ тока нагрузки максимально допустимого значения падение напряжения на резисторе 7 датчика 4 тока становится достаточным для включения светодиода 10оптрона 9. Включение последнего приводит к значительному уменьщению величин сопротивлений фоторезисторов 11и 12 оптрона 9, а это в свою очеред сопровождается открыванием защитного транзистора 5, призакрыванием регулиру щего 1 и согласующего 2 транзисторов, стабилизатор напряжения начинает работать в режиме стабилизатора тока, при котором светодиод 1О оптрона 9 остаетс во включенном состоянии. Одновременно начинается заряд от вспомогательного источника питания времязадающего конденсатора 18 через ограничительный резистор 14 и фоторезистор 12 оптрона 9. При самоустранении кратковременной перегрузки по току или короткого замыкания на выходе стабилизатора уменьщается коллекторный ток согласующего транзистора 2, что приводит к отключению светодиода 1О оптрона 9 и резкому увеличению величин сопротивлений фото резисторов 11 и 12 оптрона 9. Защита ный транзистор 5 закрывается и стабили затор автоматически возвращается в нор мальный режим стабилизации. Возрастание величины сопротивления фоторезис- тора 12 приводит к прекращению заряда конденсатора 18 реле 8 времени от вспомогательного источника питания. Уровень напряжения на конденсаторе 18 реле 8 времени, не достигнув уровня порога срабатьшания однопереходного транзистора 16 реле 8времени, начинае 94 уменьшаться за счет разряда последнего через резистор 19. На конденсаторе 18 устанавливается низкий уровень напряженяя- который в случав длительной перегрузки по току или короткого замыкания на вьЬсоде стабилизатора напряжения на времязадаюшем конденсаторе 18 достигает уровня, равного порогу сраба- ть1вания однопереходного транзистора 16 реле 8 времени. Последний выдает положительный импульс, включающий тиристор 17. Переход тиристора 17 в проводящее состояние приводит к включению разделительного диода 15, к полному закрыванию регулирующего 1 в согласующего 2 транзисторов и удержанию светодиоца Ю оптрсжа 9 во включенном состоянии, к включению исполнительного элемента 2О, отключающего; стабилизатор напряжения от питающей сети. Длительность работы стабилизатора в аварийном режиме может регулироваться в щироких пределах в зависимости от выбора ограничи тельного резистора 14, времязадающего конденсатора 18, резистора 19, порога срабатьтания отнопереходного транзистора 16 реле 8 времени и величины выходного напряжения вспомогательного источника питания. Таким образом, защита от перегрузок по току и коротких замыканий в данном устройстве обеспечивает автоматический, возврат стабилизатора напряжения в норг мальный режим стабилизации при самоустранении кратковременной перегрузки по току или короткого зш ыкания на выходе стабилизатора, полное отключение стабилизатора напряжения от питающей сети при длительной перегрузке .по току или коротком замыкании на выходе стабилизатора, и также регулирование длительности работы стабилизатора в аварийном режиме в широких пределах с помощью реле времени. Данная защита от перегрузок по току и KojxJTKHx замыканий обеспечивает повышение надежности устройства и расщиря ет его функциональные возможности. Формула изо р е т е н и я Стабилизатор постоянного напряжения с защитой от перегрузок по току, содержащий включенный в положительную выходную щнну составной регулирующий элемент, состоящий из регулирующего тран- зистора, подключенного коллектором к t 0ходной щине, и согласующего транзисто7&pa, коллектор которого через последовательно включенные резисторы датчика тока подключенj к вспомогательному источнику питания, а его база - к выхоцу усилителя постоянного тока с узлом срав нения и к коллектору защитного транзистора, отличаюшийс я тем, что, с целью повышения надежности стабилиза тора и расширения его функциональных возможностей, в него введены реле вре- мени, разделительный диод и сдвоенный резисторный оптрон, анод светодиода которого непосредственно, а одни из вывоаов его резисторов через ограничитель ные резисторы подключены к положитель- ной шине вспомогательного источника питания, другие выводы резисторов оптрона подключены соответственно к базе &4 защитного транзистора и к входу реле времени, выхоа которого через разделительный диод подключен к коллектору согласующего транзистора, причем катод светодиода оптрсжа подключен к точке соединения резисторов датчика тока, а база заиштного транзистора через резистор и его эмиттер непосредственно подключены к выходу регулирующего транзистора. Истошики информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Штнльман В. И. Микроэлектронные стабилизаторы напряжения. Киев, 1976, с. 133, рис. 35 ж. 2.Авторское свидетельство СССР Ml 635479, кл. G 05 F 1/58, 1977.