RU2711138C1 - Pulse voltage stabilizer with overload protection - Google Patents

Pulse voltage stabilizer with overload protection Download PDF

Info

Publication number
RU2711138C1
RU2711138C1 RU2019123310A RU2019123310A RU2711138C1 RU 2711138 C1 RU2711138 C1 RU 2711138C1 RU 2019123310 A RU2019123310 A RU 2019123310A RU 2019123310 A RU2019123310 A RU 2019123310A RU 2711138 C1 RU2711138 C1 RU 2711138C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
voltage
power transistor
comparator
Prior art date
Application number
RU2019123310A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталий Вениаминович Бычков
Николай Витальевич Бычков
Маргарита Геннадьевна Наумова
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority to RU2019123310A priority Critical patent/RU2711138C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2711138C1 publication Critical patent/RU2711138C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/565—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor
    • G05F1/569—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: present invention relates to electrical engineering and can be used in designing power supply units of radio equipment and adjustable microelectric drives of direct current. Pulse voltage stabilizer with protection against current overload contains: control transistor, collector connected to input of LCD-filter, power transistor emitter is combined with input terminal, voltage comparator, inverting input of which is combined with output of resistive voltage divider, which first output is combined with common power bus, and its second output is connected through series-connected diode and second throttle to power transistor collector, a second capacitor connected by its first output to a second output of the resistive voltage divider and a second to a common power bus, the non-inverting input of the voltage comparator is connected to the delay element formed by the third capacitor and the resistor, the third capacitor is connected by its first output to the common power bus, and its second output is combined with the non-inverting input of the voltage comparator and the first output of the resistor, which by its second output is connected to the input terminal through the voltage limiter.EFFECT: higher reliability of operation and efficiency due to elimination of power losses in power transistor.1 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Предполагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании блоков питания радиоаппаратуры и регулируемых микроэлектроприводов постоянного тока.The alleged invention relates to electrical engineering and can be used to create power supplies for radio equipment and regulated microelectric drives of direct current.

Известен импульсный стабилизатор постоянного напряжения (патент СССР №1198497), содержащий регулирующий транзистор, подключенный коллектором к входу LCD - фильтра, базой подсоединенный к выходу блока управления, а эмиттером - через датчик тока соединен с входным выводом, предназначенным для подключения к источнику питания, выход LCD - фильтра соединен с нагрузкой, первый вход компаратора напряжения соединен с средней точкой первого резистивного делителя напряжения подключенного к входным выводам, его второй вход объединен с средней точкой второго резистивного делителя напряжения и через нормально замкнутый контакт магнитоуправляемого реле и резистор соединен с выходом LCD - фильтра, первый резистор второго резистивного делителя напряжения соединен с общей шиной питания, а его второй резистор подключен к эмиттеру силового транзистора, выход компаратора напряжения подключен к входу блока управления, а также через магнитоуправляемое реле с общей шиной питания.Known pulsed DC voltage stabilizer (USSR patent No. 1198497), containing a control transistor connected by a collector to the input of the LCD filter, the base connected to the output of the control unit, and the emitter through a current sensor connected to the input terminal intended for connection to a power source, the output The LCD filter is connected to the load, the first input of the voltage comparator is connected to the midpoint of the first resistive voltage divider connected to the input terminals, its second input is combined with the midpoint of w a resistive voltage divider and through a normally closed contact of a magnetically controlled relay and a resistor connected to the output of the LCD filter, the first resistor of the second resistive voltage divider is connected to a common power bus, and its second resistor is connected to the emitter of the power transistor, the output of the voltage comparator is connected to the input of the control unit as well as through a magnetically controlled relay with a common power bus.

Недостатком известного устройства является низкая надежность функционирования в режиме анализа сопротивления нагрузки. В связи с тем, что в этом режиме сопротивление нагрузки (обычно составляющее единицы или десятки Ом) подключено параллельно второму резистору второго резистивного делителя напряжения, и если указанное сопротивление на 1-2 порядка больше сопротивления нагрузки, то выделить сигнал перегрузки довольно трудно. Если же сопротивления резистивных делителей выбраны достаточно низкоомными (сравнимые с сопротивлением нагрузки), то в них будет выделяться большая мощность, что приводит к значительному снижению к.п.д. Импульсного стабилизатора напряжения.A disadvantage of the known device is the low reliability of the operation in the analysis mode of the load resistance. Due to the fact that in this mode the load resistance (usually of units or tens of Ohms) is connected in parallel with the second resistor of the second resistive voltage divider, and if the indicated resistance is 1-2 orders of magnitude higher than the load resistance, it is quite difficult to isolate the overload signal. If the resistances of the resistive dividers are selected to be sufficiently low-impedance (comparable with the load resistance), then a large power will be released in them, which leads to a significant decrease in the efficiency Switching voltage stabilizer.

Данное устройство также недостаточно надежно функционирует при включении стабилизатора. В связи с тем, что потребляемый ток в момент включения стабилизатора превышает в 3-4 раза номинальное падение напряжения на датчике тока, возрастает и блок управления, сформирует сигнал на закрытие силового транзистора, что приведет к прекращению функционирования стабилизатора.This device also does not function reliably when the stabilizer is turned on. Due to the fact that the current consumption at the moment of stabilizer turning on exceeds 3-4 times the nominal voltage drop at the current sensor, the control unit also increases, it will generate a signal to close the power transistor, which will lead to the termination of the stabilizer.

Наиболее близким по существу технического решения является импульсный стабилизатор постоянного напряжения с защитой от перегрузки по току (патент СССР №1361526). Он содержит регулирующий транзистор, коллектором подключенный к входу LCD - фильтра, образованного первым дросселем, первым конденсатором, подключенного параллельно выходным выводам и первым диодом, причем первый выход первого дросселя подключен к коллектору силового транзистора, а его второй выход - к выходному выводу, служащего для подключения нагрузки, первый диод своим первым выходом подключен к коллектору силового транзистора, а вторым - к общей шине питания, причем первый диод включен в прямом направлении, эмиттер силового транзистора объединен с входным выводом, компаратор напряжения, выход которого объединен с входом блока управления, а его выход подключен к базе силового транзистора, инвертирующий вход компаратора объединен с выходом резистивного делителя напряжения, первый выход которого объединен с общей шиной питания, а его второй выход подключен через последовательно соединенный диод и второй дроссель к коллектору силового транзистора, причем диод включен в прямом направлении, второй конденсатор, подключенный своим первым выходом к второму выходу резистивного делителя напряжения, а вторым - к общей шине питания, неинвертирующий вход компаратора напряжения подключен к элементу задержки, образованного третьим конденсатором и резистором, причем третий конденсатор первым своим выходом подключен к общей шине питания, а второй его выход объединен с неинвертирующим входом компаратора напряжения и первым выводом резистора, который своим вторым выходом через ограничитель напряжения, выполненный на базе стабилитрона, подключен к входному выводу, причем стабилитрон включен в прямом направлении.The closest to the essence of the technical solution is a pulsed DC voltage regulator with protection against overcurrent (USSR patent No. 1361526). It contains a control transistor connected by a collector to the input of the LCD filter formed by the first inductor, the first capacitor connected in parallel to the output terminals and the first diode, the first output of the first inductor connected to the collector of the power transistor, and its second output to the output terminal, which serves for load connection, the first diode is connected to the collector of the power transistor by its first output, and the second to the common power bus, the first diode connected in the forward direction, the power transistor emitter pa is combined with the input terminal, a voltage comparator, the output of which is combined with the input of the control unit, and its output is connected to the base of the power transistor, the inverting input of the comparator is combined with the output of the resistive voltage divider, the first output of which is combined with a common power bus, and its second output is connected through a series-connected diode and a second inductor to the collector of the power transistor, the diode being turned on in the forward direction, the second capacitor connected by its first output to the second output of the resistor voltage divider, and the second to the common power bus, the non-inverting input of the voltage comparator is connected to the delay element formed by the third capacitor and resistor, and the third capacitor is connected by its first output to the common power bus, and its second output is combined with the non-inverting input of the voltage comparator and the first output of the resistor, which with its second output through the voltage limiter, made on the basis of the zener diode, is connected to the input terminal, and the zener diode is turned on in the forward direction.

Недостатком этого технического решения является низкая надежность функционирования, так как при пуске стабилизатора в первый момент времени ток через второй дроссель не протекает и напряжение на втором конденсаторе, а значит и на инвертирующем входе компаратора напряжения равно нулю. Блок управления формирует сигнал обеспечивающий запирание силового транзистора, что препятствует функционированию стабилизатора.The disadvantage of this technical solution is the low reliability of operation, since when starting the stabilizer at the first moment of time, the current does not flow through the second inductor and the voltage at the second capacitor, and therefore at the inverting input of the voltage comparator, is zero. The control unit generates a signal for locking the power transistor, which prevents the functioning of the stabilizer.

Все это снижает надежность функционирования импульсного стабилизатора напряжения.All this reduces the reliability of the switching voltage regulator.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности функционирования и КПД за счет исключения потерь мощности в силовом транзисторе стабилизатора напряжения при его перегрузке и коротком замыкании в цепи нагрузки.The technical result of the invention is to increase the reliability of operation and efficiency by eliminating power losses in the power transistor of the voltage regulator during its overload and short circuit in the load circuit.

Для достижения технического результата предложенный импульсный стабилизатор напряжения, также как и известный, содержит силовой транзистор, LCD - фильтр, состоящий из обратного диода, дросселя и конденсатора, подключенного параллельно выходным выводам, элемент сравнения, регулирующий усилитель, генератор пилообразного напряжения, двухвходовый компаратор, блок управления силовым транзистором и дифференцирующий усилитель, при этом один из выходов дросселя соединен с выходным выводом, а второй через обратный диод с общей шиной питания и через силовой транзистор с входным выводом, первый вход элемента сравнения предназначен для подключения к источнику сигнала управления, второй вход соединен с выходом первого резистивного делителя напряжения, присоединенного параллельно конденсатору фильтра, а к его выходу через регулирующий усилитель подключен неинвертирующий вход двухвходового компаратора, инвертирующий вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, а выход связан с входом блока управления силовым транзистором, к выходу которого присоединена база силового транзистора, инвертирующий вход дифференциального усилителя подключен к выходу второго резистивного делителя напряжения, первый выход которого объединен с общей шиной питания. В отличии от известного, в предложенный импульсный стабилизатор напряжения введены ключ, второй двухвходовый компаратор, логический элемент "И", третий резистивный делитель напряжения, а второй выход второго резистивного делителя напряжения подключен к второму выходу дросселя, при этом третий резистивный делитель напряжения включен между входным выводом и общей шиной питания, неинвертирующий вход дифференциального усилителя подключен к выходу третьего резистивного делителя напряжения, выход дифференциального усилителя через ключ соединен с инвертирующим входом второго компаратора, неинвертирующий вход которого предназначен для подключения к источнику опорного напряжения, а выход соединен с одним из входов логического элемента "И", второй вход которого соединен с управляющим входом ключа и подключен к выходу первого компаратора напряжения, а выход соединен с входом блока управления силовым транзистором.To achieve a technical result, the proposed pulse voltage regulator, as well as the known one, contains a power transistor, an LCD filter consisting of a reverse diode, a choke and a capacitor connected in parallel with the output terminals, a comparison element, a control amplifier, a sawtooth voltage generator, a two-input comparator, a block control the power transistor and a differentiating amplifier, while one of the outputs of the inductor is connected to the output terminal, and the second through a reverse diode with a common power bus and h Through a power transistor with an input output, the first input of the comparison element is designed to connect to a control signal source, the second input is connected to the output of the first resistive voltage divider connected in parallel to the filter capacitor, and a non-inverting input of a two-input comparator is connected to its output through a control amplifier, whose inverting input is connected to the output of a sawtooth voltage generator, and the output is connected to the input of the power transistor control unit, to the output of which is connected to the base of the power transistor, the inverting input of the differential amplifier is connected to the output of the second resistive voltage divider, the first output of which is combined with a common power bus. Unlike the known one, a key, a second two-input comparator, an AND logic element, a third resistive voltage divider are introduced into the proposed pulse voltage stabilizer, and a second output of the second resistive voltage divider is connected to the second output of the inductor, while a third resistive voltage divider is connected between the input the output and the common power bus, the non-inverting input of the differential amplifier is connected to the output of the third resistive voltage divider, the output of the differential amplifier through a key with it is single with the inverting input of the second comparator, the non-inverting input of which is designed to be connected to the reference voltage source, and the output is connected to one of the inputs of the logic element "I", the second input of which is connected to the control input of the key and connected to the output of the first voltage comparator, and the output is connected with the input of the power transistor control unit.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображена функциональная схема импульсного стабилизатора напряжения с защитой от перегрузки по току (фиг. 1) и установившийся режим работы импульсного стабилизатора напряжения (фиг. 2).The invention is illustrated by drawings, which depict a functional diagram of a switching voltage regulator with protection against overcurrent (Fig. 1) and the steady state operation of a switching voltage regulator (Fig. 2).

Использование общеизвестных приемов для решения задачи повышения надежности функционирования и КПД путем снятия сигнала с датчика тока не может считаться эффективной мерой, так как при этом существенно ухудшается КПД стабилизатора.The use of well-known techniques to solve the problem of improving the reliability of operation and efficiency by removing the signal from the current sensor cannot be considered an effective measure, since this stabilizes the efficiency of the stabilizer.

С другой стороны, решение этой же задачи путем уменьшения падения напряжения на открытом силовом транзисторе при помощи двух делителей напряжения, один из которых представляет собой последовательно соединенные первый конденсатор, резистор и стабилизатор, а другой - последовательно соединенные второй конденсатор, диод и дроссель, не может считаться эффективной мерой, так как при пуске стабилизатора в первый момент времени ток через дроссель не протекает и падение напряжения на втором конденсаторе, а значит и на инвертирующем входе компаратора напряжения равно нулю, что препятствует функционированию данного устройства.On the other hand, solving the same problem by reducing the voltage drop across an open power transistor using two voltage dividers, one of which is a series-connected first capacitor, resistor and stabilizer, and the other - a series-connected second capacitor, diode and inductor, cannot be considered an effective measure, since when starting the stabilizer at the first moment of time, no current flows through the inductor and the voltage drops at the second capacitor, and therefore at the inverting input of the computer voltage equal to zero, which impedes the operation of this device.

В результате решения поставленной задачи повышения надежности функционирования и КПД стабилизатора напряжения предложено новое техническое решение, материализованное в конструктивных признаках выполненной особым образом схемы управления силовым транзистором стабилизатора.As a result of the solution of the problem of increasing the reliability of operation and efficiency of the voltage stabilizer, a new technical solution is proposed, materialized in the design features of a specially designed control circuit of the power transistor of the stabilizer.

Все признаки импульсного стабилизатора напряжения, изложенные в формуле изобретения, являются необходимыми с точки зрения решаемой задачи и находятся между собой в устойчивой взаимосвязи, так что отбрасывание любого из них не позволяет достичь поставленной цели.All the signs of a pulse voltage stabilizer, set forth in the claims, are necessary from the point of view of the problem to be solved and are in a stable relationship with each other, so that dropping any of them does not allow to achieve the goal.

В известных источниках информации, указанная совокупность существенных признаков предложенных нами для решения поставленной задачи, не обнаружена, что дает основание классифицировать ее как удовлетворяющую критериям новизны и существенных отличий.In the well-known sources of information, the indicated set of essential features proposed by us for solving the problem was not found, which gives reason to classify it as satisfying the criteria of novelty and significant differences.

Импульсный стабилизатор напряжения с защитой от перегрузок по току содержит: силовой транзистор 1, LCD - фильтр 2, состоящий из обратного диода 3, дросселя 4 и конденсатора 5, подключенного параллельно выходам 6, элемент сравнения 7, регулирующий усилитель 8, генератор пилообразного напряжения 9, двухвходовый компаратор 10, блок управления силовым транзистором 11 и дифференцирующий усилитель 12, при этом один из выводов дросселя 4 соединен с выходным выводом 6, а второй через обратный диод 3 с общей шиной питания и через силовой транзистор 1 с входным выводом 14. Первый вход элемента сравнения 7 предназначен для подключения к источнику сигнала управления, второй вход соединен с выходом первого резистивного делителя напряжения 15, присоединенного параллельно конденсатору 5 фильтра 2, а к его выходу через регулирующий усилитель 8 подключен неинвертирующий вход двухвходового компаратора 10, инвертирующий вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения 9, а выход связан с ключом 16 и одним из входов логического элемента "И" 17 выход которого через блок управления 11 подключен к базе силового транзистора 1. Инвертирующий вход дифференциального усилителя 12 подключен к выходу второго резистивного делителя напряжения 18, первый выход которого объединен с общей шиной питания 13, а второй подключен к эмиттеру силового транзистора 1. Неинвертирующий вход дифференциального усилителя 12 подключен к выходу третьего резистивного делителя напряжения 19, присоединенного параллельно входной клемме 14.A pulse voltage regulator with protection against overcurrents contains: a power transistor 1, an LCD filter 2, consisting of a reverse diode 3, an inductor 4 and a capacitor 5 connected in parallel to the outputs 6, a comparison element 7, a regulating amplifier 8, a sawtooth voltage generator 9, two-input comparator 10, the control unit of the power transistor 11 and the differentiating amplifier 12, while one of the terminals of the inductor 4 is connected to the output terminal 6, and the second through the return diode 3 with a common power bus and through the power transistor 1 with the input output 14. The first input of the comparison element 7 is used to connect to the source of the control signal, the second input is connected to the output of the first resistive voltage divider 15, connected in parallel to the capacitor 5 of the filter 2, and a non-inverting input of the two-input comparator 10 is connected to its output through the control amplifier 8, which inverts the input of which is connected to the output of the sawtooth voltage generator 9, and the output is connected to the key 16 and one of the inputs of the logic element "And" 17 whose output through the control unit 11 is connected n to the base of the power transistor 1. The inverting input of the differential amplifier 12 is connected to the output of the second resistive voltage divider 18, the first output of which is combined with a common power bus 13, and the second is connected to the emitter of the power transistor 1. The non-inverting input of the differential amplifier 12 is connected to the output of the third resistive a voltage divider 19 connected in parallel with the input terminal 14.

Выход дифференциального усилителя 12 через ключ 16 связан с инвертирующим входом двухвходового компаратора напряжения 20, его второй вход предназначен для подключения к источнику опорного напряжения. Выход двухвходового компаратора напряжения 20 соединен с вторым входом.The output of the differential amplifier 12 through the key 16 is connected to the inverting input of the two-input voltage comparator 20, its second input is designed to connect to a reference voltage source. The output of the two-input voltage comparator 20 is connected to the second input.

Импульсный стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки по току в установившемся режиме работает описанным ниже образом (фиг. 2).Switching voltage regulator with overcurrent protection in steady state operates in the manner described below (Fig. 2).

Двухвходовый компаратор 10 формирует импульс напряжения прямоугольной формы, ширина которого прямо пропорциональна разности напряжения управления и напряжения поступающего с первого резистивного делителя напряжения 15 выделенной сравнивающим элементом 7 и усиленного регулирующим усилителем 8. Сформированные импульсы напряжения прямоугольной формы поступают на один из входов элемента "И" 17 и на ключ 16. Одновременно с этим измеряется падение напряжения на открытом силовом транзисторе 1 с помощью резистивных делителей напряжения 18, 19 и дифференцирующего усилителя 12, которое поступает на второй вход ключа 16. Когда компаратор напряжения 10 сформирует импульс прямоугольной формы, ключ 16 откроется и на инвертирующий вход двухвходового компаратора напряжения будет подано измеренное падение напряжения на открытом силовом транзисторе 1, при этом на его неинвертирующий вход подается опорное напряжение.The two-input comparator 10 generates a rectangular voltage pulse, the width of which is directly proportional to the difference between the control voltage and the voltage coming from the first resistive voltage divider 15 selected by the comparing element 7 and amplified by a regulating amplifier 8. The generated rectangular voltage pulses are fed to one of the inputs of the element "I" 17 and on the key 16. At the same time, the voltage drop across the open power transistor 1 is measured using resistive voltage dividers 18, 19 and of a differentiating amplifier 12, which is supplied to the second input of the key 16. When the voltage comparator 10 generates a rectangular pulse, the key 16 will open and the measured voltage drop across the open power transistor 1 will be applied to the inverting input of the two-input voltage comparator, while the reference inverter will be supplied with a non-inverting input voltage.

Если при этом измеренное падение напряжения на силовом транзисторе 1 не превышает заданного опорного напряжения, то напряжение на выходе двухвходового компаратора напряжения 20 равно логической "1", это напряжение поступает на второй вход элемента "И" 17, на выходе которого, в свою очередь, формируется напряжение равное логической "1", что является разрешающим сигналом для блока управления силовым транзистором 11 и импульсный стабилизатор напряжения продолжает функционировать. При поступлении следующего управляющего импульса происходит повторение описанного выше процесса.If the measured voltage drop at the power transistor 1 does not exceed the specified reference voltage, then the voltage at the output of the two-input voltage comparator 20 is equal to logical "1", this voltage is supplied to the second input of the element "And" 17, the output of which, in turn, a voltage equal to the logical "1" is formed, which is an enable signal for the control unit of the power transistor 11 and the pulse voltage regulator continues to function. Upon receipt of the next control pulse, the process described above is repeated.

В момент пуска стабилизатора напряжение, на первом резистивном делителе напряжения 15 равно нулю, поэтому сигнал поступающий на неинвертирующий вход двухвходового компаратора напряжения 10 с регулирующего усилителя 8 будет максимальным. Двухвходовый компаратор напряжения 10 формирует импульс напряжения прямоугольной формы максимальный по ширине. Далее происходит описанный выше процесс.At the time of starting the stabilizer, the voltage at the first resistive voltage divider 15 is zero, so the signal supplied to the non-inverting input of the two-input voltage comparator 10 from the control amplifier 8 will be maximum. Two-input voltage comparator 10 generates a voltage pulse of rectangular shape maximum in width. Next, the process described above occurs.

Рассмотрим работу импульсного стабилизатора напряжения с защитой от перегрузок по току в режиме короткого замыкания в цепи нагрузки.Consider the operation of a pulse voltage regulator with protection against current overload in the short circuit mode in the load circuit.

В этом случае падение напряжения на первом резистивном делителе напряжения 15 равно нулю, поэтому сигнал, поступающий на неинвертирующий вход двухвходового компаратора напряжения 10 через регулирующий усилитель 8 будет максимальным. Двухвходовый компаратор 10 формирует импульс прямоугольной формы, который подается на один из входов логического элемента "И" 17 и одновременно на ключ 16.In this case, the voltage drop at the first resistive voltage divider 15 is zero, therefore, the signal supplied to the non-inverting input of the two-input voltage comparator 10 through the control amplifier 8 will be maximum. The two-input comparator 10 generates a rectangular pulse, which is fed to one of the inputs of the logic element "And" 17 and simultaneously to the key 16.

Блок управления 11 обеспечивает открытие силового транзистора 1. Одновременно с этим с резистивных делителей напряжения 18, 19 на входы дифференциального усилителя 12 поступает падение напряжения на открытом силовом транзисторе, которое прямо пропорционально его коллекторному току. Указанное напряжение через ключ 16 поступает на инвертирующий вход двухвходового компаратора напряжения 20 и сравнивается с опорным напряжением, поступающим на его неинвертирующий вход.The control unit 11 provides the opening of the power transistor 1. At the same time, the voltage drop across the open power transistor, which is directly proportional to its collector current, is supplied from the resistive voltage dividers 18, 19 to the inputs of the differential amplifier 12. The specified voltage through the switch 16 is supplied to the inverting input of the two-input voltage comparator 20 and is compared with the reference voltage supplied to its non-inverting input.

Как только падение напряжения на открытом силовом транзисторе, а значит и его коллекторный ток, превысит максимально допустимое значение установленное опорным напряжением, двухвходовый компаратор напряжения 20 изменит свое состояние на противоположное, то есть на его выходе, а значит и на одном из входов логического элемента "И" 17 устанавливается логический "0". Блок управления 11 сформирует сигнал, обеспечивающий закрытие силового транзистора 1. Силовой транзистор 1 закроется и его коллекторный ток станет уменьшаться. Как только коллекторный ток, а значит и падение напряжения силового транзистора 1 станет меньше максимально допустимого, двухвходовый компаратор напряжения 20 изменит свое состояние на противоположное, то есть на его выходе, а значит и на одном из входов логического элемента "И" установится логическая "1". Блок управления 11 сформирует сигнал на открытие силового транзистора 1.As soon as the voltage drop across an open power transistor, and hence its collector current, exceeds the maximum allowable value set by the reference voltage, the two-input voltage comparator 20 will change its state to the opposite, that is, at its output, and therefore at one of the inputs of the logic element " And "17 is set to a logical" 0 ". The control unit 11 will generate a signal for closing the power transistor 1. The power transistor 1 will close and its collector current will begin to decrease. As soon as the collector current, and hence the voltage drop of the power transistor 1, becomes less than the maximum allowable, the two-input voltage comparator 20 will change its state to the opposite, that is, at its output, and therefore at one of the inputs of the logic element "AND" will be set logical 1 " The control unit 11 will generate a signal to open the power transistor 1.

Техническая эффективность предложенного импульсного стабилизатора напряжения с защитой от перегрузок по току по сравнению с прототипом заключается в повышении надежности функционирования и КПД, которое обеспечивается при разных уровнях стабилизированного выходного напряжения, изменяющегося (задаваемого) в диапазоне: от 0,05-0,1 Uвх до Uвх min (где Uвх min - минимальный уровень нестабилизированного входного напряжения). Это достигается за счет обеспечения номинальных условий режима работы силового транзистора стабилизатора и ограничения его коллекторного тока на номинальном уровне, а также надежного пуска и функционирования стабилизатора.The technical efficiency of the proposed switching voltage regulator with overcurrent protection compared to the prototype is to increase the reliability of operation and efficiency, which is provided at different levels of stabilized output voltage, varying (set) in the range: from 0.05-0.1 U input to U in min (where U in min is the minimum level of unstabilized input voltage). This is achieved by ensuring the nominal operating conditions of the power transistor of the stabilizer and limiting its collector current at the nominal level, as well as the reliable start-up and functioning of the stabilizer.

Указанные преимущества предложенного импульсного стабилизатора напряжения с ограничением перегрузки по току, позволяют использовать его в блоках питания радиоаппаратуры и регулируемых микроэлектроприводах постоянного тока.The indicated advantages of the proposed pulsed voltage regulator with current overload limitation allow it to be used in power supplies of radio equipment and regulated microelectric drives of direct current.

Пример реализации предложенного изобретенияAn example implementation of the proposed invention

Эффективность разработанного импульсного стабилизатора напряжения с защитой от перегрузок по току наиболее наглядно может быть оценена по росту технических показателей. Связано это с тем, что затраты на транспортировку и эксплуатацию импульсного стабилизатора напряжения (ИСН) на подвижных автономных объектах во много раз превышает затраты на его разработку и изготовление.The effectiveness of the developed pulse voltage stabilizer with overcurrent protection can be most clearly estimated by the growth of technical indicators. This is due to the fact that the cost of transportation and operation of a pulse voltage stabilizer (ISN) in mobile autonomous objects is many times higher than the cost of its development and manufacture.

Figure 00000001
Figure 00000001

Приведенные значения установлены на основе анализа литературных источников и проведенных расчетов.The values given are based on an analysis of literary sources and the calculations made.

Claims (1)

Импульсный стабилизатор напряжения, содержащий силовой транзистор, LCD-фильтр, состоящий из обратного диода, дросселя и конденсатора, подключенного параллельно выходным выводам, элемент сравнения, регулирующий усилитель, генератор пилообразного напряжения, двухвходовой компаратор, блок управления силовым транзистором и дифференцирующий усилитель, при этом один из выходов дросселя соединен с выходным выводом, а второй через обратный диод с общей шиной питания и через силовой транзистор с входным выводом, первый вход элемента сравнения предназначен для подключения к источнику сигнала управления, второй вход соединен с выходом первого резистивного делителя напряжения, присоединенного параллельно конденсатору LCD-фильтра, а к его выходному выводу через регулирующий усилитель подключен неинвертирующий вход двухвходового компаратора, инвертирующий вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, а выход связан с входом блока управления силовым транзистором, к выходному выводу которого присоединена база силового транзистора, инвертирующий вход дифференциального усилителя подключен к выходу второго резистивного делителя напряжения, первый выход которого объединен с общей шиной питания, отличающийся тем, что в него дополнительно введены ключ, второй двухвходовой компаратор, логический элемент "И", третий резистивный делитель напряжения, а второй выход второго резистивного делителя напряжения подключен к второму выходу дросселя, при этом третий резистивный делитель напряжения включен параллельно входным выводам импульсного стабилизатора напряжения, неинвертирующий вход дифференциального усилителя подключен к выходу третьего резистивного делителя напряжения, а его выход через ключ соединен с инвертирующим входом второго компаратора, неинвертирующий вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а выход соединен с одним из входов логического элемента "И", второй вход которого объединен с управляющим входом ключа и подключен к выходу первого компаратора напряжения, а выход соединен с входом блока управления силовым транзистором.A pulse voltage stabilizer containing a power transistor, an LCD filter consisting of a reverse diode, a reactor and a capacitor connected in parallel with the output terminals, a comparison element, a regulating amplifier, a sawtooth generator, a two-input comparator, a power transistor control unit and a differentiating amplifier, with one from the outputs of the inductor is connected to the output terminal, and the second through the reverse diode with a common power bus and through a power transistor with an input output, the first input of the comparison element It is designed to be connected to a control signal source, the second input is connected to the output of the first resistive voltage divider connected in parallel to the LCD filter capacitor, and a non-inverting input of a two-input comparator is connected to its output via a control amplifier, the inverting input of which is connected to the output of the sawtooth voltage generator, and the output is connected to the input of the power transistor control unit, the output terminal of which is connected to the base of the power transistor, which inverts the input a differential amplifier is connected to the output of a second resistive voltage divider, the first output of which is combined with a common power bus, characterized in that it additionally includes a key, a second two-input comparator, an AND logic element, a third resistive voltage divider, and a second output of a second resistive divider voltage is connected to the second output of the inductor, while the third resistive voltage divider is connected in parallel with the input terminals of the pulse voltage regulator, non-inverting input differential A potential amplifier is connected to the output of the third resistive voltage divider, and its output through the key is connected to the inverting input of the second comparator, the non-inverting input of which is connected to the reference voltage source, and the output is connected to one of the inputs of the logic element "I", the second input of which is combined with the control the key input is connected to the output of the first voltage comparator, and the output is connected to the input of the power transistor control unit.
RU2019123310A 2019-07-24 2019-07-24 Pulse voltage stabilizer with overload protection RU2711138C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019123310A RU2711138C1 (en) 2019-07-24 2019-07-24 Pulse voltage stabilizer with overload protection

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019123310A RU2711138C1 (en) 2019-07-24 2019-07-24 Pulse voltage stabilizer with overload protection

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2711138C1 true RU2711138C1 (en) 2020-01-15

Family

ID=69171629

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019123310A RU2711138C1 (en) 2019-07-24 2019-07-24 Pulse voltage stabilizer with overload protection

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2711138C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU203275U1 (en) * 2021-01-13 2021-03-30 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" PULSE VOLTAGE STABILIZER

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4017789A (en) * 1973-04-02 1977-04-12 Litton Business Systems, Inc. Current overload protection circuit
SU991395A1 (en) * 1981-07-23 1983-01-23 Предприятие П/Я В-8690 Dc voltage pulse stabilizer
SU1361526A1 (en) * 1986-01-03 1987-12-23 Предприятие П/Я В-8803 D.c.voltage pulse stabilizer protected against current overload
SU1422225A1 (en) * 1987-04-09 1988-09-07 Московский Текстильный Институт Им.А.Н.Косыгина Pulsed voltage stabilizer

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4017789A (en) * 1973-04-02 1977-04-12 Litton Business Systems, Inc. Current overload protection circuit
SU991395A1 (en) * 1981-07-23 1983-01-23 Предприятие П/Я В-8690 Dc voltage pulse stabilizer
SU1361526A1 (en) * 1986-01-03 1987-12-23 Предприятие П/Я В-8803 D.c.voltage pulse stabilizer protected against current overload
SU1422225A1 (en) * 1987-04-09 1988-09-07 Московский Текстильный Институт Им.А.Н.Косыгина Pulsed voltage stabilizer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU203275U1 (en) * 2021-01-13 2021-03-30 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" PULSE VOLTAGE STABILIZER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109992032B (en) Voltage regulator with voltage difference detector and bias current limiter and related method
US11467611B2 (en) Current limiting electronic fuse circuit
EP1708069A1 (en) Overcurrent detecting circuit and regulator having the same
US9917506B2 (en) Boost converter maximal output power detector allowing optimal dynamic duty-cycle limitation
US20120002332A1 (en) Overvoltage circuit, and motor starter, overload relay and low-power system including the same
US6870351B2 (en) Voltage regulator circuit and integrated circuit device including the same
US9654000B2 (en) Buck converter and method of operating a buck converter
CN108693916B (en) Overcurrent protection circuit and voltage regulator
RU2711138C1 (en) Pulse voltage stabilizer with overload protection
US20170331363A1 (en) Current Limited Power Converter Circuits And Methods
CN216489729U (en) Current-limiting protection circuit
CN105684256B (en) Current-limiting circuit
ATE183031T1 (en) CIRCUIT ARRANGEMENT FOR LIMITING SWITCHING SURGES ON POWER SEMICONDUCTOR SWITCHES
US6882132B2 (en) DC voltage chopper for DC voltage
US20120293145A1 (en) Buck converter
US10594317B1 (en) Bleeding switching regulator power rail through switching regulator ground side switch
WO2016203234A1 (en) Voltage regulators
Mammano et al. A new linear regulator features switch mode overcurrent protection (for power supplies)
JP2857442B2 (en) Power supply low voltage detector
CN220473902U (en) Linear voltage stabilizing circuit and micro-processing chip
KR101449403B1 (en) Voltage sensing controller for an asynchronous dc-dc boost converter, led backlight system, lamp system with the same controller and method of selectively isolating input power supply
SU1405100A1 (en) Single-cycle stabilizing d.c. voltage converter
US20240063784A1 (en) Switch transistor protection device and electric circuit device using the same
RU109352U1 (en) AC-DC VOLTAGE CONVERTER WITH RESTRICTED SURROUND CURRENT
RU2117983C1 (en) Extreme power regulator