SU1739371A1 - Стабилизатор посто нного тока - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к источникам вторичного электропитани  электротехнической и радиоэлектронной аппаратуры. Цель - повышение надежности работы путем уменьшени  нестабильности пределов срабатывани  узла защиты. Устройство построено по компенсационному принципу стабилизации тока с помощью транзисторного регулирующего элемента, управл емого по сигналам от датчика тока дифференциальным усилителем тока. Особенностью стабилизатора  вл етс  использование в узле защиты от понижени  выходного напр жени  и короткого замыкани , от повышени  выходного напр жени  и обрыва цепи нагрузки операционного усилител , на неинвертирующий вход которого подаетс  сигнал от датчика тока, и по инвертирующему входу производитс  сложение сигнала, пропорционального опорному напр жению , и сигнала, завис щего от выходного напр жени . В результате обеспечиваетс  защита от всех возможных повреждений весьма простыми средствами. Упрощенна  конструкци  устройства предопредел ет малую нестабильность уставок срабатывани . 1 ил. сл

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано при проектировании источников электропитани  электротехнической и радиоэлектронной аппаратуры различного назначени .

Известен транзисторный стабилизатор посто нного тока, содержащий последовательно соединенные регулирующий элемент и датчик тока нагрузки, включенные в одну из силовых шин, усилитель посто нного тока и источник опорного напр жени , входы усилител  посто нного тока св заны с датчиком тока нагрузки и источником опорного напр жени , а выход подключен к управл ющему входу регулирующего элемента .

Недостатком этого стабилизатора  вл ютс  большие объем и масса вследствие больших размеров теплоотвод щего радиатора дл  регулирующего элемента, так как из-за отсутстви  устройства защиты от короткого замыкани  нагрузки регулирующий элемент должен быть рассчитан на рассеивание всей входной мощности, выдел ющейс  в нем при коротком замыкании нагрузки, а также низка  надежность из-за отсутстви  защиты от обрыва нагрузки в св зи с тем, что при обрыве нагрузки выходное напр жение стабилизатора тока резко повышаетс , что может привести к пробою конденсатора, установленного на выходе стабилизатора.

XI

Сл)

ю

со VI

Наиболее близким  вл етс  стабилизатор посто нного тока, содержащий включенные в потенциальную силовую шину последовательно соединенные транзисторный регулирующий элемент и датчик тока нагрузки, дифференциальный усилитель посто нного тока, один вход которого подключен к датчику тока нагрузки, другой вход св зан с источником опорного напр жени , а выход подключен к управл юще- му входу регулирующего элемента, транзистор защиты, коллектор которого подключен к управл ющему входу регулирующего элемента, эмиттер соединен с выходом регулирующего элемента, а базова  цепь транзистора защиты через первый диод подключена к среднему выводу первого резисторного делител  напр жени , включенного между положительным выводом вспомогательного источника опорного на- пр жени  и общей шиной, а через второй диод- к среднему выводу второго резисторного делител  напр жени , подключенного к выводам основного источника опорного напр жени , и конденсатор временной за- держки, подключенный к базовой цепи транзистора защиты.

Недостатком известного стабилизатора  вл етс  низка  стабильность пределов срабатывани  защиты от повышени  и по- нижени  выходного напр жени  вследствие изменени  напр жени  база-эмиттер транзистора защиты при изменении температуры окружающей среды и при воздействии других дестабилизирующих факторов.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности стабилизатора посто нного тока путем уменьшени  нестабильности пределов срабатывани  узла защиты.

На чертеже представлена схема стабилизатора посто нного тока.

Стабилизатор посто нного тока содержит транзисторный регулирующий элемент 1, силовой коллекторно-эмиттерный пере- ход которого включен последовательно с датчиком 2 тока в потенциальную шину, расположенную между первыми выводами 3 и 4 дл  подключени  соответственно первичного источника питани  и нагрузки, общую шину, расположенную между вторыми выводами 5 и 6 дл  подключени  соответствен- но первичного источника питани  и нагрузки, дифференциальный усилитель 7 посто нного тока, выход которого через первый резистор 8 соединен с управл ющим входом транзисторного регулирующего элемента 1, неинвертирующий вход дифференциального усилител  7 посто нного тока подключен к выходной цепи источника 9 опорного напр жени , соединенного первым полюсом с первым выводом 4 дл  подключени  нагрузки, инвертирующий вход - к выходной цепи датчика 2 тока, а питающие входы - к соответствующим выходам вспомогательного двухпол рного источника 10 питани , соединенного общим полюсом с первым выводом 4 дл  подключени  нагрузки, узел защиты от понижени  выходного напр жени  и короткого замыкани  нагрузки, от повышени  выходного напр жени  и обрыва цепи нагрузки, выполненный с задержкой на срабатывание и снабженный резисторным делителем 11 напр жени , включенным между соответствующим потенциальным полюсом вспомогательного двухпол рного источника 10 питани  и вторым выводом 6 дл  подключени  нагрузки, вторым 12, третьим 13, четвертым 14 и п тым 15 резисторами, первым 16 и вторым 17 диодами, а также операционный усилитель 18, причем неинвертирующий вход операционного усилител  18 соединен с выходной цепью датчика 2 тока, а потенциальный вывод инвертирующего входа - с первыми выводами второго 12, третьего 13 и четвертого 14 резисторов, вторые выводы которых подключены соответственно к выходному выводу источника 9 опорного напр жени , первому выводу 4 дл  подключени  нагрузки и одному из выводов первого диода 16, другой вывод первого диода 16 соединен с промежуточным выводом резисторного делител  11 напр жени , а выход операционного усилител  18 подключен к управл ющему входу транзисторного регулирующего элемента 1 через последовательно включенные п тый резистор 15 и второй диод 17.

Источник 9 опорного напр жени  может быть выполнен на стабилитроне 19, анод которого подключен к первому выводу 4 дл  подключени  нагрузки, катод через балластный резистор 20 - к положительному выходу вспомогательного двухпол рного источника 10 питани , а к выводам стабилитрона 19 подключен второй резисторный делитель 21 напр жени , к среднему выводу которого подключены неинвертирующий вход дифференциального усилител  7 посто нного тока и инвертирующий вход операционного усилител  18.

Инвертирующий и неинвертирующий входы дифференциального усилител  7 посто нного тока и неинвертирующий вход операционного усилител  18 могут быть подключены к выходной цепи датчика 2 через резисторы 22-24 соответственно.

Задержка в срабатывании узла защиты обеспечиваетс  конденсатором 25, включенным между инвертирующим входом и выходом операционного усилител  18.

Конденсатор 25 временной задержки может быть также включен между неинвертирующим входом операционного уси- лител  18 и положительным выводом вспомогательного двухпол рного источника 10 питани  или между инвертирующим входом операционного усилител  18 и отрицательным выводом вспомогательного двухпол рного источника 10 питани  (вторым выводам 6 дл  подключени  нагрузки), как показано пунктиром. В схеме могут быть использованы два или три конденсатора 25 временной задержки при любом сочетании мест их включени .

Между инвертирующим входом и выходом дифференциального усилител  7 посто нного тока могут быть включены конденсатор 26 и резистор 27, которые слу- жат дл  повышени  устойчивости стабилизатора .

Предлагаемый стабилизатор посто нного тока работает следующим образом.

При нормальном режиме работы стаби- лизатора и выходном напр жении, наход щемс  в заданным пределах, потенциал неинвертирующего входа операционного усилител  18 относительно первого вывода 4 дл  подключени  нагрузки, равный паде- нию напр жени  на датчике 2 тока, выше, чем потенциал его инвертирующего входа, определ емый напр жением опорного источника 9 и соотношением сопротивлений второго 12 и третьего 13 резисторов. Пер- вый диод 16 в этом режиме заперт и не вли ет на потенциал инвертирующего входа , так как коэффициент передачи рези- сторного делител  11 напр жени  выбираетс  таким, что напр жение на ка- тоде первого диода 16 выше, чем напр жение на его аноде, в нормальном режиме работы этот диод заперт. Вследствие этого операционный усилитель 18 находитс  в первом устойчивом состо нии, при котором напр жение на его выходе максимально и имеет положительное значение относительно первого вывода 4 дл  подключени  нагрузки , вследствие чего второй диод 17 закрыт, а конденсатор 25 временной задер- жки зар жен до определенного напр жени .

При понижении выходного напр жени  стабилизатора ниже установленного предела или при коротком замыкании нагрузки потенциал промежуточного вывода рези- сторного делител  11 напр жени  относительно первого вывода 4 дл  подключени  нагрузки повышаетс . В результате этого первый диод 16 открываетс , конденсатор

25 временной задержки начинает перезар жатьс , потенциал инвертирующего входа операционного усилител  18 относительно первого вы вода 4 дл  подключени  нагрузки повышаетс , тогда как потенциал его неинвертирующего входа остаетс  неизменным. Когда потенциал инвертирующего входа станет выше, чем потенциал неинвертирующего входа, напр жение на выходе операционного усилител  18 понижаетс  и становитс  отрицательным, второй диод 17 открываетс . Вследствие этого через второй диод 17 и п тый резистор 15 начинает протекать ток с выхода дифференциального усилител  7 посто нного тока, регулирующий элемент 1 начинает подзапиратьс , выходное напр жение стабилизатора уменьшаетс , потенциал инвертирующего входа операционного усилител  18 еще больше повышаетс  и он через врем , определ емое конденсатором 25 временной задержки , переходит во второе устойчивое состо ние, при котором напр жение на его выходе имеет минимальное отрицательное значение, регулирующий элемент 1 запираетс  и схема опрокидываетс . В этом режиме напр жение на инвертирующем входе операционного усилител  18 выше, чем напр жение на его неинвертирующем входе, операционный усилитель 18 находитс  во втором устойчивом состо нии, при котором напр жение на его выходе минимально и имеет отрицательное значение относительно первого вывода 4 дл  подключени  нагрузки , регулирующий элемент 1 полностью закрыт, выходное напр жение и ток нагрузки стабилизатора равны нулю.

При повышении выходного напр жени  стабилизатора выше установленного предела или при обрыве нагрузки (холостом ходе) и выходе стабилизатора тока из режима стабилизации его ток нагрузки и, следовательно, падение напр жени  на датчике 2 тока уменьшаютс , потенциал неинвертирующего входа операционного усилител  18 относительно первого вывода 4 дл  подключени  нагрузки понижаетс , тогда как потенциал его инвертирующего входа остаетс  посто нным, так как первый диод 16 в этом режиме по-прежнему закрыт . При дальнейшем уменьшении тока нагрузки, когда потенциал инвертирующего входа операционного усилител  18 станет ниже, чем потенциал его инвертирующего входа, определ емый напр жением опорного источника 9 и соотношением солротив- лений второго 12 и третьего 13 резисторов, напр жение на выходе операционного усилител  18 понижаетс , конденсатор 25 временной задержки начинает

перезар жатьс . Когда напр жение на выходе операционного усилител  18 становитс  отрицательным, второй диод 17 открываетс . Вследствие этого через второй диод 17 и п тый резистор 15 начинает протекать ток с выхода дифференциального усилител  7 посто нного тока, регулирующий элемент 1 начинает подзапиратьс , ток нагрузки стабилизатора уменьшаетс , падение напр жени  на датчике 2 тока и потенциал неинвертирующего входа операционного усилител  18 еще больше уменьшаетс  и он через врем , определ емое конденсатором 25 временной задержки , переходит во второе устойчивое состо ние, при котором напр жение на его выходе имеет минимальное отрицательное значение, регулирующий элемент 1 запираетс  и схема опрокидываетс , как и в первом случае. В этом режиме напр жение на инвертирующем входе операционного усилител  18 выше, чем напр жение на его неинвертирующем входе (практически это напр жение равно нулю), операционный усилитель 18 находитс  во втором устойчивом состо нии, регулирующий элемент 1 полностью закрыт, выходное напр жение и ток нагрузки стабилизатора равны нулю.

Дл  возврата схемы в исходное состо ние необходимо устранить неисправность и на короткое врем  выключить, а затем повторно включить стабилизатор.

Конденсатор 25 временной задержки служит дл  предотвращени  опрокидывани  схемы при включении стабилизатора, а также осуществл ет задержку в выключении стабилизатора при кратковременных неисправност х в цепи нагрузки.

Наличие конденсатора 25 временной задержки в схеме предлагаемого стабилизатора тока  вл етс  об зательным. Однако при различных вариантах включени  указанного конденсатора стабилизатор имеет некоторые особенности. При включении конденсатора 25 между инвертирующим входом и выходом операционного усилител  18 обеспечиваетс  задержка при срабатывании защиты во всех случа х: при включении стабилизатора, при понижении и повышении его выходного напр жени , при коротком замыкании и обрыве нагрузки . При включении конденсатора 25 между неинвертирующим входом операционного усилител  18 и катодом первого стабилизатора обеспечиваетс  задержка в срабатывании защиты при включении стабилизатора и при повышении его выходного напр жени  и обрыве нагрузки, а при включении конденсатора 25 между неинвертирующим

входом операционного усилител  18 и отрицательным выводом вспомогательного двухпол рного источника 10 питани  - при включении стабилизатора, при понижении

5 его выходного напр жени  и коротком замыкании нагрузки.

Основной особенностью предлагаемого стабилизатора тока  вл етс  использование в устройстве защиты от неисправности

0 в цепи нагрузки операционного усилител , неинвертирующий вход которого подключен к датчику тока нагрузки, а по его инвертирующему входу производитс  суммирование различных сигналов: сигна15 ла, пропорционального напр жению опорного источника, и сигнала, завис щего от выходного напр жени  стабилизатора, который подаетс  с выхода резисторного делител  напр жени  через резистор и

0 разв зывающий диод.

В стабилизаторе тока обеспечиваетс  защита его элементов от всех возможных неисправностей в цепи нагрузки, причем указанное включение введенных дополни5 тельных элементов позвол ет упростить схему устройства защиты и существенно уменьшить нестабильность пределов его срабатывани . Нестабильность пределов срабатывани  защиты от понижени  и повы0 шени  выходного напр жени  уменьшаетс  в 15-20 раз по сравнению с известными стабилизаторами тока, устройство защиты которых выполнено на транзисторе.

Claims (1)

1. 5 Формула изобретени 

   Стабилизатор посто нного тока, содержащий транзисторный регулирующий элемент , силовой коллектор-эмиттерный переход которого включен последовательно

   0 сдатчиком тока в потенциальную шину, расположенную между первыми выводами дл  подключени  первичного источника питани  и нагрузки, общую шину, расположенную между вторыми выводами дл 

   5 подключени  первичного источника питани  и нагрузки, дифференциальный усилитель посто нного тока, выход которого через первый резистор соединен с управл ющим входом транзисторного регулирую0 щего элемента, неинвертирующий вход подключен к выходной цепи источника опорного напр жени , соединенного первым полюсом с первым выводом дл  подключени  нагрузки, инвертирующий вход 5 к выходной цепи датчика тока, а питающие входы - к соответствующим выходам вспомогательного двухпол рного источника питани , соединенного общим полюсом с первым выводом дл  подключени  нагрузки , узел защиты от понижени  выходного

   напр жени  и короткого замыкани , от повышени  выходного напр жени  и обрыва цепи нагрузки, выполненный с задержкой на срабатывание и снабженный резистор- ным делителем напр жени , включенным между соответствующим потенциальным полюсом вспомогательного двухпол рного источника питани  и вторым выводом дл  подключени  нагрузки, вторым-п тым резисторами , первым и вторым диодами, отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности в работе путем уменьшени  нестабильности пределов срабатывани  узла защиты, в последний введен операционный усилитель, причем его неинверти0

   5

   рующий вход соединен с выходной цепью датчика тока, а потенциальный вывод инвертирующего входа -с первыми выводами второго-четвертого резисторов, вторые выводы которых подключены соответственно к второму полюсу источника опорного напр жени , первому выводу дл  подключени  нагрузки и одному из выводов первого диода , другой вывод первого диода соединен с промежуточным выводом резисторного делител  напр жени , а выход операционного усилител  подключен к управл ющему входу транзисторного регулирующего элемента через последовательно включенные п тый резистор и второй диод.