SU1739372A1

SU1739372A1 - Direct-current voltage continuous stabilizer

Info

Publication number: SU1739372A1
Application number: SU904828221A
Authority: SU
Inventors: Юрий Николаевич Шуваев
Original assignee: Московский Научно-Исследовательский Институт Приборостроения
Priority date: 1990-05-23
Filing date: 1990-05-23
Publication date: 1992-06-07

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике , в частности к источникам вторичного электропитани электротехнической и радиоэлектронной аппаратуры. Цель - упрощение и повышение надежности работы. Устр-во построено по компенсационному принципу с регулирующим элементом последовательного типа. Основной особенностью устр-ва вл етс использование защитного операционного усилител в режиме суммировани по одному из входов сигналов от резисторного датчика тока и с выхода вспомогательного резисторного делител напр жени , включенного на выходе стабилизатора и выполн ющего функции блока опорного напр жени , При нормальном режиме работы операционный усилитель находитс в первом устойчивом состо нии, при котором напр жение на его выходе положительно и не вли ет на регулирующий элемент. В случае перегрузки по току или к.з. напр жение на инвертирующем входе операционного усилител измен ет знак, и тот переходит во второе устойчивое состо ние с отрицательным выходным напр жением, вызывающим закрытие регулирующего элемента. После устранени неисправности в цепи нагрузки обеспечиваетс самовозврат схемы в исходное состо ние. 1 ил. сл сThe invention relates to electrical engineering, in particular to sources of secondary power supply for electrical and electronic equipment. The goal is to simplify and improve reliability. The device is built on the compensation principle with a regulating element of a sequential type. The main feature of the device is the use of a protective operational amplifier in the mode of summing over one of the signal inputs from the resistor current sensor and from the output of the auxiliary resistor voltage divider connected at the output of the stabilizer and performing the function of the reference voltage unit. the amplifier is in the first steady state, in which the voltage at its output is positive and does not affect the regulating element. In case of overcurrent or short circuit. the voltage on the inverting input of the operational amplifier changes sign, and it passes to the second steady state with a negative output voltage, causing the regulating element to close. After elimination of the fault in the load circuit, the circuit will return to its initial state. 1 il. cl

Description

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано при проектировании источников электропитани электротехнической и радиоэлектронной аппаратуры различного назначени .The invention relates to electrical engineering and can be used in the design of power sources for electrical and electronic equipment for various purposes.

Известен стабилизатор напр жени , содержащий регулирующий элемент на транзисторах и датчик тока нагрузки, включенный последовательно в одну из силовых шин, дифференциальный усилитель посто нного тока, один вход которого подключен к источнику опорного напр жени , а другой вход - к средней точке резисторного делител напр жени , выход усилител посто нного тока через первый резистор подключенA voltage regulator is known that contains a regulating element on transistors and a load current sensor connected in series to one of the power buses, a differential DC amplifier, one input of which is connected to a reference voltage source and the other input to the midpoint of a resistor voltage divider , the output of the DC amplifier through the first resistor is connected

к управл ющему входу регулирующего элемента , а также узел защиты от перегрузок по току и коротких замыканий, состо щий из операционного усилител и цепочки из первого диода и второго резистора, подключенной к выходным выводам стабилизатора, неинвертирующий вход операционного усилител подключен к датчику тока нагрузки, инвертирующий вход - к точке соединени первого диода и второго резистора, а выход операционного усилител через второй диод подключен к управл ющему входу регулирующего элемента.to the control input of the regulating element, as well as the node protection against overcurrent and short circuits, consisting of an operational amplifier and a chain from the first diode and the second resistor connected to the output pins of the stabilizer, a non-inverting input of the operational amplifier connected to a load current sensor that inverts the input is connected to the connection point of the first diode and the second resistor, and the output of the operational amplifier is connected via a second diode to the control input of the regulating element.

Недостатком стабилизатора вл етс низка эффективность узла защиты, так какThe disadvantage of the stabilizer is the low effectiveness of the protection node, since

XI CJXI CJ

юYu

СА) XISA) XI

юYu

при перегрузках по току и коротких замыкани х нагрузки не обеспечиваетс полное запирание регулирующего элемента, что приводит к большому остаточному выходному напр жению и чрезмерному увеличе- нию тока нагрузки стабилизатора при коротком замыкании нагрузки. Это объ сн етс тем, что в схеме используетс одно- пол рное питание операционного усилител (относительно общей шиньГтем же нестаби- лизированным напр жением, что и силова часть стабилизатора и при снижении выходного напр жени вследствие подза- пирани регулирующего элемента отрицательное напр жение питани относи- тельно входов операционного усилител также снижаетс и его выходное напр жение не может стать ниже потенциала входов . Кроме того, недостатком стабилизатора вл етс зависимость тока срабатыва- ни узла защиты от температуры окружающей среды и разброса параметров элементов вследствие наличи диода во входной цепи операционного усилител .during overcurrent and short circuits of the load, the regulating element is not fully locked, which leads to a large residual output voltage and an excessive increase in the load current of the stabilizer during a short circuit of the load. This is due to the fact that the circuit uses unipolar powering of the op amp (with respect to the total power supply, the same unstable voltage as the power part of the stabilizer and with a decrease in the output voltage due to the reversal of the regulating element - the inputs of the operational amplifier also decrease, and its output voltage cannot become lower than the potential of the inputs. In addition, the stabilizer’s disadvantage is the response current of the protection node environment and the variation of the parameters of the elements due to the presence of a diode in the input circuit of the operational amplifier.

Наиболее близким к изобретению в- л етс стабилизатор посто нного напр жени с защитой от перегрузок по току и коротких замыканий, содержащий последовательно соединенные регулирующий элемент и датчик тока нагрузки, узел управлени , выход которого через резистор подключен к управл ющему входу регулирующего элемента и через диод - к выходу защитного элемента, один вход которого подключен к выходному выводу стабилиза- тора и датчику тока нагрузки, а другой вход - к средней точке резисторного делител напр жени , верхнее плечо которого вл етс источником смещени и подключено к общей точке регулирующего элемента и дат- чика тока нагрузки, а к нижнему плечу подключен токостабилизирующий элемент, выполненный в виде двухполюсника на транзисторе и операционном усилителе, причем коллектор транзистора вл етс выходом токостабилизирующего двухполюсника, эмиттер транзистора через резистор подключен к общей шине, его база - к выходу операционного усилител , неинвертирующий вход которого соединен с эмиттером транзистора, инвертирующий вход подключен к одному из выводов источника опорного напр жени , другой вывод которого подключен к общей шине.The closest to the invention is a DC voltage regulator with protection against overcurrent and short circuits, which contains series-connected regulating element and load current sensor, the control unit, the output of which through a resistor is connected to the control input of the regulating element and through a diode - to the output of the protective element, one input of which is connected to the output terminal of the stabilizer and the load current sensor, and the other input to the midpoint of the resistor voltage divider, the upper arm of which is a bias source and is connected to a common point of the regulating element and load current sensor, and a current stabilizing element made as a two-pole on the transistor and an operational amplifier is connected to the lower shoulder, and the collector of the transistor is an output of the current-stabilizing two-pole, the emitter of the transistor is connected through a resistor to the common bus, its base is to the output of the operational amplifier, the non-inverting input of which is connected to the emitter of the transistor, the inverting input is connected to one of the terminals Source of the reference voltage, the other terminal of which is connected to a common bus.

Недостатками стабилизатора вл ютс сложность и низка надежность вследствие большого количества элементов, вход щих в устройство защиты по току - два операционных усилител , транзистор, дополнительный источник опорного напр жени и т.д.The disadvantages of the stabilizer are complexity and low reliability due to the large number of elements included in the current protection device — two operational amplifiers, a transistor, an additional source of reference voltage, etc.

Кроме того, отсутствие самовозврата схемы после срабатывани защиты по току.In addition, the absence of a self-return circuit after the current protection trips.

Целью изобретени вл етс упрощение непрерывного стабилизатора напр жени , повышение его надежности, а также расширение функциональных возможностей путем обеспечени самовозврата схемы после срабатывани защиты по току и устранение неисправности.The aim of the invention is to simplify the continuous voltage regulator, increase its reliability, as well as expand the functionality by providing self-resetting of the circuit after the overcurrent protection is activated and the fault is eliminated.

На чертеже представлена схема непрерывного стабилизатора напр жени посто нного тока.The drawing shows a diagram of a continuous voltage regulator.

Непрерывный стабилизатор напр жени посто нного тока содержит транзисторный регулирующий элемент 1, силовой транзистор 2 которого включен коллектор- эмиттерным переходом последовательно с резисторным датчиком 3 тока между первыми выводами 4 и 5 дл подключени соответственно первичного источника питани и нагрузки, общую шину, включенную между вторыми выводами 6 и 7 дл подключени соответственно первичного источника питани и нагрузки, измерительно-усилительный узел 8, сигнальный вход которого соединен с выводами 5 и 7 дл подключени нагрузки, выход через первый резистор 9 - с управл ющим входом транзисторного регулирующего элемента 1, защит- ный операционный усилитель 10, потенциальный вывод инвертирующего входа которого подключен к одному из выводов второго резистора 11 и через третий резистор 12 - к выводу датчика 3 тока со стороны транзисторного регулирующего элемента 1, а выход через диод 13 соединен с управл ющим входом последнего, вспомогательный двухпол рный источник 14 питани , соединенный нулевым полюсом с первым выводом 5 дл подключени нагрузки и нулевыми выводами измерительно-усилительного узла 8 и защитного операционного усилител 10, а потенциальными полюсами - с их соответствующими питающими выводами, а также четвертый резистор 15 и вспомогательный резисторный делитель 16 напр жени , причем четвертый резистор 15 включен между выводом датчика со стороны нагрузки и потенциальным выводом неинвертирующего входа защитного операционного усилител 10, крайние выводы вспомогательного делител напр жени 16 соединены с выводами 5 и 7 дл подключени нагрузки, а промежуточный вывод соединен с другим выводом второго резистора 11.The continuous DC voltage regulator contains a transistor regulating element 1, the power transistor 2 of which is switched on by a collector-emitter junction in series with a resistor sensor 3 current between the first terminals 4 and 5 to connect respectively the primary power source and the load 6 and 7 for connecting respectively the primary power source and the load, the measuring and amplifying unit 8, the signal input of which is connected to the terminals 5 and 7 for connecting load, output through the first resistor 9 - from the control input of the transistor regulating element 1, protective operational amplifier 10, the potential output of the inverting input of which is connected to one of the terminals of the second resistor 11 and through the third resistor 12 to the output of the current sensor 3 transistor regulating element 1, and the output through diode 13 is connected to the control input of the latter, an auxiliary two-pole power source 14 connected to the first terminal 5 to connect the load and zero you waters of the measuring and amplifying node 8 and the protective operational amplifier 10, and the potential poles with their respective supply terminals, as well as the fourth resistor 15 and the auxiliary resistor divider voltage 16, the fourth resistor 15 being connected between the sensor output on the load side the input of the protective operational amplifier 10, the extreme terminals of the auxiliary voltage divider 16 are connected to the terminals 5 and 7 for connecting the load, and the intermediate terminal is connected to another they output 11 of the second resistor.

Предлагаемый стабилизатор напр жени работает следующим образом.The proposed voltage regulator works as follows.

При нормальном режиме работы и токе нагрузки меньшем, чем ток срабатывани With normal operation and load current less than the operation current

защиты, напр жение на потенциальном выводе инвертирующего входа защитного опе- рационного усилител 10 меньше, чем напр жение на потенциальном выводе его неинвертирующего входа, и защитный операционный усилитель 10 находитс в первом устойчивом состо нии, при котором напр жение на его выходе положительно и имеет максимальную величину. Вследствие этого диод 13 закрыт и защитный операционный усилитель 10 не вли ет на работу стабилизатора.protection, the voltage at the potential output of the inverting input of the protection operational amplifier 10 is less than the voltage at the potential output of its non-inverting input, and the protection operational amplifier 10 is in the first steady state at which the voltage at its output is positive and has a maximum magnitude. As a consequence, the diode 13 is closed and the protective operational amplifier 10 does not affect the operation of the stabilizer.

Напр жение на потенциальном выводе инвертирующего входа защитного операционного усилител 10 определ етс падением напр жени на датчике 3 тока, напр жением на верхнем плече вспомогательного резисторного делител 16 напр жени и соотношением сопротивлений второго 11 и третьего 12 резисторов, а напр жение на потенциальном выводе неинвертирующего входа защитного операционного усилител 10 относительно вывода 5 равно нулю. Напр жение на верхнем плече вспомогательного резисторного делител 16 напр жени , пропорциональное выходному напр жению стабилизатора, вл етс опорным напр жением дл устройства защиты по току.The voltage on the potential output of the inverting input of the protective operational amplifier 10 is determined by the voltage drop on the current sensor 3, the voltage on the upper arm of the auxiliary resistor voltage divider 16 and the ratio of the resistances of the second 11 and the third 12 resistors, and the voltage on the potential output of the non-inverting input protective operational amplifier 10 with respect to pin 5 is zero. The voltage on the upper shoulder of the auxiliary resistor voltage divider 16, which is proportional to the output voltage of the stabilizer, is the reference voltage for the current protection device.

При перегрузках по току или коротких замыкани х падение напр жени на датчике 3 тока увеличиваетс , тогда как напр жение на верхнем плече вспомогательного резисторного делител 16 остаетс посто нным , напр жение на потенциальном выводе инвертирующего входа защитного операционного усилител 10 относительно вывода 5 повышаетс и становитс больше нул . Вследствие этого напр жение на выходе защитного операционного усилител 10 понижаетс и становитс отрицательным относительно вывода 5, диод 13 открываетс и ток с выхода измерительно-усилительного узла 8 начинает протекать через диод 13, напр жение на управл ющем входе регулирующего элемента 1 понижаетс и он начинает подзакрыватьс , выходное напр жение и ток нагрузки стабилизатора уменьшаютс .In case of current overloads or short circuits, the voltage drop across the current sensor 3 increases, while the voltage on the upper arm of the auxiliary resistor divider 16 remains constant, the voltage on the potential output of the inverting input of the protection operational amplifier 10 relative to output 5 increases and becomes greater zero As a result, the voltage at the output of the protective operational amplifier 10 decreases and becomes negative with respect to pin 5, the diode 13 opens and the current from the output of the measuring and amplifying node 8 begins to flow through the diode 13, the voltage at the control input of the regulating element 1 decreases and it begins to shut up , the output voltage and load current of the stabilizer are reduced.

В результате этого происходит одновременное уменьшение падени напр жени на датчике 3 тока и на верхнем плече вспомогательного резисторного делител 16 напр жени . Однако из-за протекани через датчик 3 тока, кроме тока нагрузки стабилизатора, тока вспомогательного резисторного делител 16 напр жени , напр жение на потенциальном выводе инвертирующего входа защитного операционного усилител 10 становитс выше, чем напр жение на потенциальном выводе егоAs a result, a simultaneous decrease in the voltage drop across the current sensor 3 and on the upper arm of the auxiliary resistor voltage divider 16 occurs. However, due to the flow of current through the sensor 3, besides the load current of the stabilizer, the current of the auxiliary resistor divider 16 voltage, the voltage on the potential output of the inverting input of the protection operational amplifier 10 becomes higher than the voltage on the potential output of its

неинвертирующего входа, защитный операционный усилитель 10 переходит во второе устойчивое состо ние, при котором напр жение на его выходе имеет отрицательное значение. Вследствие этого стабилизатор также переходит во второе устойчивое состо ние (но не опрокидываетс ).non-inverting input, the protection operational amplifier 10 transitions to the second steady state, in which the voltage at its output has a negative value. As a result, the stabilizer also transitions to the second steady state (but does not overturn).

В этом режиме, т.е. при сопротивлении нагрузки меньшем, чем сопротивление, приIn this mode, i.e. with a load resistance less than the resistance, with

котором срабатывает защита по току, защитный операционный усилитель 10 и схема стабилизатора наход тс во втором устойчивом состо нии, при котором напр жение на выходе операционного усилител 10 имеет отрицательное значение, регулирующий элемент 1 практически закрыт и через нагрузку протекает остаточный пок, близкий к нулю, следовательно, выходное напр жение стабилизатора также близко к нулю. При незначительном увеличении сопротивлени нагрузки, по сравнению с сопротивлением срабатывани защиты потоку, схема возвращаетс в исходное состо ние.in which the current protection operates, the protective operational amplifier 10 and the stabilizer circuit are in a second stable state, in which the voltage at the output of the operational amplifier 10 has a negative value, the regulating element 1 is practically closed and a residual voltage close to zero flows through the load, therefore, the output voltage of the stabilizer is also close to zero. With an insignificant increase in the load resistance, as compared with the resistance of the protection flow, the circuit returns to the initial state.

Основной особенностью стабилизатораThe main feature of the stabilizer

вл етс использование защитного операционного усилител 10 в режиме суммировани сигналов по одному входу, введение четвертого резистора 15 и вспомогательного резисторного делител 16 напр жени ,is the use of a protective operational amplifier 10 in the mode of summing signals over a single input, the introduction of a fourth resistor 15 and an auxiliary resistor voltage divider 16,

включенного между выводом 5 стабилизатора и общей шиной.connected between the stabilizer pin 5 and the common bus.

Это позвол ет расширить функциональные возможности стабилизатора путем обеспечени самовозврата схемы в исходное состо ние после устранени перегрузки по току или короткого замыкани , исклю- чить броски тока через регулирующий элемент при включении стабилизатора, упростить узел защиты по току, и путем этого повысить надежность стабилизатора - увеличить врем наработки на отказ на 10- 15% по сравнению с известными стабилизаторами напр жени .This allows you to extend the functionality of the stabilizer by providing a self-resetting circuit to its original state after eliminating overcurrent or short circuit, eliminating current surges through the regulating element when the stabilizer is turned on, simplify the current protection node, and increase time between failures is 10–15% compared with known voltage stabilizers.

Claims

Invention Formula

A continuous voltage regulator containing a transistor control element, the power transistor of which is switched on by a collector junction in series with a resistor current sensor between the first terminals for connecting the primary power source and the load, a common bus connected between the second terminals

for connecting the primary power source and load, the measuring and amplifying node, the signal input of which is connected to the terminals for connecting the load, and the output through the first resistor - to the control input of the transistor regulating element, protective operational amplifier, the potential output of the inverting input of which is connected to one of the terminals of the second resistor and through the third resistor to the current sensor output from the transistor, regulating element, and the output through the diode is connected to the control input after dnego, dvuhpol molecular auxiliary power source connected to the zero pole of a first terminal for connecting a load and zero-measuring terminals of the amplifying unit and the shielding of the operational amplifier, and potential poles - with

five

their respective supply terminals, characterized in that, in order to simplify and improve the reliability of operation, a fourth resistor and an auxiliary resistor voltage divider are introduced into it, the fourth resistor being connected between the current sensor output side of the load and the potential non-inverting input of the protective operational amplifier , the extreme terminals of the auxiliary voltage divider are connected to the terminals for connecting the load, and the intermediate terminal to another terminal of the second resistor.