Стабилизированный источник питания

(53) УДК 621.316. .722.1 (088,8) Опубликовано 15,09;80. Бюллетень34Дата опубликования описания 25.09.80 вв делам нз 0 брецннй н вщмтнй(72) Авторы изобретения М. Гарцмац, В. К, Долгов и В. В. Ла Всесоюзный научно-исследовательский н конструкторск институт научного приборостроенияявител 54) СТЛБИЛИЗИРОВЛБНЫй ИСТОЧНИК ПИТЛНИЯ Изобретение относится к функциональным узлам радиоэлектронной аппаратуры и может быть использовано и компенсационных стабилизаторах напряжения постояв. ного тока последовательного типа, содержащих одну или несколько включенных параллельно последовательцых цепочек, состоящих из проходного транзистора, регулирующего элемента и элемента продольного звена сглаживающего фильтра, а также в усилителях постоянного тока, выходные каскады которых выполнены по схеме эмит терцого повторителяИзвестны стабилизированные источники питания, содержащие крк биполярные, так и уциполярные транзисторы 1), 2.Наиболее близким техническим решением к изобретению является стабилизированный истОчник питания, содержащий датчик тока включенный в силовую шину последовательно с проходным транзистором регулирующего элемецта, управляющей цепью подключенного к выходу цзмерительно-усилительного узла, выпрямитель, выход которого подключен к первому выводу датчика тока, ко второму выводу которого подключен сглаживающцц фильтр, блок защиты от перегрузок по току и короткого замыкания, состоящийиз униполярцого усилительного и биполярного исполнительного транзисторов, цепочкипоследовательно соединенных светодиода идвух резисторов, второй из которых шунтирован база-эмиттерным переходом исполнительного транзистора, параллельной КС-цепочки, первый вывод которой подключен кзатвору, а второй - к источнику и к перво.му выводу датчика тока, диода, катод которого подключен к второму выводу датчикатока 3,Цель изобретения - повышение надежности стабилизатора.Это достигается тем, что в блок защитыпредлагаемого устройства введены резистор,включенный между анодом диода и первымвыводом КС-цепочки, и конденсатор, подключенный параллельно переходу база-эмнттер исполнительного транзистора.На чертеже представлена схема стабилизированного источника питания.Источник содержит блок 1 зашиты отперегрузок по току и короткого замыкания,соединенный с элементами компецсапцоц.ного стабилизатора 2 напряжения постоян.ного тока, датчик тока 3, снабженный двумя Выводами, причем один вывод 4 соеди. НЕН С ВЫХодам ВЫПряМИТЕЛИ 5 ПИТаНИя СТябилиэатора и является высокопотенциальным по отношению к другому выводу 6 низко- потенциальному, подключенному к выводу конденсатора 7 поперечной ветви сглажи. Вающего фильтра 8 и коллектору проходОго транзистора 9 регулируюгцего элемента 10 усилительныЙ униполярныЙ транзистор 11, исполнительный биполярный транзистор 12, последовательную цепь, присоединенную выВодами соответстВующих элементов к стоку усилительного транзистора устроиства защить и змиттеру проходного транзистора и содержащую све 1 одиод 13 индикации перегрузки и резисгоры 14 и 15, причем параллельно последнему из них подключен гереход баэа- эмиттеР исполнительного тРанэистОРЯ 12 и конденсатор 16, параллельную Я 1- -цепочку из резистора 17 и конденсатора 18, первын вь 1 ВОд 19 котороЙ непосредственно сОединен с затвором усилительного транзистора и через резистор 20 - с анодом диода 21, а второй вывод 22 в - с истоком усилитель ного транзистора 11 и высокопотенциальным Выводом 4 Датчика така 3, кЯтОД Диода 21 Гюдключен к иизкопатенцияльБОму выводу 6 датчика тока 3, эмиттер исполнительного транзистора 12 блока 1 защиты подсоединен к эмиттеру псохсднагс трянэис тора 9, а его коллектор - - к управляющему входу регулирующего элемента 10 и к выходу иэмерительно-усилительного узла 23,Работает устройство следующим абра. ЗОМ. Так как датчик тока 3 соединеь своим Высокопстенциальным ВыВОДОм 4 с ВыхОДОМ выпрямителя 5, а низкопотенциальным выводом 6 - с конденсатором 7 поперечной вет" ви сглаживаюгцего фильтра 8 стабилизатора 2, то дерез нега протекает пульснруопий ток, При этом элемент 3, выполняя в Источнике фуикци 1 о датчика тока, одновре-, ценно выполняет и функцию элемента про; дольяой ветви фильтра 8 стабилизатора 2,За исходное принято состояние блока 1;: соответствующее величине выходного тока стабилизатора 2, не превыгдающей некотооого допустимого значения. При этом величина падения напряжения на датчике тока 3 такова, что при выбранных сопротивлениях резисторов 17 и 20 напряжение на первом из них не превышает порогового напряжения униполярного транзистора 11. Транзисторы 11 и 12, а также светодиод 13 заперты.Если ток нагрузки стабилизатора па какой-либо причине превысил некоторое допустимое значение, то величина падения напряжения на датчике тока 3 возрастает настолько, что напряжение на реэисзоре 17 превыц 1 ает пороговое значение напряжения для транзистора 11. Интегрирующая цепь, содержащая резистор 20 и конденсатор 18,обеспечивает уменьшение амплитуды пульсацнй напряжения на резисторе 17 по сравнению с повышенной амплитудой пульсяциЙ напряжения на датчике тока 3 с коэффициентом фильтрацииФа Каойахн "д 0 5 1 Ф ф ф йвфао+йекд Звояогдето= 2 л( - круговая частота пульсацийнапряжения на датчике тока 3, равная частоте пульсаций напряжения на выходе выпрямителя 5;16 С 1 В - емкость конденсатора 18;Й 1 з, КВ - СОПРОТИВЛЕНИЕ РЕЗИСТОРОВ17 и 20 соответственно;К - входное сопротивление (сопротивление затвор-исток) транзистора 11.1Выражение (1) спряВедливс при Выпал.нений условийй 1 т Х (:Кать (2)где Х з - полное сопротивление датчика тока 3 га частоте пульсаций выпрями ленного напряжения питания стаби.лизатора 2;---- Мз (3)(4)Отфильтрованное 1 Нтегрирующей цепью 2 ь 18, 20 напряжение на резисторе 17, даже принезначительном (менее 5 ро) превыц 1 ении вы- ХОДНЫМ ТОКОМ СтабИЛИЗЯТОра 2 МЯКСИМЯЛЬ- но допустимогс значения, обеспечивает (при соответствующем выборе сопротивлений резисторов 17 и 20) отпирание транзистора 11 ф и поддерживает открытое его состояние влюбой фазе переменной составляющей пуль.сирующегО напряжения на датчике тскв 3, Резистор 20 при выполнении условия (2) суцественно увеличивает полное сопротивление последовательной цепи (диод 21, резистор 20, параллельнач Яс-цепочка 17, 18) пс срявнени 1 О с полным сопротивлен 1 ем 7 з ,цуихируемсгс датчика тока 3. Это исключает уменыценне коэффициента фильтрации фильтра иэ-эа шуитирОВяния датчика тс.ка 3, а, следовательно, и дополнительную потерю мощности Ба прохОдном тсанзисторе 9 регулнруощего элемента 10 В процессе эксплуатации стабилизатОра 2.Включение резистора 20 между анодом диода 21 и выводом 19 параллельной ЙС-цепочки 17, 18 искл 1 счает периодические сбои блока 1 защиты (при наличии перегрузки стабилизатора 2 по току), обусловленные периодическим (с частотой пульсацией напряжения иа датчике тока 3) запираниемтранзистора 11 на время, в течение которого мгновенное значение напряжения на его Входе не превышает порогового значения, Йри этом за счет исключения дополнительной потери мощности иа транзисторе 9 элемента 10 уменьшается энергог 1 отрд 5 леиие, вес и габариты стабилизатора 2. После отпирания транзистора 11 под действием пуль- сируОаего йапряже 1 Ня выпрямителя 5 по цепи, Вкл 1 очающей В себя канал открьЗтОГОтранзистора 1, светодиод 13, параллельнуюцепочку 15, 16,переход база-эмиттер транзистора 12 и нагрузку стабилизатора 2, протекает пульсирующий ток, создающий падение напряжения на резисторе 5. Пульсации напряжения на резисторе 5 сглаживаются интегрирующей цепью из конденсатора 16, резистора 4, сопротивления канала открытого транзистора 11 и сопротивления нагрузки стабилизатора 2 прн перегрузке егопо току. После достижения отфильтрованным напряжением на резисторе 15 определенного уровня (например., для кремниевых биполярных транзисторов этот уровень со.ставляет - 0,7 В) постоянная составляющая пульсирующего тока, протекающего через упомянутую ицтегрирующу)О цепь, отпираеттранзистор 12. Открытое состояние транзистора 12 поддерживается в любой фазе переменной составляющей пульсирующего напряжения выпрямителя 5 до тех пор, пока открыт транзистор 11, т. е. пока существуетпе 1)егрузка по току стабилизатора 2. Под и( соединение конденсатора 16 параллельно резистору 15 и переходу база-змиттер транзистора 12 исключает (при открытом траизисторе 11) периодические сбои блока 1 защи ты, обусловленные пульсациями .выпрямленного напряжения выпрямителя 5 стабилизатора 2 и, в частности, периодическое(с частотой пульсаций напряжения выпря.мителя 5) запнрацие транзистора 12 на время, в течение которого напряжение царезисторе 15 не превышае порога от- звпнрапия перехода база-змиттер биполярного транзистора. Резистор 14 ограничивает ток стока транзистора 11, а величина его сопротивления выбирается такой,чтобы ток стока открытого транзистора 11обеспечивал при открытом транзисторе 12отчетливо различимое свечение светодиода13. Резистор 15, являющийся нагрузкой в цепи стока транзистора 11, Определяет коэффициент усиления усилительного каскада ичувствительность блоказащиты. Величииасопротивления резистора 15 ограничена сверху необходимостью обеспечения надежнойработы транзистора 12 при запертом транзисторе 11. Чувствительность и коэффициентусиления могут быть определены из выражения 4 ф11, О,( В = 1 И й л(1.( ) - -1 Б иР; ) == К(Бт - 1.1 аар ),(5)где 1.1 зпадение напряжения на резисторе 15;К- сопротивление резистора 15;ц - крутизна сток-затворнойхаоактеристики транзистора 11,К = г Й в - коэффициент УсиленнЯ понапряжению усилительчого каскада блока 1 защи.ты;1.(( - Напряжение на резисторе 17; Ь )ор ( -пороговое напряжениетранзистора 11;0 э 1-(ацпрращ не впряженя ня входе тр(53 ето 1)я11 сверх порогового эцячеН 5)я, необходимого для Отпирация и нясьщения тран"зистора 12, или чувствц.тельность блока эациты,определяется при.==-0,7 В,Открытый и цасыщенный исполнительный транзистор 12 обеспечивает отсечку выходного тока и сброс выходного напряжения стабилизатора 2 посредством Зяпиряния транзисторов регулирующего элемента 50, Из-эа отсечки Выходного тока падение на пряження ца датчике токауменьшается, транзисторы 11 и 12 и светодиод 13 запираются, блок 1 восстанаьливает свое исход. ное состояние и отпираются транзисторы РегУЛНРУющего элемента 10 стабилиэатОРЯ 2, Если действие перегрузки по току це грекратилось, то блок 1 снова обеспечивает отсечку выходного тока стабилизатора 2 и так ДЯЛЕа ПОКЯ ЦЕ ПРЕКРЯТ 55 Т Я ДЕЙСТВИЕ ПЕРЕ. грузки стабилизатора 2 по ток)у. При з 1 ом в случае короткого замыкания цагр 5(эка датчика тока 3 обеспечивает Ограничение выходного тока стабилизатора в течение короткого интервала Времени между моментом возникновения короткого эамыкация и моментом отсечки Выходного тока, Сочетание в блоке 1 защиты униполярного 11 и биполярного транзисторов обуславливает повышение тем- ПЕРаТУРНОИ СТЯОИЛЬИОСГИ ПОРОГЯ СРЯОЯТЫ- нация защиты, тяк кяк изменениены сток.затВОриой .характеристики т 1)яцэистора 1 и неупраВляемого тока коллектора Бк 5 транзистора 12 с изменением температу-ры взаимно койпенсируют друг друга.1 аким образом Введение резистора 20 н конденсатора 1 б повы)Пает надекность блока 1 за)циты, тяк как егс периодические сбои и обусловленные этими сбоямц Отказы в работе стабилизатора 2 исключаются п 1)и повьшенных амплитиах пульсаций иапояжения ня датчике тока 3 и ца выходе Вьпг)ямителя 5 стабилизатора 2. При этом обеспечивается также уменьшение знергопотреблнемости, габаритов и Веса загцнщаемого стабилизато 1)а 2. Соединение Высокопотеицняльного вывода 4 датчика тока 3 с выходом выпрямителя 5, а ннзкопотенцияльного вы вода 6 с конденсатовом 7 попеэе 1 ной ветви фильтра 8 стабилизатора 2 обеспеч 5 п)ает Одновременное выполнение датчиком тока 3 блока 1 защиты функции элемента продольной ветви фильтра 8 стабилизатора 2, Это также обуславливает уменьшение э)ергопотреблцемости, габаритОВ и веса стаблнэатора 2 (особенно при повышенных значениях миннмального Выходного тока, тогда ня Выходе СГЛажкнаЮЩЕГО фИЛЬтРЯ. СОДЕРжа Ццвго ТОЛЬ- ко элементы поперечной Ветви, це Обеспечц7638 О Формула изобретения СоставитеТехред К.Тираж 956дарственногоизобретенийЖ - 35, Раушнт, г. Ужгор Редактор Е. Яковчик Заказ б 281141 ВНИИПИ Гос по делам 115035, Москва Филиал ПГ 1 П Патвается необходимое сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения питания стаби. лизатора),Блок защиты не оказывает отрицательного влияния на технические характеристики защишаемого стабилизатора,Сущность технического решения не изменится, если в сильноточную шину защи. гцаемого стабилизатора будет включено параллельно несколько последовательных цепочек, содержащий элемент продольной ветви сглаживающего фильтра и проходной транзистор. Б качестве датчика тока при этом может быть использован элемент продольной ветви сглаживающего фильтра од. ной из упомянутых последовательных цепочек. Стабилизированный источник питания, содержащий датчик тока, включенный в силовую шину последовательно с проходным транзистором регулирующего элемента, управляющей цепью подключенного к выходу измерительно-усилительного узла, выпрямитель, выход которого подключен к первому выводу датчика тока, ко второму выводу которого подключен сглаживающий фильтр,блок защиты от перегрузок по току и короткого замыкания, состоящий из у 1 п 1 полярногоусилительного и биполярного исполнительного транзисторов, цепочки последовательносоединенных светодиода и двух резисторов,второй из которых шунтирован база-эмиттерным переходом исполнительного транзистора, параллельной КС-цепочки, первый вывод которой подключен к затвору, а второй -1 е к истоку и к первому выводу датчика тока,диода, катод которого подключен ко второму выводу датчика тока, отличцюи 4 ийся тем,что, с целью повышения надежности, в блокзащиты введены резистор, включенный между45анодом диода и первым выводом 1 сС.цепочки, и конденсатор, подключенный параллельно переходу база-эмиттер исполнительноготранзистора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе2 О 1. Авторское свидетельство СССРМ 431505, кл. б 05 Р 1(58, 1974.2, Авторское свидетельство СССРМ 494738, кл. С 1 05 Г 1/58, 1975,3. Патент США Ло 3514691, кч. 323 в ,1970,ль С. ГорбачеваШуфрнч Корректор Н. СтеПодписноекомитета СССРн открьгнйсная наб., д. 4/5од, ул. Проектная, 4