Стабилизатор постоянного напряжения с защитой

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 4(51 С 05 Г 1 573 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Ульяновский политехнический институт(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 609113, кл. С 05 Р 1/58, 1977,2. Авторское свидетельство СССРУ 828189, кл, С 05 Р 1/58, 1979.(54)(57) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГОНАПРЯЖЕНИЯ С ЗАЩИТОЙ, содержащийпоследовательный регулирующий элемент, выполненный по схеме составного транзистора на однотипных по проводимости транзисторах, коллекторвыходного транзистора которого соединен с входным выводом, измерительно-усилительный узел обратной связи,подключенный относительно общей шинывходом и выходом соответственно квыходному выводу и управляющему входурегулирующего элемента, резистивныйдатчик тока, включенный между эмиттером выходного транзистора регулирующего элемента и выходным выводом,транзистор защиты, подключенныйэмиттером и коллектором соответственно к выходному вьводу и управляющему входу регулирующего элемента,резистор связи, подключенный однимвьводом к промежуточному базовомувыводу регулирующего элемента, опорЯО 1140107 ный делитель напряжения, состоящийиз опорного элемента, резистивногоделителя и балластного резистора,при этом опорный элемент соединенодним выводом с эмиттером выходноготранзистора регулирующего элемента,другим - е одним из выводов балластного резистора, а резистивный делитель подключен параллельно опорномуэлементу, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения стабильности порога срабатывания защиты,повышения стабильности выходного тока в режиме короткого замыкания иобеспечения надежного запуска стабилизатора, в него введены второйрезистор связи и диод, соединенныеодними выводами с другим выводомпервого резистора связи, а другимисоответственно с базой транзисторазащиты и средним выводом резистивного делителя, дополнительный источникнапряжения, включенный между другимвыводом балластного резистора и общей шиной, и узел включения, состоящий из первого диода, подключенногоодним выводом к другому выводу перьвого резистора связи, конденсатора,включенного между другим выводомуказанного диода и общей шиной, ицепи из параллельно соединенных второго диода и резистора, включенноймежду общей точкой соединения указанного первого диода и конденсатора иуправляющим входом регулирующегоэлемента.11401Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в стабилизированных источниках вторичного электропитания.Известен стабилизатор постоянного напряжения с защитой, содержащий последовательный регулирующий элемент, выполненный на составном транзисторе, включенный между ними выходным выводом датчик тока и подклю ченный к нему через элементы смещения транзистор защиты, эмиттер и коллектор которого соединены соответственно с выходным выводом и управляющим входом регулирующего элемента 1 11. 15Недостатком данного устройства является нестабильность порога срабатывания защиты по току, зависящего от температуры и рассеиваемой мощности на регулирующем элементе, 20 а также от входного напряжения. Наиболее близок к предлагаемому стабилизатор постоянного напряжения с защитой, содержащий последовательный регулирующий элемент, выполненный по схеме составного транзистора на однотипных по проводимости транзисторах, коллектор выходного транзистора которого соединен с входным выводом, измерительно-усилительный узел обратной связи, подключенный входом и выходом относительно общей шины соответственно к выходному выводу и управляющему входу регулирующего элемента, резистивный датчик З 5 тока, включенный между эмиттером выходного транзистора регулирующего элемента и выходным выводом, транзистор защиты, подключенный эмиттером и коллектором соответственно к вы ходному выводу и к управляющему входу регулирующего элемента, резистор связи, подключенный одним выводом к промежуточному базовому выводу регулирующего элемента, опорный делитель 45 напряжения, состоящий из опорного элемента, резистивного делителя и балластного резистора, при этом опорный элемент включен между эмиттером выходного транзистора регули рующего элемента и одним из выводов балластного резистора, другой вывод которого соединен с общей шиной, резистивный делитель подключен параллельно опорному элементу, другой 55 вывод резистора связи подключен к первому среднему выводу резистивного делителя, второй средний вывод кото 07 2рого соединен с базой транзисторазащиты 23.Недостатком известного стабилизатора является низкая стабильность порога срабатывания защиты. При нагреве составного регулирующего транзистора (температура нагрева определяется током нагрузки, напряжением между коллектором и эмиттером составного регулирующего транзистора) напряжение на переходе эмиттер - база уменьшается, что привЪдит к увеличению .тока порога срабатывания транзистора защиты, В режиме короткого замыкания по мере нагрева силового регулирующего транзистора уменьшается напряжение на переходе эмиттер - база, что увеличивает токонагрузку в режиме короткого замыкания.Цель изобретения - повышение стабильности порога срабатывания защиты, повышение стабильности выходного тока в режиме короткого замыкания и обеспечение надежного запуска. Поставленная дель достигается тем, что в стабилизатор постоянного напряжения с защитой, содержащий последовательный регулирующий элемент, выполненный по схеме составноготранзистора на однотипных по прово-: димости транзисторах, коллектор выходного транзистора которого соединен с входным выводом, измерительноусилительный узел обратной связи, подключенный относительно общей шины входом и выходом соответственно к выходному выводу и управляющему входу регулирующего элемента; резистивный датчик тока, включенный между эмиттером выходного транзистора регулирующего элемента и выходным выводом, транзистор защиты, подключенный эмиттером и коллектором соответственно к выходному выводу и управляющему входу регулирующего элемента, резистор связи, подключенный одним выводом к промежуточному базовому выводурегулирующего элемента, опорный делитель напряжения, состоящий из опорного элемента, резистивного делителя и балластного резистора, при этом опорный элемент соединен одним выводом с эмиттером выходного транзистора регулирующего элемента, другим - с одним из выводов балластного резистора, а резистивный делитель подключен параллельно опорному элементу, введены второй резистор11401связи и диод, соединенные одними выводами с другим выводом первого резистора связи, а другими соответственно с базой транзистора защиты и средним выводом резистивного делителя, дополнительный источник напряжения, включенный между другим выводом балластного резистора и общей шиной, и узел включения, состоящий из первого диода, подключенногоодним выводом к другому выводу пер- вого резистора связи, конденсатора, включенного между другим выводом указанного диода и общей шиной, и цепи из параллельно соединенных второго диода и резистора, включенной между общей точкой соединения указанного первого диода и конденсатора и управляющим входбм регулирующего элемента.На чертеже представлена принципиальная электрическая схема стабилизатора постоянного напряжения с защитой.К источникувходного напряжения подключен стабилизатор с последовательным регулирующим элементом, выполненным по схеме составного транзистора с выходным транзистором 2 и входным транзистором 3, последовательно с которым включен резистивный ЗО датчик 4 тока, соединенный с выходным выводом, к которому относительно общей шины подключен вход иэмерительно-усилительного узла 5 обратной связи и нагрузка 6. Первый резистор 7 35 связи соединен одним выводом с промежуточным базовым выводом регулирующего элемента. Резистивный делитель выполнен на резисторах 8 и 9 и через балластный резистор 10 и дополнительный источник 11 напряжения соединен с общей шиной. Транзистор 12 защиты эмиттером соединен с выходным выводом, а коллектором - с управляющим входом регулирующего элемента " ба эой транзистора 3, к которому подключен также выход узла 5. Диод 3 включен между первым резистором связи 7 и средним выводом реэистивного делителя на резисторах 8 и 9, Второй ре эистор 14 связи включен между базой транзистора 12 и общей точкой соединения резистора 7 и диода 13, к которой подключен также диод 15 узла включения, состоящего также из кон денсатора 16 и параллельной цепи из диода 17 и резистора 18, включенной между общей точкой соединения диода 07 115 и конденсатора 16 и управляющим входом регулирующего элемента,Измерительно-усилительньш узел обратной связи состоит из резистора 19, диодов 20 и 21, делителя выход" ного напряжения на резисторах 22 и 23,источников 24 и 25 опорного напряжения и питания усилителя 26.Опорный делитель напряжения, кроме элементов 8 - 10, содержит опорный элемент 27, включенный между балластным резистором 10 и эмиттером выходноготранзистора регулирующего элемента, параллельно опорному элементу 27 подключен резистивный делитель на резисторах 8 и 9.Устройство работает следующим образом.Приподаче напряжения питания поддержание выходного напряжения обеспечивается работой измерительноусилительного узла 5 обратной связи.Защита стабилизатора от перегрузок по току и короткого замыкания обеспечивается ограничением уровня выходного тока с помощью транзистора 12 защиты, который шунтирует составной транзистор при превышении выходным током заданного значения или нри коротком замыкании на выходе. При уст.ранении перегрузки или короткого замыкания транзистор 12 закрывается и действие защиты прекращается.В режиме перегрузки через транзистор защиты 12 и входную цепь протекает ток, определяемый элементом 19, в качестве которого может быть использован резистор или стабилизатор тока. При переходе в режим перегрузки диод 20 закрывается, цепь отрицательной обратной связи разрывается и усилитель 26 не влияет на работу устройства в аварийномрежиме.Включение опорного нелинейного элемента 27 предотвращает изменение порога срабатывания защиты при изменении выходного напряжения стабилизаторов в широком диапазона его изменения. При использовании данной схемы в стабилизаторе с фиксированным значением выходного напряжения нелинейный элемент можно исключить. Ток делителя через резисторы 8 и 9 выбирается намного больше тока через резистор 7. При этом значение сопротивления резистора 8 значительно меньше значения сопротивления резистора 7.При изменении температуры окружающей среды изменяется как порог отпирания транзистора 12, так и напряжение на. диоде 13, законы изменения которых можно обеспечить одинако выми при применении специальных мер, например при использовании транзисторных сборок для реализации данных элементов в виде интегральной микросхемы. Это позволяет обеспечить постоянство тока срабатывания защиты от температуры.При изменении мощности, рассеиваемой транзистором 2, изменяется температура р -и-переходов составного транзистора, а следовательно, и напряжение на переходе база - эмиттер транзистора 2, В предлагаемом устройстве влияние данного дестабилизирующего фактора на значение тока 20 срабатывания защиты меньше, чем в прототипе, так как напряжения на кремниевом диоде 13 и на резисторе 8 при изменении тока первого резистора 7 изменяются незначительно.В режиме перегрузки транзистор 12 приоткрывается, выходное напряжение резко уменьшается, что приводит к закрыванию опорного нелинейного элемента 27, уменьшению тока делителя ЗО на резисторах 8 и 9 и увеличению положительного напряжения на базе транзистора 12. Это приводит к еще большему открыванию транзистора 12 и уменьшению выходного тока через на-, грузку, которое, в свою очередь, приводит к еще большему уменьшению тока делителя на резисторах 8 и 9.В результате этого (при напряжении дополнительного источника питания 4 О равного нулю) диод 13 закрывается, транзистор 12 полностью открывается за счет тока через резистор 7 и выходной ток стабилизатора становится близким к нулюДля обеспечения отпи рания транзистора защиты 12 составной транзистор 2 должен состоять не менее чем из двух транзисторов. Таким образом, в данном режиме устройство имеет триггерные свойства беэ дополнительных элементов памяти (триггеров, тиристоров), что обеспечивает возможность перехода схемы при отключении нагрузки в рабочий режим работы. 55При требовании обеспечения заданного значения тока при коротком замыканин на выходе напряжение дополнительного источника 11 должно быть отрицательным. Изменяя значение напряжения, можно установить значение токакороткого замыкания в требуемом диапазоне.В данном режиме устройство работает аналогично режиму включениясрабатывания защиты, описанному выше,Стабильность тока короткого замыканиявысока и определяется теми же факторами, что и при срабатывании защиты.Транзистор 12, шунтируя составнойтранзистор 2 и 3, поддерживает заданный ток короткого замыкания, определяемый напряжением источника 11. Напряжение данного источника определяет ток через резисторы 8 - 10,который в данном режиме меньше токав рабочем режиме.При больших напряжениях источника11 опорный элемент 27 открывается ипрепятствует увеличению тока черезрезисторы 8 и 9.,Для предотвращения перехода стабилизатора в режим ограничения токапри включении в стабилизаторе применена схема кратковременного отключения схемы защиты при включениистабилизатора или при переходе изрежима ограничения тока в рабочийрежим.При включении напряжение на конденсаторе 16 равно нулю и он заряжается через диод 15 и резистор.7.Падение напряжения, возникающее нарезисторе 7 эа счет данного тока,запирает транзистор 12 защиты навремя переходных процессов в стабилизаторе. Одновременно ток зарядаконденсатора 16 протекает через резистор 18, значение которого выбирается на порядок и выше значения резистора 7. По окончании заряда диод5 закрывается и конденсатор 16 невлияет на работу схемы. Диод 17 предназначен для ускорения разряда конденсатора 16 при перегрузках,Введенные средства позволяют повысить стабильность порога срабатывания защиты, стабильность выходного тока в режиме короткого замыкания и обеспечить надежный запуск стабилизатора.1140107 б Состав Техред ель О. Овсянн Надь о едактор Л, Пчелинска орректор Г. Решетни акаэ 263 д.ал ППП "Патент", г, Уагород, ул . Проектн Тираж 863 ВИИИПИ Государств по делам изобр 113035, Москва, ЖПодписяСР нного комитетатений и открыти35, Рауаская на