Стабилизатор напряжения постоянного тока

к СССРСССР80. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И СТЯГ САНИЕ ИЗ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 3597046/24-0727.05.8307.02.85. Бюл.5Н.Г.Пепель и В,П.Осадчен621.316.722.1(088,8)Авторское свидетельство306, кл, С 05 Р 1/58.Авторское свидетельство918, кл. С 05 Р 1/58, 19(54)(57) СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий включеннык в одну из силовых шин регулирующий элемент на составном транзисторе, эмиттер которого подсоединен квыводу для подключения положительного вывода основного источника питания, согласующий блок на транзисторе с проводимостью, противоположнойпроводимости транзистора регулирующего элемента, выходом связанный суправляющей цепью регулирующего элемента, а к его входу подключены выход .блока импульсного запуска, питающий вход которого подключен кэмиттеру транзистора регулирующегоэлемента, выход блока обратной связи, вход которого подключен к выходным выводам, и коллектор отключающего транзистора, эмиттер которогочерез резистор подключен к отрицательному выводу дополнительного источника питания, положительный вывод которого соединен с отрицательным выводом основного источника питания, образуя общую шину, регулируемый датчик тока, один вывод которого подключен к отрицательному выводу дополнительного источника питания, а другой вывод - к положительному выводу основного источника питания, триггерный блок защиты, питающие выводы которого подключенысоответственно к положительному иотрицательному выводам основного идополнительного источников питания,один из входов которого подключен квыходу блока импульсного запуска,а выход - к базе отключающего транзистора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения и обеспечения двухпороговои чувствительности источника к состоянию нагрузки, в него введены токозадающаяцепь, состоящая из последовательносоединенных стабилитрона и резистора, включенных параллельно регулирующему элементу, первый и второйкомпараторы, причем вход первогокомпаратора подключен к средней точке управляемого датчика тока, а еговыход - к одному из входов первогоблока совпадения, другой вход Которого подключен к выходному выводуисточника, а выход блока совпадениясоединен с другим входом триггерного блока защиты, втс 9 ой компаратор,вход которого: соединен с выходнымвыводом, а выход соединен с однимиз входов второго блока совпадения,другой его вход соединен с выходомтриггерного блока защиты, а выходвторого блока совпадения - с входомблока импульсного запуска.11387Изобретение относится к электро- ;. технике, в частности к источникам питания контрольно-регулировочных и автоматизированйых устройств специ ального назначения.В качестве источника питания контрольно-регулировочных устройств может быть применен стабилизатор напряжения с регулирующим транзистором с нагрузкой в цепи коллектора, . содержащий согласующий транзистор, узел обратной связи, генератор импульсов, узел запуска генератора и цепь последовательно соединенных резистора и стабилитрона, подключенную параллельно регулирующему транзистору 13.Недостатками такого стабилизатора при использовании его в контрольно-регулировочных устройствах является низкий КПД, так как стабилизатор при периодическом сбросе нагрузки остается нагруженным на резистор подгрузки (балластный ре-зистор), необходимый для предотвращения срыва стабилизации, а также отсутствие допусковой чувствительности схемы к состоянию нагрузкипосле ее включения.Наиболее близким к предлагаемому стабилизированному источнику питания является стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий включенный в одну из силовых шин регулирующий элемент на составном транзисторе, эмиттер которого подсоединен к выводу для подключения положительного вывода основного источника питания, согласуЮщий блок на транзисторе с проводимостью, противоположной проводимости регу 40 лирующего элемента, входом связанный с управляющей цепью регулирующего элемента, а к его входу подключены выходблока импульсного запуска, питающий вход которого подключен45 к эмиттеру транзистора регулирующего элемента, выход блока обратной связи, вход которого подключен к выходным выводам, и коллектор отключающего транзистора, эмиттер которого через резистор подключен к отрицательному выводу дополнительного источника питания, положительный вывод которого соединен с отрицательным выводом основного источника, образуя общую шину, регулируемый датчик тока, один из выводов которого подключен к отрицательному вы 95 2воду дополнительно. о источника питания, а другой вывод подключен к положительному выводу основного источника питания, триггерный блок защиты, питающие выводы которого подключены соответственно к положительному и отрицательному выводам основного и дополнительного источников питания, один из входов которого подключен к выходу блока запуска, а выходом - к базе отключающего транзистора Ю .Недостатками известного стабилизатора являются отсутствие допусковой чувствительности схемы к состоянию нагрузки, а также низкий КПД из-за необходимости подключения балластного сопротивления для предотвращения срыва стабилизации при сбросе нагрузки.Цель изобретения - повышение КПД и обеспечЕние двухпороговой чувствительности стабилизированного источника питания постоянного напряжения к состоянию нагрузки.Поставленная цель достигается тем, что в стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий включенный в одну из силовых шин регулирующий элемент на составном транзисторе, эмиттер которого подсоединен к выводу для подключения положительного вывода основного источника питания, согласующий блок на транзисторе с проводимостью, противоположной проводимости транзистора регулирующего элемента, выходом связанный с управляющей цепью регулирующего элемента, а к его входу подключены выход блока импульсного запуска, питающий вход которого подключен к эмиттеру транзистора регулирующего элемента, выход блока обратной связи, вход которого подключен к выходным выводам, и коллектор отключающего транзистора, эмиттер которого через резистор подключен к отрицательному выводу дополнительного источника питания, положительный вывод которого соединен с отрицательным выводом основного источника питания, образуя общую шину, регулируемый датчик тока, один вывод которого подключен к отрицательному выводу дополнительного источника питания, а другой вывод - к положительному вцводу основного источника питания, триггерный блок защиты, питающие выводы которого подключены5 О 15 45 50 55 соответственно к положительному иотрицательному выводам основногои дополнительного источников питания, один из входов которого подключен к выходу блока импульсного запуска, а выход - к базе отключающего транзистора, в него введены токозадающая цепь, состоящая из последовательно соединенных стабилитронаи резистора, включенных параллельнорегулирующему элементу, первый ивторой компараторы, причем вход первого компаратора подключен к средней точке управляемого датчика тока,а его выход - к одному из входовпервого блока совпадения, другойвход которого подключен к выходномувыводу источника, а выход блока совпадения соединен с другим входомтриггерного блока защиты; второйкомпаратор, вход которого соединенс выходным выводом, а выход соединен с одним из входов второго блокасовпадения, другой его вход соединен с выходом триггерного блока защиты, а выход второго блока совпадения - с входом блока импульсногозапуска,Са Лиг.1 приведена принципиальная электрическая схема стабилизиро-, ванного источника питания, на фиг.2- зоны разрешающих и запрещающих значений сопротивления нагрузки и соответствующих компараторов.Стабилизированный источник питания постоянного напряжения содержит токозадающую цепь 1, включенную параллельно регулирующему элементу 2 на составном транзисторе с нагрузкой в цепи коллектора, соединенному с блоком 3 обратной связи через со-; .гласующий блок 4. К входу согласующего блока 4 подключен коллекторГотключающего транзисторе 5, база которого подключена к выходу триггер- ного блока 6 защиты, а эмиттер - к потенциальному выходу дополнительного источника 7 питания. Между отрицательным выводом дополнительного источника 7 питания и положительным выводом основного источника 8 питания включен датчик 9 тока, средняя точка которого подключена к входу первого двухпорогового компаратора 10. Выход первого двухпорогового компаратора 10 подключен к одному из входов первого блока 11 совпадения, другой вход которого подключен к 20 25 30 35 40 выходному выводу,. а выход подключенк второму входу триггерного блока 6защиты. Выход триггерного блока 6защиты подключен к одному из входоввторого блока 12 совпадения, другойвход которого соединен с выходомвторого компаратора 13, а выход -с входом блока 14 импульсного запуска, выход которого соединен свходом согласующего блока 4 и с первым входом триггерного блока 6 защиты, вход второго двухпороговогокомпаратора 13 соединен с выходнымвыводом источника питания. Токозадающая цепь состоит из стабилитрона15 и резистора 16. Стабилизированный источник питания постоянного напряжения работает следующим образом.При включении устройства в сеть на выходе триггерного блока 6 защиты устанавливается положительный разрешающий потенциал для второго блока 12 совпадения, который также удерживает отключающий транзистор 5 в открытом состоянии. Источник питания при этом не включается, так как на другой вход первого блока 12 совпадения поступает запрещающий потенциал с выхода второго двухпорогового компаратора 13, и блок импульсного запуска оказывается в отключенном состоянии. Полное входное напряжение основного источника 8 питания оказывается приложенным к токозадающей цепи 1. Стабилитрон 15 токозадающей цепи включается, и через нагрузочные цепи течет ток, ограниченный резистором. Напряжение на нагрузке определяется ее состоянием. Пороги срабатывания второго двух- порогового компаратора 13 выставляются таким образом, что при перегрузке или недогрузке (режим х.х.) на его выходе устанавливается потенциал, который является запрещающимдля второго блока 12 совпадения. Приноминальной нагрузке (с учетомдопуска) на выходе компаратора 13 устанавливается потенциал, которыйявляется разрешающим для первогоблока 12 совпадения.При наличии двух разрешающихпотенциалов на входах блока 12 совпадения на его выходе появляетсяразрешающий потенциал. для блока 14импульсного запуска, который первымже импульсом перебрасывает триггер 1138795ный блок 6 защиты в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе появляется запрещающий потен циал для блока 12 совпадения и происходит закрывание отключающего транзистора 5, При этом происходит открываниесогласующего блока 4 и запуск стабилизированного источника питания постоянного напряжения в целом. На выходе компаратора 13 появляется запрещающий потенциал для блока 12 совпадения,Задержка по первому входу блока 12 совпадения вводится на время переходного процесса установления напряжения на нагрузке током токо- задающей цепи 1 во избежание ложных включений при недогрузке и повторных включений при срабатывании защиты. 101520 40 Таким образом, включение устройства возможно только при номинальной нагрузке.До момента полного включения стабилизированного источника питания постоянного напряжения на один из входов первого блока 11 совпадения поступает запрещающий потенциал, и поэтому первый двухпороговый компаратор 10 на работу устройства не влияет. После ввода устройства в режим стабилизации на одном из входов блока 11 совпадения устанавливается разрешающий потенциал, а на другом входе - потенциал с выхода35 первого двухпорогового компаратора 10, определяемый состоянием нагрузки. Пороги срабатывания компаратора 10 устанавливаются таким образом, чтобы при перегрузке или недогрузке на его выходе устанавливался разрешающий потенциал на входе блока 11 совпадения, При наличии на обоих входах блока 11 совпадения разрешаю 45 щих потенциалов на ее выходе появляется сигнал, опрокидывающий триггерный блок 6 защиты в исходное состояние, Происходит отключение устройства.Задержка по одному из входов бло 50 ка 11 совпадения вводится на время переходного процесса установления выходного напряжения при запуске устройства во избежание ложных срабатываний триггерного блока 6 защиты.Напряжение в средней точке датчика 9 тока потребления устанавливается при номинальной нагрузке, соответствующей середине допускового поля порогов срабатывания двухпорогового компаратора 10.При колебании напряжения сети водинаковой пропорции изменяется напряжение источников 7 и 8 питания,что не приводит к изменению напряжения в средней точке управляемогодатчика 9 тока, так как он включенмежду разнопотенциальными точкамиосновного и дополнительного источников 8 и 7 питания, При изменениивеличины нагрузки в выходной цепистабилизированного источника питанияпостоянного напряжения изменяетсяток нагрузки и, соответственно, токисточника 8 питания, что приводитк изменению падения напряжения наего внутреннем сопротивлении. Этоприводит к разбалансу тока через датчик 9 тока, потенциал средней точкикоторого изменяется по закону изме-.нения тока нагрузки. При недогрузке или перегрузке потенциал датчика 9 тока становится соответственнониже нижнего или выше верхнего порогов срабатывания двухпороговогокомпаратора 10 напряжения и на еговыходе появляется разрешающий уровень для блока 11 совпадения, Происходит опрокидывание триггерногоблока 6 защиты, который посредствомотключающего транзистора 5 производит запирание стабилизированногоисточника питания в целом.При устранении дефекта нагрузки.стабилизированный источник питанияпостоянного напряжения автоматическивключается аналогично первому включению в сеть.Время задержки Т по первому входу блоков 11 и 12 совпадения выбиается из уигде Р - сопротивление токозадающейцепи;Сц - максимальная емкостьнагрузочных цепей,На Лиг.2 приведены зоны разрешающих и запрещающих значений сопротивления нагрузки (Кн ) и соответствующих потенциалов компараторов 10 и 13. Зона 17 соответствует зна- . чениям сопротивления нагрузки (К). при которых компаратор 13 дает разрешение на включение стабилизированного источника питания постоянного напряжения. Кривая 18 показывает форму нарастания выходного напряжения(Он) при значении К , близком к номинальному (к ), Компаратор 10нампри этих значениях К имеет запрещающий потенциал и на работу схемы не влияет. 5Если с течением времени значениевыйдет за пределы зоны 17 (в зоН. ну 19 или в зону 20), то на выходе компаратора 10 появится разрешающий потенциал, который через блок 11 1 О совпадения и триггерный блок 6 защиты производит отключение стабилизированного источника питания постоянного напряжения. При этом на выходе компаратора 13 устанавливается 15 потенциал, запрещающий включение схе,мы. Кривые 21 и 22 показывают форму нарастания выходного напряжения при меньших и больших допустимых значениях соответственно, 1 =Т время задержки для входов блоков 11 и 12 совпадения.Наличие в стабилизированном источнике питания постоянного напряжения системы, следящей за состоянием 25 нагрузки, позволяет избежать токовых перегрузок устройства при заниженных значениях сопротивлениянагрузки, а также перегрузки по напряжению подключаемых устройств вслучае недогрузки, когда режимстабилизации устройства нарушается. В случае использования предлагаемого устройства в контрольно-регулировочной аппаратуре в качестве источника питания проверяемых узлов, где состояние нагрузки неопределенно, а также производится ее периодический сброс, повьшается КПД системы, так как включение стабилизированного источника питания постоянного напряжения производится толькопри подключении узлов с номинальнойнагрузкой. При наличии неисправности в цепях нагрузки, а также во время вынужденного простоя при сменепроверяемых узлов устройство отключается и не потребляет электроэнер. нан лиф Составитель И.СоловьевРедактор Р.Циника Техред Л.Иартяшова Корректор Н,Король 4/5 Ич Хю 10688/37 Тираж 863 Подписно ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб ., д.