Стабилизаторованный источник питания с комплексной защитой

 

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ С КОМПЛЕКСНОЙ ЗАЩИТОЙ, содержащий импульсный регулятор напряжения с соответствующим узлом обрат ной связи и выходной линейный стаби-. лизатор напряжения, вход которого подключен к выходу импульсного регулятора , при этом линейный стабилизатор состоит из последовательного регулирующего элемента, узла защиты от )ЗЙАЙ . г и Г-, -, - 4,г. siiC ТГХЯгЧГГг;д.| перегрузки по току с датчиком тока, включенньал последовательно с yKi aiaHным регулирующим элементом, и усилительного узла обратной связи, выполненного на дифференциальном усилите ле , неинвертирующий вход которого шунтирован диодом и подключен к выходу выходного делителя напряжения, . в цепь которого включен источник опорного напряжения, отличающ и и с я тем, что, с цепью повышения надежности путем снижения мощности рассеяния на регулирующем элементе линейного стабилизатора при больших и быстрых выбросах входного напряжения, в него введен стабилитрон , включенный между инвертирующим входом дифференциального усилителя линейного стабилизатора и выходом : импульсного регулятора, а входы узла обратной связи импульсного регулятора подключены к регулирующему элементу линейного стабилизатора.

СОКИ СОВЕТСКИХ

NIININII

РЕСПУБЛИК

3Щ) G 05 F 1/58

Гос) ДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬТИ! (21) 3378929/24-07 (22). 04.01.82 (46) 15.07.83. Бюл. 9 26 (72) В.И. Романенко, М.А; Девятов, Е.П, Куляпин и В.И. Шаров (53) 621 316.722.1(088.8) (56) 1. Бабоян В.И. и др. Стабилизатор тока и напряжения с широким диапазоном регулирования. - Приборы и техника эксперимента,1974, Р 1, с, 155-156.

2. Авторское свидетельство СССР

9 7.63871, кл. G 05 F l/58» 1979. (54)(57) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК

ПитЯНИЯ С КОМПЛККСНО@ ЗИЦИтОИ, содержащий импульсный регулятор напряжения с соответствующим узлом обрат ной связи и выходной линейный стабилизатор напряжения, вход которого подключен к выходу импульсного регулятора, при этом линейный стабилизатор состоит нз последовательного регулирующего элемента, узла защиты от,SUÄÄ 1 29 А перегрузки по току с датчиком тока включенным последовательно с указан- ным регулирующим элементом» и усилительного узла обратной связи, выпол, ненного на дифференциальном усилите ле, неинвертирующий вход которого шунтирован диодом и подключен к выходу выходного делителя напряжения, . в цепь которого включен источник опорного напряжения, о т л и ч а юttt.н и с я тем, что, с целью повышения надежности путем снижения мощности рассеяния на регулирующем элементе линейного стабилизатора при больших и быстрых выбросах входного напряжения, в него введен стабилитрон, включенный между инвертирующим Pg входом дифференциального усилителя линейного стабилизатора * выходом импульсного регулятора, а входы узла обратной связи импульсного регулятора подключены к регулирующему элементу линейного стабилизатора °

1029168

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение во вторичных источниках электропитания радиоэлектронных устройств.

Известен источник питания с двойным регулированием с защитой от перегрузки $1)..

Недостатком его является то, что при значительных выбросах входного напряжения, скачкообразных перегрузках и внезапных коротких замыканиях на выходе, импульсный регулятор изза запаздывания обратной связи не успевает обеспечить постоянства напряжения на регулирующем элементе линейного стабилизатора, вследствие 15 чего на нем выделяется значительная пиковая мощность, многократно пре» восходящая номинальную в рабочем режиме, и источник выходит из строя.

Наиболее близким к изобретению является стабилизированный источник питания с комплексной защитой, содержащий импульсный регулятор напряжения с соответствующим узлом обрат" ной связи и выходной линейный стабилизатор напряжения, вход которого подключен к выходу импульсного регулятора, при этом линейный стабилизатор состоит из последовательного регулирующего элемента, узла защиты от перегрузок по току с датчиком тока, включенным последовательно с указанным регулирующим элементом, и усилительного узла обратной связи, выполненного на дифференциальном усйлителе, неинвертирующий вход которого шунтирован диодом и подключен к выходу выходного делителя напряжения, в цепь которого включен источник опорного напряжения 2 .

Известный стабилизированный источ-40 ник обеспечивает быстрое запирание линейного регулирующего элемента при опасных скачкообразных перегрузках и внезапных коротких замыканиях в нагрузке на время отработки импульсно-45

zo регулятора напряжения, что позволяет снизить пиковую мощность, выделяющуюся на линейном регулирующем элементе на время ее воздействия до безопасной величины, чем достигается надежная защита источника при всех видах перегрузки по выходу. Как и предыдущий источник, он обеспечивает надежное функционирование и при сравнительно медленном увеличении на значительную величину входного напряжения.

Однако при значительных по амплитуде быстрых выбросах входного напряжения импульсный регулятор не успевает удержать неизменным напря- 60 жение на входе линейного стабилизатора и на линейном регулирующем элемен те выделяется пиковая мощность, многократно превышающая номинальную в рабочем режиме. Длительность ее воз- 65 действия определяется эацаздыванием обратной связи в импульсном регуляторе и длительностью выброса выходного напряжения. Сочетание этих факторов приводит к выходу из строя линейного регулирующего элемента стабилизатора.

Цель изобретения - повышение надежности путем снижения мощности рассеяния на регулирующем элементе линейного стабилизатора при больших и быстрых выбросах входного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизированный источник питания с комплексной защитой, содержащий импульсный регулятор напряжения с соответствующим узлом обратной связи и выходной линейный стабилизатор напряжения, вход которого подключен к выходу импульсного регулятора, при этом линейный стабилизатор состоит иэ последовательного регулирующего элеманта, узла защиты от перегрузки по току с датчиком тока, включенным последовательно с указанным регулирующим элементом, и усилительного узла обратной связи, выполненного на дифференциальном .усилителе, неинвертирующий вход которо-. го шунтирован диодом и подключен к выходу выходного делителя напряжения, в цепь которого включен источник опорного напряжения, введен стабилитрон, включенный между инвертирующим входом дифференциального усилителя линейного стабилизатора, и выходом импульсного регулятора, а входы узла обратной связи импульсного регулятора подключены к регулирующему элементу линейного стабилизатора.

На фиг.l представлена функциональная схема стабилизированного источника питания с комплексной защитой; на фиг.2 - его нагрузочная характеристика.

Устройство содержит источник. опорногб напряжения 1, делитель выходного напряжения на резисторах 2 и 3, дифференциальный усилитель 4 обратной связи, линейный регулирующий элемент

5, конденсатор 6 фильтра, датчик 7 тока, блок 8 линейной защиты и шун тирующий диод 9, которые образуют линейный стабилизатор 10 напряжения компенсационного типа-, на входе которого включен импульсный регулятор

11 напряжения с обратной связью с элемента 5. Инвертирующий вход усилителя 4 через стабилитрон 12 соединен с входом элемента 5, а неинвертирующий вход, соединенный с выходом делителя 2 и 3, шунтирован диодом 9.

Регулятор 11 содержит ключевой регулирующий элемент 13, выходной фильтр из дросселя 14, конденсатора

15, блокирующего диода.l6, разрядного резистора 17 и устройство 18

1029168 управления элементом 13 по сигналу обратной связи с элемента 5.

Участок 19 нагрузочной характеристики соответствует рабочему режиму источника питания, участок 20 - режиму медленных перегрузок, участок

21 - быстрому запиранию линейного регулирующего элемента в случае значительного скачкообразного увеличения входного напряжения, участок 22быстрому запиранию линейного регу- 10 лирующего элемента при значительных скачкообразных перегрузках и внезапных коротких замыканиях на выходе источника питания, участок 23 - отпиранию линейного регулирующего эле- 15 мента после окончания действия защиты (фиг.2).

Устройство работает следующим об- . разом.

При сравнительно медленном увеличении тока в нагрузке выше установ ленной величины Э5 вплоть до короткого замыкания выходной сигнал датчика 7 тока поступает на устройство

8 линейной защиты, выходной сигнал которого ограничивает проводимость элемента 5, и источник питания переходит в режим стабилизации тока по участку 20. Ввиду незначительного превышения тока короткого замыкания

"., установленной величины благодаря действию устройства 8 линейной защиты мощность на регулирующем элементе 5 незначительно превышает номинальную.

В случае значительного скачкооб— разного увеличения напряжения на .выходе устройства, превышающего по величине рабочее напряжение стаби, литрона 12, через последний протекает ток, обуалавливающий появление на - 40 выходе усилителя 4 сигнала, приводящего к частичному эапиранию элемента

5.. Последующее уменьшение напряжения на -выходе источника питания усиливает действие, обратной связи. Выход- 45 ная характеристика источника питания в этом случае имеет вид участка 21 (фиг.2). В.конце лавинообразного процесса выходное напряжение и ток источника питания равны нулю, а к закрытому элементу 5 прикладывается полное выходное напряжение регулятора 11. Так как оно значительно превышает напряжение на элементе 5 в рабочем режиме, устройство 18 закры.вает элемент 13 и конденсатор 15 начинает разряжаться через резистор 17 до уровня, равного рабочему напряже- . нию элемента 5, при котором дальнейшее уменьшение напряжения прекращается, ввиду включения регулятора 11.

При этом прекращается действие обратной связи через стабилитрон 12, усилитель 4 открывает элемент 5 и источник питания переходит в рабочую точку на участке 19 (фиг.2). Аналогично происходит работа устройства в случае значительных скачкообразных перегрузок источника питания, вызывающих скачок напряжения на выходе.

В этом случае траектория рабочей точки соответствует участкам 22 и 23 (фиг.2) . При снятии перегрузки источник питания автоматически возвращается на участке 19 в рабочий режим.

Максимальная мощность на элементе 5 выделяется в момент скачка перегрузки, короткого замыкания в нагрузке или значительного увеличения напряжения на входе устройства. Ее величина определяется током перегрузки и максимальным напряжением на элементе"

5 перед его закрытием, равным напряжению стабилитрона 12. Так как последнее выбирается незначительно превышающим величину напряжения на элементе 5 в рабочем режиме, то пико-, вая мощность, выделяющаяся на .элементе 5, незначительно превышает мощность в рабочем режиме. Длительность ее воздействия пропорциональна быстродействию усилителя 4 ы времени выключения элемента 5 и практически не .превосходит единиц микросекунд.

Благодаря быстрому запиранию линейного регулирующего элемента как при опасных выбросах входного напря. жения, так и при скачкообразных перегрузках и внезапных коротких замыканиях организуется такая защита, которая позволяет снизить до безопасной величины пиковую мощность, выделяющуюся на линейном регулирующем элементе на время отработки импульсного регулятора, чем достигается надежная комплексная защита источника питания при авариях в системе электропитания как со стороны первичного источника, так и со стороны питаемой радиоэлектронной аппаратуры. Вместе с тем источник питания обеспечивает защиту нагрузки от перенапряжений даже в случае выхода из строя (пробоя) ключевого регулирующего элемента, имеющего наиболее тяжелый режим работы, что при питании радиоэлектронной аппаратуры часто имеет решающее значение.

1029168

uz.2

Тираа 874 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35„ Раушская наб. д. 4/5

В ав

Филиал ППП Патент, r Ужгород, ул. Проектная, 4

Эакаэ 4978/46

Составитель О. Овсянников

Редактор Н. Швыдкая Техред И.Тепер Корректор А. Повх