Стабилизатор напряжения постоянного тока с защитой от коротких замыканий и перегрузок
СТАБИЛИЗАТОР- НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ЗАЩИТОЙ ОТ КОРОТКИХ ЗАМЛКАНИЙ И ПЕРЕГРУЗОК, содержащий последовательно включенный в выходную шину регулирующий элемент, состоящий из силового и согласующего транзисторов, блок защиты. первый вход которого соединен с выходом стабилизирующего элемейта, второй вход.соединен с коллектором согласующего транзистора и выходом, база которого подключена к выходу усилителя обратной связи, входы которого подключены через рёзистивный делитель к выходу и источнику опорного напряжения, отличающий . с я тем, что, с целью повышения, надежности, в него введен электронный ключ, первый которого подключен к выходу стабилизирующего элемента , второй вход - к выходу блока защиты, а выход - к цепи питания усилителя обратной связи. (Л О) --J эо ;о
б
СОЮЗ .СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) M51) 0 05 F 1 58
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЪСТВ,Ф (21 ) 3495811/24-07 (22 ) 01. 10. 82 (46 ) 15 ° 01. 84. Бюл. Р 2 (72 } В.Ф.Чернояров и Д.A.Eôðåìîâ (53) 621.316.722.1(088.8) (56 ) 1. Авторское свидетельство СССР
В 737935, кл. G 05 F 1/58, 1977.
2. Авторское свидетельство СССР
В 658544, кл. а 05 F 1/58, 1978. (5 4 ) (5 7 ) СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ
ПОСТОЯННОГО ТОКА С ЗАЦИТОИ ОТ КОРОТКИХ ЗАМйКАНИЙ И ПЕРЕГРУЗОК, содержащнй последовательно включенный в выходную шину регулирующий элемент, состоящий из силового и согласующего транзисторов, блок защиты, 1 первый вход которого соединен с выходом стабилизирующего элемеита, второй вход. соединен с коллектором согласующего транзистора и выходом, база которого подключена к выходу усилителя обратной связи, входы которого подключены через резистивный делитель к выходу и источнику опорного напряжения, о т л и ч а ю щ и й. с я тем, что, с целью повышения надежности, в него введен электронный ключ, первый вход которого подключен к выходу стабилизирующего элемента, второй вход — к выходу блока защиты, а выход — к цепи питания усилителя обратной связи..1067489 база которого подключена к выходу усилителя .обратной связи, входы которого подключены через реэистивный
5 делитель к выходу и, источнику опорного напряжения . В известном стабилизаторе датчик тока нагрузки вынесен в управляющую цепь регулирующего транзистора, что исключает его влияние,на работу стабилизатора> увеличивает КПД посдеднего, увеличи-. вает быстродейстэие эаЩиты. Примененная в нем защита позволяет при токовых перегрузках или коротких
15 замыканиях..полностью выключать .ре.гулирующий транзистор, резко снижая требования к мощности рассеяния стабилизатора (27 .
Однако этот стабилизатор обладает существенным недостатком, присущим . и другим стабилизаторам, имеющим аналогичнйй способ з ащитЫ ретулирующего, транзистора.
Защита от иерегаузок по току и короткого замыкания основана на шунтировании базы регулирующего элемента насыщенным переходом коллекторэмиттвр второго транзистора, входя щего в блок защиты. В момент перегрузки стабилизатора защита срабатывает таким образом; что база регули- . рующего:элемента через. открытый транзистор защиты эакорачивастся на, общую шину, Стабилизатор при этом от нагрузки 4 времени Г = й„ С„,. Таким образом, в момент срабатывания .защиты эмиттерно-базовый переход регулирующего элемента оказывается обратно смещенным величиной выходного напряжения .стабилизатора У,„ через 45 малое сопротивление открытого транзистора защиты. В этом случае возможен пробой регулирующего элемента по эмиттерно-базовому переходу,что и .наблюдается часто на практике. >О Целью изобретения является повышение надежности стабилизатора постоянного напряжения путем полного отключения тока базы аогласующего. транзистора в регулирующем элементе в момент срабатывания защиты. Поставленная цель достигается тем, что в стабилизатор напряжения постоянного тока с. защитой от коротких заьыканий и перегрузок,. содер60 жащий последовательно включенный в выходную шину регулирукщий элемент, состоящий из силового и согласующего транзисторов, б- ок защиты, первый вход которого соединен с выход дом стабилизирующего элемента, втоИзобретение относится к стабили зированным источникам питания радиоэлектронной аппаратуры. Известны стабилизаторы постоянно го напряжения с защитой от перегрузок и коротких замыканий, содержащие блок защиты, состоящий иэ транзисторов защиты и датчика тока нагрузки, в качестве которого исполь-. зуют резистор, включенный последо.— вательно с нагрузкой и регулирующим элементом, Защита стабилизаторов в них осуществляется следующим образом Ток нагрузки создает на датчике тока напряженив, которое приклады вается к базово-эмиттерному переходу первого транзистора э.ащиты. При. достижении порогового уровня это напряжение открывает первый транзистор защиты. При этом появляющееся.на его коллекторе напряжение открывает второй транзистор блока зашиты, эмнттером подключенный к общей шине, à коллехтором — к базе регулирующего элемента стабилизатора. Второй транзистор защиты, переходя в режим насыщения, шунтирует базу регулирующего элемента, создавая на ней .потенциал, величина кoторого близка к нулю. Вследствие этого регулирующий элемент закрывается, ток в нагрузке падает до ну.ля (в динамике, когда отсутствует отключение стабилизатора., ток в нагрузке поддерживается на уровне тока защиты) <13 . Недостатком такой эашнты стабили-. заторов напряжения является низкая надежность, поскольку в момент срабатыв ания з ащи ты, когда напряжение на базе регулирующего. элемента падает практически до нуля, эмиттернобазовый переход регулирующего элемента оказывается обратно смещенным напряжением на. нагрузке, Это напря.жение не может мгновенно измениться до нулевого уровня, а спадает по экспоненциальному закону с постоянной времени, пропорциональной емкости нагрузки и величине ее сопротив ления.. При больших емкостях нагрузки и напряжениях на выходе стабили- затора возникает реальная возможность электрического пробоя эмиттерно-базового перехода регулирующего элемента и выхода из строя cicего стабилизатора. Наиболее близким к изобретению . является стабилизатор напряжения постоянного тока с защитой от перегрузок и коротких замыканий, содержащий последовательно включенный в силовую шину регулирующий элемент, состоящий из силового и согласующе» ro транзисторов, блок защиты, первый вход которого соединен с выходом стабилизирующего элемента, второй вход соединен е коллектором our ласующего транзистора и выходом, 1067489 рой вход соединен с коллектором согласующего транзисТора и выходом, база которого подключена к выходу усилителя обратной связи, входы которого подключены через резистивный делитель к выходу и источнику опорного напряжения, введен электронный ключ, первый -вход которого подключен к выходу стабилизирующего элемента, второй вход - к выходу блока защиты, а выход - к цепи питания усилителя . обратной связи.. На чертеже изображена электричес кая принципиальная схема предпагае-,мого стабилизатора. Стабилизатор содержит регулирую- 15 щий- элемент 1, включенный последо:вательно в выходную шину и состоящий из силового и согласующего транзисторов 2 и 3 соответственно, усилитель 4 обратной связи, состоящий иэ операционного усилителя 5, неинвер- тирующий вход которого подключен к резистивному делителю б выходного напряжения, а инвертирующий - к источнику 7 опорного напряжения, блок 25 . 8 -защиты, состоящий из резисторного датчика 9 тока, транзисторов 10 и 11 защиты, делитель напряжения на резисторах 12 и 13, стабилизирукщий элемент 14, выполненный на-транзисторе 15, эмиттер которого подклю.- . чен к датчику 9 тока, подключенному . к коллектору согласующего транзистора 3 ° в регулирующем элементе, электронный ключ 16, выполненный на транзисторе 17, коллекторно-базовый переход которого зашунтирован токоограничительным резистором 18. Кол-. лектор транзистора 17, являющийся первым входом электройного ключа, подключен к эмиттеру транзистора 15, 4О являющемуся выходом стабилизирующего элемента. База транзистора 17, представляккцая собой второй вход электронного ключа, соединена с коллектором транзистора 11„ являющимся 45вторым входом блока защиты. эмиттер транзистора 17, представлякиаий собой. выход электронного ключа, подключен к цепи питания операционного усилителя 5, выход которого соединен 50 с базой согласующего транзистора 3. Работа стабилизатора происходит . следующим образом. В ненагруженном состоянии стаби- 55 лизатора по цепи, образованной резисторами 9, 12 и 13 протекает ток покоя !о s ! u uq,. 0 R +й +R 9»2»Ç 60 где. 8„ — напряжение на входе.резисторной цепи; и- напряжение на выходе стабилизатора. 65 Ток !о создает напряжение о на переходе первого транзистора 10 защиты, недостаточное для его открывания: R9 R»Ú 0 0 9»ъ1 бх Обь<к) р + ц В результате> этого коллектор первого транзистора 10 защиты находится под нулевым потенциалом, .который через резистор прикладывается к базе второго транзистора 11 защиты, поэтому последний также находится в закрытом состоянии. При этом гранзистор 17 электронного ключа открыт, и передаваемое через него напряжение Оц„ запитывает операционный усилитель 5, который обеспечивает базовый ТоК согласующего транзистора 3 в регулирующем элементе. В рабочем состоянии стабилизатора коллекторный ток согласующего транзистора 3 (I) величина которого зависит от тока нагрузки I!» ..стабилизатора, создает на резисторе 9 дополнительное падение .напряжения tl» U» = » RH= ! » Gem где В „, - .статический коэффициент усиления силового транзистора 2 .. Таким образом, к переходу эмиттер.база первого транзистора 10 защиты . будет приложено суммарное напряже.ние >g и,-u. u„ Транзистор 10 защиты будет закрыт до тех пор, пока выполняется неравенство дэ 2 где Ug - напряжение на переходе база-эмнттер открытого транзистора 10 защиты. В случае перегрузки стабилизатора или короткого заьикания íà его выходе,ток через согласующий транзистор .3 значительно возрастет. На резисторе 9 возрастет напряжение 0« в результате чего транзисторы 10 и 11 защиты откроются. Открытый транзистор 11 защиты закорачивает базу транзистора 17 электронного ключа на общую шину. Операционный усилитель 5 обесточится, прекратив тем самим подачу базового тока в согласукщий транзистор 3, в результате чего последний закроется. Закрытым окажется также силовой транзистор 2. Ток в нагрузке резко упадет до нуля. До нуля упадет также и напряжение на нагрузке. U!» Цепь, образованная резисторами 9, 12 и 13 окажется под входным нап. ряжением Оз„ и через нее потечет дополнительйый ток, больший, чем ток 3 и ток 3» 106 7489 Составитель Е.Калинкин Редактор М.Петрова ТехредМ. Гергель Корректор В.Бутяга Заказ 11209/51 Тираж 84 7 Подпи сн ое BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 08х R9+ R 2 R13 Этот ток создаст на резисторах 9 и 12 напряжение .Рз, приложенное к базово-эмиттерному переходу транзистора 10 защити: R -rR 9 д Я Р9 Я12 Р13 При расчете стабилизатора величина напряжения У2 выбирается такой, чтобы оно было больше 02 и поддерживало транзистор 10 защиты в открытом состоянии. При устраиении короткого замакания на выходе стабилизатора последний самостоятельно возвращается в рабочее состояние. Предлагаемое схемное решение ,защиты стабилизатора от коротких эаьааканий и токовых перегрузок обеспечивает высокую надежность в его работе за счет полного отключения тока базы согласующего транзистора 3 в момент срабатывания защиты.При этом за счет развязки базовой цепи согласующего транзистора 3 от общей шины устраняется возможность выхода иэ строя силового транзистора 2, равно .как и согласующего транзистора 3 от электрического пробоя обратным напряжением. Темсамам создаются условия осуществлеt5 ния "мягкой" защиты стабилизатора, что очень существенно при значительных напряжениях стабилизации и больших нагрузочных токах.
