Стабилизатор постоянного напряжения

 

Использование: при проектировании источников электропитания различной аппаратуры . Сущность изобретения; устр-во содержит включенный в одну из силовых шин регулирующий элемент, источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель постоянного тока, два резисторных делителя напряжения и узел защиты от перегрузок и к.з. В устр-во введены третий резистивный делитель напряжения и последовательная цепочка из двух стабилитронов . Это упрощает схему по сравнению с прототипом. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистических

РЕСПУБЛИК (51)5 G 05 F 1!569

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

О

Ю (Оь

С) 1 (21) 4891440/07 (22) 17.12.90 (46) 23.08;93. Бюл. %31 (71) Московский научно-исследовательский институт приборостроения (72) Ю,Н.Шуваев и А,В.Хомяков (73) Московский научно-исследовательский институт приборостроения (56) Алексеенко А.Г. и др. Применение прецизионных аналоговых интегральных схем.

M. Радио и связь, 1981, с. 156-157.

Авторское свидетельство СССР

М f365064, кл, G 05 F 1I569, 1988.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании источников электропитания электротехнической и радиоэлектронной аппаратурй различного назначения.

Целью изобретения является упрощение стабилизатора постоянного напряжения, повышение его надежности, а также улучшение эксплуатационных характеристик путем обеспечения самовозврата cxB" мы после срабатывания защиты по току и устранения неисправности.

На чертеже представлена схема стабилизатора постоянного.напряжения.

Стабилизатор постоянного напряжения содержит включенный в одну из силовых

"шин транзисторный регулирующий элемент

1, источник опорного напряжения 2, первым выводом подключенный к выходному выводу 3, дифференциальный усилитель постоянного тока 4, первый вход которого подключен ко второму выводу источника

„„Я „„1836670 АЗ (54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Использование: при проектировании источников электропитания различной аппаратуры. Сущность изобретения: устр-во содержит включенный в одну из силовых шин регулирующий элемент, источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель постоянного тока, два резисторных делителя напряжения и узел защиты от перегрузок и к.з. В устр-во введены третий резистивный делитель напряжения и последовательная цепочка из двух стабилитронов. Это упрощает схему по сравнению с прототипом. 2 з,п.ф-лы, 1 ил. опорного напряжения 2, а второй вход — к среднему выводу первого резисторного делителя напряжения 5, крайними выводами включенного между выходным выводом 3 и общей шиной, причем выход дифференциального усилителя постоянного тока 4 через первый резистор 6 подключен к управляющему входу регулирующего элемента 1, узел защиты от перегрузок по току и коротких замыканий 7, состоящий из резисторного датчика тока нагрузки 8, включенного между выходом регулирующего элемента 1 и выходным выводом 3, операционного усилителя 9, инвертирующий вход которого подключен к среднему выводу второго реэйсторного делителя напряжения 10, один крайний вывод которого подключен к точке соединения регулирующего элемента 1 с датчиком тока нагрузки 8, выход операционного усилителя 9 через первый диод 11 подключен к управляющему входу регулирующего элемента 1, а также третий

1836670 резисторный делитель напряжения 12, второй 13 и третий 14 резисторы и два стабилитрона 15, 16,при этом третий резисторный делитель напряжения 12 крайними выводами включен между выходным выводом 3 и общей шиной, последовательная цепочка из двух стабилитронов 15, 16 одним крайним выводом соединена с выходным выводом 3, вторым крайним выводом через второй резистор 13 — с. инвертирующим входом операционнога усилителя 9, а точка соединения стабилитронов 15, 16 через третий резистор

14- со вторым выводом источника опорного напряжения 2, кроме того, неинвертирующий вход операционного усилителя 9 подключен к среднему выводу или третьего 12, или первого 5 резисторного делителя напряжения, В стабилизатор может быть введен второй диод 17. включенный последовательно с третьим резистором 14.

В узел защиты от перегрузок по току и коротких замыканий может быть введена цепочка, состоящая из последовательно соединенных четвертого резистора 18 и конденсатора 19 и включенная между инвертирующим входом oneрационного усилителя 9 и вторым крайним выводом последовательной цепочки из двух стабилизаторов 15, 16.

Третий резисторный делитель напряжения 12 состоит из резисторов 20, 21. .В стабилизатор напряжения может быть введен пятый резистор 22, подключенный к инвертирующему входу операционного усилителя 9, как показано на чертеже, Стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом, При нормальном режиме работы стабилизатора и токе нагрузки, меньшем тока срабатывания узла защиты 7, напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя 9 меньше, чем опорное напряжение на его неинвертирующем входе, и операционный усилитель 9 находится в первом устойчивом состоянии, при котором напряжение на его выходе положительно относительно выходного вывода 3 и имеет максимальную величину. Вследствие этого первый диод 11 закрыт и узел защиты 7 не влияет на работу стабилизатора. Напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя 9 относительно выходного вывода 3 определяется падением напряжения на датчике тока нагрузки 8, напряжением на верхнем плече второго резистарнога делителя выходного напряжения 10 и сопротивлением второго резистора 13, а напряжение на неинвертирующем входе— соотношением сопротивлений резисторов

20 и 21 третьего резисторного делителя выходного напряжения 12. Напряжение на верхнем плече третьего резисторного делителя выходного напряжения 12 является опорным напря>кением для узла защиты по току 7.

При перегрузке стабилизатора по току или коротком замыкании нагрузки падение напря>кения на датчике тока нагрузки 8 и соответственно напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя 9 увеличивается, тогда как напряжение на его неинвертирующем входе остается неизменным, вследствие чего напряжение на выходе операционного усилителя 9 понижается и становится отрицательным относи тельно выходного вывода 3 стабилизатора, 5

15 первый диод 11 открывается и ток с выхода дифференциального усилителя постояннога

Таким образом при сопротивлении нагрузки, меньшем чем сопротивление срабатывания защиты, регулирующий элемент 1 практически закрыт, выходное напряжение и остаточный ток нагрузки стабилизатора близки к нулю. Наличие остаточного тока. величина котороro определяется сопротивлением второго резистора 13, предотвращает "опрокидывание" схемы и при незначительном увеличении сопротивления

55 нагрузки схема возвращается в исходное состояние

При наличии в схеме четвертога резистора 18 и конденсатора временной задержки 19 узел защиты 7 работает аналогично.

Отличие закл|очается в том, что срабатыватока 4 начинает протекать через первый диод 11, При этом напряжение на управляющем входе регулируюшего элемента 1 понижается, регулирующий элемент 1 подзапирается, выходное напряжение и ток нагрузки стабилизатора уменьшаются. При уменьшении выходного напряжения одновременно уменьшаются напря>кения íà верхнем плече второго 10 и третьего 12 резисторных делителей напряжения, при30 чем эти напряжения оказыва.отся такой величины, что ток нагрузки уменьшается практически линейно и пропорционально выходному напряжени|о стабилизатора и устанавливается на весьма низком уровне (одна ко схема не "о про киды вается "), При коэффициенте передачи — ðåòüåãî резисторного деллтеля напря>кения 12,выбранном произвольно, необходимый коэффициент передачи второго резисторного

"0 делителя напряжения 10 устанавливается при настройке тока срабатывания защиты, а необходимое соотношение между указанными коэффициентами передачи устанавливается автоматически.

183б670

20

50 ние защиты происходит с задержкой по времени.

При введении в стабилизатор пятого резистора 22 (при наличии четвертого резистора 18 и конденсатора 19} функциональные возможности схемы расширяются.

В этом случае отличия s работе стабилизатора заключаются в следующем.

При перегрузке по току или коротком замыкании нагрузки и уменьшении выходного напряжения стабилизатора напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя 9 уменьшается и становится равным нулю, тогда как напряжение на его инвертирующем входе. обусловленное наличием пятого резистора 22, остается положительным относительно выходного вывода 3 и определяется соотношением сопротивлений второго 13 и пятого 22 резисторов. Вследствие этого при возникновении неисправности операционный усилитель. 9 переходит во второе .устойчивое состояние, при котором напряжение на его выходе имеет наибольшее по величине отрицательное значение относительно выход- 25 ного вывода 3, регулирующий элемент 1 запирается и схема "опрокидывается". В этом режиме регулирующий элемент 1 полностью закрыт, выходное напряжение и ток нагрузки стабилизатора равны нулю.

Для возврата схемы в исходное состояние необходимо выкл ючить стабилизатор, устранить неисправность, а затем повторно включить стабилизатор.

При введении пятого резистора 22 чет.вертый резистор 18 и конденсатор 19 служат для предотвращения "опрокидывания" схемы при включении стабилизатора или при его кратковременных перегрузках по току. При этом, если время действия перегрузки по току меньше времени заряда конденсатора 19, схема не "опрокидывается" и после окончания перегрузки переходит в нормальный режим работы или возвращается в исходное состояние, Следует отметить некоторые особенности стабилизатора. Третий резистор 14 служит для обеспечения надежного запуска стабилизатора после подачи на него входного и вспомогательного питающих напряжений. Запуск осуществляется подачей через третий резистор 14 напряжения от стабилитрона 15 на инвертирующий вход дифференциального усилителя постоянного тока 4. Введение второго диода 17 позволяет устранить влияние напряжения стабилитрона 15 на источник опорного напряжения 2 при нормальном режиме работы стабилизатора, если напряжение стабилизации стабилитрона 15 выбрано меньшим, чем напряжение опорного источника 2.

При подключении неинвертирующего входа операционного усилителя 9 к среднему выводу nepaoro резисторного делителя выходного напряжения 5 третий реэисторный делитель выходного напряжения 12 может быть исключен из схемы стабилизатора.

Основными особенностями стабилизатора явля отея введение второго Ю и третьего 12 рвзисторных делителей выходного напряжения и подключение к их среднему выводу входов операционного усилителя 9, использование е качестве опорного напряжения в узле защиты 7 части выходного напряжения стабилизатора, а также разделение цепей питания операционного усилителя 9 и источника опорного напряжения 2 цепи обратной связи стабилизатора, Это позволило расширить функциональные возможности стабилизатора путем обеспечения самовозврата схемы в исходное состояние после устранения перегрузки по току или короткого замыкания, исклю. чить броски тока через регулирующий элемент 1 при включении стабилизатора, а также упростить узел защиты по току T u. повысить надежность стабилизатора — увеличить время наработки на отказ на 10-15 по сравнению с известными стабилизаторами.

Укаэанное построение узла защиты по току введением дополнительно второго 13, четвертого 18 и пятого 22 резисторов и конденсатора временной задержки 19 обеспечивает также "опрокидывание" стабилизатора при возникновении неисправности в цепи нагрузки.

Целесообразность разделения цепей питания операционного усилителя 19 и источника опорного напряжения 2 определяется тем, что при использовании в качестве источника опорного напряжения стабилитрона 15 нестабильность и пульсации выходного напряжения имеют большую величину а при питании операционного усилителя 9 от источника опорного напряжения 2 не обеспечивается запирание регулирующего элемента 1 и остаточный ток короткого замыкания имеет весьма большую величину.

В предлагаемом стабилизаторе указанное разделение цепей обеспечивает существенное уменьшение нестабильности и пульсаций выходного напряжения. а также полное запирание регулирующего элемента 1 при неисправностях в цепи нагрузки, Еще одной особенностью стабилизатора является введение третьего резистора

14, что позволило обеспечить надежный запуск стабилизатора. Необходимость цепи

1836670 запуска объясняется тем; что без-нее в первый момент времени после подачи на стабилизатор входного напряжения до появления выходного напряжения стабилизатора оба входа дифференциального усилителя постоянного тока 5 оказываются под нулевым потенциалом и стабилизатор может не запуститься.

Формула изобретения

1. Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий включенный в одну из силовых шин транзисторный регулирующий элемент, источник опорного напряжения, первым выводом подключенный к выходному выводу, дифференциальный усилитель постоянного тока, первый вход которого подключен к второму выводу источника опорного напряжения, а второй вход — к среднему выводу первого резисторного делителя напряжения, крайними выводами включенного между выходным выводом и общей шиной, причем выход дифференциального усилителя постоянного тока через первый резистор подключен к управляющему входу регулирующего элемента, узел защиты от перегрузок по току и коротких замыканий. состоящий из реэисторного датчика тока нагрузки, включенного между выходом регулирующего элемента и выходным выводом, операционного усилителя, инвертирующий вход которого подключен к среднему выводу второго резисторного делителя напряжения, один крайний вывод которого подключен к точке соединения регулирующего элемента с датчиком тока нагрузки. выход операционного усилителя через первый диод подключен к управляющему входу регулирующего элемента, о т личаа ющи йс я тем, что, с цельюупрощения, повышения надежности и улучшения эксплуатационных характеристик, в него вве5 дены третий резисторный делитель напряжения, второй и третий резисторы и два стабилизатора, при этом третий резисторный делитель напряжения крайними выводами включен между выходным выво10 дом и общей шиной, последовательная цепочка из двух стабилитронов одним крайним выводом соединена с выходным выводом, вторым крайним выводом через второй резистор с инвертирующим входом

15 операционного усилителя, а точкой соединения стабилитронов через третий резистор— с вторым выводом источника опорного напряжения, кроме того, неинвертирующий вход операционного усилителя подключен к

20 среднему выводу третьего или первого резисторного делителя напряжения, 2. Стабилизатор по и. 1, о т л и ч à ешийся тем, что в него введен второй диод, 25 включенный последовательно с третьим резистором.

3. Стабилизатор по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью обеспечения временной задержки при срабатывании за30 щиты, в узел защиты от перегрузок по току и коротких замыканий ввеДена цепочка из последовательно соединенных четвертого резистора и конденсатора, включенная между инвертирующим входом операционного

35 усилителя и вторым крайним выводом последовательной цепочки иэ двух стабилитро нов.

1836б70

Составитель Ю.Шуваев

Редактор Г.Мельникова Техред М.Моргентал Корректор П.Гереши

Заказ 3020 Тираж ПоДписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101