Непрерывный стабилизатор постоянного напряжения

 

Использование: в источниках электропитания электрои радиотехнической аппаратуры . Сущность изобретения:устройство содержит последовательный транзисторный регулирующий элемент, дифференциальный усилитель постоянного тока, три резисторных делителя напряжения, источник опорного напряжения, датчик тока нагрузки , включенный последовательно с регулирующим элементом, узел защиты от перегрузок по току и к.з., в состав которого входят операционный усилитель, промежуточный транзистор и упомянутые датчик тока и третий резисторный делитель напряжения. В устройство дополнительно введены два стабилитрона, балластный резистор и конденсатор временной задержки. Отпала необходимость в дополнительном источнике питания для питания усилителей. Это упрощает схему, повышает надежность и расширяет область использования устройства . 1 з.п.ф-лы, 1 ил. ъ Ј

союз советских социАлистических

РЕСПУБЛИК (юэ G 05 F 1/569 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4891441/07 . (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 П.Г. и др, Применение прецизионных аналоговых интегральных схем.

М.: Радио и связь, 1981, с. 156-,157.

Авторское свидетельство СССР

М 1365064, кл. G 05 F 1/569, 1988, (54) НЕПРЕРЫВНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГОО НАПРЯЖЕ Н ИЯ

{57) Использование: в источниках электропитания электро- и радиотехнической аппаратуры. Сущность изобретения. устройство

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

Цель изобретения — упрощение, повышение надежности и расширение области использования непрерывного стабилизатора постоянного напряжения.

На чертеже представлена схема непре.рывного стабилизатора постоянного напряжения.

Непрерывный стабилизатор постоянного напряжения содержит транзисторный регулирующий элемент 1, включенный в одну из силовых шин, дифференциальный усилитель постоянного тока 2. один вход которого!

Ы,„1836671 АЗ содержит последовательный транзисторный регулирующий элемент, дифференциальный усилитель постоянного тока, три резисторных делителя напряжения, источник опорного напряжения, датчик тока нагрузки, включенный последовательно с регулирующим элементом, узел защиты от перегрузок по току и к.з., в состав которого входят операционный усилитель, промежуточный транзистор и упомянутые датчик тока и третий резисторный делитель напряжения, В устройство дополнительно введены два стабилитрона, балластный резистор и конденсатор временной задержки.

Отпала необходимость в дополнительном источнике питания для питания усилителей.

Это упрощает схему, повышает надежность и расширяет область использования устройства, 1 з.п,ф-лы, 1 ил.

° аквай подключен к среднему выводу первого резиОО сторного делителя напряжения 3, крайними выводами включенного между выходными выводом 4 и общей шиной, а другой — к 0 и первому выводу источника опорного напря- 4 жения 5, второй вывод которого соединен с ъ общей шиной, узел защиты от перегрузок по току и коротких замыканий о. состоящий из резисторного датчика тока нагрузки 7, включенного между выходом регулирующего элемента 1 и выходным выводом 4, операционного усилителя 8, инвертирующий вход которого подключен к среднему выводу второго реэисторного делителя напряжения 9, один крайний вывод которого подключен к точке соединения регулирующего элемента

1 с датчиком тока нагрузки 7, выход опера1836671

55 ционного усилителя 8 через последовательно соединенные диод 10 и первый резистор

11 подключен к выходу дифференциального усилителя постоянного тока 2, а также первый 12 и второй 13 стабилитроны, балластный резистор 14, третий резисторный делитель напряжения f5 и конденсатор временной задержки 16, причем цепочка из последовательно соединенных балластного резистора 14, первого 12 и второго 13 стабилитронов включена между входным выводом и общей шиной, к точке соединения первого 12 и второго 13 стабилитронов подключен эмиттер промежуточного транзистора 17, коллектор которого подключен к управляющему входу регулирующего элемента 1, э база подключена к точке соединения упомянутых диода 10 и первого резистора 11, третий резисторный делитель напряжения 15 крайними выводами включен между выходным выводом 4 и общей ушиной, а средним выводом подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя 8, второй резисторный.делитель напряжения 9 крайними выводами включен между выходом регулирующего элемента 1 и точкой соединения первого 12 и второго

13 стабилитронов, а конденсатор временной задержки 16 включен между инвертирующим входом операционного усилителя 8 и общей шиной.

В стабилизатор могут быть введены второй резистор 18 и корректирующий конденсатор 19, причем второй резистор 18 включен между эмиттером промежуточного транзистора 17 и общей точкой первого 12 и второго 13 стэбилитронов. а корректирующий конденсатор 19 включен между базой промежуточного транзистора 17 и общей шиной.

Регулирующий элемент 1 состоит из проходного 20 и согласующего 21 транзисторов разного типа проводимости.

Третий резисторный делитель напряжения 15 состоит из резисторов 22 и 23, В коллекторную цепь промежуточного транзистора 17 может быть включен резистор 24, введение которого приводит к уменьшению напряжения коллектор-змиттер этого транзистора.

На выходе операционного усилителя 8 последовательно с диодом 10 может быть включен резистор 25, который обеспечивает необходимую величину обратного напряжения на переходе база-эмиттер промежуточного транзистора 17 при срабатывании узла защиты от перегрузок и коротких замыканий 6.

В стабилизатор может быть также введен третий резистор 26, включенный между

45 первым выводом источника опорного напряжения 5 и общей точкой первого 12 и второго 13 стабилитронов, который служит для обеспечения надежного запуска стабилизатора, Непрерывный стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом, При нормальном режиме работы стабилизатора часть его выходного напряженил, снимаемая со среднего вывода первого резисторного делителя напряжения 3, подается на инвертирующий вход дифференциального усилителя постоянного тока

2, на неинвертирующий вход которого поступает опорное напряжение с выхода источника опорного напря>кения 5. С выхода дифференциального усилителя постоянного тока 2 усиленный сигнал рассогласования через первый резистор 11 подается на базу проме>куточного транзистора 17. С коллектора промежуточного транзистора 17 напряжение через резистор 24 поступает нэ базу согласующего транзистора 21 и далее на базу проходного транзистора 20 регулирующего элемента 1. При изменении по какой-либо причине выходного напряжения стабилизатора изменяется сигнал рассогласования на выходе дифференциального усилителя постоянного тока 2 и состояние регулирующего элемента 1-таким образом, что выходное напря>кение стабилизатора возвращается практически к первоначальной величине.

Напряжение, подаваемое на инвертирующий вход операционного усилителя В, снимается со среднего вывода второго реэисторного делителя напряжения 9 и определяется падением напряжения на резисторном датчике тока нагрузки 7, пропорциональным току нагрузки стабилизатора, выходным напря>кением стабилизатора и напряжением стабилизации второго стабилитрона 13, а напряжение, подаваемое на неинвертирующий вход операционного усилителя 8, снимается со среднего вывода третьего резисторного делителя напряжения 15 и равно части выходного напряжения стабилизатора. Напряжение на верхнем плече третьего резисторного делителя напряжения 15 является опорным напряжением для узла защиты по току 6. При токе нагрузки стабилизатора, меньшем тока срабатывания узла защиты 6, напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя 8 ниже, чем напряжение на его неинвертирующем входе, вследствие чего операционный усилитель 8 находится в первом устойчивом состоянии и

A напряжение на его выходе имеет наибольшее положительное значение относительно

1836671

10

30

45

55 общей точки первого 12 и второго 13 стабилитронов, диод 10 закрыт и узел защиты 6 не влияет на работу стабилизатора.

При перегрузке по току или коротком замыкании нагрузки падение напряжения на датчике тока нагрузки 7 и, следовательно, напряжение, подаваемое на второй реэисторный делитель напряжения 9, увеличивается, конденсатор временной задержки 16 начинает подзаряжаться и напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя 8 относительно общей шины повышается, тогда как напряжение на его неинвертирующем входе остается неизменным. Вследствие этого напряжение на выходе операционного усилителя 8 понижается и становится отрицательным относительно общей точки первого

12 и второго 13 стабилитронов, диод 15 открывается и ток с выхода дифференциального усилителя постоянного тока 2 начинает протекать через диод 10 и резистор 25. При этом напряжение на базе промежуточного транзистора 17 понижается, промежуточный транзистор 17, а также согласующий 21 и проходной 20 транзисторы регулирующего элемента 1 подзапираются, выходное напряжение и ток нагрузки стабилизатора уменьшаются. При уменьшении выходного напряжения и тока нагрузки стабилизатора соответственно уменьшается падение напряжения на датчике тока нагрузки 7, напряжение на верхнем плече второго 9 и третьего 15 резисторных делителей напряжения, т.е. одновременно уменьшается напряжение на обоих входах операционного усилителя 8. Однако напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя

8 относительно общей точки первого 12 и второго 13 стабилитронов оказывается выше, чем напряжение на его неинвертирующем входе, и операционный усилитель 8 переходит во второе устойчивое состояние, при котором напряжение на его выходе имеет наибольшее отрицательное значение относительно укаэанной общей точки, регулирующий элемент 1 полностью запирается и схема "опрокидывается". указанная разность напряжений между входами операционного усилителя 8 обеспечивается вследствие того, что нижний вывод второго резисторного делителя напряжения 9 подключен не к общей шине, как у третьего резисторного делителя напряжения 15, а к катоду второго стабилитрона 13. Вследствие этого к инвертирующему входу операционного усилителя 8 прикладывается часть неизменного по величине напряжения второго стабилитрона 13, что создает положительную обратную связь по выходному напряжению стабилизатора и "опрокидывание" схемы при срабатывании защиты, В этом режиме напряжение не неинвертирующем входе операционного усилителя

8 ниже, чем напряжение на его инвертирующем входе, операционный усилитель 8 находится во втором устойчивом состоянии, при котором напряжение на его выходе имеет наибольшее по величине отрицательное значение, регулирующий элемент 1 полностью закрыт, выходное напряжение и ток нагрузки стабилизатора равны нулю.

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

При кратковременных перегрузках стабилизатора по току, например, при его включении, если время действия перегрузки меньше времени заряда конденсатора 16, схема не "опрокидывается" и после окончания перегрузки переходит в нормальный режим работы или возвращается в исходное состояние.

Третий резистор 26 служит для обеспечения надежного запуска стабилизатора (после подключения его к входному питающему напряжению) подачей через третий резистор 26 напряжения от второго стабипитрона 13 на неинвертирующий вход дифференциального усилителя постоянного тока 2. Необходимость цепи запуска обьясняется тем, что без нее в первый момент восле подачи на стабилизатор входного напряжения оба входа дифференциального усилителя постоянного тока 2 оказываются под нулевым потенциалом и стабилизатор может не запуститься, Основными особенностями непрерывного стабилизатора постоянного напряжения является введение в схему первого 12 и второго 13 стабилитронов и использование их в качестве вспомогательного источника питания для дифференциального усилителя постоянного тока 2 и операционного усилителя 8, подключение к общей точке этих стабилитронов эмиттера промежуточного транзистора 17, что позволило исключить вспомогательный источник, который обычно используется для питания усилителя по-. стоянного тока, операционного усилителя, источника опорного напряжения и т,д., и согласовать выходное напряжение дифференциального усилителя постоянного тока 2 с напряжением, подаваемым на базу промежуточного транзистора 17. Особенностью стабилизатора является также введение второго 9 и третьего 15 резисторных делитепей напряжения, подключение к их средним выводам входов операционного

1836671 усилителя 8 узла защиты 6, подключение нижнего вывода второго резисторного делителя напряжения 9 к катоду второго ста. билитрона 13, использование в качестве опорного напряжению части выходного напряжения стабилизатора, что позволяет согласовать выходное напряжение операционного усилителя 8 с напряжением. снимаемым с датчика така нагрузки 7, и обеспечить положительную обратную связь по выходному напряжению стабилизатора и

"опрокидывание" схемы при срабатывании защиты по току беэ использования дополнительных специальных цепей и элементов.

Укаэанные схемотехнические решения позволили существенно упростить схему стабилизатора и узла защиты по току и повысить надежность устройства — увеличить время наработки на отказ на 10-15, по сравнению с известными устройствами, а также расширить функциональные воэможности стабилизатора путем обеспечения возможности его использования на повышенные выходные напряжения без усложнения схемы и введения вспомогательного истОчника питания.

Формула и зоб ре тени я

1. Непрерывный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий транзисторный регулирующий элемент, включенный е одну из силовых шин, дифференциальный усилитель постоянного тока, один вход которого подключен к среднему выводу первого резисторного делителя напряжения, крайними, выводами включенного между выходным выводом и общей шиной. а другой вход - к первому выводу источника опорного напряжения, второй вывод которого соединен с общей шиной, узел защиты от перегрузок по току и коротких замыканий, состоящий из резисторного датчика тока нагрузки, включенного между выходом регулирующего элемента и выходным выводом, операционного усилителя, инвертирующий вход которого подключен к среднему выво20 литронов подключен эмиттер введенного рующему входу операционного усилителя, 30 второй реэисторный делитель напряжения крайними выводами включен между выхо40

15 ду второго резисторного делителя напряжения, один крайний вывод которого подключен к точке соединения регулирующего элемента с датчиком тока нагрузки, выход операционного усилителя через последовательно соединенные диод и первый резистор подключен к выходу дифференциального усилителя постоянного тока, о тл ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения, повышения надежности и расширения области использования, в него введены первый и второй стабилитроны, балластный резистор, третий резисторный делитель напряжения и конденсатор временной задержки, причем цепочка из последовательно соединенных балластного резистора, пе вого и второго стабилитронов включена между входным выводом и общей шиной, к точке соединения первого и второго стабипромежуточного транзистора, коллектор которого подключен к управляющему входу регулирующего элемента„а база подключена к точке соединения диода и первого резистора. третий резисторный делитель напряжения крайними выводами включен между выходным выводом и общей шиной, а средним выводом подключен к неинвертидом регулирующего элемента и точкой соединения первого и второго стабилитронов, а конденсатор временной задержки включен между инвертирующим входом операционного усилителя и общей шиной.

2. Стабилизатор по и, 1, о т л и ч а юшийся тем. что в него введены второй резистор и корректирующий конденсатор, причем второй резистор включен между эмиттером промежуточного транзистора и общей точкой первого и второго стабилитронов, а корректирующий конденсатор включен между базой промежуточного транзистора и общей шиной;

1836671

Составитель Ю.Шуваев

Редактор Г.Мельникова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М.Керецман

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", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101