Стабилизатор постоянного напряжения с защитой

 

Использование: в источниках вторичного электропитания РЭА. Сущность изобретения: стабилизатор напряжения с защитой содержит последовательно включенные в силовую цепь датчик тока 1 и регулирующий транзистор 2, составной транзистор 3 и защитный транзистор 4. Новым в устройстве является то, что измерение тока нагрузки стабилизатора производится дифференциальным усилителем 12 с помощью измерительной цепи, образованной введенными в стабилизатор двумя делителями напряжения 5, 8 и датчиком тока 1, причем второй делитель напряжения 8 подключен к компенсирующему резистору 11. В результате порог срабатывания защиты по току не зависит от изменения коэффициента усиления регулирующего транзистора 2, что позволяет повысить функциональную надежность стабилизатора напряжения. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Целью изобретения является повышение функциональной надежности, что достигается повышением точности и стабильности порога срабатывания защиты по току.

На фиг. 1 представлена электрическая схема стабилизатора напряжения с защитой; на фиг. 2 - эквивалентная схема измерительной цепи схемы защиты.

Стабилизатор постоянного напряжения с защитой содержит последовательно включенные в силовую шину (U_вх) между входным и выходным выводами датчик тока 1 и регулирующий транзистор 2, составной транзистор 3, эмиттером подключенный к базе регулирующего транзистора 2, защитный транзистор 4, эмиттером подключенный к точке соединения эмиттера регулирующего транзистора 2 и датчика тока 1, а коллектором к базе составного транзистора 3. Параллельно входу стабилизатора напряжения до датчика тока 1 подключен первый делитель напряжения 5, состоящий из резисторов 6, 7 первым резистором первого делителя 6 подключенный ко входу датчика тока 1, а вторым резистором первого делителя 7 - к общему проводу, к выходу датчика тока 1 подключен второй делитель напряжения 8, состоящий из резисторов 9, 10, первым резистором второго делителя 9, причем второй резистор второго делителя 10 подключен к компенсирующему резистору 11, к которому подключен коллектор составного транзистора 3. Делители напряжения 5, 8 в совокупности с датчиком тока 1 и компенсирующим резистором 11 образуют измерительную цепь схемы защиты (см. фиг. 2). К средним выводам делителей 5 и 8 (на фиг. 2 не обозначены) подключены входы дифференциального усилителя 12 (U_дф), выход которого соединен с базой защитного транзистора 4. Стабилизатор постоянного напряжения начинает работать при подаче напряжения питания на выходные шины (U_вх). Входное напряжение через датчик тока 1 поступает на эмиттер регулирующего транзистора 2, который в зависимости от величины сигнала от усилителя постоянного тока (схема сравнения и УПТ в схеме не показаны), усиленного составным транзистором 3, передает его на выход стабилизатора. Кроме того, входное напряжение делится первым делителем напряжения 5 и подается на инверсный вход дифференциального усилителя 12. На прямой вход дифференциального усилителя 12 подается напряжение со второго делителя напряжения 8, в верхнее плечо которого введено падение напряжения на датчике тока 1, а в нижнее - падение напряжения на компенсирующем резисторе 11. В результате при повышении тока нагрузки напряжение, снимаемое с выхода второго делителя напряжения 8, будет уменьшаться под действием падения напряжения на датчике тока 1, а под действием падения напряжения на компенсирующем резисторе 11 - увеличиваться. Ток через компенсирующий резистор 11 определяется током базы регулирующего транзистора 2, который является источником нестабильности порога срабатывания защиты по току, поэтому компенсироваться будет только составляющая тока через датчик тока 1, вызывающая нестабильность. Номиналы элементов выбраны таким образом, что суммарное напряжение на выходе второго делителя 8 будет уменьшаться и при достижении им величины, равной напряжению, снимаемому с выхода первого делителя 5, произойдет срабатывание защиты.

При этом через датчик тока I протекает сумма тока нагрузки (I_н) и тока базы (I_б) регулирующего транзистора 2, создавая на нем падение напряжения UR1 = R1^. (I_н + I_б) = R1^.I_н + R1^.I_н/h21_э (1) где h21_э - коэффициент усиления регулирующего транзистора 2.

Из (1) видно, что I_б является источником погрешности, а вследствие изменения h 21_э под воздействием различных ВВФ и источником нестабильнности порога срабатывания защиты по току. Для уменьшения этой нестабильности второй делитель напряжения подключен к компенсирующему резистору 11, падение напряжения на котором, образуемое за счет тока коллектора составного транзистора 3, направлено аналогично составляющей падения напряжения на датчике тока I, образованной I_б регулирующего транзистора 2, но так как оно приложено в нижней части второго делителя 8, то компенсирует его. Составной транзистор 3 имеет высокий коэффициент усиления, поэтому можно с большой степенью точности считать, что I_б транзистора 2 равен I_к транзистора 3. При условии, что R₁, R₁₁ << R₉, R₁₀, можно считать, что R₁, R₁₁ являются источниками напряжения UR₁, UR₁₁. Тогда эквивалентная схема измерительной цепи защиты имеет вид, представленный на фиг. 2.

Анализ схемы показывает, что напряжение на входах дифференциального усилителя 12 (U_дф) можно выразить следующей формулой: U_дф = U_вх^.K₁ - UR₁₁ - (U_вх - UR₁ - UR₁₁)^.K₂ (2), где К₁ = R₇/(R₆ + R₇), K₂ = R₁₀/(R₉ + R₁₀) - коэффициенты передачи делителей напряжения.

UR₁₁ определяется по следующей формуле: UR₁₁ = R₁₁^. I_б = R₁₁^. I_н/h21_э (3) Подставив (3) и (1) в (2), получим U_дф = U_вх(K₁ - K₂) + R₁ ^. I_н K₂ + R₁^.I_нx x K₂/h21_э - R₁₁^.I_н (I - K₂)/h21_э (4) Из формулы (4) видно, что полная компенсация влияния изменения коэффициента усиления регулирующего транзистора 2 достигается при R₁ ^. K₂ = R₁₁(I - K₂) (5), а выражение для определения R₁₁ имеет следующий вид:
R₁₁ = R₁ K₂/(1 - K₂) (6).

Срабатывание защиты будет происходить при U_дф = 0, т. е. при
U_вх(K₁ - K₂) = - R₁^.I_н К₂ (7)
При R₁ ^.I_н = U_пор,
U_пор = U_вх(I - K₁/K₂) (8)
Таким образом, используя выражения (6), (8) можно рассчитать измерительные цепи стабилизатора постоянного напряжения, в котором порог срабатывания защиты по току не зависит от изменения коэффициента усиления регулирующего транзистора, что позволяет повысить функциональную надежность стабилизатора напряжения. (56) С. В. Левинзон Защита в источниках электропитания РЭА М. , "Радио и связь", 1990, с. 78.

Авторское свидетельство СССР N 1357936, кл. G 05 F 1/573, 1985.

Авторское свидетельство СССР N 1026130, кл. G 05 F 1/573, 1982.

Формула изобретения

СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ЗАЩИТОЙ, содержащий последовательно включенные в силовую шину между входным и выходным выводами датчик тока и регулирующий транзистор, составной транзистор, эмиттером подключенный к базе регулирующего транзистора, и защитный транзистор, эмиттером подключенный к точке соединения эмиттера регулирующего транзистора и датчика тока, а коллектором - к базе составного транзистора, отличающийся тем, что, с целью повышения функциональной надежности путем повышения точности и стабильности порога срабатывания защиты по току, в него введены два резистивных делителя напряжения, компенсирующий резистор и дифференциальный усилитель, причем первый резистивный делитель напряжения включен между входным выводом и общей шиной, второй резистивный делитель напряжения - между точкой соединения эмиттеров регулирущего и защитного транзисторов с датчиком тока и коллектором составного транзистора, компенсирующий резистор включен между коллектором составного транзистора и общей шиной, входы дифференциального усилителя соединены с выходами резистивных делителей напряжения, а выход - с базой защитного транзистора, при этом номиналы компенсирующего резистора R_k и резистора R_д.т датчика тока связаны соотношением R_k = R_д.т · K₂ (1 - K₂), а порог напряжения срабатывания защиты по току U_пор = R_д.т · I_H выбран из условия U_пор = U_вх (1 - K₁ / K₂), где K₁, K₂ - коэффициенты передачи соответственно первого и второго резистивных делителей напряжения; I_H - ток нагрузки; U_вх - входное напряжение.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2