Стабилизатор постоянного напряжения с комбинированной защитой

 

Использование: в источниках электропитания. Сущность: стабилизатор напряжения с комбинированной защитой, содержащий блок управления и включенные последовательно в силовую шину ключ и регулирующий элемент, параллельно которому включен стабилитрон, причем блок управления соединен с управляющим электродом регулирующего элемента, отличающийся тем, что в него введен оптрон, светоизлучатель которого через ограничивающий резистор включен последовательно со стабилитроном, первый фототранзистор оптрона эмиттером и базой подключен к выводам включенного последовательно с регулирующим элементом датчика тока, коллектор первого фототранзистора оптрона подключен к управляющему входу регулирующего элемента и выходу блока управления, второй фототранзистор оптрона подключен эмиттером к управляющему входу ключа, а коллектором через ограничительный резистор или ограничительный стабилитрон к общей шине. Техническим результатом является упрощение стабилизатора и расширение его функциональных возможностей. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в источниках электропитания.

Известны источники электропитания с защитой от перенапряжения регулирующего элемента и защитой от коротких замыканий. В стабилизаторе постоянного напряжения [1] , содержащем датчик перегрузки от перенапряжения, стабилитрон защиты, регулирующий элемент, последовательно включенный в токовую шину, устройство управления стабилизатором, последовательно со стабилитроном включен исполнительный элемент - транзистор защиты.

Недостатком известного устройства является отсутствие защиты от перегрузок по току.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является стабилизатор постоянного тока, содержащий включенные последовательно регулирующий элемент и нагрузку, блок управления, соединенный с управляющим входом регулирующего элемента, в котором параллельно регулирующему элементу включен тиристор с первым стабилитроном в его анодной цепи, между катодом тиристора и его управляющим электродом включен второй стабилитрон, а между управляющим электродом тиристора и катодом первого стабилитрона включен третий стабилитрон, в цепь для подключения нагрузки введен ключ, управляемый вход которого соединен с эталонным резистором [2].

Недостатком такого устройства являются его сложность, а также отсутствие защиты от перегрузок по току (имеется защита от короткого замыкания) и индикации неисправностей.

Цель изобретения - упрощение устройства, расширение его функциональных возможностей.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее стабилизатор напряжения с комбинированной защитой, содержащей блок управления и включенные последовательно в силовую шину ключ и регулирующий элемент, параллельно которому включен стабилитрон, причем блок управления соединен с управляющим электродом регулирующего элемента, введен оптрон, светоизлучатель которого через ограничительный резистор включен последовательно со стабилитроном, первый фототранзистор оптрона эмиттером и базой подключен к выводам включенного последовательно с регулирующим элементом датчика тока, коллектор первого фототранзистора оптрона подключен к управляющему входу регулирующего элемента и выходу блока управления, второй фототранзистор оптрона подключен эмиттером к управляющему входу ключа, а коллектором через ограничительный первый дополнительный резистор или ограничительный дополнительный стабилитрон к общей шине.

Кроме того, в него введен светодиод, включенный последовательно со стабилитроном.

Введена оптопара, светоизлучатель которой включен последовательно со стабилитроном, а фотоприемник через второй дополнительный ограничительный резистор подключен к источнику входного напряжения.

Сравнительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается наличием новых блоков (например, оптрона) с их связями с остальными узлами и элементами схемы. Таким образом, заявленное устройство является новым, т.к. оно неизвестно из уровня техники.

Сравнение заявленного устройства с другими техническими решениями показывает, что при введении новых узлов с указанными связями с остальными элементами появляются новые свойства, такие как защита от перегрузки по току, индикация неисправностей. Это позволяет сделать вывод о том, что техническое решение имеет изобретательский уровень, т.к. для авторов оно явным образом не следует из уровня техники.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства, фиг. 2 - выходная характеристика, фиг. 3, 4 - варианты исполнения.

Устройство содержит регулирующий элемент 1, включенный в силовую шину, блок управления 2, соединенный выходом с управляющим входом регулирующего элемента 1, входами с нагрузкой 3; последовательно с эмиттером регулирующего элемента 1 включен датчик тока 4, параллельно регулирующему элементу 1 включен стабилитрон 5, светоизлучатель 6 оптрона 7, ограничительный резистор 8 и светодиод 9, параллельно элементам 6, 5, 9 включен конденсатор 10, эмиттер и база первого фототранзистора 11 подключены к датчику тока 4, а коллектор его соединен с управляющим входом элемента 1, эмиттер второго фототранзистора 12 оптрона 7 подключен к входу ключа 13, включенного в силовую шину, коллектор элемента 12 подключен к общей шине через дополнительный ограничительный резистор 14 или стабилитрон 15. Элементы 5, 6, 8, 9, 10 представляют собой параллельную ветвь, подключенную параллельно к регулирующему элементу. 1 При выполнении ключа 13 на тиристоре (фиг. 3) его управление осуществляется через элементы 12, 16, 17 и диод 18, включенный между управляемым входом элемента 1 и коллектором элемента 12, эмиттер которого подключен к общей шине. Вместо элемента 9 может быть установлен светоизлучатель 19 тиристорной оптопары 20, фотоприемник 22 которой включен через ограничительный резистор 23 (фиг. 4).

Устройство, изображенное на фиг. 1, работает следующим образом. В нормальном режиме работы элемент 5 находится в закрытом состоянии, излучатель 6 обесточен, фототранзисторы 11 и 12 закрыты, ключ 13 включен и стабилизатор выполняет свои основные функции. Стабилитрон 5 выбирается из условия, что при максимально допустимом входном напряжении и минимальном токе нагрузки он не пробивается, но если по каким-либо причинам (превышение входного напряжения, КЗ в нагрузке) напряжение на регулирующем элементе 1 превысит расчетное значение, стабилитрон 5 входит на участок пробоя Зенера, начинает протекать ток через светоизлучатель 6, открывается транзистор 11, стабилизатор входит в режим токоограничения (участок AB на фиг. 2) и затем лавинообразно открывается элемент 1 (участок CB). Открывается и фототранзистор 12, начинает протекать ток через резистор 14, который может быть рассчитан таким образом, чтобы при определенном, но допустимом U_вх ключ 13 не отключался. Элемент 9 сигнализирует об этом аварийном состоянии. Для защиты от превышения входного напряжения вместо элемента 14 устанавливается пороговый элемент (например, дополнительный стабилизатор) 15. В этом случае при достижении U_вх максимально допустимой величины ключ 13 срабатывает, отключая входное напряжение от стабилизатора. Конденсатор 10 обеспечивает помехоустойчивость устройства при включении и переходных процессах.

При исполнении ключа 13 в виде тиристора в нормальном режиме работы тиристор 13 включен (ток управления протекает через элемент 16), диод 18 закрыт, закрыты фототранзисторы 11, 12. При любом из аварийных режимов (перенапряжение на регулирующем элементе, перегрузка по току) открываются элементы 11, 12, 18, тиристор 13 закрывается. При подключении точки b в точку c светодиод 9 индицирует неисправность, а напряжение на элементе 1 распределяется на элементы 1 и 13.

При необходимости индикации общего аварийного состояния (фиг. 4) при протекании тока через элемент 19 включается фотоприемник 22 и затем светодиод 22.

Таким образом, предложенное устройство осуществляет комбинированную защиту с индикацией неисправности. Предложенные сведения подтверждают возможность осуществления предлагаемого изобретения.

Источники информации 1. А.с. СССР N 413470, G 05 F 1/58, БИ 4, 1974.

2. А.с. СССР N 573803, G 05 F 1/58, БИ 35, 1977.

Формула изобретения

1. Стабилизатор напряжения с комбинированной защитой, содержащий блок управления и включенные последовательно в силовую шину ключ и регулирующий элемент, параллельно которому включен стабилитрон, причем блок управления соединен с управляющим электродом регулирующего элемента, отличающийся тем, что в него введен оптрон, светоизлучатель которого через ограничительный резистор включен последовательно со стабилитроном, первый фототранзистор оптрона эмиттером и базой подключен к выводам включенного последовательно с регулирующим элементом датчика тока, коллектор первого фототранзистора оптрона подключен к управляющему входу регулирующего элемента и выходу блока управления, второй фототранзистор оптрона подключен эмиттером к управляющему входу ключа, а коллектором через первый дополнительный ограничительный резистор или дополнительный ограничительный стабилитрон - к общей шине.

2. Стабилитрон по п. 1. отличающийся тем, что в него введен светодиод, включенный последовательно со стабилитроном.

3. Стабилитрон по п. 1, отличающийся тем, что в него введена оптопара, светоизлучатель которой включен последовательно со стабилитроном, а фотоприемник - через второй дополнительный ограничительный резистор подключен к источнику входного напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4