Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки

 

О П И С А Н И Е 744521

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (6l) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 13.03.78 (21) 2588840/24-07 . (5!) М. Кл.з с присоединением заявки №вЂ”

С 05 F l(58

Гееуддрстееннмй комитет

CC.ÑÐ (23) Приорнтет—

Онублнковано 30.06.80. Бюллетень ¹24

Дата опубликования описания 05.07.80 (53) УДК 62!.3!6. .722. (088.8) ао делам изобретений и отирмтий (72) Авторы изобретения

А. В. Воробьев и А. В. Спиридонов (71) Заявитель (54) СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ЗАЩИТОИ

ОТ ПЕРЕГРУЗКИ

Изобретение относится к электротехнике может быть использовано в качестве вто. ричного источника питания аппаратуры различного назначения, выполненной на транзисторах и интегральных схемах.

Известен стабилизатор, который содержит последовательно регулирующий элемент, включеннйй между первой входной к первой выходной клеммами, схему управления, входы которой подключены к первой выходной и общей клеммам, а выход к управляющему электроду последовательно(ц: регулирующего элемента и устройствО импульсного запуска, входы которого соединены с первой входной и общей клеммами, а выходы — со схемой управления 1 .

Его существенным недостатком являет ся низкая чувствительность защиты от иерегрузок и значительная нестабильность ее порога срабатывания при воздействиях внептних факторов (температуре, напряжение питания). Известный стабилизатор имеет защиту лишь от сильных (многократных) Т0 ковых перегрузок и короткого замыкания на выходе. При небольших перегрузках па току (в 1,05 — 3 раза), превышающих величину максимального рабочего тока стаби2 лизатора, регулирующий элемент подвергается значительным перегрузкам потоку н мощности, стабилизатор потребляет значительный аварийный ток, Наиболее близким к изобретению по технической сущности является стабилизатор, содержащий регулирующи"; подключенный одним выводом к входной клемме; вторым через резистивный датчик тока— к выходной клемме,.а управляющим электродом — к выходу узла управления, состоя. тв: щего из усилителя постоянного тока, параметрического стабилизатора на опорном стабилнтроне и делителе выходного напряжения, сочиненного входами с выходной и общей клеммами, узел импульсного запуска, подl5 соединенный входами к входной и общей клеммам, а выходом — к дополнительному входу узла управления, последовательную цепь из дросселя защиты и туннельного дио. да, подклЮченную параллельно резистивному датчику тока, и транзистор защиты 121, 2l При возникновении перегрузки по току ре гулирующий элемент переходит в импульсный режим работы, периодически отключая и подключая нагрузку к источнику питания.

При этом длительности открытого и закры744521

56 того состояния регулирующего элемента близки друг к другу, что приводит к значительным его перегрузкам по мощности, обуславливает большие величины потребляемого тока и выходного напряжения в аварикнбм режиме, поскольку на выходе всегда имеется емкость.

Указанные недостатки значительно ухудшают надежность КПД и тем самым существенно ограничивают применение данного стабилизатора напряжения.

Цель изобретения — устранение перегрузки и последовательного регулирующего элемента по мощности и уменьшение тока,. потребляемого в. аварийном режиме.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизатор напряжения с. защитой от перегрузки дополнительно введен релаксационный генератор, выполненный на однопереходном транзисторе . и конденсаторе, причем базы однопереходного транзистора подключены параллельно опорному стабилитрону параметрического стабилизатора, . а управляющий электрод через конденсатор соединен с выходной клеммой, а дроссель защиты снабжен дополнительной обмоткой, подключенной к .базо-эмиттерному перехо. ду транзистора за щиты, коллектор-эмиттерный переход которого включен между уп правляющим электродом однопереходного транзистора и общей клеммой.

На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого стабилизатора.

Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки содержит регулирующий элемент 1. подключенный одним выходом к входной клемме 2, вторым через резистивный датчик 3 тока к выходной клемме 4, а управляющим электродом к выходу узла 5 управления, образованного усилителем 6 постоянного тока, параметрическим стабилизатором- на опорном стабилитроне 7 и резисторе 8 н делителем выходного напряжения па резисторах 9 и 10, соединенных вхолами с выходной 4 и общей l l клеммами, узел 12 импульсного запуска подсоединен входами к входной 2 и общей 11 клеммам, а выходом к дополнительному входу узла 5 управления, последовательную цепь из дросселя 3 защиты и туннельного диода 14, подключенную параллельно резистивному датчику 3 тока, релаксационный генератор 15 на однопереходном транзисторе 16 и кон. денсаторе 17 и транзистор 18 защиты, причем база однопереходного транзистора 16 подключена параллельно опорному стабилитрону 7 параметрического стабилизатора, управляющий электрод соединен через конденсатор 17 с выходной 4, а через коллектор-эмиттерный переход транзистора 18 защиты с общей шиной 11, дополнительная обмотка дросселя 13 защиты соединена с базоэмнттерным переходом транзистора 18 защиты, к выходной 4 и общей l l клеммам подключены нагрузка 19 и конденсатор 20 фильтра.

Стабилизатор напряжения работает следующим образом.

В нормальном режиме работы падение напряжения на резистивном датчике 3 тока меньше напряжения туннельного диода 14 и его рабочая точка находится на первой восходящей ветви вольт-амперной характеристики. При возникновении перегрузки по току падение напряжения на резистивном датчике 3 тока увеличивается пропорцио нально току нагрузки и при превышении им величины напряжения пика туннельного диода 4 рабочая точка последнего попадает на участок отрицательного сопротивления вольт-амперной характеристики. Благодаря индуктивности дросселя защиты в контуре, образованном туннельным диодом 14, дросселем 13 защиты и резистивным датчиком 3 тока возникают релаксационные колебания с частотой порядка десятков.и сотен килогерц и длительностью, исчисляемой единицами и десятками микросекунд. Частота re. нерируемых импульсов задается величиной индуктивности основной обмотки дросселя

13 защитй, а длительность и скважность. определяются величиной тока перегрузки (величиной падения напряжения на резистив ном датчике 3 тока). С дополнительной об. мотки дросселя 13 разнополярные импульсы напряжения указанной частоты и длитель- . ности поступают на вход транзистора 18 защиты, периодически отпирая и запирая его. Релаксационный генератор 15 после некоторой задержки, определяемой временем заряда конденсатора 17 импульсами коллекторного тока транзистора 18 до заданного порогового напряжения, вырабатывает имйульс напряжения, выделяющийся на ре-. зисторе 8. Амплитуда этого импульса, практически равная пороговому напряжению генератора U„„»; определяется суммой но- . минального напряжения на резисторе 8 и напряжения включения однопереходного транзистора 16, Эго значит, что амплитуда генерируемого импульса всегда будет заведомо больше номиыального напряжения на резисторе 8, что приводит к запиранию опорного стабилитрона 7 н усилителя б постоян ного тока, а следовательно и регулирующего элемента l. При этом выходное напряжение

U6b,„ уменьшается до уровня срабатывания токовой самозащиты стабилизатора, после чего усилитель 6 пос;оянного тока и регу. лирующий элемент 1 необратимо запираются, а 11в ц,. снижается до нуля. В выклю..ченном состоянии стабилизатор находится да момента поступления на усилитель 6 постоянного тока запускающего импульса от устройства 12 импульсного запуска, которое начинает работать при пропадании или значительном уменьшении Us Эанускающий импульс отпирает усилитель 6 постоянного тока и регулирующий элем»нт 1, 74452!

lJ„,„ начинает расти. Во время действия запускающего импульса регулирующий элемент 1 пропускает ток,. который воспринимается резнстивным датчиком 3 тока как токовая перегрузка, начинает работать ре лаксационный генератор на туннельном дио-де 14 и дросселе 13, однако генератор 15 задерживает выдачу импульса на запирание стабилизатора на время, большее длительности запускающих импульсов. После окончания импульса запуска и наличия пере. грузки на выходе генератор 15 вырабатывает запирающий импульс и стабилизатор снова закрывается. Важно отметить, что при больших перегрузках (4-х кратных и более), когда

U „ù значительно уменьшается (в 3-4 раза и более), генератор 16 может не работать, однако в этих случаях срабатывает токовая самозащита и выключает стабилизатор до прихода очередного запускающего импульса. При перегрузке регулирующий элемент 1 пропускает ограниченные возможности по величине импульсы тока с длительностью и скважностью запускающих импульсов, а поэтому средняя мощность,рассеиваемая регулирующим элементом в режиме перегрузки по току, оказывается весьма мало" (как минимум на порядок меньше его номинальной мощности), а ток, потребляемый стабилизатором — ничтожно малым.

При отсутствии перегрузки переходный процесс включения стабилизатора запускающим импульсом на этапе действия этого импульса аналогичен вышеописанному, однако после достижения !)вь,„номинального значения переходной процесс заряда емкости

20. заканчивается, релаксационный генератор на туннельном диоде 14 и дросселе 13 защиты прекращает работать и генератор .15 не успевает выработать запирающий импульс: Задержкой выдачи запирающего импульса генератором !5 на время переходного процесса выключения стабилизатора обеспечиваются нормальный запуск стабилизатора при отсутствии перегрузки и помехозащищенность устройства защиты (при действии кратковременных импульсных помех, наводок, скачков тока нагрузки).

Формула изобретения

Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки, содержащий регулирующий эле. мент, подключенный одним выводом к входной клемме, вторым через резистнвный датчик тока — к выходной клемме. а управляющим электродом — к выходу узла управления, состоящего из усилителя постоянного тока, параметрического стабилизатора на опорйом стабилитроне и делителе выходного напряжения, соединенного входами с выходной и общей клеммами, узел импульсного запуска, подсоединенный входами к входной и общей клеммам, и выходом — к дополнительному входу узла управления, последовательную цепь из дросселя защиты и туннельного диода, подключенную парал © лельно реэистивному датчику тока. и транзистор защиты, отличающийся тем, что, с целью устранения перегрузки регулирующего элемента по мои ности и уменьшения то ка, потребляемого в аварийном режиме, в него введен релаксационный генератор, выполненный на однопереходном транзисто ре и конденсаторе, причем база однопереходного транзистора подключена параллельно опорному стабилитрону параметрического стабилизатора, а управляющий электрод через конденсатор соединен с выходной клеммой, дроссель зашиты снабжен дополнитель ной обмоткой, подключенной к базо-эмиттерному переходу тра нэистора эа щиты. коллектор-эмиттерный переход которого вклю- . чен между управляющим электродом одно3$ переходного транзистора и общей клеммой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Авторское свидетельство СССР № 519690,.кл. G 05 F 1/58, 1976.

4О 2. Авторское свидетельство СССР № 508783, кл. G 05 Г 1/58, 1976.

Составитель. Ю. Опадчнй

Редактор A. Мотыль Техред К. И1уфрич Корректор Г. Назарова

Заказ 3793/12 Тираж 956 Подписное

1111ИИ11И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж- 35, Раушекан наб., д. 4/5

Филиал 1И1П «Патент т г. Ужгород, ул. Проектиан, 4