Стабилизированный источник питания

Стабилизированный источник питания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕтКНИЯ " 85 З8

Сеюа Сеаетскни

Сецнааистнческии

Республик

К АЭТОУСКОМУ С ТВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. санд-ау— (22} Заявлено 171279 (21) 285к572/24-07 (51)М. Кл З

G 05 F 1/58. с присоединением заявки тров

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23)МЧрноритет—

Оттублмковамо ЗЦ07.81. бюллетень Н9 28 (53) УДК Ы1. З18. .722.1.(088.8) Дата опублнкованняопнсання 300781 (72) Авторы (54) СТАБИИИЗЯРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

Стабилизированный источник питания

1 относится к электротехнике и может быть использован для питания стабилизирован,ным фиксированным или регулируемым

,напряжением радиоэлектронной аппаратуры, в частности аппаратуры автоматики и вычислительной техники повышенного быстродействия.

Известны стабилизированные источники питания, выполненные по схеме компенсационного стабилизатора напряжения последовательного типа с блоком защиты от перегрузок по току и короткого замыкания. Блок защиты от перегрузок по току и короткого 15 заэыкания в известных стабилизированных источниках питания содержит датчик тока, включенный между выходом выпрямителя и коллектором проходного транзистора, усилительный и ис- Ю полнительный транзисторы P1). и P2).

Наиболее близким к предлагаемому является стабилизированный источник питания, содержащий датчик тока, включенный в силовую шину последовательно с проходным транзистором ре- гулирующего элемента, управляктаей цепью подсоединенного к выходу измерительно-усилительного узла, состоя-., щего из усилителя обратной связи и 30 источника опорного напряжения, включающего в себя высокоомный токостабилизирукщий двухполюсник, а также соединенные параллельно опорный стабилитрон, подключенный анодом к общей шине прецизионный резистивный делитель напряжения, выпрямитель, выход которого подсоединен к первому выводу датчика тока, ко второму выводу которого подключен коллектор проходного транзистора регулирующего элемента и фильтрующий конденсатор, блок защиты от перегрузок по току и короткого заиыкания, состоящий иэ униполярного усилительного и биполярного исполнительного транзистора, параллельно соединенных резистора и конденсатора, включенных между стоком униполярного усилительного и эмитте-. ром проходного транзисторов, последовательной цепочки из двух резисторов, один из которых зашунтирован база-эмиттерные переходом биполярного исполнительного транзистора и один из выводов указанной цепочки соединен с эмиттером проходного транзистора регулирующего элемента, параллельной

RC-цепочки, первый вывод которой под.ключен к затвору униполярного усилительного транзистора, а второй — к

851381 его истоку и к первому выводу датчика тока, диода, катод которого соединен ° со вторым выводом датчика тока, а анод - через резистор .- с первым выводом параллельной RC-цепочки, соединенных последовательно резистора

g светодиода индикации перегрузки, причем резистор подключен к общей шине f33 . . Недостатком известного устройства является существенное увеличение напряжения противоФаэного сигнала на входе диФФеренциального усилителя обратной связи (УОС), после отсечки выходного тока и сброса выходного напряжения вследствие перегрузки ,стабйлизатора или короткого замыкания нагрузки, что приводит, если не принять меры, к перегрузке УОС по току, так как исполнительный транзистор блока защиты открыт и насыщен, и к выходу из строя источника питания.

Следует отметить также недостаточную яркость свечения индикаторного светодиода в блоке защиты при наличии перегрузки. Для обеспечения до-. статочной яркости свечения маломощный униполярный усилительный транзистор должен работать в режиме максимально допустимого тока стока, что не соответствует требованиям по надежности.

Цель изобретения - исключение перегрузки усилителя обратной связи измерительно-усилительного узла, уменьшение при этом полного выходного сопротивления источника питания, а также повышение надежности индикации перегрузки.

Указанная цель достигается тем, что в стабилизированном источнике питания введены в блок защиты два транзистора, эмиттеры которых соединены с высокоомным токостабилизирующим двухполюсником источника опорного напряжения; база первого из них соединена со стоком униполярного уси лительного транзистора, а база втоРого - с управляющей цепью регулирующего элемента, при этом коллектор первого транзистора соединен с катодом опорного стабилитрона, а коллектор второго - с другим выводом последовательной .цепочки из двух резисторов и с анодом светодиода индикации

neperpyaки, кроме того, параллельно цепи сток-исток .униполярного усилительного транзистора блока защиты подКлючен стабилитрон катсдом к истоку, а анодом к стоку.

На чертеже представлена функциональная схема стабилизированного.источника питания.

Источник питания содержит выпрямитель 1, датчик 2 тока, ФильтруюФдй конденсатор 3, регулирукщий элемент 4 с проходным транзистором 5, включенным последовательно с нагруэкой, измерительно-усилительный узел б, состоящий из усилителя 7 обратной связи (УОС), выход которого соединен с управляющей цепью регулирукщего элемента, и источника 8 опорного напряжения, включающего в себя высоко, омный токостабилизирукщий двухполюсник 9, опорнйй стабилитрон 10, подключенный анодом к общей шине источника питания, и прецизионный резистивный делитель 11 напряжения, а также блок 12 защиты. В состав блока

12 входят униполярный усилительный транзистор 13, в стоковую цепь которого включены соединенные параллельно Резистор 14 и конденсатор 15, 15 транзисторы 1е и 17, тип проводимости которых противоположен типу проводимости проходного транзистора регулирующего элемента, причем соединенные вместе эмиттеры этих тран-

Щ зисторов подкпючены к высокоомному токостабилизирующему двухполюснику источника опорного напряжения, базы соответственно — к стоку униполярного усилительного транзистора 13, и чеРез Резистор - к выходу УОС, коллектор первого — к аноду опорного стабилитрона .и соответствукзцему выводу делителя, а коллектор второго — к аноду .светодиода 18, катод которого через резистор 19 соединен с общей шиной, и к резистору 20, соединенному другим выводом с резистором 21, параллельно которому подсоединен переход база-эмиттер биполярного исполнительного транзистора 22, эмиттер которого подключен к эмиттеру проходного транзистора, а коллектор - к выходу УОС и к выходу управляющей цепи регулирукщего эмиттера 4.

Во входную цепь униполярного усн1О лнтельного транзистора 13 включена параллельная RC-цепочка из резистора

23 и конденсатора 24, первый вывод которой подключен к затвору, а второй - к истоку и к первому выводу датчика. тока. Диод 25 соединен катодом со вторым выводом датчика тока, а анодом - через Резистор 26 - с затвором и первым выводом параллельной

RC-цепочки. K истоку униполярного транзистора 13 блока защиты подключен катод стабилитрона 27, а его анод соединен со стоком этого транзистора.

Устройство работает следующим образом.

Так как датчик тока 2 соединен своим высокопотенциальным выводом с выводом выпрямителя 1, а низкопотен- циальным — с фильтрукщим конденсатором 3, то через него протекает пульсирующий ток.

g) За исходное принято состоянйе, соответствующее величине. выходного тока, не превышакщей некоторого допустимого значения, При этом величина падения напряжения на датчике 2

$5 такова, что при выбранных сопротив851381 лениях резисторов 23 и 26 падение напряжения на первом иэ них не превыаает порогового напряжения униполярного усилительного транзистора 13,, и последний заперт. Транзисторы 16 и

17, а также токостабилизирушций двухполюсник 9 источника 8 опорного иа.5 пряжения образуют переключатель тока.

Полярность напряжения -между базами транзисторов 16 и 17 такая, что транзистор 16 открыт, и ток, определяемый токостабилизирующим двухполюсником 9, проходит через опорный стабилитрон 10 и резисторы делителя 11, обеспечивая требуемую величину опорного напряжения на неинвертирующем входе УОС 7. Транзистор 17 заперт, поэтому ток через резисторы 20 и 21 не проходят, а биполярный транзистор

22 и светодиод 18 также заперты. Таким образом, источник питания обеспечивает на нагрузке стабилизирован- 20 ное напряжение. Через резистор 14 при этом протекает базовый ток открытого транзистора 16. Величина сопротивления резистора 14 выбирается иэ условия 25 чэ — 0,7-0,8

14 (1 - 616) Iq (6) 1 . Ч о + 1 "Чьих

44 R где V — напряжение стабилиза о ции стабнлитрона 10;

Ч,ц + 1 — напряжение между соединенными эмиттерами транзисторов переключателя тока и общей

ШИН Ой.

В То же время, так как ток, проте кающий через резистор 14, есть ток .базы открытого транзистора 16, справедливо выражение

35

40 (2) 16) 9 где CC — коэффициент передачи эмиттерного тока транзистора 16;

19 — выходной ток высокоомного 45 токостабилизирукщего двухполюсника 9. где

Приравнивая правьте части (1) и (2), получаем 50

- ъ..".. (8) й,1Л

Благодаря включению параллельно

55 резистору 14 конденсатора 15 транзистор 16 заперт, а 17 открыт в любой фазе переменной составлякицей

° пульсирующего напряжения выпрямителя 1 до тех пор,-пока открыт тран40 зистор 13, то есть пока существует перегрузка по току источника питания.

В результате переключения транзисторов 16 и 17, вследствие возникновения перегрузки по току выключается

Ю ОИХ

И (1 -<„,) 1, (3) Другим ограничением на величину сопротивления резистора 14 является .нвобходимость отсутствия переключеиия транзисторов 16 и 17 при отсутствии перегрузки источника питания.

Это обеспечивается, если падение напряжения, создаваемое базовым током открытого транзистора 16 не изменяет полярность действукщего между базами транзисторов 16 и 17 напряжения и .не уменьщает величину этого напряжения ниже 0,7-0,8 В, то есть если выпол« няется условие

Чэ — ь Ч 7r 0,7-0,8 В, (4) 6 Л где Ч, . — напряжение между эмитте3 Л ром проходного транзистора 5 и выводом управляющей цепи регулирукщего элемента 4;

Ь 714 — падение напряжения на ре-. зисторе 14.

ЬЧ Л - (1 — СК, ) 19а,„(5) Из (5) с учетом (4) определяется максимальное значение сопротивления резистора 14

Если ток нагрузки по какой-либо причине превышает некоторое допустимое значение, то величина падения напряжения на датчике 2 возрастает настолько, что напряжение на резисторе 23 превыаает пороговое значение напряжения для транзистора 13. Последний отпирается и ток стока обеспечивает увеличение падения напряжения на резисторе 14 настолько, что изменяется полярность напряжения между базами транзисторов 16 и 17, а величина этого напряжения обеспечивает надежное переключение упомянутых транзисторов, то есть транзистор 17 отпирается, а транзистор 16 запирается. Минимальная величина тока стока транзистора 13, обеспечивающая надежное переключение транзисторов 16 и 17 при возникновении перегрузки и удержание транзистора 16 запертым, пока открыт транзистор 13, определяется из условия

Ч вЂ” аЧ С - 0,7 — (-0,8 В) (7) ээ-эЛ аЧЛЛ йМ 1С Ъ

1 .1з — ток стока транзистора 13.

Из (6) следует, что минимальная величина тока стока

851381 опорный стабилитрон 10 и происходит сброс напряжения на инвертирукщем входе УОС 7, а следовательно, иа выходе источника питания. Тем самым исключается перегрузка УОС 7 по току, Ток высокоомного двухполюсника 9 при этом протекает через открытый транзистор 17 и в коллекторной цепи последнего разветвляется, часть тока протекает через светодиод 18 индикации перегрузки и резистор 19, обеспечивая тем самым индикацию перегрузки, а другая часть тока - через резисторы 20, 21 к нагрузку источника питания. Падение напряжения на резисторе 21 обеспечивает отпирание вплоть до насыцеиия исполнительного транзис- 15 тора 22, выключение тем самым транзисторов регулирующего элемента 4 и отсечку выходного тока источника питания..Вследствие отсечкк выходного тока падение напряжения на датчике 2 -Щ уменьшается; транзистор 13 запирается, обеспечивая переключение транзисторов

16 и 17 в исходное состояние. При этом выключается транзистор 22 и светодиод 18, отпираются транзисторы регулирукщего элемента 4, включается стабилитрон 10, обеспечивая опорное напряжение на неинвертирукщем входе

УОС 7. Если действие перегрузки по току не прекращается, то блок защиты

12 снова обеспечивает отсечку выходного тока источника питания и так далее, пока не прекратится действие перегрузки по току.

Так как при возникновении перегруз.ки источника питания по току происходит сброс опорного напряжения на неинвертирующем входе УОС 7, исключающий перегрузку последнего по току, то отсутствует необходимость во включении ограничительных резисторов 4О в выходную цепь УОС, имекщего место при использовании известных техническиХ решений. Тем самым обеспечивается уменьшение полного выходного сопротивления заявляемого источника 45 питания по сравнению с выходным сопротивлением известных источников °

Надежность индикации обеспечивается включением светодиода 18 индикации в коллвкторную цепь транзистора 17 5О переключателя тока. При этом максимальный ток коллектора транзистора (иапркмвр КТ 203, .КТ Зб1) превыаает примерно в 2 раза минимальный рабочий. ток светодиода индикации. Благодаря включению стабилитрона 27 параллельно цепи сток-исток транзистора 13 обеспечивается надежное функционирование.блока защиты 12 при значениях напряжения на выходе выпрямителя 1, превыаающих допустимое 40 значение напряжения сток-исток (Ч „) транзистора 13, а также.при регулировании (ступенчатом или плавном) напряжении ка выходе источника питания. Стабилитрон 27 выбирается с 65 напряжением стабилизации более низким, чем V д транзистора 13. При этом в случае возникновения короткого замыкания на выходе источника питания, либо после сброса выходного напряжения в случае перегрузки по току включается стабнлитрон 27 к тем саьым ограничивается напряжение Ч транзистора 13 на уровне значения ниже допустимого.

Сущность предлагаемого устройства не изменится, если резистивный делитель 11 напряжения источника 8 опорного напряжения выполнить с регулируемым коэффициентом деления.

ЭффектнвHocTь предлагаемого изобретения обусловлена улучшением динамических характеристик переходного процесса при скачкообразном изменении тока нагрузки, например при питании быстродействующей радиоэлектронной аппаратуры диск ретного действия, вследствие уменьшения полного выходного сопротивления стабилизированного источника питания, а также повышением надежности последнего благодаря исключению перегрузок по току усилителя обратной связи и увеличению надежности индикации перегрузки.

Формула изобретения

1. Стабилизированный источник питания, содержащий датчик тока, включенный в силовую шину последовательно с проходным транзистором регулирукщего элемента, управляющей цепью подсоединенного к выходу измерительно-усилительного узла, состоящего из усилителя обратной связи и источника опорного напряжения, включающего в себя высокоомный токостабилизирующий двухполюсннк, а также соединенный параллельно опорный стабилитрон, подключенный анодом к общей шине, н прецизионный резкстивный делитель напряжения, выпрямитель, выход которого подсоединен к первому выводу датчика тока, ко второму выводу которого подключены колле ктор проходного транзнстора регулирующего элемента и фкльтрующий конденсатор, блок защиты от перегрузок по току и короткого замыкания, состоящий иэ униполярного усилительного и биполярного исполнительного транзисторов, параллельно соединенных резистора и конденсатора, включенных между стоком униполярного усилительного н эмиттвром проходного транзисторов, последовательной цепочки из двух резисторов, одын иэ которых зашунтиро— ван база-эмиттерным первходом биполярного исполнительного транэкстора и один иэ выводов укаэанной цепочки соединен с эмиттером проходного транзистора рвгулирукщего элемента, параллельной RC-цепочки, первый вывод

851381

ВНИИПИ Заказ 6356/68 Тираж 940 ПОдписное

Филиал ППП "Патент", г; Ужгород, ул.Проектная, 4 которой подключен к затвору униполярного усилительного транзистора, а второй к его истоку и к первому выводу датчика тока, диода, катод которого соединен со вторым выводом датчика тока, а анод — через резистор с первым выводом параллельной RC-цепочки, соединенных последовательно резистора и светодиода индикации перегрузки, причем резистор подключен к общей шине, отличающийся тем, что, с целью исключения перегрузки усилителя обратной связи иэмерительно-усилительного узла, уменьшения полного выходного сопротивления источника питания при одновременном повышении н-.дежности индикации, в 1Ъ блок защиты введены два транзистора, эмиттеры которых соединены с высокоомным токостабилизирующим двухполюсником источника опорного напряжения, база первого из них соединена со сто- 2О ком униполярного усилительного транзистора, а база второго — с управляющей цепью регулирующего элемента, при этом коллектор первого транзистора соединен с катодом опорного ста. билитрона, à коллектор второго — .с другим выводом последовательной цепочки из двух резисторов и с анодом светодиода индикации перегрузки.

2. Источник питания по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что параллельно цепи сток-исток униполярного усилительного транзистора подключен стабилитрон катодом к истоку, а анодом к стоку.

Источники информации, принятые во внимание при экспертиза

1. Патент CillA 9 3S14691 кл. G 05 F 1/58, опублик. 1970.

2. Патент OllA В 3527997 кл. G 05 F 1/58, опублик. 1971.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2711507/07, кл. G 05 F 1/58, 1979.