Стабилизатор постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к стабилизаторам напряжения постоянного тока, где предъявляются повышенные требования по обеспечению надежной защиты от перегрузок и коротких замыканий в широком диапазоне изменения тока нагрузки. Цель расширение функциональных возможностей устройства по реализации эффективной защиты от перегрузок в широком диапазоне изменения возможных токов нагрузки. Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, дифференциальный усилитель 2, первый управляемый генератор тока 3, ограничитель тока 4, второй управляемый генератор тока 5, составной транзистор 6, фильтрующий конденсатор 7, запускающий резистор 8. Цель достигается тем, что номинальный рабочий режим от R_н= ∞ до R_н= R_ном характеризуется тем, что первый и второй управляемые генераторы тока генерируют фиксированные токи I_пит= I_нач+I_раб и I_бал соответственно. В этом режиме коэффициент передачи дифференциального усилителя достаточен для обеспечения тока нагрузки от 0 до I_ном. При большой перегрузке R_н≪ R_нач режим характеризуется тем, что первый управляемый генератор тока генерирует ток I_пит__→ I_нач, а второй I_бал__→ 0. В этом режиме коэффицент передачи дифференциального усилителя может обеспечить ток нагрузки: K·I_ном, где K ≪ 1. При малой перегрузке R_н< R_ном режим характеризуется тем, что первый и второй управляемые генераторы тока генерируют токи I_пит= I_нач+K·I_раб и K·I_бал соответственно, где K<1. В этом режиме коэффициент передачи дифференциального усилителя может обеспечить ток нагрузки от I_ном до K·I_ном, где K ≅ 1. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к стабилизаторам напряжения постоянного тока, где предъявляются повышенные требования по обеспечению надежной защиты от перегрузок и коротких замыканий в широком диапазоне изменения тока нагрузки. Цель расширение функциональных возможностей устройства по реализации эффективной защиты от перегрузок в широком диапазоне изменения возможных токов нагрузки. На чертеже представлена принципиальная схема стабилизатора постоянного напряжения. Стабилизатор содержит источник опорного напряжения 1, подключенный к одному из входов дифференциального усилителя 2, первый управляемый генератор 3 тока, выход которого подключен к одному из выводов дифференциального усилителя 2 и к общей шине, ограничитель 4 тока, к выходу которого подключен выход второго управляемого генератора 5 тока, составной регулирующий транзистор 6, к управляющему входу которого подключен выход ограничителя 4 тока, фильтрующий конденсатор 7, включенный параллельно выходным выводам, запускающий резистор 8, включенный между одним из входов дифференциального усилителя 2 и силовым выходным выводом, причем источник опорного напряжения 1 состоит из транзистора 9, резисторов 10 и 11 и стабилитронов 12, 13 и 14, дифференциальный усилитель 2 состоит из транзисторов 15 и 16, резисторов 17 и 18 и защитного диода 19, включенного между входами дифференциального усилителя 2, первый управляемый генератор 3 тока состоит из транзистора 20, резисторов 21-24 и стабилитрона 25, ограничитель тока 4 выполнен на транзисторе 26 и резисторах 27 и 28, второй управляемый генератор 5 тока выполнен на резисторах 23 и 24, стабилитроне 25, транзисторе 29 и резисторе 30, составной регулирующий транзистор 6 выполнен на транзисторах 31, 32 и 33 и резисторах 34 и 35, корректирующая цепь дифференциального усилителя 2 выполнена на резисторе 36 и конденсаторе 37, диод 38 шунтирует запускающий резистор 8. Стабилизатор работает следующим образом. После подачи входного напряжения сети источник опорного напряжения 1 вырабатывает опорное напряжение V_оп, которое поступает на первый вход (база транзистора 15), дифференциального усилителя 2, так как выходное напряжение V_н=0, первый управляемый генератор тока 3 формирует ток I_нач, питающий дифференциальный усилитель 2, а второй управляемый генератор тока 5 не формирует ток, т.е. I_бал=0. Диод 19 открывается, обеспечивая протекание тока по цепи: положительный полюс V сети, резистор 10, транзистор 9, диод 19, резистор 8 и далее через параллельно включенные цепи: резисторы 23 и 24, фильтрующий конденсатор 7, R_н (если подключена нагрузка) на общий провод. Таким образом, в начальный момент времени после подачи входного напряжения к входам дифференциального усилителя 2 приложен входной сигнал, ограниченный прямым падением напряжения на диоде 19, а ток питания дифференциального усилителя 2 I_пит=I_нач, при этом транзистор 15 открыт, а транзистор 16 закрыт. Вырабатываемое дифференциальным усилителем 2 управляющее воздействие подается на вход (база транзистора 26) ограничителя тока 4, с выхода которого управляющее воздействие II_упр подается на вход (база транзистора 31) составного транзистора 6, отпирание которого приводит к росту выходного напряжения V_н и тока I_н (если подключена нагрузка). При нарастании выходного напряжения пропорционально возрастают токи, формируемые первым 3 и вторым 5 управляемыми генераторами тока, причем, если первый управляемый генератор тока 3, увеличивая коэффициент передачи дифференциального усилителя 2 через ограничитель тока 4, обеспечивает больший ток I а следовательно, и I_упр (процесс 1), то второй управляемый генератор тока 5 обеспечивает ответвление от тока I части I_бал, т.е. уменьшение _Iупр (процесс 2), однако процесс 1 превалирует над процессом 2. При достижении выходным напряжением некоторого значения V_п<V первый управляемый генератор тока 3 формирует фиксированный ток I_пит=I_нач+I_раб, а второй управляемый генератор тока 5 формирует фиксированный ток I_бал. Устройство вышло на рабочий режим, однако рост выходного напряжения продолжается до достижения выходным напряжением значения V_н ≈V_оп. В этом случае диод 19 запирается, а транзистор 16 отпирается, устройство переходит в режим динамического равновесия, т.е. управляющее воздействие с выхода диф- ференциального усилителя 2 через ограничитель тока 4 обеспечивает ток I_упр=I -I_бал, пропорциональный току I_н. Так при уменьшении степени нагрузки (уменьшении тока I_н) уменьшается ток через транзистор 15 и соответственно увеличивается ток через транзистор 16. При увеличении степени нагрузки (увеличение тока I_н) увеличивается ток через транзистор 15, и соответственно уменьшается ток через транзистор 16 (максимальное управляющее воздействие соответствует случаю, когда транзистор 15 открыт, а транзистор 16 закрыт). При данном максимальном управляющем воздействии предельный ток I_упр=I -I_Б, пропорциональный току I_н, может быть установлен в ограничителе тока 4 с помощью резистора 27. При дальнейшем увеличении степени нагрузки (при перегрузке) ток управления уже не может увеличиваться, выходное напряжение начинает уменьшаться, открывается диод 19, устройство начинает работать в режиме ограничения (стабилизации) тока. При дальнейшем увеличении перегрузки выходное напряжение уменьшается, а при V_н<V начинают уменьшаться токи, формируемые первым 3 и вторым 5 управляемыми генераторами тока, при этом устройство переходит в режим уменьшения тока I_н из-за уменьшения управляющего воздействия дифференциального усилителя 2, вызванного, в свою очередь, уменьшением тока I_пит. Энергетически режим перегрузки становится даже более облегченным по сравнению с предельным номинальным рабочим режимом. При коротком замыкании первый 3 и второй 5 управляемые генераторы тока токов не формируют и ток I_кз<. После устранения перегрузки устройство автоматически переходит в рабочий режим. Таким образом, простой регулировкой в ограничителе тока 4 устройство может быть подготовлено к защите от перегрузок по току в широком диапазоне изменения номинальных токов нагрузки.

Формула изобретения

СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий дифференциальный усилитель, к одному из входов которого подключен источник опорного напряжения, а к другому через запускающий резистор силовой выходной вывод, между входами дифференциального усилителя включен защитный диод, составной регулирующий транзистор, выход которого подключен к силовому выходному выводу и к одному из выводов фильтрующего конденсатора, ограничитель тока, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства по реализации эффективной защиты от перегрузок в широком диапазоне изменения возможных токов нагрузки, в него введены первый и второй управляемые генераторы тока, причем выход первого управляемого генератора тока подключен к одному из выводов дифференциального усилителя и к общей шине, а выход второго управляемого генератора тока подключен к выходу ограничителя тока и к общей шине, а объединенные входы первого и второго управляемых генераторов тока подключены к силовому выходному выводу и к общей шине, выход дифференциального усилителя подключен к входу ограничителя тока, выход которого подключен к управляющему входу составного регулирующего транзистора, первые выводы источника опорного напряжения, дифференциального усилителя, ограничителя тока, составного регулирующего транзистора подключены к силовому входному выводу, вторые выводы источника опорного напряжения и фильтрующего конденсатора подключены к общей шине.

РИСУНКИ

Рисунок 1