Стабилизированный источник питания

 

Союз Советских

Социалистичесинх

Республик (ill 763870 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 12.01.79 (21) 2?11507//24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (5l) М. Кл.з

G 05 F I/58

Геаударственный комнтет (53) УДК 621.316. .722.1 (088.8) Опубликовано 15,09;80. Бюллетень № 34

Дата опубликования описания 25.09.80 но делам нзевретеннй и Открытий

{72) Авторы изобретения

Ф. М. Гарцман, В. К. Долгов и В. В. Дан

{7l ) Заяви ель

Всесоюзный научно-исследовательский н конструкторский институт научного приборостроения (54) СТЛБИЛИЗИРОВЛБНЫ1 1 ИСТОЧНИК ПИТЛНИЯ

Изобретение относится к функциональнымм узлам радиоэлектронной аппаратуры и может быть использовано и компенсационных стабилизаторах напряжения постоянного тока последовательного типа, содержащих одну или несколько включенных па5 раллельно последовательных цепочек, состоящих из проходного транзистора, регулирующего элемента и элемента продольного звена сглаживающего фильтра, а также в усилителях постоянного тока, выходные каскады которых выполнены по схеме эмит- 10 терного повторителя

Известны стабилизированные источники питания, содержащие как биполярные, так и униполярные транзисторы 11), (2).

Наиболее близким техническим решением

15 к изобретению является стабилизированныи источник питания, содержащий датчик тока, включенный в силовую шину последовательно с проходным транзистором регулирующего элемента, управляющей цепью подключенного K выходу измерительно-усилительного узла, выпрямитель, выход которого подключен к первому выводу датчика тока, ко

BTopoMv выводу которого подключен сглаживаю1ций фильтр, блок защи" û от перегрузок

2 по "î.êó и короткого замыкания, состоящий из униполярного усилительного и биполяр ного исполнительного транзисторов, цепочки последовательно соединенных светодиода и двух резисторов, второй из которых шунтирован база-эмиттерным переходом исполнительного транзистора, параллельной RC-цепочки, первый вывод которой подключен к затвору, а второй — к источнику и к перво.му выводу датчика тока, диода, катод которого подключен к второму выводу датчика тока j3)

Цель изобретения — повышение надежности стабилизатора.

Это достигается тем, что в блок защиты предлагаемого устройства введены резистор, включенный между анодом диода и первым выводом RC-цепочки, и конденсатор, подключенный параллельно переходу база-эмнттер исполнительного транзистора.

На чертеже представлена схема стабилизированного источника питания.

Источник содержит блок 1 зашиты от перегрузок по току и короткого замыкания, соединенный с элементами компенсационного стабилизатора 2 напряжения постоянного тока, датчик тока 3, снабженный двумя Выводами, причем Один ВЫВОД 4 саеди нен с выходим выпрямителя 5 пит"Hèÿ стабилизатора и является высокопатенциальным по отношени о к другому выводу 6 низко- потенциальнаму, подключенному к выводу конденсатора 7 поперечной ветви сглаживающего фильтра 8 и коллектору проходного транзистора 9 регулируюгцего элемента 10„ усилитель. ыи униполярныи транзистор 11, исполнительный биполярный транзистор 12, гюследовательную цепь, присоединенную ВыВадями саатветстВующих элемеитОВ к стОку усилительного транзистора устроиства защить! и эмигтеру проходного транзистора и содержащую светодиод 13 индикации перегрузки и резисгары 14 и 15, причем параллельно последнему из иих подключен герехад Ьазаэмиттер исполнительного транзистора 12 и конденсатор 16, параллельную Яг -цепочку из резистора 17 и конденсатора 18, первын вл!вод 19 которой непосредственно соединен с затвором усилительного транзистора и через резистор 20 — с анодом диода 21, а вз Орый 8 bi 803, 22 — - c HcToKoM силите !ьНОГО траHBHcTopB i 1 и Высаказ|атенциаль ным Выводом 4 датчика тока 3, катод диода 21 ггодклю ipH K Hkk3YoHотеицияльяаму выводу 6 датчика тока 3, эмиттер исполнительного транзистора 12 блока 1 защиты подсоединен к эмиттеру проходного транзистора 9, а его коллектор — - к управляющему входу регулирующего элемента 10 и к выходу измерительно-усилительного узла 23.

Работает устройство следующим обраЭОМ.

Так как датчик "îêà 3 соединеь своим

ВысокОпотенциальным ВЫВОДОМ 4 с ВыхадОМ выпрямителя 5, а низкопотенциальным выводам 6 — с конденсатором 7 поперечной вет= ви сглаживающего фильтра 8 стабилизатора 2, то через нега протекает пульсиру!ощий ток. При этом элемент 3, выполняя в источнике фуикци!о датчика тока, одновре-, менно Выполи!н т и функцию элемента пра. дальяой Ветви фильтра 8 стабилизатора 2.

За исходное принято состояние блока 1;: соответствующее величине выходного тока стабилизатора 2, не превыц!аю!цей некоторого допустимого значения. При этом величина падения напряжения на датчике тока 3 такова, что при выбранных сопротивлениях резисторов 17 и 20 напряжение на первом иэ иих не превышает порогового напряжения униполярнога транзистора 11.

Транзисторы ii и 12, а также светодиод 13 заперты.

Если ток нагрузки стабилизатора па какой-либо причине превысил некоторое допустимое значение, то величина падения напряже!!Ия на датчике тока 3 возрастает настолько, что напряжение на резисторе 17 превь!шает пороговое значение напряжения для транзистора 11. Интегрирующая цепь, содержащая резистор 20 и конденсатор,8, обеспечивает уменьшение амплитуды пульсаций напряжения í резисторе 17 по сравне!!Ию с повышенной BM HJiHT . kOÉ fi) bcBkkiiÉ напряжения на датчике тока 3 с коэффициентом фильтрации !

4т Кы kkax H - <„> g ляiо Р ЙвЖо+Йекн1 Ri> lac гдеса = 2л1!, — круговая .астота пульсаций напряжения на датчике тока 3, равняя частоте пульсаций напряжения на выходе выпрямителя 5;

46 С ! — емкость конденсатора 18;

К !з, RZki — СОПРОТИВЛЕНИЕ РЕЗИСТОРОВ

17 и 20 соответственно;

R „. — входное сопротивление (сопротивление затвор-исток) траизиcTopa 11.

Ô3

Вь)ражение (1) спраВедлива прн Выполнений условий

R „>>Z з (: и иь (2) где Z > â полное сопротивление датчика тока 3 !Га частоте пульсаций выпрями ленного напряжения питания стабилизатора 2; — — — — »Z э (З) кiv <

Отфильтрованное интегрирую!цей цепью i8, 20 напряжение на резисторе 17, даже при незначительном (менее 5 /о) превыц!енин выходным тОкОм стабилизатора 2 максимально допустимога значения, обеспечивает (при соответствующем выборе сопротивлений резисторов 17 и 20) отгирание транзистора 11 и поддерживает открытое ега состояние в любой фазе переменной составляющей пульсирующеГО напряжения на датчике така 3.

Резистор 20 при выполнении условия (2)

cущестВенн0 уВеличивает палиае сОАроТНВление последовательной цепи (диод 21, реВНсТор 00 п!ралл л няч pj „цедр!Ка 17 18) па сравнени!а с полным сопротивлен!!ем Z> ,иу!Ггируемага датчика тока 3. Это исключает уменьщение коэффициента фильтрации фильтра из-за шунтирования датчика Тока 3, а, следовательно, и дополнительную г!Отерю мощности HB прохОднОМ тпанзистаре 9 регулнру!ощего элемента 10 в процессе эксплуатации стабилизатора 2.

Включение резистора 20 между анодом диода 21 и Выводом 19 параллельной

QC-цепочки 17, 18 исключает периодические сбои блока 1 защиты (при наличии пере грузки стабилизатора 2 по току), обусловленные периодическим (с частотой пульсацией напряжения иа датчике тока 3) запираиием транзистора 11 ня время, в течение которого мгновенное значение напряжения на ега входе не превышает порогового значения, Йри этом за счет исключения дополнительной потери мощности иа транзисторе

9 элемента 10 уменьшается энергопотрд5леиие, вес и габарить! стабилизатора 2. После отпирания транзистора 11 под действием пульсиру!Ощегo йзпряже!!Ня выпрямителя 5 па цег!и, Вкл!Очяющей В себя канал открытага

763870 транзистора !1, светодиод 13, параллельную цепочку 15, lб,переход база-эмиттер транзистора 12 и нагрузку стабилизатора 2, протекает пульснру|ощиЙ ТОК, создающий п3дение напряжения на резисторе 15. Пульсации напряжения на резисторе 15 сглаживаются интегрирующей цепью из конденсатора !б, резистора !4, сопротивления канала открытого транзистора 11 и сопротивления нагрузки стабилизатора 2 прн перегрузке его по току. После достижения отфильтрованным напряжением на резисторе 15 определенного уровня (например> для кремниевых биполярных транзисторов этот уровень с0ставляет 0,7 В) постоянная составляющая пульсирующего тока, протекающего через упомянутую интегрирующую цепь, отпирает транзистор 12. Открытое состояние транзистора 12 поддерживается в любой фазе переменной составляюгцей пульсирующего няпряжения выпрямителя 5 до тех пор, пока открыт транзистор 11, т. е. пока существует пе12егрузка по току стабилизатора ". Под- 23 соединение конденсатора 16 параллельно резистору 15 и переходу база-эмнттер транзистора 12 исключает (при открытом траизисторе 1) периодические сбои блока 1 защиты, обусловленные пульсациями выпрямленного напряжения выпрямителя 5 стабилизатора 2 и, в частности, периодическое (с частотой пульсаций напряжения вь.прямителя 5) запнрание транзистора 12 на время, в течение которого напряжение на резисторе 15 не превышае порога от- зв пирапия перехода база-эмиттер биполярного транзистора. Резистор 14 ограничивает ток стока транзистора 11, я величина его сопротивления выбирается такой, чтобы ток стока открытого транзистора 11 обеспечивал при открытом транзисторе 12 отчетливо различимое свечение светодиода

13. Резистор 5, являющийся нагрузкой в цепи стока транзистора l l, определяет коэффициент усиления усилительного каскада и чувствительность блока защиты. Величина сопротивления резистора 15 ограничена сверху необходимостью обеспечения надежной рабаты транзистора 12 при запертом транзисторе 11. Чувствительность и коэффициент усиления могут быть определены из выражения 4$

U >i g0,7В = 5„R|q(U 2 — - U >: ) =

= K(U >т — Un>»i»> ), . (5) где . U!p-- падение напряжения на резисторе 15;

К! q — сопротивление резистора 15; ."!, и — крутизна сток-затворной хаоактеристики транзнстоp3 l l, К = г! „R!q — коэффициент усиления по напряжению усилительчо- SS го каскада блока 1 защиты;

U 2 y — напряжение на резисторе 17;

U!2i2l> H — H>0pOi OE3Oe H3llpHi «HHP транзистора 1!;

J 2-» --- 11„ар н -- при123щснне нанряжеННЯ НЯ ВХОДС Т223 >! ЗНЕTi!PH !

l сверх порогового зня«еH!lR, Необходимого Q. !3 отпирания и насыщения тран-зистора 12, нли «увствнтельность блока за циты, определяется прн

== 0,7 В.

Открытый и насыщенный исполнительный транзистор 12 обеспечивает отсечку выходного тока и сброс выходного напряжения стабилизаторя 2 посредством зяпи ранки транзисторов регулирующего элемента 10.

Из-за отсечки выходного тока падение на-. пряжения на датчике тока ?» уменьшается, транзисторы 11 и 12 и светодиод 13 заинраются, блок 1 восстанаьливает свое исходное состояние и отпираются транзисторы регулирующего элемента 10 стабилизатора 2.

Если действие перегрузки по току не грекратилось, то блок 1 снова обеспечивает отсе«ку выходного тока стабилизатора 2 и так далее r!OK3 Нр> прекратится деЙСTBHE перес. грузки стабилизатора 2 по току. При э1ом в cлучае коротко;о замыкания И32-руана датчика тока 3 обеспечивает or рани«ение выходного тока стабилизатора в те 2ение короткоro интервала времени между моментом возникновения короткого замыкaiiHH и моментом отсечки выходного тока, Сочетание в блеке l защиты униполярног0 1 H бнпояярнсн О транзисторов обуславливает повышенис температурной стабильности порога срабатывания защиты, так как изменение крутиз. ны сток-затворной .характеристики Т123нзистора 11 и неуправляемого тока коллектора

1к,» транзистора 12 с изменением температу- ры взаимно компенсируют друг друга.

1 аким образом, введение резие2ора 20 н конденсатора 16 повышает надеж>ность блока защиты, так как егс нерноди«pcxHe сбои и обусловленные этими сбоями отказы в работе стабилиз3т0р3 2 искл o«3!OTcH iipH

Новь>шeнныg ампли2 уд32! пульсаций Hяп>lяЖСНИЯ На ДаТЧИКЕ ТОКЯ 3 И Н3 ВЫХОДЕ Bi>!APAмителя 5 стабилизатора 2. При этом обеспечивается также уменьшение «Heproпотреблнемости, габаритов н Веса загцнщаемого стабнлизатОра 2. Соединение Bb!cOHoooTPHHH3!>кого вывода 4 датчика тока 3 с выходом выпрямителя 5, а ннзкопотенцняльно! о вы вода 6 с конденсаторам 7 HOHeoeчнои ветви фильтра 8 стабилизатора 2 обеспе«ИBBer Одновременное выполнение дат«иком тока 3 блока 1 защиты функции элемента ирода ">3302! ветви фильтра 8 стабилизатора 2. Это также обуславливает уменьшение энерго:oTpe6лнемОстн, f 363pHTÎB H веса ста бил> нз ЯТ0123 2 (особенно при повышенных зна«сннях минимального выходного тока, тогда на выходе

СГЛажкнаЮЩЕГО фИЛЬтРа. СОДЕРжаннвгО ТОЛЬко элементы поперечно>Й ветви, .*!e Обеспе«н7638?О

Формула изобретения

Составитель С. Горбачева

Редактор Е. Яковчик Техред K. Шуфрич Корректор H. Степ

Заказ б281141 Тираж 956 Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открыг нй

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., n. 4/5

Филиал ПГ1П «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4 вается необходимое сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения питания стабилизатора) .

Блок защиты не оказывает отрицательного влияния на технические характеристики защищаемого стабилизатора.

Сущность технического решения не изменится, если в сильноточную шину загцигцаемого стабилизатора будет включено параллельно несколько последовательных цепочек, содержащий элемент продольной ветви сглаживающего фильтра и проходной транзистор. Б качестве датчика тока при этом может быть использован элемент продольной ветви сглаживающего фильтра одной из упомянутых последовательных цепочек.

Стабилизированный источник питания, содержащий датчик тока, включенный в силовую шину последовательно с проходным транзистором регулирующего элемента, управляющей цепью подключенного к выходу измерительно-усилительного узла, выпрямитель, выход которого подключен к первому. выводу датчика тока, ко второму выводу которого подключен сглаживающий фильтр, блок защиты от перегрузок по току и короткого замыкания, состоящий из униполярного усилительного и биполярного исполнительного транзисторов, цепочки последовательно соединенных светодиода и двух резисторов, второй из которых шунтирован база-эмиттерным переходом исполнительного транзистора, параллельной КС-цепочки, первый вывод которой подключен к затвору, а второй—

1е к истоку и к первому выводу датчика тока, диода, катод которого подключен ко второму выводу датчика тока, отличиюи4ийся тем, что, с целью повышения надежности, в блок защиты введены резистор, включенный между

45 анодом диода и первым выводом RC-цепочки, и конденсатор, подключенный параллельно переходу база-эмиттер исполнительного транзистора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 431505, кл. G 05 F 1/58, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

34< 494738, кл. G 05 F I/58, 1975.

3. Патент США М 3514691, л. 323 — 9, 1970.