СХЕМА ЗАЩИТЫ СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Заявляемая полезная модель относится к области электронной техники и может быть использована в источниках вторичного электропитания.
Известна схема защиты интегрального стабилизатора напряжения, основанная на принципе запирания регулирующего элемента с целью ограничения тока и мощности при перегрузках по току и коротких замыканиях, содержащая транзистор защиты, датчик тока и делитель напряжения (Полупроводниковые стабилизаторы постоянного напряжения и тока. С.Д.Додик, Москва, «Советское радио», 1980, с.252, рис.9.6).
Также известна схема защиты мощного стабилизатора напряжения с внешним транзистором в качестве регулирующего элемента, содержащая транзистор защиты, датчик тока и делитель напряжения (Проектирование стабилизированных источников питания радиоэлектронной аппаратуры. Л.А.Краус, Г.В.Гейман и др., Москва, «Энергия», 1986, с.72, рис.5.3).
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели, взятым за прототип, является схема защиты стабилизатора напряжения, содержащая транзистор защиты n-p-n-типа, резистор датчика тока и делитель напряжения, состоящий из двух резисторов, причем резистор датчика тока включен между выходом регулирующего элемента на транзисторах n-p-n-типа и выходной шиной положительного потенциала, которая соединена с эмиттером транзистора, коллектор соединен с выходом схемы управления, а база-с первым выводом первого и второго резисторов делителя напряжения, второй вывод второго резистора соединен с шиной отрицательного потенциала, а второй вывод первого резистора-с базой транзистора регулирующего элемента (Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Справочник под редакцией Г.С.Невельта. Москва, «Радио и связь», 1986, с.189, рис.5.19).
Недостатками прототипа, как и известных аналогов, являются большая погрешность порога срабатывания схемы защиты по току из-за технологического разброса параметров регулирующего элемента и зависимость порога срабатывания по току от температуры окружающей среды.
Погрешность порога срабатывания схемы защиты по току зависит от разброса коэффициента усиления транзистора, который у транзисторов одного и того же типа может отличаться в 5-6 раз.
Влияние температуры на порог срабатывания защиты по току обусловлено разницей температурного коэффициента напряжения «база-эмиттер» транзистора регулирующего элемента и транзистора защиты, и зависимостью коэффициента усиления от температуры. Снижение температуры окружающей среды до минус 60°С приводит к значительному уменьшению коэффициента усиления транзистора регулирующего элемента, так как при этом происходит обратно пропорциональное увеличение тока базы и напряжения «база-эмиттер» транзистора регулирующего элемента, что также отражается на погрешности срабатывания схемы защиты по току.
Задача, заявляемой полезной модели, заключается в уменьшении погрешности порога срабатывания схемы защиты от разброса параметров транзистора регулирующего элемента и от температуры окружающей среды.
Поставленная задача достигается благодаря тому, что в схему защиты стабилизатора напряжения, содержащую транзистор защиты n-p-n-типа, резистор датчика тока и делитель напряжения, состоящий из двух резисторов, причем резистор датчика тока первым выводом соединен с выходом регулирующего элемента, а вторым выводом - с выходной шиной положительного потенциала, которая соединена с эмиттером второго транзистора защиты n-p-n-типа, его коллектор соединен с выходом схемы управления, а база - с выводами первого и второго резисторов делителя напряжения, причем второй вывод второго резистора делителя напряжения соединен с шиной отрицательного потенциала, введены токоограничивающий резистор и второй транзистор защиты n-p-n-типа, эмиттер которого соединен с выходом регулирующего элемента, а база и коллектор соединены с первым выводом первого резистора делителя напряжения и вторым выводом токоограничивающего резистора, а его первый вывод соединен с выходом схемы управления и с входом регулирующего элемента.
Предложенное техническое решение позволяет уменьшить погрешности порога срабатывания схемы защиты стабилизатора напряжения от разброса параметров регулирующего элемента и от температуры окружающей среды, что ведет к повышению надежности схемы защиты.
На фиг.1 приведена схема защиты стабилизатора напряжения, где обозначены:
1 - регулирующий элемент;
2 - вход регулирующего элемента;
3 - выход регулирующего элемента;
4 - схема управления;
5 - выход схемы управления
6 - токоограничивающий резистор;
7 - первый резистор делителя напряжения;
8 - второй резистор делителя напряжения;
9 - делитель напряжения;
10 - первый транзистор защиты n-p-n-типа;
11 - второй транзистор защиты n-p-n-типа;
12 - транзисторная сборка;
13 - резистор датчика тока;
14 - выход шины положительного потенциала;
15 - шина отрицательного потенциала;
16 - дополнительный диод.
Схема защиты стабилизатора напряжения выполнена следующим образом.
Регулирующий элемент 1, выход 3 которого соединен с первым выводом резистора датчика тока 13, а вторым выводом-с выходной шиной положительного потенциала 14, которая соединена с эмиттером второго транзистора защиты n-p-n-типа 11 транзисторной сборки 12, его коллектор соединен с выходом 5 схемы управления 4 и с входом регулирующего элемента 2, а база-с выходом делителя напряжения 9. Второй вывод резисторов делителя напряжения 9 соединен с общей шиной отрицательного потенциала 15, а первый вывод резистора 7 делителя напряжения 9 - с базой и коллектором первого транзистора защиты n-p-n-типа 10 транзисторной сборки 12, эмиттер которого соединен с выходом регулирующего элемента 3. Токоограничивающий резистор 6 первым выводом соединен с выходом 5 схемы управления 4 и с входом 2 регулирующего элемента 1, его второй вывод соединен с базой и коллектором первого транзистора защиты n-p-n-типа 10 и первым выводом резистора делителя напряжения 9. Токоограничивающий резистор задает величину тока через делитель напряжения 9 и первым транзистором защиты n-p-n-типа 10.
Второй вариант исполнения схемы защиты стабилизатора напряжения представлен на фиг.2, где вместо второго транзистора регулирующего элемента введен диод 16, анод которого соединен с первым выводом токоограничивающего резистора бис выходом 5 схемы управления 4, а катод - с входом 2 регулирующего элемента 1.
Принцип работы схемы защиты (фиг.2) не отличается от первого варианта (фиг.1).
Предлагаемая схема защиты стабилизатора напряжения работает следующим образом.
Падение напряжения на резисторе датчика тока 13 пропорционально току нагрузки. Напряжение на базе второго транзистора защиты n-p-n-типа 11 зависит от:
- выходного напряжения;
- от падения напряжения на резисторе датчика тока 13;
- напряжения база-эмиттер первого транзистора защиты n-p-n-типа 10;
- коэффициента деления делителя
и определяется формулой:
вых
где U - выходное напряжение стабилизатора;
д
U - падение напряжения на резисторе датчике тока 13;
бэ10
U - напряжение на переходе база-эмиттер первого транзистора защиты n-p-n-типа 10;
R7 - сопротивление первого резистора 7 делителя напряжения 9;
R8 - сопротивление второго резистора 8 делителя напряжения 9.
Следовательно, к переходу база-эмиттер второго транзистора защиты n-p-n-типа 11 приложено напряжение, равное:
бэ11
бэ11
бэ11
В штатном режиме, когда ток нагрузки меньше заданного порога схемы защиты, величина U меньше напряжения отсечки второго транзистора защиты n-p-n-типа 11, поэтому он закрыт и не влияет на работу стабилизатора. С уменьшением сопротивления нагрузки возрастает ток через резистор датчика тока 13 и, в соответствии с формулами (1) и (2), возрастает напряжение U. Когда U становится выше напряжения отсечки, открывается второй транзистор защиты n-p-n-типа 11, ограничивая входной ток регулирующего элемента 1, следовательно, и выходной ток стабилизатора напряжения. По мере уменьшения сопротивления нагрузки начинает уменьшаться выходное напряжение, что приводит к уменьшению утечки тока через первый резистор 7 делителя напряжения 9, увеличению тока базы второго транзистора защиты n-p-n-типа 11 и уменьшению входного тока регулирующего элемента 1. При этом ток перегрузки начинает уменьшаться и при коротком замыкании становится значительно меньше тока срабатывания схемы защиты.
Таким образом, формируется траектория безопасной работы регулирующего элемента 1, которая имеет характеристику с "загибом".
Положительный эффект - уменьшение погрешности порога срабатывания схемы защиты достигается введением дополнительного резистора и транзистора, входящий в транзисторную сборку 12.
Токоограничивающий резистор 6 выбирается на ток 1-1,5 мА и напряжение примерно 0,6 В.
Применяется в изделиях 77Е6, 1Л231М и 5750.