Стабилизатор постоянного напряжения

курсовая работа

2. Выбор и обоснование принципиальной схемы

Высокие качественные показатели имеют ПСН, в качестве УПТ которых применены ОУ в интегральном исполнении, представленном на рисунке 2. Улучшение параметров ПСН при применении в них ОУ обуславливается высоким коэффициентом усиления ОУ и глубокой ООС, охватывающей стабилизатор.

Рисунок 2 - Принципиальная схема ПСН на основе ОУ

Регулирующий элемент выполнен на транзисторе VT1, в качестве УПТ применен ОУ DA1.

Неинвертирующий вход ОУ подключен к параметрическому стабилизатору на резисторе R2 и стабилитроне VD1, служащему источником опорного напряжения. С делителя R3, R4, R5 снимается часть выходного напряжения, которое в ОУ сравнивается с опорным напряжением. Выход ОУ подключен к базе VT1, включенного по схеме с ОК, что обуславливает более низкое выходное сопротивление ПСН, чем при включении VT1 по схеме с ОЭ.

Резистор R1 служит для ограничения выходного тока ОУ, а с помощью резистора R4 можно регулировать выходное напряжение ПСН в небольших пределах.

Для питания ОУ и устройств на них применяются, как правило, двухполярное напряжение. Для его получения могут использоваться 2 одинаковых ПСН, показанных на рисунке 3.

В номинальном режиме потенциал средней точки делителя R7 - R8 будет равен потенциалу общей шины, т.е. 0. Т. о., UДИФ2 = U02 = 0. При уменьшении отрицательного UВЫХ2 потенциал инвертирующего входа DA2 становится положительным. Это напряжение усиливается и инвертируется, поэтому UВЫХ DA2 становится более отрицательным; токи базы, коллектора, эмиттера увеличиваются, UКЭ VT2 падает, а UВЫХ увеличивается до номинального значения.

При уменьшении положительного UВЫХ1 из-за внешних факторов или за счет регулировки резистором R4, потенциал средней точки делителя R7 - R8 становится отрицательным. Это напряжение усиливается и инвертируется ОУ DA2, его выходное напряжение становится более отрицательным. В результате UБЭ2 падает, его токи базы, коллектора, эмиттера уменьшаются, а UКЭ2 возрастает до тех пор, пока потенциал средней точки делителя R7 - R8 не станет равным 0, это произойдет при UВЫХ1 = UВЫХ2.

Рисунок 3

2.1 Защита ПСН на основе ОУ от перегрузок по току и КЗ в нагрузке

Перегрузки по току в ПСН возникают при недопустимом снижении сопротивления нагрузки и при КЗ выхода стабилизатора. При этом ток через регулирующий транзистор возрастает до недопустимой величины и он выходит из строя. Для предотвращения выхода из строя элементов стабилизатора в его схему вводится защита по току.

Рисунок 4 - Структурная схема защиты: RS1 - шунт (датчик тока), УПТ - усилитель постоянного тока, ИУ - исполнительное устройство.

Работа защиты осуществляется следующим образом: в номинальном режиме работы стабилизатора через сопротивление нагрузки и шунт RS1 протекает ток IH, не превышающий установленной величины тока защиты IЗ.

В УПТ ток через RS1 или пропорциональные ему падения напряжения на RS1 сравниваются с величиной UЗ или IЗ. Превышение тока нагрузки над IЗ вызывает появление сигнала на выходе УПТ и срабатывание ИУ, которое либо разрывает цепь нагрузки, выключая РЭ, либо подзапирает регулирующий транзистор. Таким образом, защита может осуществляться двумя способами:

а) полное обесточивание нагрузки, т.е. отсечка тока нагрузки;

б) ограничение тока нагрузки на определенном уровне.

В качестве исполняющего устройства, как правило, используются полупроводниковые элементы и иногда электромагнитные реле.

Рисунок 5 - Схема стабилизатора с защитой по второму способу

Защита с ограничением по уровню тока нагрузки основана на форме входной характеристики кремниевого транзистора, имеющей вид, представленный на рисунке 6.

Рисунок 6

Точка перегиба входной характеристики UПОР (пороговое) характеризует напряжение между базой и эмиттером, выше которого наблюдается быстрый рост тока базы, поэтому при превышении током нагрузки значения IЗ = UПОР / RS1, IБ начинает резко увеличиваться, ток коллектора также резко возрастает. VT2 входит в насыщение, при котором UКЭ2 приблизительно равно нулю, и шунтирует эмиттерный переход VT1 в запирающем направлении, поэтому IЭ VT1 не может превышать заданной величины IЗ. В качестве VT2 необходимо выбирать кремниевый транзистор с частотными свойствами не хуже, чем у VT1. Элементы RS1 и VT2 могут быть включены в общую шину питания.

Полное запирание РЭ по первому способу защиты можно осуществить, если базу VT1 подключить к общей шине стабилизатора через очень малое сопротивление. При этом в качестве элемента защиты можно использовать тиристор (транзисторный триггер).

Делись добром ;)