Источник питания с защитой нагрузки от перенапряжений Советский патент 1983 года по МПК G05F1/58 

(54) ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ С ЗАЩИТОЙ НАГРУЗКИ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

Изобретение относится к эл ктротехнике и может быть использовано в источниках питания для радиоэлектронной аппаратуры.

Известны источники питания с диодно-тиристорными выпрямителями, в которых последние не только осуществляют процесс выпрямления, но и используются в качестве исполнительного органа защиты источника от перегрузок, коротких замыканий на выходе, для згициты нагрузки от недопустимого повышения выходного напряжения источника.

В известных устройствах выключение тиристоров обеспечивается лишь после достижения выпрямляемым напряжением величины, превыигиощей напряжение спрямления тиристоров (т.е. напряжения 3-7 в) l,

Однако в результате, выпрямление диодно-тиристорным мостом напряжений, меньших чем напряжение спрямления, невозможно, а выпрш-шение напряжений, равных или в 1,5-2 раза превЕлиающих Нсшряжение спрямления, производится со значительным зёшаздыванием момента включения тиристоров по отношению к расчетным моментам коммутации в данной выпрямительной схеме. Следст|вием запаздывания является повышенный уровень пульсаций выпрямленного напряжения и снижение среднего значе 1ия выпрямленного напряжения.

Известные диодно- тиристорные выпрямители рассмотренного вида нащежно работают при сравнительно высоких входных напряжениях - 15-20 В, и выше и при нагрузке индуктивно-емкост10ного или активного характера.

Недостатком источника питания с защитой, в которой исполнительньм органом является диодно-тиристорный мостовой выпрямитель, является невозмож15ность построения его на низкие выходные напряжения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является источник питания с защитой нагрузки от

20 перенапряжений, содержгиций питающий трансформатор с трехфазными первичной и вторичной обмотками, секции которых соединены в звезду, трехфазный мостовой диодно-тиристорный вы25прямитель, входы которого по отдельности подключены к выводам секций вторично, обмотки трансформатора, а выходы - один к общей шине, а другой через регулирующий элемент стабили30затора постоянного напряжения-- .к

выходному выводу, транзисторный ключ эмиттером соединенный с общей шиной, три разделительных диода, компаратор с источниками питания и опорного напряжения, причем первый вход компаратора подключен к выходному выводу, второй вход - к источнику опорного напряжения, а выход - к базе транзисторного ключа t JОднако известное устройство при выполнении его на низкие уровни выходного напряжения является или не эаботоспособныг (в случае выпрямления напряжений меньших, чем напряжение спрямления) или потребуется усложнение фильтра, увеличение напряжения на входе стабилизатора, что приводит к снижению коэффициента полезного действия.

Недостатком известного устройства является ограничение области применения вследствие невозможности использования его при низких уровнях выходного напряжения.

Целью изобретения является расширение области применения путем обеспечения возможности работы источника питания при низких уровнях выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем что в источнике питания с защитой нагрузки от перенапряжений введены реле с тремя зa икaющими контактами, обмотка которого включена между коллектором транзисторного ключа и выводом источника питания компаратора, три дополнительные обмотки трансформатора и три токоограничительных резистора, причем каждая дополнительная обмотка соединена последовательно согласно с основной данной фазы и подключена к соответствующему входу выпрямителя, а другой вывод ее через разделительный диод замыкающий контакт реле и токоограничительный резистор соединен с управляющим электродом тиристора предьадущей в порядке следования фазы выпрямителя.

На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема источника питания с защитой нагрузки от перенапряжений; на фиг. 2 - диаграммы процессов, поясняющие принцип работы устройства.

Устройство содержит компаратор 1, в составе которого операционный усилитель 2, тиристор 3, диоды 4 и 5, резисторы 6-12 и конденсатор 13. Одним из входов компаратор связан с выходным выводе источника питания, другим входом - с источником 14 опорного напряжения, в составе которого стабилитрон 15 и резисторы 16 и 17. Питакадий вывод компаратора 1 соединен с источником 18 питания, В устройство также входит транзисторный ключ 19 реле 20 с замыкающими контактами 21-23. Последние совместно с резисторами. 24-26 и диодами 27-29 включены в цепях управления, тиристорами 30-32, которые совместно с диодами 33-35 образуют мостовой диодно-тиристорный выпрямитель. Питакнций трансформатор 36, основные обмотки 37-39 которого включены в звезду и соединены последовательно согласно с, дополнительными обмотками 40-42. Первичные обмотки 43-45 также соединены в звезду и подключены к сети. Между положительным полюсом выпрямителя в точке соединения катодов диодов 33-35 и выходным выводом источника + включен конденсатор 46 и регулирующий элемент стабилизатора 47. Отрицательный полюс выпрямителя в точке соединения анодов тиристоров 30-32 соединен непосредственно с общей шиной источника питания.

Устройство работает следующим образом.

При выходном напряжении источника, соответствующем допусти№лг1 пределам напряжение на входе операционного усилителя 2, связанном с выходом источника питания, меньше, чем на входе, связанном с источни- ком опорного напряжения. При этом напряжение на выходе операционного усилителя 2 отрицательно, тиристор 3 заперт, напряжение на базе транзистора 19 отрицательно, транзистор 19 открыт и через обмотку реле 20 протекает ток, при этом контакты 2123 замкнуты, чем обеспечено протекание тока через управляющие электроды тиристоров 30-32. При включаквдихся тиристорах диодно-тиристорный мост осуществляет выпрямление, конденсатор 46 производит необходимое сглаживание, с выхода стабилизатора 47 напряжение поступает на нагрузку.

При неисправности регулирующего элемента стабилизатора, или схемы управления им, напряжение на выходе источника возрастает, напряжение на входе операционного усилителя, связанном с выходом источника, становирся больше, чем опорное напряжение. Выходное напряжение операционного усилителя положительно, тиристор 3 включен, транзистор 19 выключен, реле 20 обесточено. Контакты 21-23 разомкнуты, цепи управления тиристоРс1ми 30-32 обесточены, включение последних невозможно. Диодно-тиристорный мост заперт, чем обусловлено устранение режима перенапряжения на выходе источника, т.е. защита наг грузки.

Для выявления преимуществ устройства рассмотрим процесс управления включением тиристоров 30-32. На эпюре Ct изображены напряжения на концах основных 37-38 и дополнительных 4042 вториных обмоток питающего тран фо ниатора 36. Эти напряжения сдвинуты друг относительно друга на 1/3 периода (120) и их изменение соответствует принятому порядку чередования фаз. В момент t напряжение на конце обмотки 40 относительно конца обмотки 39, т.е. катода тиристора 32, обозначенное 4о,ъг эпюре 2, становится положительным и через диод 29, контакт 23, резистор 26 и управ ляющий электрод тиристора 32 начнет протекать ток. Напряжение обмотки 4 и величина сопротивления резистора 26 выбраны таким образом, что к Е асчетному моменту коммутации - моменту t 2. ток через управляющий электрод тиристора 32 не меньше тока спрямления. Это означает, что как только в мсялент t напряжение на аноде тиристора 32 станет положительньм относительно катода - он включится. В течение времени между t и.тиристор 32 включен и совместно с диодами 33 и 34 осуществляет выпрямление переменного напряжения. В момент t напряжение на конце обмотки 41 относительно конца обмотки 37, т.е. катода тиристора 30, обозначенное (ЪО эпюре., становится положительным и через диод 27, контакт 21 резистор 24 и управляквдий электрод тиристора 30 начнет протекать ток, который к моменту 14 будет не меньше, чем ток спрямления. Поэтому в расчетный момент коммутации t тиристор. 30 включится. В течение време ни между t4- t тиристор 30 совместно с диодами 34 и 35 осуществляет вы прямление. Аналогично происходит вклю чение тиристора 31. Благодаря тому, что для управлени тиристорами используется разность между суммарным напряжением основной и дополнительной обмоток одной фазы и напряжением основной обмотки другой фазы, включение тиристора возможно в расчетный момент коммутации, как в обычнсм диодном выпрями теле, включение тиристора - в течение некоторого интервала после расчетного момента коммутации, т.е. данный выпрямитель .может работать на нагруз.ку емкостного характера, а соответствующим выбором напряжения дополнительной обмотки легко достигает ся возможность выпрямления напряжений меньших, чем напряжение спрямления. Способность. ДИОДНО-ТИрИСТОрНОГО выпрямителя устройства эффективно выпрямлять переменные напряжения, меньшие, равные и в 1,5-2 раза превышающие напряжения спрямления, обеспечивает предлагаемому устройству 8 сравнении с известным преимущество, состоящее в расширении облагсти применения за счет обеспечения возможности использования при низких уровнях выходного напряжения. Формула изобретения Источник питания с защитой нагруэки от перенапряжений, содержащий питающий трансформатор с трехфазньми первичной и вторичной обмотками, секции которых соединены в везду, трехфазный мостовой диодно-тиристорный выпрямитель, входа которого по отдельности подключены к выводам секций вторичной обмотки трансформатора, а выходы - один к о&цей шине, а другой через регулирующий элемент стабилизатора постоянного напряжения - к выходному выводу, транзисторный ключ, эмиттером соединенный с общей шиной, три разделительных диода, компаратор с источниками питания и опорного напряжения, причем первый вход компаратора подключен к выходному выводу, второй вход к источнику опорного напряжения, а выход - к базе транзисторного ключа, отли-чающийся тем, что, с целью расшир(эния области применения путем обеспечения возможности работы источника питания при низких уровнях выходного напряжения, в него введены реле с тремя замыкающими контактс1ми, обмотка которого включена между коллектором транзисторного ключа и выводом источника питания компаратора, три дополнительные вторичные обмотки трансформатора и три токоограничительных резистора, причем каждая дополнительная обмотка соединена последовательно согласно с основной данной фазы и подключена к соответствующему входу выпрямителя,а другой вывод ее через разделительный диод, замыкающий контакт реле и токоограничительный резистор соединен с управляющим электродом тиристора предыдущей в порядке следования фазы выпрямителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Левинзон С.В. Схемы згициты источников питания с использованием оптОэлектронных элементов.- В сб.: Устройства вторичных источников электропитания. РЭА, Общество Знание, РСФСР, МДНТП, М., 1976, с. 204-205. 2.Стабилизатор напряжения постоянного тока с электронной защитой от перенапряжений. Информационный листок ВНИИ серия ИЛ-9-12-11 - 801397.

0f/g.f

ff ft fj f tf if

УЛ

фуг 2