Стабилизатор постоянного напряжения с защитой от перенапряжения на выходе Советский патент 1984 года по МПК G05F1/58 

Изобретение относится к электро- -технике, в частности к регуляторам напряжения постоянного тока. Известно устройство защиты стаби лизаторов от перенапряжений на выходе путем запирания его последовательного регулирующего органа в момент превышения выходным напряжением некоторого допустимого значейия, которое содержит общий исполнительный .узел в виде тиристорного оптрона, запирающий регулирующий орган как при перегрузке по току, так и при перенапряжениях на вькоде 1. Однако известное устройство ненадежно защищает нагрузку от возмож ного вьгхода ее из строя из-за перенапряжений, так как не обеспечивает отключения стабилизатора, особенно при неисправностях в схеме защиты или регулирующем органе, и шунтирования нагрузки. Известны также устройства защиты от перенапряжений источников электропитания, в которых при перенапряжении шунтируют выходные шины источ ника и создают при этом режим резко го ограничения выходного напряжения на нагрузке, причем в момент перенапряжения сначала включают орган (например, тиристор), шунтирующий нагрузку с высоким быстродействием (менее 10 мкс), а затем отключают источник органом с меньшим быстродействием (более 0,1 с, например, реле 1ти плавким предохранителем).2 . В указанных устройствах уменьшена вероятность выхода из строя нагрузки из-за перенапряжений. Однако в каждом случае превышения выходного напряжения силовые элементы исто ника питания подвергаются воздействию зкстратоков,. а также имеется функциональная избыточность, не использованная для целей резервирован ступеней срабатывания защиты, что снижает ее эффективность. Кроме того, при любом перенапряжении на выходе источника, в том числе и при ложных срабатьгеаниях защиты, например, от помех или других непредвиденных и не опасных для нагрузки факторов, обязательно выжигается предохранитель или отключается источник, что ухудшает надежностные эксплуатационные показатели. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является стабилизатор постоянного напряжения с защитой от перенапряжений на выходе, содержащий последовательный регулирующий орган, управляющим входом соединенный с вькодом узла обратной связи, вход которого подключен к выходным клеммам стабилизатора, блок защиты, состоящий из датчика выходного напряжения, параллельного шунтирующего органа, включенного на выходе стабилизатора, отключающего органа, включенного последовательно с регулирующим органом, триггерноблокировочного узла, выходом соединенного с усилителем обратной связи, а первым своим входом - с Е iходом датчика выходного напряжения, который связан также с управляющим входом параллельного шунтирующего органа, и датчика тока нагрузки, выход которого связан с триггерноблокировочным узлом 4 . Данное устройство имеет низкую надежность, которая обусловлена тем, что запирание (блокировка) регулируюш.его органа при перенапряжении происходит не непосредственно, а последовательным включением (друг за другом) первого тиристора и усилителя обратной связи. Ввиду того, что датчик сигнала токовой перегрузки при неисправности в цепи триггерно-блокировочного узла или усилителя обратной связи в работе защиты от перенапряжений не участвует, т.е. отсутствует резервируемая ступень срабатывания защиты, устройство мало зффек тив но. Цель изобретения - повышение эффективности и надежности защиты стабилизатора постоянного напряжения С защитой от перенапряжений на выходе. Указанная цель достигается тем, Что в стабилизаторе постоянного напряжения с защитой от перенапряжений на выходе, содержащем включенный в одну из силовых шин регулирующий орган, управляющим входом соединенньтй с выходом узла обратной связи, вход которого подключен к выходным выводам, блок- зашиты, состоящий из датчика выходного напряжения, параллельного шунтирующего органа, включенного на выходе стабилизатора, отключающего органа, включенного последовательно с регулирующим органом, трнггерно-блокировочного узла, выходом соединенного с усилителем обратной связи, а первым своим входом - с выходом датчика выходного напряжения, который связан также с управляющим входом параллельного шунтирующего органа, и датчика тока нагрузки, выход которого связан с триггерно- блокировочным узлом, выхо триггерно-блок; ровочного узла подкл чен параллельно выходу усилителя обратной связи, выход датчика выходного напряжения соединен с управляющим входом параллельного шунтирующего органа через введенный узел задержки, а выход датчикатока нагрузки подключен к второму входу триггерно-блокировочного узла непосредственно, На фиг. 1 изображена функциональ ная схема предлагаемого с -абилиза-тора; на фиг. 2 - практическая схема одного из возможных вариантов предлагаемого устройства; на фиг.З диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства. Устройство содержит последовательный регулирующий орган 1, управ ляюпщм входом соединенный с выходом узла 2 обратной связи, включающего в себя делитель 3 напряжения, опорный элемент 4, усилитель 5 обратной связи, вход узла 2 обратной связи подключен к выходным выводам 6 и 7 стабилизатора, блок 8 защиты, сос тоящий из Датчика 9 выходного напря жения, параллельного шунтирующего о гана 10, подключенного к выходу ста билизатора и имеющего управляющий вход 11, отключающего органа 12, включенного в силовую входную шину 13,триггерно-блокировочного узла 14,имеющего первый блокировочный (по напряжению) вход 15 и второй блсчировочный (по току) вход 16, и датчика 17 тока нагрузки, причем выход датчика 9 выходного напряжения соединен с управляющим входом 11 параллельного шунтирующего органа 10 через узел 18 задержки и с входом 15 триггерно-блокировочного узла 14 непосредственно, а выход датчика 17 тока нагрузки подсоединен к входу 16 триггерно-блокировоч ного узла 14, последний своим выходом шунтирует выход усилителя 5 обратной связи. Устройство работает следующим об разом. При увеличении выходного напряжения стабилизатора более ДОПУСТ1ГМОГО значения (например, при обрыве обратной связи или неисправности в узле обратной связи), напряжение 19 (фиг. 3) на выходе датчика 9 достигает порога 20 срабатывания узла 14, т.е. датчик 9 выдает первый сигнал на блокировочный вход 15, триггерноблокировочньтй узел 14 срабатывает и запирает регулирующий орган 1, устраняя тем самым перенапряжение на выходе стабилизатора. Это есть первая ступень срабатьгоания зашиты, которая резервируется в случае ее несрабатывания, например при неисправности узла 14 по первому входу 15, что является второй ступенью потому, что напряжение 19 продолжает расти. После задержки во времени, определяемой узлом 18 задержки и равной л где - время задержки узла „ - максимально возможное время снижения выходного напряжения за допустимый порог за счет запирания регулирующего органа и срабатывания триггерноблокировочного узла ващиты 14 по его первому входу 15. напряжение 21 на выходе узла 18 задержки достигает порога 22 срабатывания параллельного шунтирующего органа 10, т.е. датчик 9 напряжения через узел 18 задержки формирует второй сигнал на шунтирование выхода стабилизатора с целью обезопасить нагрузку (потребителя) от повьш1енного напряжения. При этом создается режим многократной перегрузки по току, датчик 17 выдает сигнал об этом на второй блокировочный вход (по току) триггерно-блокировочного узла 14, который, включившись, запирает регулирующий орган 1. При этом включенный орган 10 шунтирует нагрузку и разряжает выходной конденсатор ста билизатора, который был заряжен повышенным напряжением. Это - вторая ступень срабатывания защиты, тоже резервируемая, в своп очередь, если и защита по току не сработала, например при неисправности в датчике 17 тока, узле 14 или пробое регулирующего последовательного органа 1, что является третьей ступенью, при которой созданный режим перегрузки по току, близкий короткому замыканию, приводит к пpинyдитeльнoм отключению стабилизатора размыканием входной силовой шины 13 (к примеру, ha фиг. 2 форсировано выжигается предохранитель). Тем самым окончательно устраняется аварийная ситуация, вызванная перенапряжением па выходе стабилизатора, при указанных возможных в нем неисправностях. Триггерно-блокировочный узел 14 может иметь один (общий) элемент воздействия на регулирующий орган 1 (фиг, 2), два таких отдельных.элемента по соответствующим блокировоч ным сигналам по напряжению и по току, а также элементы согласования или транслирования сигналов непосредственно на орган 1, если соответ ствующие им датчики выполнить с защелкой. Однако при любом выполнении узла 14 в данном техническом решении блокировка регулирующе- .го органа происходит, минуя усилитель обратной Связи, что очень важно для повышения быстродействия блокировки и надежности защиты от перенапряжений в целом. В предлагаемом, устройстве быстро действие защиты от перенапряжений на выходе обусловлено каждой в отдельности ступенью ее срабатывания в зависимости от состояния (исправности) узлов и органов стаби лизатора постоянного напряжения. Так, первая ступень имеет высокое быстродействие (доли и единицы микросекунд) и реагирует, (при полной исправности стабилизатора), даже на кратковременные перенапряжения. Вторая ступень, действующая при отказе первой блокировки, дополняется временем сраб ;тывания параллельного шунтирующего органа и защиты по току (составляет.ориентировочно десятки и сотни микросекунд). Третья ступень, включающаяся только при отказе блокировок регулирующего органа первых двух ступеней, определя 56 ется суммой быстродействий первых двух ступеней и времени отключения последовательного исполнительного защитного органа 12 (от десяток миллисекунд до долей секунды), хотя в период срабатывания третьей ступени выход из строя нагрузки (потребителя) из-за перенапряжения уже невозможен, так как она зашун- . тирована ранее в предьщущей ступени. .Таким образом, изобретение позволяет обеспечить срабатывание отключающего органа защиты только при последовательном (зависимом) отказе в блокировках регулирующего органа по напряжению и току и, тем, самым, резервировать функцию защиты двумя ступенями5 исключить зкстратоки в силовых цепях стабилизатора при работе первой и второй ступени; исключить функциональную избыточность устройства за счет использования для peзepвиpye fыx ступеней защиты регулирующего органа и триггерноблокировочного узла защиты по току и напряжению; повысить надежность и эффективность защиты с учетом указаяных факторов. Введение в предлагаемый стабилизатор постоянного напряжения резервируемых ступеней защиты от перенапряжений на выходе с четким раздел.ением одной от другой за счет введения узла задержки и соответствующих принципиальных связей, а также использования в качестве одной из них (второй) совмещенной защиты по току, позволяют свести к минимуму вероятность выхода из строя нагрузки .(очень часто дорогостоящего потребителя - сложного радиоэлектронного устройства) из-за перенапряжений на выходе стабилизатора и повысить за счет .этого надежность и эффективность защиты.

DM лиВш Фиг.З

СТАБИЛИЗАТОРПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ЗМЦИТОЙ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ НА ВЫХОДЕ, содержащий включенный в одну из силовых шин регулирующий орган, управляющим входом соединенный с выходом узла обратной связи, вход которого подключен к выходным выводам, блок зашиты, состоящий из датчика выходного напряжения, параллельного щунтирующего органа, включенного на выходе стабилизатора, отключающего органа, включенного последовательно с регулирующим органом, триггерно-блокировочного узла, выходом соединенного с усилителем обратной связи, а первым своим входом с выходом датчика выходного напряжения, который связан также с управляющим входом параллельного щунтирующего органа, и датчика тока нагрузки, выход которого связан с триггерно- блокировочнь1м узлом, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повы(Л щения эффективности и надежности защиты, выход триггерно-блокировочного узла подключен параллельно выходу усилителя обратной связи, выход датё чика выходного напряжения соединен с управляющим входом параллельного шунтирующего органа через введенный ND CD СП узел задержки, а выход датчика тока нагрузки подключен к второму входу триггерно-блокировочного узла непосредственно. со ел