Стабилизированный источник постоянного тока с защитой Советский патент 1985 года по МПК G05F1/569 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к стабилизированным источникам питания радиоэлектронного оборудования. Известен стабилизатор напряжения с защитой от перегрузок и перенапря жений, содержащий последовательно включенный в силовую шину составной регулирующий элемент, управляющей цепью подключенньй к выходу усилите ля цепи обратной связи с коллектор ной нагрузкой в виде транзисторного токостабилизирующего двухполюсника, датчик перенапряжения на послед вательно соединенных стабилитроне и резисторе, согласующий усилитель и исполнительный тиристор, причем управляющий электрод тиристора подключен к схеме управления, образова ной согласукицим усилителем и датчиком перенапряженийL1 Недостатки данного устройства за ключаются в пониженном КПД, обусловленном последовательным включени ем в силовую шину регулирующего и исполнительного элементов, и низкой надежности работы ввиду отсутствия защиты потребителя при выходе из строя регулирующего и испол нительного элементов. Кроме того, при срабатывании защиты потребитель остается обесточенным до тех пор, пока оператор не выключит и снова не включит источник. При выходе из строя исполнительного или регулирующего элемента требуется ремонт или замена источника. Наиболее близким к изобретению является стабилизированный источник постоянного тока, содержащий управляемьй вьшрямитель, его блок управле ния, регулирующий элемент, включенный в выходную шину, силовой переход регулирующего элемента подключен к входу блока управления, а его управляющий вход - к выходу усилителя обратной связи 21. Недостатком известного устройства является низкая надежность работы, обусловленная тем, что при пробое или коротком замыкании регулирующего элемента на выходе появляется напряжение, отличающееся от исходного. Устройство обеспечивает защиту потребителей, не критичных к увеличени значительных перенапряжений на них в течение продолжительного времени. При пробое (коротком замыкании) регулирующего транзистора источник (управляемый выпрямитель) переходит в режим стабилизации выходного напряжения на новом уровне как минимум на 1-1,5 В больше, чем при нормальном режиме работы. Кроме того, устройство обеспечивает защиту лишь фиксированного значения напряжения и требует перестройки резистивного делителя напряжения при настройке источника на другое выходное напряжение. То обстоятельство, что напряжение на выходе известного источника при перегрузках изменяется (реализуется режим стабилизации выходного напряжения на новом уровне), не позволяет его использовать в качестве режимных источников питания в контрольно-измерительном и испытательном оборудовании для интегральных микросхем ввиду критичности последних к изменениям питающего напряжения. Цель изобретения - повьшгение надежности защиты от повышения напряжения на нагрузке при пробое регулирующего элемента. Поставленная цель достигается тем, что в стабилизированном источнике постоянного тока с защитой, содержащем управляемый вьшрямитель, его блок управления, регулирующий элемент, включенный в выходную шину, силовой переход регулирующего элемента подключен к входу блока управления, а его управляющий вход - к выходу усилителя обратной связи, блок управления вьшолнен с дополнительным входом, к которому подключен выход усилителя обратной связи. I Такое выполнение стабилизированного источника постоянного тока дает возможность возложить на указанную связь функции по защите нагрузки и поддержанию (в допустимых пределах) величины выходного напряжения при пробое регулирукщего элемента, поскольку связь выхода усилителя обратной связи с блоком управления осуществляет регулирование фазы включения тиристоров управляемого выпрямителя таким образом, что угол отпирания уменьшается и на нагрузке восстанавливается безопасное напряжение, авное напряжению до пробоя регулиующего элемента. На чертеже представлена электрическая принципиальная схема стабилизированного источника постоянного тока с защитой. Источник содержит последовательно включенные в силовую шину управляемый вьтрямитель 1, состоящий из исполнительного органа 2, силового трансформатора и выпрямителя 3 с фильтром, регулирукмций элемент выполнен на составном транзлсторе 4, база которого подключена к выходу усилителя 5 обратной связи, связанного с выходными клеммами для подключения нагрузки 6, и блок 7 управления, который в свою очередь состоит из блокинг-генераторов 8 и 9, узла 10 синхронизации, формирователя 11 пилообразного напряжения, компаратора 2, интегрирукмцей цепи 13, буферных усилителей 14 и 15, шунтирующей 16 и развязывающей 17 цепей. Исполнительньш орган 2 выполнен на двух встречно-параллельно включенных тиристорах, управлякщие элек роды которых раздельно подключены к выходам соответствующих блокинг-г нераторов 8 и 9 блока 7 управления, первые входы которых раздельно.соединены с выходами узла 10 синхронизации, а вторые входы объединены подключены к выходу буферного усили теля 15. Коллекторно-эмиттерный пер ход выходного транзистора регулирую щего элемента запонтирован входящей в состав блока 7 управления шунтирующей цепью 16, состоящей из последовательно соединенных диода, ре. зистора и транзистора, коллекторный выход которого через развязываю щую цепь 17, буферньй усилитель 14 и интегрирующую цепь 13 подключен к первому входу компаратора 12, второй вход которого подключен к вы ходу формирователя 11 пилообразного напряжения, вход которого подключен к узлу 10 синхронизации, а выход к входу буферного усилителя 15. Вых усилителя 5 обратной связи также через буферный усилитель 14 и интег рирующую цепь 13 подключен к компаратору 12 блока 7 управления. Устройство работает следующим образом. При подаче сетевого напряжения н входные клеммы стабилизированного и точника питания блок 7 управления с блокинг-генераторами 8 и 9 обеспечи вает включение тиристоров исполните ioro органа 2 так, что угол включения плавно увеличивается и, следовательно, плавно увеличивается напряжение на первичной обмотке силового трансформатора, фильтре 3 и регулирующем транзисторе 4. На выходе источника устанавливается номинальное напряжение. При увеличении напряжения на регулирующем транзисторе 4 открываются транзисторы шунтирующей 16 и развязывающей 17 цепей,-блока 7 управления, в результате чего возрастает напряжение на интегрирующей цепи 13, и следовательно, на первом входе компаратора 12. Это приводит к изменению фазы выходного импульса компаратора 12, который через буферный усилитель 15 и блокинг-генераторы 8 и 9 поступает на управляющие электроды тиристоров исполнительного органа 2, уменьшая угол включения тиристоров, в результате чего на регулирующем транзисторе 4 восстанавливается минимальное рабочее напряжение . Таким образом, тюсредством изменения (регулирования) фазы включегния тиристоров в зависимости от изменения выходного напряжения на регулирукщем транзисторе 4 поддерживается минимальное напряжение, обеспечивакяцее высокий КПД источника питания. При пробое транзистора 4 происходит резкое уменьшение падения напряжения на участке эмиттер-коллектор, ввиду чего прекращается шунтирующее и следовательно, функциональное действие цепи 16. При этом напряжение на нагрузке 6 в первоначальный момент увеличивается на минимальную величину падения напряжения на регулирующем транзисторе, что безопасно для нагрузки. При этом функции по защите от перенапряжения потребителя (нагрузки) и поддержанию в допустимых пределах величины выходного напряжения начинает выполнять (берет на себя) дополнительно введенная, инверсная по отношению к основному выходу, связь усилителя 5 с блоком 7 управления. Рассмотрим ее действие. При пробое транзистора 4 напряжение на выходе усилителя 5 обратной связи увеличивается и через токоограничивамдий резистор, буферный усилитель 14 и интегрирующую цепь 13 блока 7 управления подается на первый вход компаратора 12, что описанным выше образом приводит к изменению фазы включения тиристоров, так что угол отсечки уменьшается и на нагрузке восстанавливается безопасное напряжение, В дальнейшем работа дополнительного выхода усилителя аналогичн функциям шунтирующей 16 и развязыва щей 17 цепей и сводится к автоматическому регулированию фазового угла включения встречно включенных в силовую питающую шину тиристоров ис полнительного органа 2, а следовательно, и к поддержанию в допустимы пределах выходного стабилизированного напряжения. При нормальной работе источник постоянного напряжения имеет коэффициенты нестабильности и пульсации при всех возмущающих внешних факторах и токе нагрузки до 50 А, не превышающие 1%. При пробое или коротком замыкании регулирукщего транзистора на выходе во всем диапазоне заданных (регулируемых) напряжений и токов нагрузки до 50 А величина напряжения остается практически такой же, как и при нормальной работе, только увеличивается пульсация до 5%. Следует отметить,что во всем диапазоне выход ных напряжений (1,5-20В) не требуется перестройки защиты источника от перенапряжений в случае выхода из строя регулирующего транзистора. Этот процесс вьшолняется автоматически усилителем 5, При небольших приращениях напряжения на входе, имея большой коэффициент усиления, на выходе усилителя 5 (дополнительно введенный выход) появляется в той же полярности, только значительно превосходящее входное, напряжение, которое эффективно воздействует на блок 7 управления выпрямителя 1, Поддержание напряжения на выходе (после выхода из строя регулирующего транзистора) на прежнем уровне осуществляется за счет того, что усилитель 5 обратной связи продолжает выполнять свои функции. Таким образом, осуществляется двойная функция устройства - защита потребителя от перенапряжений и обеспечение дальнейшей работоспособности стабилизатора при выходе из строя (пробое) регулирующего транзистора путем переключения компенсационного линейного источника в режим импульсного тиристорного источника.

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО ТОКА С ЗАЩИТОЙ,, содержащий управляемый выпрямитель. его блок управления, регулирующий элемент, включенньш в выходную шину, силовой переход регулирующего элемента подключен к входу блока управления, а его управляющий вход - к выходу усилителя обратной связи, о тличающийся тем, что, с целью повышения надежности защиты от повышения напряжения на нагрузке при пробое регулирующего элемента, блок управления выполнен с дополнительным входом, к которому подключен выход усилителя обратной связи.