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

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника питания, например, для питания мощных высокоточных электромагнитов. Известен компенсационный стабили затор постоянного тока, содержащий регулирующий .элемент, включенньй по следовательно с нагрузкой, управляю щий вход которого соединён с выходо усилителя постоянного тОка, один из входов которого соединен с источником опорного напряжекйя, а второй вход - с точкой соединения датчика тока и нагрузки DJ Недостатком этого устройства является высокий уровень пульсаций и низкая стабильность тока в нагрузке, а также зависимость уровня пуль садий тока от сопротивления .нагрузки, нагрузка входит в цепь отрицательной обратной связи стабил затора, .кроме того, недостатком уст ройства является его неустойчивая работа на нагрузку индуктивного характера из-за вносимого фазового сдвига в Цепь обратной связи. Наиболее близким к предложенному по технической сущности является комбинированньй источник постоянног напряжения, содержащий импульсный и линейный стабилизаторы, регулирующие элементы которых соединены последовательно между;собой и включены между: входным и вькодным вьгоодами, блок управления линейного ста билизатора, входами соединенньгмн с вькоднь ми выводами,, а выходом - с управляющим входом регулирующего элемента линейного стабилизатора, блок управления импульсного стабилизатора, выходом соединенный с управляющим входом своего регулирую щего злeмeнтaj а входом через узел формирования сигнала обратной связи с силовой целью регулирующего элемента, линейного стабилизатора, причем узел формирования сигнала обратной связи выполнен в виде диодны пиковых детекторов с открытым и закрытым входами соответственно, вход каждого из которьк служит входом узла формирования сигнала обратной связи, выход одного из указанных детекторов соединен с входом блока управления импульсного стабилизатор непосредственко, а выход другого детектора соединен с входом того же блока управления через инвертирующий узел PJ . Недостатком известного устройст- ва является высокий уровень пульсаций тока в нагрузке и повышения их уровня при увеличении тока нагрузки из-за малого коэффициента передачи делителя в цепи обратной связи, состоящего из последовательно включенных датчика тока и сопротивления нагрузки, причем сигнал снимается с датчика тока. Увеличение коэффициента усиления усилителя постоянного тока в цепи обратной связи может привести к неустойчивой работе стабилизатора. Также трудно обеспечить устойчивую работу на нагрузку индуктивного характера из-за, вносимого фазового сдвига. Кроме того устройству характерно большое увеличение рассеиваемой мощности на регулирующем элементе линейного стабилизатора при резком уменьшении тока в нагрузке, В этом случае недостаточно высокое быстродействие импульсного стабилизатора не позволяет быстро снизить напряжение на входе линейного ст.абилизатора, в то время как быстродействие линейного стабилизатора достаточно высокоеj чтобы быстро установить заданный ток в н(грузке. При этом разность напряжений на выходе импульсного стабилизатора и на нагрузке падает на регулирующем элементе линейного стабилизатора, что приводит, к резкому повышению рассеиваемой . на нем мощности и, как правило, к выходу из строя последнего. Цель изобретения - уменьшение уровня пульсаций тока в нагрузке, повышение стабильности тока в нагрузке и устойчивости повышение надежности устройства путем защиты реализующего элемента от перегрузки по мощности. Поставленная цель достигается тем, что в стабилизированный источник постоянного тока, содержащий последовательно соединенные ключевой и линейный стабилиза.торы, причем ключевой стабилизатор состоит из последовательно соединенных управляемого выпрямителя с фильтром, один из выходов которого соединен с первой выходной клеммой источника, другой выход ключевого стабилизатора 3, соединен с вхрдом блока управления управляемого выпрямителя, выход которого соединен с управляющим входом управляемого выпрямителя, и с входом линейного стабилизатора, состоящего из регулирующего элемента, выход которого соединен с общей шиной, усилителя постоянного тока, выход которого подключен к управляю щему входу регулирующего элемента, датчика тока, включенного между второй выходной клеммой и общей шиной, к которой подключен -один из выводов источника опорного напряжения, введены делитель, подклю ченный между первой .выходной клеммо источника и общей шиной , суммирующий интегратор, первый вход которог соединен соответственно с второй вы ходной клеммой, а второй вход - с источником опорного, напряжения, причем первый и второй входы усили теля постоянного тока соединены соответственно с выходом делителя и выходом суммирующего интегратора. Для повышения надежности устройства введен блок защиты, состояиЕйй из двух электронных коммутаторов компаратора и дополнительного источ ника опорного напряжения, причем . электронные коммутаторы включены соответственно в цепи, соединяющие вторую выходную клемму с первьм .. входом суммирующего интегратора и источник опорного напряжения с вторым входом суммирующего интеграт.ора причем управляющие входы коммутаторов соединены с выходом указанного компаратора, входы которого соедине : ны с выходом ключевого етабилизатоi pa и с дополнительным источником опорного напряжения. На чертеже приведена функциональ ная структурная схема стабилизированного источника постоянного тока. Устройство содержит ключевой стабилизатор 1, состоящий из управл емого вьшрямителя 2, блока 3 управ. ления управляемым выпрями -елем, фильтра 4, линейный стабилизатор 5, :состоящий из регулирующего элемента 6, усилителя 7 постоянного тОка, делителя 8 из резисторов 9 и 10, суммирующего интегратора 11, датчика 12 тока, источника 13 опорного , напряжения, схему 14 защиты, состоя щую из электронных коммутаторов 15 и 16, компаратора 17, источника 18 84 опорного напряжения и выходные клеммы 19 и 20. Управляемый выпрямитель 2 и,фильтр 4 соединены последовательно. Один из вькодов фильтра 4 соединен с выходной клеммой 19 устройства, а другой выход являет ся. выходом ключевого стабилизатора 1. Вход блока 3 управления управляемым выпрямителем соединен с выходом ключевого стабилизатора 1, а выход с управляющим входом управляемаго выпрямителя 2..Выход ключевого стабилизатора t соединен с силовым входом регулирующего элемента 6, линейного стабилизатора 5, выход 1эегулирующего элемента 6 соединен с общей шиной, а управляющий вход соединен с выходом усилителя 7 постоянного тока. Один вход усилителя .7 постоянного тока, соединен с выходом делителя 8, а другой вход с выходом суммирующего интегратора 11., Делитель 8 подключен между выходной клеммой 19 .устройства и общей шиной. Один вход суммирующего интегратора 11 через электронный коммутатор 15 подключен к источ1шку 13 опорного напряжения, а другой вход - через электронный коммутатор 16 к точке соединения выходной клеммы 20 и датчика 12 тока, второй выход датчика тока соединен с общей шиной. Управляющие входы электронных коммутаторов 15 и 16 соедо нены с выходом компаратора 17, один вход которого соединен с выходом ключе-: вого стабилизатора 1, а другой вход с источником 18 опорного напряжения. Стабилизированный источник постоянного тока работает, следующим обоазом. . Ключевой стабилизатор 1 поддерживает на регулирующем элементе 6 линейного стабилизатора заданное на- пряжение. Регулирующий элемент 6 совместно с усилителем 7 постоянного тока и делителем 8 сглаживает -на выходе устройства пульсации напряжения и стабилизирует напряжение на нагрузке, которое пропорционально напряжению на втором входе усилителя 7 постоянного тока. Это напряжение является выходным напряжением суммирующего интегратора 11, которое, в свою очередь, зависит от тока, протекающего в датчике 12 тока, а следовательно,и в нагрузке, а также от величины напряжения на .

1

выходе источника 13 опорного напряжё ния.

Устройство отрабатывает заданный ток в нагрузке до тех пор, пока напряжение в точке сумм1фования. интегратора не станет равным нулю, и поддерживает этот ток неизменным за счет отрицательной обратной связи по току,.Величина тока в нагрузке регулируется изменений величины напряжения источника 13 опорного .напрЯ жения. При резком уменьшении величи ны этого напряжения для уменьшения, тока в нагрузке закрывается рёгупиру кяций элемент б., и как только напряжение на регулирующем элементе дос тигает величины, равной напряжению источника 18 опорного напряжения, срабатывает компаратор 17 и закрывает электронные коммутаторы 15 и 16 При этом емкость суммирующем интеграторе прекращает перезаряд, и суммирукиций интегратор 11 переходит в режим хранения. Как только фильтр 4 разрядится таю, что напряжение на регулирующем элементе :танет меньше напряжения источника 18 опорного напряжения, компаратор 17 вернется в исходное состояние электронные коммутаторы 13 и 16 открываются, и емкость суммирующего интегратора 11 снова перезаряжается а регулирующий элемент 6 увеличивает свое сопротивление . Если напряжение на регулирую1440986

щем элементе 6 снова превышает величину напряжения источника 18 опорного напряжения, то срабатывает компаратор 7 и повторяется описанный 5 процесс. Этот процесс продолжается до тех пор, пока в нагрузке не установится заданный ток..Так происходит защита регулирующего .элемента от перегрузки по мощности в процессе регулирования тока в нагрузке при сохранении максимально возможного быстродействия устройства.

Введение различных цепей для сглаживания пульсаций напряжения на нагруэ1ке и для стабилизации среднего значения тОка позволяет поддерясивать уровень пульсаций тока независимым от сопротивления нагрузки. Использование суммирукицего интегратора позволяет вывести делитель из цепи обратной связи для стабилизации средней величины тока в нагрузке, что в несколько раз увеличивает коэффициент его передачи. Следовательно, соответственно уменьшается уровень пульсаций на нагрузке.

Введение в устройство компаратора с источником опорного напряжения и электронных коммутаторов, защищает регулирующий элемент от перегрузки по мощности в процессе регулирований тока в нагрузке ссохранением мakcи мально возможного быстродействия устройства.

1, СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИбТОЧ НИК ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий последовательно соединенные ключевой и линейный стабилизаторы., причем ключевой стабилизатор состоит из последовательно соединенных управляемого выпрямителя с фильтром, : один из выходов которого соединен с первой выходной клеммой источника, другой выход ключевого стабилиза1тора сое/щнен с входом блока управления управляемого выпрямителя, выход которого соединен с управля1ощим входрм управляемого выпрямитёля, и с входом линейного стабилизатора, сое тоящеГо из регулирующего элемента, выход которого соединен с общей шиной, усилителя постоянного тока, выход которого подключен к управляющему входу регулирующего элемента датчика тока, включенного между второй выходной клеммой и общей шиной, к которой подключен один из выводов источника опорного напряжения, отличаю:щ и и с я тем, что, с целью уменьшения уровня пульсаций, повышения стабильности тока в нагрузке и повышения устойчивости, в линейный стабилизатор введены делитель, подключенный между первой выходной клеммой источника и общей шиной, суммирующий интегратор, первый вход которого соединен соответственно с второй выходной клеммой, а второй вход - с источником опорного напряжения, причем первый и второй входы усилителя постоянного тока соединены соответст венно с- выходом делителя и выходом суммирующего интегратора. (/ 2. Источник по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения его надежности путем защиты регулирующего элемента от пере§ грузки по мощности, в него введен блок защиты, состоящий из двух электронных коммутаторов, компаратора и дополнительного источника опорного напряжения, причем электрон4 кые коммутаторы включены соответственно в цепи, соединяющие вторую 4: выходную клемму с первьм входом О СО суммирукмцего интегратора и источник опорного напряжения с вторьм входом 00 суммирующего интегратора, причем :управлякицие входы коммутаторов соединены с выходом указанного компаратора, входы которого соединены с выходом ключевого стабилизатора ис дополнительным источником Опорного напряжения.