Стабилизатор переменного напряжения Советский патент 1986 года по МПК G05F1/44 

Изобретение относится к источникам стабилизированного напряжения для питания злектронной аппаратуры.

Целью изобретения является повышение КПД стабилизатора.

Па чертеже приведена схема стабилизатора.

Устройство содержит генератор , ключ 2, тактовый вход 3 которого соединен с выходом генератора, делитель 4 частоты, вход которого также соединен с выходом генератора 1, коммутатор 5, вход которого подключен к выходу делителя 4 частоты, .выход 6- fco входу 7 установки нуля счетчика 8, выход 9 - к управляюп ему входу О ключа 2, выход 11 - к синхронизирую- щему входу 12, разрешающему запись информации на информационных: входах 13 в память блока 14 памяти, выход которого соединен cd входом 15 исполнительного узла 16. Информационные входы 13 соединены с информационными выходами 17 счетчика 8. Вых:од 18 этого счетчика подключен к управляющему (инверсному) входу 19 ключа 2, а выходы 20 блока 8 к генератору 2 ступенчатого напр51жения, выход которого соединен с входом 22 компаратора 23f на вход 24 которого поступает напряжение из сети, а выход 25 подключен ко входу (инверсному) 26 ключа 2, ВЫХОД которого соединен со счетным входом 27 счетчика 8,

.Вход 28 исполнительного узла 16 подключен к выходу 29 компаратора 23 а на вход 30 подано напряжение сети. К выходу узла 16 подключена нагрузка , Исполнительный узел 16 содержит фа- зочувствительный усилитель 31 блок 32 усилителей мощности, ключевые элементы на реле 33.1-33.5 и вольто- добав.очный трансформатор 34. К выходам усилителя 31 подключены реле

33.1 и 33.2. Контакты этих реле вклю- 45 расчета указанным счетчиком поступаю- чены в цепь первичной обмотки 35 трансформатора 34 вольтодобавки. К одной из входных клемм 36, 37 подключено начало первой вторичной обмотки 38. К выходам усилителей блока 32 50 подключены реле 33,3-33.5, контакты которых включены в цепь вторичных

;обмоток 385 39 и 40, трансформатора 34 вольтодобавки , i при этом начала вторичных обмоток подключены к размьг- 55 кающим контактам, а их концы - к за мыкающим контактам реле, Начало первой вторичной обмотки 38 с минималь Цих на его счетный вход импульсов.

Сигнал логической 1 с выхода 6 блока 5 переведет счетчик 8 в нулевое состояние.

При появлении сигнала логической на вых:оде 9 блока 5 открывается ключ 2 (так как на его входах 19 и . 26 логические О), и сигнал с генератора 1 поступает на счетчик 8, выходной сигнал которого управляет работой генератора 2 ступенчато возрастающего напряжения.

ным напряжением подключено к одной из фаз сети, (входной клемме 36), а начала каждой последующей обмотки - к подвюкному элементу переключающего

контакта реле,, упраБляюв(ему предыду щей вторичной обмоткой, при этом Бижный элемент контакта последнего реле подключен к выходной клемме стабилизатора , вторая выходная клемма

которого подключена ко второй фазе сети (входной клемме 37).

Блоки 1, 2, 4, 5, 8, 14 и 21 могут быть вьшолнены на транзисторах, интегральных логических элементах. В

качестве исполнительного устройства могут быть применены реле 5 силовые полупроводниковые ключи и другие коммутаторы. Компаратор может быть собран с применением операционных усили

телей„

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 генерирует периодический сигнал, например прямоуголь- , ной формы, который поступает через ключ 2 на счетный вход 27 счетчика 8 с коэффициентом пересчета тп. Сигнал с генератора на счетчик 8 может поступать только при налич-ии

на управляющих входах ключа 2 сигналов: .на входе 10 - логической 1, на входах 19 и 26 - логического О,

С Ё;ыхода генератора 1 сигнал также поступает на делитель 4 частоты с коэффидиентом деления не менее т+1 и с его вькода - на вход коммутатора ,5, управляющего работой всего устройства. На выходах 6, 9 и 11 коммутатора 5 поочередно появляется сигнал логической 1.

Приведенное соотношение коэффициента пересчета счетчика 8 и коэффициента деления делителя 4 ч астоты необходимо для осуществления полного

расчета указанным счетчиком поступаю

на его счетный вход импульсов.

Сигнал логической 1 с выхода 6 блока 5 переведет счетчик 8 в нулевое состояние.

При появлении сигнала логической на вых:оде 9 блока 5 открывается ключ 2 (так как на его входах 19 и . 26 логические О), и сигнал с генератора 1 поступает на счетчик 8, выходной сигнал которого управляет работой генератора 2 ступенчато возрастающего напряжения.

Ступенчато возрастающее напряжение в компараторе 23 сравнивается с напряжением, пропорциональным разнице между сетевым и номинальным (требуемым) напряжением, tJp В момент, когда уровень.ступенчатого напряжения превысит напряжение Up , на выходе компаратора 23 появится ч сигнал логической 1, который по входу 26 ключа 2 запретит дальнейшее прохождение, сигнала с генератора .1 на вход 27 счетчика 8. На информационном выходе счетчика 8 зафиксируется результат счета (в соответствии с кодом 1-2-4.,.), пропорциональный величине напряжения Up .

Появление сигнала логической 1 на выходе 1I блока 5 разрешит переписать информацию с выхода счетчика 8 в блок 14 памяти, к выходу которого подсоединен исполнительный узел 16, изменяющий коэффициент трансформации трансформатора вольтодобавки, который сохраняется до появления очередной логической 1 на выходе II блока 5.

При включении реле 33.1 или 33.2 первичная обмотка 35 трансформатора 34 подключается к сети, при этом в зависимости от того, какое из этих реле срабатывает, верхни й вывод обмотки 35 трансформатора 34 будет подключен либо к точке 36, либо к точке 37. Таким образом напряжения на вторичных обмотках, включаемых последовательно с нагрузкой, будут либо совпадать по фазе с напряжением в сети, либо будут противоположны по фазе, т.е. эти напряжения будут или складьшаться с сетевым, или из него вычитаться,

В зависимости от комбинации выходных напряжений Счетчика 8, зафиксированных блоком 14 памяти, на соответствующих входах блока 32 появятся сигналы логического О или 1, сработает реле 33.3, подключив обмотку 38 трансформатора 34 последовательно с нагрузкой. При этом напряжение на нагрузке будет равно алгебраической сумме напряжения сети и напряжения на обмотке 38 (больше или меньше напряжения в сети на величину напряжения на-обмотке 38),

При последовательном появлении логической 1 на выходах блока 5 описанные процессы будут периодически

46066

повторяться в течение всего времени работы стабилизатора,подключая обмотки 39 и 40.

При работе стабилизатора возможен 5 случай, когда максимально возможная величина напряжения вольтодобавки недостаточно для компенсации изменения сетевого напряжения относительно номинального значения. Это может про- 10 изойти при нестабильности сетевого напряжения, превышающей регламентированный диапазон стабилизации данного стабилизатора. В этом случае возможно переполнение счетчика 8 и нарушение )5 работы стабилизатора. Для устранения этого явления при полном заполнении счетчика 8 на его выходе 18 появляется сигнал логической 1, запрещающий по вхбду 19 ключа 2 прохождение

0 импульсов с генератора на вход 27 счетчика 8. Коэффициент трансформации трансформатора вольтодобавки при этом максимален.

Сигнал с выхода 18 блока 8 может

5 .быть использован для индикации отклонения напряжения в сети выше требуемых пределов.

В узле 31 компаратора 23 осуществляется определение знака рассогласоQ вания сетевого напряжения относительно номинального (требуемого) значения и выделение разницы между этими напряжениями ) . Выходной сигнал определенной полярности в зависимости от знака рассогласования с выхода 29

5 блока 23 поступает на вход усилителя 31 (вход 28 блока 16) и управляет работой реле 33.1 или 33.2. Если напряжение в сети меньше номинального, срабатьшает реле 33.1, если больше реле 33,2. Усилитель 31 в блоке 16 имеет зону нечувствительности. Поэтому, если напряжение в сети равно номинальному, , то реле 33,1 и 33,2 будут обесточены.

Разница U , между сетевым и номинальным напряжениями поступает после выпрямления на вход порогового устройства блока 23, в котором сравнивается напряжение U, со ступенчато во50

возрастающим, которое поступает по

входу 22 из генератора 2 ступенчато возрастающего напряжения. В момент равенства Up и ступенчато возрастающего напряА-ения на выходе 25 компа- 55 ратора 23 появляется .сигнал логической 1, который через вход 26 блока запрешает дальнейшее прохождение им- ,пульсов с генератора I на вход счетчика 8. При этом счет прекращается, и зафиксированный результат счета поступает с выхода счетчика (выхо д

17блока 8) на входы блока памяти (входы 13 блока 14).

Таким образом, в компараторе 23 определяется знак рассогласования и осуществляется оценка того, на сколько вольт сетевое напряжение от- личается от номинального. Эта разница будет равна ступенчато .возрастающему н .пряжению,зафиксированному в конце сче- та, когда ЧрИ это напряжение будут равны Но поскольку выходной код счетчика 1 и соотношение напряжений на вторичных обмотках трансформатора 34 одинаковы, то и напряжение вольтодобавки всегда будет равно (или пропорционально) величине ступенчато возраста- ющего напряжения, зафиксированного в момент его равенства с U , А поскольку эти напряжения равны,то к сетевому напряжению добавится (или выч- тется из него) напряжение, необходи- мое для приведения его до номинального значения. То есть осуществится стабилизация напряжения.

После прихода третьего импульса на вход блока 5 сигнал логической 1 появляется на его третьем выходе (выход 1 блока 5). Этот сигнал, поступая на вход 12 блока 14, разрешает запись в него информации с выхода 17 блока 8, Эта информация с выходов блока 4 усиливается усилителями 32 тока в блоке 16 и управляет работой реле 38.3-33.5, которые своими контактами коммутируют вторич- . обмотки трансформатора 34 вольто добавки. В случае переполнения счетчика В на его выходе во всех разрядах будут логические (выход 7 блока 8). В этом случае на выходе

18блока 8 формируется логический О которьй поступает на четвертый (сверху

по схеме) вход 1 9 блока 2, запрещая прохождение импульсов с генератора 1 на вход 27 блока 8.

Если напряжение в сети равно но- ьинальному, то на выходе 29 компаратора 23 напряжение отсутствует и реле 33,1 и 33.2 обесточены, а обмотка 35 трансформатора 34 не подключена к сети. Если это напряжение меньше но- минального, то сработает реле 33,1 , и обмотки 38-40 этого трансформатора будут подключены согласно, увеличивая напряжение на выходе стабилизатора. При напряжении в сети больше номинального значения сработает реле 33.2 при этом обмотки 38-40 будут, включены встречно, снижая напряжение на выходе стабилизатора.

Включение реле 38-40 осуществляется в соответствии с выходным кодом счетчика. Так, если после прихода одного импульса на вход счетчика 8 ступенчато возрастающее напряжение превысит сетевое, то только на его первом вькоде будет логическая 1 и сработает только реле 33.3, включив обмотку 38 трансформатора 34,

Если же компаратор переключится после прихода на вход счетчика 8, . например пяти импульсов, то сигналы логической 1 будут на его первом и третьем (сверху по схеме) выходах и сработают реле 33.3 и 33.5, подключив обмотки 38 и 40 трансформатора 34. Поскольку выходной код счетчика 8 (1-2-4) соответствует соотношению напряжений на обмотках 38, 39 и 40, то заданная точность выходного нап- ряжения поддерж)иается во всем диапазоне; стабилизации предлагаемого стабилизатора.

Формула изобретения

Стабилизатор переменного напряже-; ния , содержащий исполнительный узел включающий вольтодобавочный трансформатор, напряжения на вторичных обмотках которого выбраны из соотноше- НИН 1:2:4..., включенный между входными и выходными клеммами, усилители мощности с ключевыми элементами на выходе по числу вторичных обмоток вольтодобавочного трансформатора, узел управления,, состоящий из , генератора, ключа, счетчика с выходным кодом 1-2-4.,. и компаратора, причем выход генератора подключен к тактовому входу ключа, выход которого соединен со счетным входом счетчика, о т л. и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения КПД, в исполнитель- 1Л1Й узел введены фазочувствительный уснлитеЛь, две реле и генератор ступенчатого напряжения, причем выходы фазочувствител ьного усилителя подключены к соответствующим реле, замыкающие контакты одного из которых включены мехсду выводами первичной об7

мотки вольтодобавочного трансформатора и соответствующими входными клеммами, а замыкающие контакты другого реле включены между выводами первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора и противоположными входными клеммами, ключевые элементы вьтолнены в виде реле, размыкающие контакты которых включены между началом последующей и началом предьщущей вторичных обмоток вольтодобавочного трансформатора, замыкающие контакты - между началом последующей и концом предыдущей вторичных обмоток вольтодобавочного трансформатора, начало первой . вторичной обмотки подключе-, но к входной клемме, а конец последней вторичной обмотки- через замыкающий контакт соответствующего реле соединен с выходной клеммой, в узел управления введены делитель частоты с коэффициентом деления не менее tn + l, где HI- коэффициент пересчета счет460668

чика, коммутйтор и блок памяти, при этом вход делителя Частоты соединен с выходом генератора, а его выход - с входом iкоммутатора,первый выход ко- 5 торого подключен к входу установки нуля счетчика, второй - к первому управляющему входу ключа, третий - к синхронизирующему входу блока памяти, выход которого соединен с входами

10 усилителей мощности исполнительного узла, информационные входы блока па-: мяти подключены к первым соответствующим выходам счетчика, второй выход счетчика подключен к второму управля15 ющему входу ключа, а третий выход - к входу генератора ступенчатого напряжения, выход которого соединен с первым входом компаратора, второй вход которого подключен к входной клемме,

20 первый выход компаратора соединен с третьим управляющим входом ключа, а второй выход - с входом фазочувстви- тельного усилителя.