Многоканальное устройство для стабилизации постоянного напряжения Советский патент 1986 года по МПК G05F1/585 

tvD

о:

О1

О5

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания узлов автоматики. Цель - обеспечение.токе- вой защиты силовых ключей без увеличения внутреннего сопротивления каналов напряжения постоянному току и повышение надежности устройства. Поставленная цель достигается тем, что контролируется пульсация выходного напряжения пороговым усилителем 7, управляющим RS-триггером 8. Сигнал с триггера 8 прекращает управление сигналами с выходов блока 2 сравнения и блока 4 синхронизации. Одновременно закрывается силовой ключ 1. Изобретение зависимое от авт.св. 1145333. 4 ил. W С

o

фа&.1 Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в устройствах электропитания узпов автоматики, вычислительной техники, средств связи и является дополнительным к авт.св. № 1145333. Цель изобретения - обеспечение токовой защиты силовых ключей без увеличения внутреннего сопротивления каналов напряжения постоянному току и повышение надежности устройства в целом. На фиг. 1 показана структурная схема многоканального устройства дл стабилизации постоянного напряжения на фиг. 2 - пример реализации силов го ключа с памятью с учетом дополнительно введенных связейj на фиг.З пример реализации порогового усилит ля напряжения пульсацийi на фиг.4 пример реализации формирователя импульса закрывания силового ключа. Многоканальное устройство для ст билизации постоянного напряжения (фиг. 1) содержит п каналов напряже ния с силовыми ключами 1, выходы ко торых являются выходными выводами каналов напряжения, а их входы соед нены с входом устройства, блок 2 сравнения, коммутатор 3, адресные входы которого связаны с выходами блока 4 синхронизации и входами син хронизации ключей 1, а выход - с первым входом блока 2 сравнения, многоуровневый источник 5 опорных напряжений. При этом входы коммутатора 3 подключены к соответствунидим выходным выводам каналов напряжения синхронизирующие входы многоуровнев го источника 5 опорных напряжений подключены к соответствующим выхода блока 4 синхронизации, а выход - к второму входу блока 2 сравнения, вы ход которого связан с управляющими входами силовых ключей 1, входы син хронизации которых подключены к соо ветствующим выходам блока 4 синхронизации. Кроме того, в каждый канал введе конденсатор 6, пороговый усилитель напряжений пульсаций, RS-триггер 8 и формирователь 9 импульса закрывания силового ключа. При этом вход порогового усилителя 7 напряжения пульсаций через конденсатор 6 соеди нен с выходным выводом канала стаби лизации напряжения, а его выход - с R-входом RS-триггера 8, выход котор Г.| одновременио подключен к входу ормирователя 9 импульса закрывания силового ключа 1 и к дополнительному (четвертому входу э1ого ключа) входу запрета -записи. Выход формирователя 9 импульса закрывания силового ключа 1 подключен к дополнительному (пятому входу ключа) входу закрывания этого ключа. Вход S RS-триггера 8 соединен с шиной Сброс, а выход RS-триггера 8 дополнительно соединен с шиной сигнализации о перегрузке. Силовой ключ 1 с памятью (фиг.2) содержит D-триггер 10, входы D и С которого подключены к управляющему и синхронизирующему входам ключа соответственно, а выход триггера соединен с базой транзистора 11, коллектор которого является силовым входом ключа, эмиттер транзистора 11 через индуктивность дросселя 12 и диод 13 связан с выходом ключа и общей шиной источника питания соответственно, причем вход S D-триггера 10 подключен к входу запрета записи ключа, а вход R этого триггера к входу закрывания ключа. Пороговый усилитель 7 напряжения пульсаций (фиг. 3) содержит подключенный анодом к входу диод 14, к катоду этого диода подключены конденсатор 15, обкладка которого подключена к общей шине, и регулировочный резистор 16, второй выход которого подключен к общей шине, а третий вывод через резистор 17 соединен с первым входом операционного усилителя 20. Кроме того, первый вход операционного усилителя 20 через резистор 19 соединен с выходом этого операционного усилителя, который является , выходом порогового усилителя. Второй вход операционного усилителя 20 подключен к среднему выводу резистора 18, два остальных вывода которого подключены к источнику питания операционного усилителя 20 и к общей шине соответственно. Формирователь 9 импульса закрывания силового ключа (фиг. 4) содержит триггер с раздельными входами, выполненный на логических элементах 21 и 22, один из входов которого является входом формирователя. Выход элемента 21 соединен с входом элемента 23, выход которого через цепочку, состояшую из резистора 24 и диода 25, соединен с входом логического 3 элемента 26, выход которого соедине с вторым входом триггера с раздельными входами, которым является второй вход логического элемента 22. Причем выход этого элемента соедине с выходом формирователя. Кроме того к входу логического элемента 26 подключена параллельная цепочка из конденсатора 27 и резистора 28, вторые выходы которых соединены с общей шиной. Устройство работает следующим образом. При появлении входного постоянного нестабилизированного напряжения Ug. оно поступает на силовые входы ключей 1 с памятью. При этом все ключи 1 открыты и на выходных выводах начинает нарастать напряжение. Возрастание происходит не мгновенно, а протекает с некоторой постоянной времени. Одновременно с подачей входного напряжения начинают работать остальные узлы схемы. Так, устройство синхронизахщи 4 вьщает на свои выходы сигнал разрешения, причем этот сигнал присутствует одновременно только на одном из выходов и перемещается последовательно (по кольцу) с первого до последнего выхода. Эти сигналы разрешения (синхронизации) поступают на параллельно соединенные входы синхронизации коммутатора 3 измерительного входа блока 2 сравнения, входы синхронизации силовых ключей 1 и входы синхронизации источника 5 опорных напряжений. При наличии сигнала разрешения (синхронизации), например, на первом выходе блока 4 на измерительный входблока 2 сравнения через коммутатор 3 измерительного входа подается напряжение, имеющееся на выходе первого силового ключа 1. Одновременно источник 5 опорного напряжения, подает на опорный вход блока 2 сравнения предварительно установленное (заданное) опорное напряжение UQ . Оба напряжения, поступающие на входы блока 2 сравнения, сравниваются им и в за- Бисимости от величины рассогласовани на выходе блока 2 сравнения вырабатывается сигнал управления, поступаю щий с выхода блока 2 сравнения на управляющий вход силового ключа 1 с памятью. Если в момент сравнения напряжение на выходе силового ключа 1 меньше чем опорное напряжение, зада564ваемое источником 5 опорного напряжения, то блок 2 сравнения вырабатывает cHrHaJF (высокий потенциал), подтверждающий открытое состояние силового ключа 1. Если напряжение на выходе ключа 1 превышает , , то блок 2 сравнения вьфабатывает сигнал (низкий потенциал), запрещающий установку ключа в открытое состояние. Работа введенной схемы защиты ос- . новывается на эффекте увеличения напряжения пульсаций выходного постоянного напряжения вьтше допустимой нормы при превьш1ении током нагрузки номинальной величины. Для использования этого эффекта возрастание напряжения пульсации выше допустимой нормы фиксируется схемой допускового контроля, состоящей из введенных элементов и связей, и выдает сигнал закрывания силового ключа. При номина-пьном токе нагрузки напряжение пульсаций поступаетчерез конденсатор 6 на вход порогового усилителя 7 напряжения пульсаций. Так как ток нагрузки номинальный, напряжение пульсаций недостаточно, для срабатывания порогового усилителя 7, с выхода которого сигнал с уровнем 1 удерживает RS-триггер 8 в единичном состоянии. На выходе RS-триггера 8 также присутствует сигнал 1, поступающий на вход формирователя 9 импульса закрывания ключа и на вход запрета записи ключа 1. При этом на выходе формирователя 9 импульса закрывания ключа присутствует сигнал с уровнем 1. Так как на выходе запрета записи и входе закрывания силового ключа 1 с памятью присутствуют сигналы 1, не влияющие на работу силового ключа 1 с памятью, то сигналы с выхода блока 2 сравнения и блока 4 синхронизации беспрепятственно управляют работой силового ключа 1 с памятью таким же образом, как и в пр.едлагаемом устройстве. При превьщ1ении током нагрузки номинального значения возрастает напряжение пульсаций на нагрузке и через конденсатор 6 поступает на вход порогового усилителя 7. Под возействием возросшего нацряжения пульсаций пороговь1Й усилитель 7 срабатывает, при этом на его входе сигнал риобретает уровень О, что вызыват срабатывание RS-триггера 8, сигал на выходе которого также приобретяет уровень О. Этот сигнал поступает непосредственно на вход запрета записи силового ключа 1, что прекращает управление ключа сигналами с выходов блока 2 сравнения и блока 4 синхронизации. Одновременно формирователь 9 импульса закрывания ключа формирует на своем выходе импульс, который поступает на пятый вход силового ключа 1 с памятью. Ключ переходит в закрытое состояние независимо от состояния, в котором он находился до поступления импульса закрывания. Подача тока в нагрузку прекращается. Одновременно сигнал с выхода RS-триггера 8 может быть использован для сигнализации о неисправности канала выходного напряжения с помощью шины Сигнализация и подключаемого к этой шине индикаторного

элемента.

После устранения причины перегрузки схему можно вернуть в рабочее состояние путем подачи на сбросовый R-вход RS-триггера 8 сигнала сброса с уровнем О.

Пример реализации силового ключа с памятью с учетом дополнительно введенных связей (фиг. 2).

При токе нагрузки, не превьшающем номинального значения, на входах запрета записи и закрывания ключа присутствуют сигналы 1, не влияющие на работу триггера 10, так как R и S его входы чувствительны только к сиг налам О. При этом-на управляющий вход (вход D триггера 10) подаются сигналы с выхода блока 2 сравнения, а на синхронизирующий вход (вход С триггера 10) - сигналы синхронизации с блока 4 синхронизации Б момент прихода импульса синхронизации на вход С информация на входе D записывается в триггер, чем в зависимости от уровня выходного напряжения данного канала изменяется или остается без изменений состояние транзистора 11, т.е. осуществляется работа силового ключа точно так,как и в предлагаемом устройстве.

При увеличении тока нагрузки выше номинального значения и срабатывании введенной схемы защиты на вход запрета записи S подается сигнал О что исключает возможность записи информации в триггер 10 по входу D, так как вход S имеет приоритет над 1входами D и С. Работа триггера 10

останавливается. Ввиду того, что сигнал запрета записи вырабатывается введенной схемой защиты асинхронно с работой остальных узлов и блоков, триггер 10 может остановиться в любом из двух возможных состояний, в зависимости от информации, поступившей ранее на вход D. При этом транзистор 11 может остаться в открытом состоянии, что приводит к аварийной ситуации - в нагрузку потечет максимально возможный ток, что недопустимо. Для устранения такой возможности и служит дополнительно введенный вход закрывания ключа (R-вход триггера 10), имеюищй приоритет над всеми остальньпуи входами триггера 10. При превышении тока нагрузки номинального значения и появлении на входе запрета записи (вход S) О, формирователь 9 импульса закрывания ключа вырабатывает одиночный отрицательный импульс, подаваемьй на вход закрьшания ключа (вход R триггера 10). Этот импульс однозначно устанавливает триггер в такое состояние, при котором транзистор 11 закрыт, что устраняет возможность протекания тока в нагрузку. Схема находится в таком состоянии до тех пор, пока не будет снят сигнал логического нуля с входа запрета записи.

Пример реализации порогового усилителя напряжений пульсаций (фиг. 3)

Постоянное выходное напряжение, на которое наложено напряжение пульсаций, подается на вход устройства и через вьтрямительный диод 14, служащий для вьтрямления напряжения пульсаций, поступает на конденсатор 15, служащий фильтром вьтрямленных напряжений пульсаций. Выпрямленное и отфильтрованное напряжение пульсаций поступает на резистор 16, служащий для регулировки чувствительности порогового усилителя в целом. Усиление производится с помощью операционного усилителя 18, включенного по схеме компаратора. Резисторы 17 и 19 являются резисторами масштабного звена, определяющего коэффициент усиления операционного усилителя 18. Через резистор 17 сигнал напряжения пульсаций подается на первый вход операционного усилителя 18. При этом на второй вход этого усилителя подается опорное напряжение, получаемое с помощью резистора 20, подключенного к одному из источников питания операционного усилителя. Это опорное напряжение сравнивается с напряжением пульсаций и в зависимости от соотношений этих напряжений на выходе операционного усилителя появляется сигнал высокого или низкого уровня. Так, при номинальном токе погрузки и, как следствие, при номинальном значении напряжения пульсаций на выходе операционного усилителя присутствует сигнал высокого уровня. И наоборот, при уве личении тока нагрузки выше номинального и, как следствие, увеличении на пряжения пульсаций выше напряжения с резистора 20 на выходе операционно го усилителя появится сигнал низкого уровня. Этот сигнал поступает на RSтриггер 8 и заставляет его работать что влечет срабатывание схемы защиты в целом. Пример реализации формирователя импульса закрывания силового ключа (фиг. 4). Сигнал с уровнем О поступает на вход устройства в случае превышения током нагрузки номинального значения. При этом триггер с раздельным входами, выполненный на логических элементах 21 и 22, работает и На выходе логического элемента 21 Появляется уровень 1. Он инвертируется логическим элементом 23, на выходе которого появляется сигнал О. При этом диод 25 закрывается. Конденсато 27,зар5укенный перед этим через резистор 24 и диод 25 до уровня 1 с выхода логического элемента 22, на чинает разряжаться через резистор. 28.Пороговый логический элемент 26 работает, как только напряжение на конденсаторе 27 падает ниже поро4

Силаоой Sxaff оОой

yn/}.Bxoff О

Гил.гр. 3)fo3

о

аж. ycffipefTTci записи

ffx. 3aHpirtS0ftuj)

/f/ fffva

Bttxod

сриг.2 568 га срабатывания логического элемента 26. Сигнал с выхода логического элемента 26 опрокидывает триггер с раздельными входами на логических элементах 21 и 22 в исходное состояние. На выходе логического элемента 22 образуется импульс, длительность которого обусловлена цепочкой 27 и 28, задний фронт которого является импульсом закрывания силового ключа, подаваемого на соответствующий его вход. Формула изобретения Многоканальное устройство для стабилизации постоянного напряжения по авт.св. № 1145333, отличающееся тем, что, с целью обеспечения токовой защиты силовых ключей без увеличения внутреннего сопротивления каналов напряжения постоянному току и повышения надежности, в каждый канал напряжения введены конденсатор, пороговый усилитель напряжения пульсаций, RS-триггер и формирователь импульса закрывания силового ключа, причем вход каждого порогового усилителя напряжения пульсаций через конденсатор соединен с выходом своего канала, выход указанного усилителя - с R-выходом RS-триггера, S-вход которого подключен к внешней шине Сброс, а выход - к шине сигнализации о перегрузке, при этом выход данного RS-триггера соединен с дополнительными входами соответствующего силового ключа, с четвертым входом запрета записи - непосредственно, а с пятым входом закрывания ключа - через формирователь импульса закрывания силового ключа.

фи9.4