Высоковольтный управляемый стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1987 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в быст- р.одействуюш,их системах управления электроснабжения генераторов высокоинтенсивных электронных пучков.

Цель изобретения - повышение надежности в работе и расширение функциональных возможностей высоковольтного управляемого стабилизатора постоянного напряжения за счет обеспечения возможности регулирования выходного напряжения во всем диапазоне при импульсной нагрузке.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Стабилизатор содержит регулирующие ячейки 1.1 - .п, равноплечий п-резисторный делитель 2 напряжения, датчик 3 выходного напряжения, источники 4.1-4.п питания. В регулирующие ячейки 1.1 - l.n входят регулирующие элементы 5.1-5.п, усилители 6.1-6.П сигнала рассогласования, диоды 7.1-7.П защиты инвертирующих входов усилителей 6.1-6./г от пробоя обратным напряжением, шунтирующие диоды 8.1-8.п. Позициями 9 и 10 на схеме обозначены выводы для подключения нагрузки, позицией 11 - потенциальный вывод входа управления стабилизатора, а позициями 12.2--- 12.п - паразитные емкости источников 4.2-4.rt питания относительно корпуса устройства.

Один из полюсов источника 4.1 питани.ч соединен с шиной нулевого потенциала и выводом 9, а другой ПО. - с входным 1 Итаюш,им выводом регу.лирующего элемента 5. ре1 улирующей ячейки 1.1. Каждый из источников 4.2-4.п включен между выходом регулирующего элемента предыдущей регулирующей ячейки и питающим входом регулирующего элемента последующей регулирующей ячейки.

В регулирующих ячейках 1.1 - .п регулирующие элементы 5.1-5.л управляющими входами подключены к выхода.м усилителей 6.1---6.rt сигнала рассогласования. Выход датчика 8 вы.чодного напряжения соединен с первым входом усилителя 6.1 сигнала, рассогласования регулирующей ячейки 1.1. Выход источника управляющего напряжения (не показан) подключен к второму входу усилителя 6.1 сигнала рассогласования. Выходные выводы равноплечего /г-ре- зисторпого делителя 2 напряжения соединены с выводами 9 и 10, а выходы -- с первыми входами усилителей 6.2-б.п сигнала рассогласования регулирующих ячеек 1.2-l.n. Второй вход усиления сигнала рассогласования каждой из регулирующих ячеек 1.2- 1.Я подключен к выходу регулирующего элемента предыдущей регулирующей ячейки. К выходам регулирующих элементов 5.1 - 5.П регулирующих ячеек 1.1 - .п подключены щунтирующие диоды 8.1 - 8.л в обратном направлении. Между входными потенциальными выводами усилителей 6.-6.л сипшла рассогласования регулирующих ячеек 1.1-- 1.11 включены защитные диоды 7.1-7.п. Устройство работает следующим с)бразом.

Состояние каждой регулирующей ячейки 1.1 - l.n зависит от состояния остальных. Б установившемся режиме выходное напряжение любой ячейки I.k (i-Cfe n) образовано путем усиления сигнала рассогласова- ния, присутствуЕОщего между входами усилителя 6.. При этом величина сигнала рассогласования обратно пропорциональна коэффициенту усиления усилителя 6./г и равна сколь угодно малой величине. В силу этого верхний вывод ячейки 1..г и k-u про.межу5 точны:й вывод делителя 2 напряжения находятся на равных потенциалах относительно корпуса. Следовательно, выходные напряжения регулирующих ячеек 1.1 - l.n пропорциональны величинам соответствующих противолежащих резисторов делителя 2. При

0

5

равенстве резисторов выхОлТ.ное напряжение . ч стабилизатора распределяется между ячейками 1.1 - i.n поровну и определяется как

ВЫХ. ст. - ЙЫХ 1

где L a.jx. 1 - выходное напря.жение ячейки 1.1. Величина L/aa 1 есть не что иное, как ошибка регулирования стабилизатора, увеличенная пропорционально коэффициенту усиления усилителя 6.. Из сказанного сле0 дует, что точность отслеживания каждой из ячеек 1.1 - l.n определяется коэффициентом усиления ее усилителя сигнала рассогласования, а точность регулирования . ст. - коэффициентом усиления усилителя 6.1 ячейки 1., соединенной с корпусом.

5 Таким образом, изобретение обеспечивает не 1рерывность. а также любую заданную точность регулирования выходного напряжения fVgu,, стабилизатора.

Оценка быстродействия регулирования может быть оценена с; едующи.м образом. На вход управления с потенциальным вы- ВОДОГУ 11 подается скачок напряжения (./„,,. На выходе ячейки 1.1 через интервал времени Zv/i получается приращение

Af/b.v if/ A/r; feiAfy.,,,

5

где fei - коэффициент усиления усилителя

6.1 сигнала рассог.ласования.

Прк этом А,,,л/;-1)С,„р,

где R:.,,, i выход.чое сопротивление ячейки 1.1;

0Спар - паразитная е.мкость одного источника питания. В течение интервала Л/i выходное напря0

жение ячейки

4/7

.

(f) изменяется по

экспоненте и в каждый данный момент времени присутствует на прямых входах уси- 55 лктелей сигнала рассогласования последующих ячеек, начиная с .2. На инвертирующие входы усилителей напряжение передается через делитель 2 в виде напряжения обратной связи (/ос() и для ячейки l.k определяется выражением

k-1

U.,.k(t)-и...МСигнал рассогласования между входами усилителя 6./г сигнала рассогласования в текущий момент соответствует

А{;„,.,(0(/„.х. i(0-t/oc. ДО

или после подстановки предыдущего выражения составляет

At/;,,,, ,(/у

n-k-

Время А4 отработки рассогласования ячейкой 1 .k определяется выражением

,,(п-й)С„,р,(2)

где „ы,.А - выходное сопротивление ячейки l.k.

Из выражений (1) и (2) видно, что величина сигнала рассогласования на входах усилителей 6.1-б.п уменьшается по мере возрастания номера ячейки, однако уменьшается и время его отработки. Сигнал рассогласования появляется на входах усилителя каждой из ячеек 1.1 - l.k уже в начале интервала A/i, поэтому ячейки 1.2-1.л начинают его отработку одновременно. При этом каждая из них дает добавку к величине выходного напряжения {/вых. ст. стабилизатора и соответствующие добавки к сигналам рассогласования усилителей 6.1-б.п.

Таким образом, переходной процесс в предлагаемом устройстве носит многоступенчатый параллельно-последовательный характер, заключающийся в том, что каждая предыдущая регулирующая ячейка приращением своего выходного напряжения регулирует параллельно все последующие ячейки, но наибольщее влияние оказывает на соседнюю. При этом суммарная величина выходных напряжений секций контролируется усилителем 6.1 сигнала рассогласования ячейки 1.1, выполняющей отработку по сигналу общей обратной связи.

IB соответствии с выражением (2) длительность переходных процессов каждой

А/, последующей ячейки на величину - меньще,

чем в предыдущей. Как указывалось, переходные процессы во всех ячейках 1.1 - l.n начинаются одновременно, следовательно, все они уклады ваются в интервал времени Общее время переходного процесса стабилизатора . с. определяется выражением

А4 ,ЗпС„,р/,,,. ,.(3)

Выбранное схемное построение позволяет реализовать стабилизатор в виде конструкции, в которой отдельные элементы обладают функциональной автономностью. Пробой любого из регулирующих элементов 5.1 - 5.П в данном случае не ведет к пробою всех

остальных. Тем самы.м существенно повы- щается эксплуатационная надежность устройства.

Предлагаемый стабилизатор напряжения

5 благодаря включенным п-резисторному делителю 2 напряжения параллельно нагрузке обеспечивает регулирование выходного напряжения (/вых. сг. во всем диапазоне при импульсной нагрузке, в частности в режиме

-Q холостого хода, т. е. в паузах между импульсами нагрузочного тока. Указанное обстоятельство свидетельствует о расширенных функциональных возможностях устройства.

Использованные в стабилизаторе щун15 тирующие диоды 8.1-8.п обеспечивают эффективную защиту регулирующих элементов 5.1-5.rt от воздействия любых внещних последовательных источников напряжения. Наличие защитных диодов 7.1-7.п позволяет предотвратить выход из строя усилите лей 6.1-б.п сигнала рассогласования при воздействии на их инвертирующие входы обратных напряжений.

25

Формула изобретения

5

1. Высоковольтный управляемый стабилизатор постоянного напряжения, содержащий первый источник питания, один из полюсов которого соединен с щиной нулевого потенциала и первым выводом для подклю0 чения нагрузки, п регулирующих ячеек, каждая из которых выполнена с регулирующим элементом, подключенным управляющим входом к выходу усилителя сигнала рассогласования, датчик выходного напряжения, выход которого соединен с первым входом

5 усилителя сигнала рассогласования первой регулирующей ячейки, источник управляющего напряжения, выход которого подключен к второму входу усилителя сигнала рассогласования первой регулирующей ячейки,

л равноплечий п-резисторный делитель напряжения, один из входных выводов которого соединен с вторым выводом для подключения нагрузки, а выходы - с первыми входами усилителей сигнала рассогласования второй и последующих регулирующих ячеек,

5 отличающийся тем., что, с целью повьииения надежности в работе и расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности регулирования выходного напряжения во всем диапазоне при импульсной нагрузке, в него введено допол0 нительно п-1 источников питания, причем другой полюс первого источника питания соединен с входным питающим выводом регулирующего элемента первой регулирующей ячейки, каждый из остальных источников питания включен между выходом регулирующего элемента предыдущей регулирующей ячейки и питающим входом регулирующего элемента последующей регулирующей ячейки, второй в.ход усилителя сигнала

5

расс --/1ас)ваиия которой подключ(М1 к выхо-каждом регулируюа1ей ячейки ;;олключен

ду регулирующего элемента кредыдушойшунтирующий диод, в обратном иа 1равл;:НН1г.

pery. inpyioiuePi ячейки, а д)у1 ой входной3. (/) аб1 лиззтор ;о п. i. отличающийся

вывод равноплечего п-резпеторного делите-тем, т о между входными поте пшальныл и

ля напряжения соединен с шн.ной нулевогос выводами усилителя сигнала рассо1 ласовапотенциала. . ння каждой регулирующей ячейки пключен

2. Стабилизатор но и. 1, отличающийсядиод зашиты (;ртиру 0|цег( входа or протем, что к выходу регулирующего элементабоя обратным напряжением.

Изобре -ние относится к э.: ,-ктроте.- пике, в част-. . и к источникам вторич1 ого ылектропитан;... Целью изобретения является повышение надежности в работе и расширение функциональны.х возможностей стабилизатора за счет обеспечения возможности регулирования вы.ходного напряжения во всем диапазоне при импульсной нагрузке. Устройство состоит из последовательно включенных регулирующих ячеек 1.1 -.п с индивидуальными источниками 4.1 -4,/г питания. Каждая ячейка .п выполнена в виде регулирующего элемента 5./; последовательного типа и уси. штеля б.п спг пмли р.---: согласования. Имеется резисторный дс,-, тель 2 напряжения с количеством плеч, равным числу регулирующих ячеек, и датчик 3 выходного напряжения. Регулирование выходного напряжения осуществляется по компспсационному принципу при управлении ячейкой 1.1, соединенной с корпусом. В процессе регулирования обеспечивается безынерционное отслеживание каждой из последующих ячеек усредненного напряжения предыдущих ячеек. Включение м}1ого- плечего делителя 2 напряжения парал.ч -льпо нагрузке позволяет регулировать вь Х1:дное напряжение в режиме холостого хода, т. г. в паузах между импульсами нагрузочною тока. 2 3. п. ф-лы, 1 ил. «е tnai СС со о о o - П