Стабилизатор двуполярного напряжения Советский патент 1987 года по МПК G05F1/585 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах постоянного и переменного тока для стабилизации двух разнополярных напряжений постоянного тока, питающих системы управления, регулирования и защиты электроприводов .

Цель изобретения - расширение ди- апазона регулирования выходного напряжения, обеспечение быстродействующей диагностики функционирования стабилизатора и защита от перенапряжений и токовых перегрузок.

На фиг.1 приведена принципиальная схема стабилизатора двухполярного напряжения для электропривода; на фиг.2 - принципиальная схема стабилизатора с защитой от перенапряжений на фиг.З - принципиальная схема стабилизатора с защитой от токовых перегрузок.

Принципиальная схема стабилизатора двухполярного напряжения для элек- тропривода (фиг.1) содержит два регулирующих транзисторных элемента 1 и 2, включенных в разнополярные силовые шины, два дифференциальных усилителя 3 и 4, первый вход дифферен- циального усилителя 3 подключен к выходу первого резистивного делителя 5, соединенного первым своим входом с первым выходным выводом стабилизатора, а вторым входом - к первому вы- воду первого источника 6 опорного напряжения, первый вход второго дифференциального усилителя 4 подключен к общей щине, а второй вход - к выходу второго резистивного делителя 7 включенного между первым и вторым выходными выводами стабилизатора, второй источник 8 опорного напряжения, узел 9 сравнения и релейный элемент 10. При этом первый 6 и второй 8 ис- точники опорного напряжения вклочены соответственно между разнополярными входньЕми вьшодами стабилизатора и общей шиной, первый дифференциальный усилитель 3 подключен питающими вы- водами: первым - к первому входному выводу стабилизатора, вторым - к второму выходу первого источника 6 опорного напряжения, а своим вторым входом - к общей шине, второй дифферен- циальный усилитель 4 подключен своими питающими выводами: первым - к второму входному выводу стабилизатора, вторым - к одному из выходов ВТОрого источника 8 опорного напряжения, узел 9 .сравнения подключен первым входом к третьему выходу первого источника 6 опорного напряжения, вторым входом - к второму выходному выводу стабилизатора, а выходом - к входу релейного элемента 10, подключенного своими клеммами питания к входным выводам стабилизатора, выход релейного элемента 10 является диагностирующим выводом стабилизатора.

Принципиальная схема стабилизатора с защитой от перенапряжений (фиг.2) дополнительно содержит два транзисторных ключа 1 и 12, два предохранителя 13 и 14, второй и третий узлы 15 и 16 сравнения, согласующее звено 17, при этом второй узел 15 сравнения подключен первым входом к второму выходу второго источника 8 опорного напряжения, вторы входом - к первому выходному выводу стабилизатора, а выходом - к входу первого транзисторного ключа 11, вклченного между общей шиной и первым выходным выводом стабилизатора, третий узел 16 сравнения подключен первым своим входом к четвертому выходу первого источника 6 опорного напряжения, вторым входом к второму выходному выводу стабилизатора, а выходом - к входу второго транзисторного ключа 12, включенного между общей шиной и вторым выходным выводом стабилизатора, релейный элемент 10 под- ;ключей своим вторым входом к выходу Iвторого узла 15 сравнения, а третьим входом - через согласующее звено 17 к выходу второго транзисторного ключа, первый предохранитель 13 включен в силовую шину стабилизатора между общей точкой соединения второго . источника 8 опорного напряжения с первым входным выводом стабилизатора и общей точкой соединения вывода питания первого дифференциального усилителя 3 с первым регулируюш 1м элементом 1, а второй предохранитель 14 включен в силовую шину, связанную с вторым входным выводом стабилизатора. Принципиальная схема стабилизатора с защитой от токовых перегрузок (фиг.З) дополнительно содержит два резистивных датчика 18 и 19 тока, третий резистивный делитель 20, резистор 21, дйа диода 22 и 23 и два узла 24 и 25 токоограничения, каждьй из которьк состоит из дифференциаль

ного усилителя 26 и двух резистив- ных делителей 27 и 28, подключенных выходами к входам дифференциального усилителя 26, а одним из своих входов - к выходам соответствующих ре- зистивных датчиков 18 и 19 тока, включенных в силовые шины стабилизатора, другими своими входами резис- тивные делители 27 и 28 узлов токо- ограничения 24 и 25 подключены к общей шине и выходу третьего резис- тивного делителя 20, подсоединенного входами между общей шиной и первым выходом первого источника 6 опорного напряжения, выходы дифференциальных усилителей узлов токоограничения 24 и 25 подключены через диоды 22 и 23 соответственно к первому и второму .входам первого 3 и второго 4 дифференциальных усилителей стабилизатора, а резистор 21 включен между вторым выводом стабилизатора и выходом третьего рёзистивного делителя 20.

Устройство (фиг.1) работает следующим образом.

На входе- рёзистивного делителя 5 формируется сигнал, пропорциональный разности сигнала задания напряжения, поступающего с первого выхода перво- го источника 6 опорного напряжения, и сигнала обратной связи, поступаю- щего с первого выхода (+) стабилизатора напряжения. Указанный сигнал разности усиливается дифференциальным усилителем 3 и поступает на уп- равляющий вход регулирующего транзисторного элемента 1, которьй поддерживает выходное напряжение (+) рав- ным. заданному значению. На входе рёзистивного делителя 7 формируется сигнал, пропорциональный разности сигнала задания напряжения, поступающего с первого выхода (+) стабилизатора и сигнала обратной связи, поступающего с второ го выхода (-) стабилизатора напряжения. Указанный сигнал разности усиливается дифферен- хщальным усилителем 4 и поступает на управляющий вход регулирующего транзисторного элемента 2, который поддерживает выходное напряжение (-) равным заданному напряжению (+) стабилизатора.

Напряжение питания на дифференциальный усилитель 3 подается положительной полярности с первого входного вывода (+Ug) стабилизатора и отрицательной полярности - с второго

32300

выхода (-и ) первого источника 6 опорного напряжения. Напряжение питания на дифференциальный усилитель 4 fto- дается положительной полярности с первого выхода C+U) второго источника 8 опорного напряжения и отрицательной полярности - с второго входного вывода (-Ug) стабилизатора. Указанное

Q запитывание напряжениями дифференциальных усилителей 3 и 4 обеспечи - вает создание на управляющих входах регулирующих транзисторных элементов 1 и 2 сигналов уровнями соответствен 5 но от нуля до от -Ug до нуля, а следовательно, регулирование раз- нополярных выходных напряжений стабилизаторов в указанных пределах (где tU., 2 ЗВ - напряжение, служащее для

0 компенсации остаточгеох выходных на-г пряжений насьш ения дифференциальных усилителей 3 и 4). Несмотря на запитывание дифференциальных усилителей 3 и 4 нестабилизированными напряжени25 ями, благодаря их высокому коэффициенту усиления коэффициент стабилизации стабилизатора достаточно высок (более 100). На входа узла 9 сравнения поступают сигнал уставки мини30 мально допустимого значения выходного напряжения стабилизатора (с третьего выхода первого источника 6 опорного напряжения) и выходной сигнал (-) стабилизатора. В нормальном режиме работы выходное напряжение (-) стабилизатора превышает по амплитуде сигнал уставки допустимого минимального значения, на выходе узла 9 сравнения сигнал отсутствует, релейный

40 элемент 10 отключен и его выходной сигнал равен логической 1, что диагностирует нормальную работу стабилизатора. При этом во внешнро систему защиты электропривода поступает

45 сигнал, диагностирующий о нормальной работе стабилизатора.

Рассмотрим работу стабилизатора на фиг.1 в режиме кратковременного снижен и повторного восстановления

50 питающего напряжения стабилизатора (i и 6,). При снижении питающего напряжения до уровня, при котором с помощью регулирующих элементов 1 и 2 поддерживается напряжение на выходах

55 ( ) и (-) стабилизатора более уставки , на выходе узла 9 сравнения, по-прежнему, сигнал отсутствует, релейный элемент 10 формирует на выходе сигнал Лог.1. При снижении ам35

плитуды выходных напряжений (+) и (-) стабилизатора ниже уставки U. на

МИН

.выходе узла сравнения формируется сигнал, вызывающий включение релейно- го элемента 10. При этом на выходе

релейного элемента 10 формируется

О

сигнал логического

поступающий

в систему защиты, электропривода, по которому осуществляется безаварийное отключение электропривода (так как напряжение стабилизатора, равное/ - и,„ , обеспечивает нормальное функционирование интегральных элементов систем управления, регулирования и защиты электропривода).

При повторном восстановлении напряжения питающей сети в течении вре15 транзисторньш элемент 1 - транзисторный ключ 11. С целью ограничения тока в указанную выше цепь может быть включен ограничивающий резистор. При превьщ1ении амплитудой напрямени пока амплитуда выходных напряжений стабилизатора не достигнет 20 жения выходного напряжения (-) допус- уровня и,,„ , на выходе релейного эле- тимого значения -U, узел 16 сравне- мента 10 формируется логический О, системой защиты электропривода блокируется его включение. При достижения, формирует на своем выходе сигнал, обеспечивающий включение транзисторного ключа 12 и через согласунии амплитудами выходных напряжений стабилизатора значения U, на выходе релейного элемента 10 появляется логическая 1, система защиты электропривода разрешает повторное включение электропривода. Отметим, что выходное напряжение (-) стабилизатора повторяет своей амплитудой амплитуду выходного напряжения стабилизатора (+), что делает достаточньм применение одного узла сравнения.

Стабилизатор с защитой от перенапряжений (фиг.2) работает следующим образом.

При отсутствии перенапряжений на выходах стабилизатора узлы 15 и 16 сравнения формируют выходные сигналы, обеспечивающие выключенное состояние транзисторных ключей 11 и 12. При этом с выхода транзисторного ключа 12 через согласующее звено 17 на вход релейного элемента 10 поступает сигнал, обеспечивающий на выходе релейного элемента 10 сигнал Лог.1, соответствующий нормальному функционированию стабилизатора.

При превышении выходного напряжения (+) выше допустимого максимального значения . (что имеет место . например, при выходе из строя регули25 ющее звено 17 - формирование на выходе релейного элемента 10 сигнала Лог.О. При этом по выходному сигналу Лог.О релейного элемента 10 системой запеты электропривода осущест30 вляется отключение электропривода, а с помощью открытого транзисторного ключа 12 достигается ограничение выходного напряжения (-) на уровне - (лакс- Через время, определяющееся

35 ампер-секундной характеристикой, перегорает предохранитель 14 вследствие протекания большого тока по цепи предохранитель 14 - регулирующий транзисторньш элемент 2 - транзис40 торный ключ 12. С целью ограничения тока в указанную выше цепь может быть включен ограничивающий резистор. При выгорании любого из предохранителей 13 и 14 происходит уменьшение до ну45 ля амплитуд разнополярных выходных напряжений стабилизатора, что предотвращает наличие однополярных питающих напрялсений на интегральных элементах систем управления, регулирова50 ния и защиты электропривода, а значит исключает аварийные режимы в электроприводе.

Стабилизатор напряжения с защитой

от токовых перегрузок (фиг.3) работарующего транзисторного элемента 1), 55 следующим образом, узел 15 сравнения формирует на своем При отсутствии токовых перегрузок

на выходе стабилизатора потенциал напряжения на выходе резистивноЬо делителя 27 превышает потенциал выходвыходе сигнал, обеспечивающий включение транзисторного ключа 11 и изме- .некие выходного сигнала релейного

элемента 10 на Лог.О, При этом по выходному сигналу О релейного элемента 10 системой защиты электропри

вода осуществляется отключение электропривода, а с помощью открытого транзисторного ключа 11 достигается ограничение амплитуды выходного напряжения (+) стабилизатора на уровне

U,;,. Через время, определяющееся ампер-секунднои характеристикой, перегорает предохранитель 13 вследствие протекания большого тока по цепи предохранитель 13 - регулирующий

транзисторньш элемент 1 - транзисторный ключ 11. С целью ограничения тока в указанную выше цепь может быть включен ограничивающий резистор. При превьщ1ении амплитудой напряжения выходного напряжения (-) допус- тимого значения -U, узел 16 сравне-

ения выходного напряжения (-) допус- тимого значения -U, узел 16 сравне-

ния, формирует на своем выходе сигнал, обеспечивающий включение транзисторного ключа 12 и через согласующее звено 17 - формирование на выходе релейного элемента 10 сигнала Лог.О. При этом по выходному сигналу Лог.О релейного элемента 10 системой запеты электропривода осуществляется отключение электропривода, а с помощью открытого транзисторного ключа 12 достигается ограничение выходного напряжения (-) на уровне - (лакс- Через время, определяющееся

ампер-секундной характеристикой, перегорает предохранитель 14 вследствие протекания большого тока по цепи предохранитель 14 - регулирующий транзисторньш элемент 2 - транзисторный ключ 12. С целью ограничения тока в указанную выше цепь может быть включен ограничивающий резистор. При выгорании любого из предохранителей 13 и 14 происходит уменьшение до нуля амплитуд разнополярных выходных напряжений стабилизатора, что предотвращает наличие однополярных питающих напрялсений на интегральных элементах систем управления, регулирования и защиты электропривода, а значит исключает аварийные режимы в электроприводе.

Стабилизатор напряжения с защитой

ного сигнала резистивного делителя 28, Дифференциальными усилителями 26 узлов 24 и 25 токоограничения формируются сигналы соответственно отрицательной и положительной полярности которые отсекаются закрытыми диодами 22 и 23 от входов дифференциальных усилителей, соответственно, 3 и 4 стабилизатора. Следовательно, в дан- ном режиме узлы токоограничения не оказывают влияния на работу стабилизатора, работа которого осуществляется аналогично описанной при работе устройства по фиг.1.

При наличии токовых neperpysojc на выходе стабилизатора вследствие увеличения падений напряжений на резис- тивных датчиках 18 и 19 тока потен- .циал напряжения на выходе резистив- ного делителя 27 становится ниже, чем потенциал сигнала на выходе резистивного делителя 28. Дифференциальными усилителями 26 узлов токоограничения 24 и 25 формируются сиг- налы соответственно положительной и отрицательной полярности, которые через открытые диоды 22 и 23 поступают на входы дифференциальных усилителей 3 и 4 стабилизатора. При этом амплитуда выходных сигналов дифференциальных усилителей 3 и 4 уменьшается до значений, при которых выходные напряжения стабилизатора создают ток нагрузки стабилизатора равным допус- тимому значению (исходя из допустимой рассеиваемой мощности регулирую- пщх транзисторных элементов). Таким образом, осуществляется ограничение выходного тока стабилизатора. В за- висимости от значения выходного напряжения стабилизатора в режиме токовой перегрузки путем воздействия тока, протекающего через резистор 21 изменяется потенциал выходного сиг- нала резистивного делиФеля 20 (пропорционально выходному напряжению). При этом величина ограничиваемого выходного тока изменяется также пропорционально выходному напряжению, а значит, остается неизменной мощность рассеиваемая на регулирующих транзисторных элементах стабилизатора в режиме токового ограничения независимо от выходного напряжения стабй- лизатора.

В режиме токового ограничения, когда в результате действия узлов токоограничения выходное напряжение

стабилизатора ставится ниже минимально допустимого значения и„ , на выходе релейного элемента 10 формируется сигнал Лог.О, по которому осуществляется отключение электропривода.

Предлагаемое техническое решение расширяет диапазон регулирования выходного напряжения стабилизатора, обеспечивает быстродействующую диагностику функционирования стабилизатора, защиты от перенапряжений и токовых перегрузок на выходе стабилизатора, уменьшение габаритов и стоимости стабилизатора. I I-Расширение диапазона регулировани выходного напряжения стабилизатора в области низких значений в предлагаемом техническом решении достигается за счет отрицательного смещения напряжения питания операционных усилителей, служащего для создания отрицательных напряжений на управляющих входах регулирующих транзисторных элементов. Расширение диапазона регулирования выходного напряжения в области максимальных значений достигается за счет питания дифференциальных усилителей каждого однополяр- ного стабилизатора от соответствующего входного напряжения питания стабилизатора.

Обеспечение быстродействующей диагностики функционирования (необходимой источникам стабилизированных питаний систем управления, регулирования и защиты электроприводов) об отклонениях выходных напряжений стабилизатора за пределы допустимых значений достигается за счет непрерывного контроля и быстродействующей индикации состояния функционирования стабилизатора безыинерционным полупроводниковым релейным элементом.

Защита от перенапряжений на выходе стабилизатора достигается путем шунтирования выходов стабилизатора силовыми транзисторными ключами с последующим перегоранием предохранителей во входных целях стабилизатора

Защита от токовых перегрузок осуществляется путем контроля выходного тока стабилизатора и ограничения его на допустимом уровне посредством запирания регулирующих транзисторных элементов стабилизатора.

Фо-рмул а изобретения

1.Стабилизатор двухполярного напряжения, содержащий два регулирующих транзисторных элемента, включенных в разнополярные силовые шины,

управляющий вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего дифференциального усилителя, первый вход первого из усилителей подключен к выходу первого резистивного делите ля, соединенного первым своим входом с первым выходньм выводом, а вторым входом - с первым выходом первого источника опорного напряжения, первый вход второго дифференциального усилителя подключен к общей шине, а второй вход - к выходу второго резистивного делителя, включенного между первым и вторым выходными выводами, отличающийся тем, что, с целью расщирения диапазона регулирования выходного напряжения и обеспечения быстродействующей диагностики функционирования, в него введены второй источник опорного напряжения, узел сравнения и безынер ционный релейный элемент, причем пер вый и второй источники опорного напряжения включены соответственно между разнополярными входными выводами и общей щиной, первый питающий вывод первого дифференциального усилителя подключен к первому входному выводу, второй - к второму выходу первого источника onoijHoro напряжения, а своим вторым входом первый дифференциальный усилитель подключен к общей шине, второй дифференциальный усилитель подключен первым питающими выводом к второму входному выводу, ВТО

рым - к выходу второго источника опорного напряжения, узел сравнения подключен первым входом к тр.етьему выходу первого источника опорного напряжения, вторым входом к второму выходному выводу, а выходом - к входу релейного элемента, подключенного питающими выводами к входным вы водам, при этом выход релейного элемента является диагностирующим выводом стабилизатора.

2.Стабилизатор по п.1, о т л и - чающийся тем, что, с целью защиты от перенапряжений, в него вве дены два транзисторных ключа, два предохранителя, второй и третий узлы оравнеиия, согласующее звено, а ре3230010

лейный элемент снабжен вторым и третьим входами,первый и второй источники опорного напряжения снабжены со- ответственно четвертым и вторым выходами, при этом второй узел сравнения подключен первым входом к второму выходу второго источника опорного напряжения, вторым входом - к перво10 му выходному выводу, а выходом - к входу первого транзисторного ключа, включенного между общей шиной и первым выходным выводом, третий узел сравнения подключен первым входом к

15 четвертому выходу первого источника

опорного напряжения, вторым входом - к второму выходному выводу, а выходом - к входу второго транзисторного ключа, включенного между общей шиной

20 и вторым выходным выводом, релейный . элемент подключен вторым входом к выходу второго узла сравнения, а третьим входом - через согласующее звено к выходу второго транзисторно25 го ключа, первый предохранитель включен между общей точкой соединения второго источника опорного напряжения с первым входным выводом стабилизатора и общей точкой соединения пита-

30 ющего вывода первого дифференциального усилителя с первым регулирующим элементом, а второй предохранитель включен между вторым входным выводом стабилизатора и вторым регулирующим

35 элементом.

3. Стабилизатор по п.1, о т л и - чающийся тем, что, с целью защиты от токовых нагрузок, в него .Q введены два резистивных датчика тока, третий резистивный делитель, резис - тор, два диода и два узла токоогра- ничения, каждый из которых состоит из дифференциального усилителя и двух резистивных делителей, подключенных выходами к входам дифференциального усилителя, а одним из входов - к выходам соответствующих резистивных датчиков тока, включенных в силовые шины стабилизатора, другими своими входами резистивные делители узлов токоограниченга подключены к общей шине и выходу третьего резистивного делителя, подсоединенно- gg .го входами между общей щиной и первым выходом первого источника опор-, ного напряжения, выхбды дифференциальных усилителей узлов токоограни- чения подключены через диоды соот45

50

11 1332300 2

ветственно к первому и второму вхо- зистор включен между вторым выводом дам первого и второго дифференциаль- стабилизатора и выходом третьего ре- ньпс усилителей стабилизатора, а ре- зистивного делителя.

Изобретение относится к элек- тротехнике и используется в электроприводах. Цель - расширение диапазона регулирования выходного напряжения, обеспечение быстродействующей диагностики функционирования и защиты от перенапряжений и токовых перегрузок . Стабилизатор позволяет расшить диапазон регулирования выходного напряжения за счет отрицательного смещения напряжения питания операционных усилителей, служащего для создания отрицательных напряжений на управляющих входах регулирующих транзисторных элементов. Стабилизатор выполнен на транзисторах 1, 2, дифференциальных усилителях 3, 4, резис- тивных делителях 5 и 7, узле сравнения 9, полупроводниковом релейном элементе 10 с двумя источниками опорного напряжения 6 и 8. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. с «б (Л Фыг.1