Стабилизатор постоянного тока Советский патент 1992 года по МПК G05F1/569 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании источников электропитания электротехнической и радиоэлектронной аппаратуры различного назначения.

Известен стабилизированный источник питания с двумя регулирующими элементами, содержащий первый непрерывный регулирующий элемент, первый усилитель постоянного тока, один вход которого подключен к измерительному элементу, другой вход - к источнику опорного напряжения, а выход - к управляющему входу первого регулирующего элемента, а также второй им- пульсный регулирующий элемент,

включенный в цепь переменного тока управляющий вход которого подключен через согласующее устройство к зажимам первого регулирующего элемента

Недостатком этого стабилизированного источника питания является низкая надежность при его использовании в качестве ста- билизатора тока из-за отсутствия устройства защиты от обрыва нагрузки или устройства, ограничивающего выходное напряжение в режиме холостого хода, так как при отключении или обрыве нагрузки, те при работе стабилизатора тока на холостом ходу, регулирующие элементы полностью открываются, выходное напряжение источ

ю со ю

ю

ника питания резко повышается, что может привести к пробою выходных конденсаторов и выходу из строя других элементов.

Наиболее близким к предлагаемому является стабилизатор постоянного тока с двумя регулирующими элементами, содержащий первый непрерывный регулирующий элемент, включенный последовательно в силовую шину, первый усилитель постоянного тока, выход которого подключен к управляющему входу первого регулирующего элемента, а вход - к выходу измерительного элемента, второй импульсный (дроссельный или тиристорный) регулирующий элемент, включенный в входную цепь источника питания, узел согласования, второй усилитель постоянного тока, вход которого подключен к выводам первого регулирующего элемента, а выход через согласующее устройство связан с входом второго регулирующего элемента.

Недостатком этого стабилизированного источника питания также является низкая надежность вследствие отсутствия устройства защиты или устройства, ограничивающего выходное напряжение в режиме холостого хода.

Целью изобретения является повышение надежности стабилизатора постоянного тока.

На чертеже изображена структурная схема стабилизатора постоянного тока.

Стабилизатор постоянного тока содержит первый импульсный 1 и второй непрерывный 2 регулирующие узлы, первый 3 и второй 4 усилители сигнала рассогласования, узел согласования 5, первый 6 и второй 7 источники опорного напряжения, датчик тока 8 нагрузки, первый 9, второй 10 и третий 11 делители напряжения. Силовой вход первого регулирующего узла 1 соединен с входными шинами 12 для подключения источника питающего напряжения, а силовой выход - с силовым входом второго регулирующего узла 2, силовой выход которого соединен с выходной шиной 13 через датчик тока 8, первый усилитель сигнала рассогласования 3 подключен выходом к управляющему входу первого регулирующего узла 1 через узел согласования 5, а первым управляющим входом - к среднему выводу первого делителя напряжения 9. Второй усилитель сигнала рассогласования 4 подключен выходом к управляющему входу вто- рого регулирующего узла 2, а управляющими входами - к датчику тока 8 и второму источнику опорного напряжения 7. Первый крайний вывод второго делителя напряжения 10 соединен с общей шиной. Третий делитель напряжения 11 подключен

параллельно первому источнику опорного напряжения 6, один вывод которого соединен с силовым выходом второго регулирующего узла 2, а другой вывод - с вторым

крайним выводом второго делителя напряжения 10, средний вывод которого соединен через введенный развязывающий диод 14 с первым крайним выводом первого делителя напряжения 9, второй крайний вывод кото0 рого соединен со средним выводом третьего делителя напряжения 11, в второй вход управления первого усилителя сигнала рассогласования 3 соединен с силовым входом второго регулирующего узла 2.

5Первый делитель напряжения состоит

из резисторов 15 и 16, а второй делитель напряжения - из резисторов 17 и 18.

В качестве первого регулирующего узла

1может быть использован управляемый вы- 0 прямитель на тиристорах, а также дроссели

насыщения, транзисторы, работающие в режиме переключения, или другие ключевые элементы.

Стабилизатор постоянного тока работа5 ет следующим образом.

При подаче питающего напряжения на входные шины 12 стабилизатора ток нагрузки протекает через первый 1 и второй 2 регулирующие узлы и датчик тока нагрузки

0 8. С датчика 8 сигнал, пропорциональный току нагрузки, поступает на первый вход второго усилителя сигнала рассогласования 4, на второй вход которого подается напряжение с выхода второго источника опорного

5 напряжения 7. Усиленный сигнал рассогласования с выхода второго усилителя сигнала рассогласования 4 подается на управляющий вход второго регулирующего узла 2, состояние которого устанавливается таким,

0 чтобы обеспечивалась стабилизация тока нагрузки стабилизатора. При изменении по какой-либо причине тока нагрузки изменяются сигнал рассогласования и состояние второго регулирующего узла 2 так, чтобы

5 возвратить ток нагрузки практически к первоначальной величине.

С другой стороны, падение напряжения на втором регулирующем узле 2 сравнивается с частью напряжения первого опорного

0 источника 6 и сигнал рассогласования подается на вход первого усилителя сигнала рас- согласования 3. Усиленный сигнал рассогласования с выхода первого усилителя сигнала рассогласования 3 через узел

5 согласования 5 подается на вход первого регулирующего узла 1. Состояние первого регулирующего узла 1 устанавливается таким, чтобы обеспечивалась стабилизация напряжения на втором регулирующем узле

2при изменении выходного напряжения

стабилизатора тока и при воздействии других дестабилизирующих факторов.

При обрыве или отключении нагрузки, т.е. при работе стабилизатора тока на холостом ходу, например при его работе на под- ключенный, но не подожженный лазер, выходное напряжение стабилизатора тока при отсутствии введенных элементов и указанных связей между элементами резко увеличивается, так как при отсутствии тока нагрузки первый 1 и второй 2 регулирующие узлы полностью открывается под действием цепей отрицательной обратной связи.

Вследствие этого стабилизатор тока без введенных элементов имеет низкую надеж- ность, так как к его выходным цепям - выходному конденсатору и другим элементом - в режиме холостого хода .прикладывается весьма высокое напряжение, равное выходному напряжению стабилизатора тока в ре- жиме холостого хода.

В отличие от этого в предлагаемом стабилизаторе постоянного тока осуществляется ограничение его выходного напряжения в режиме холостого хода. При- чем величина выходного напряжения при этом устанавливается выбором сопротивлений резисторов 17 и 18 второго делителя напряжения 10 и резистора 15 первого делителя напряжения 9. Для обеспечения плавного регулирования этого напряжения один из резисторов 17,18 ил и 15 может быть выполнен переменным. Сопротивления резисторов 17 и 18, т.е. коэффициент передачи второго делителя напряжения 10, выбирают такими, что при работе стабилизатора в режиме стабилизации тока потенциал катода развязывающего диода 14 относительно первого входа первого усилителя сигнала рассогласования 3 выше потенциала его анода Вследствие этого развязывающий диод 14 закрыт и второй делитель напряжения 10 не влияет на работу стабилизатора тока.

При увеличении выходного напряжения стабилизатора тока за установленный предел при недопустимом увеличении сопротивления нагрузки или при ее отключении второй регулирующий узел 2 полностью открывается, напряжение на резисторном де- лителе 10 увеличивается, потенциал его среднего вывода, т.е. катода развязывающего диода 14, относительно первого входа первого усилителя сигнала рассогласования 3 понижается, развязывающий диод 14 открывается. Вследствие этого сигнал рассогласования на выходе первого усилителя сигнала рассогласования 3 в указанном режиме формируется в зависимости от выходного напряжения стабилизатора тока и

падения напряжения на втором регулирующем узле 2. Поэтому при увеличении выходного напряжения стабилизатора тока в режиме холостого хода первый регулирующий узел 1 подзакрывается и ограничивает выходное напряжение стабилизатора тока на заданном уровне. При изменении выходного напряжения стабилизатора тока по какой-либо причине изменяется напряжение на первом входе первого усилителя сигнала рассогласования 3, тогда как напряжение на его втором входе остается постоянным Сигнал рассогласования на входе первого усилителя сигнала рассогласования 3 изменяется, вследствие чего изменяется состояние первого регулирующего узла 1 и выходное напряжение стабилизатора тока возвращается практически к первоначальной величине.

Таким образом, в стабилизаторе постоянного тока обеспечивается стабилизация (ограничение) его выходного напряжения в режиме холостого хода при отключении или обрыве нагрузки, а также при увеличении сопротивления нагрузки за установленный предел

Это обеспечивает повышение надежности стабилизатора постоянного тока - увеличение времени наработки на отказ на 10-15% за счет ограничения напряжения холостого хода прикладываемого к выходным элементам стабилизатора, при отключении или обрыве нагрузки

Формула изобретени-я

Стабилизатор постоянного тока содержащий первый импульсный и второй непрерывные регулирующие узлы, первый и второй усилители сигнала рассогласования узел согласования, первый и второй источники опорного напряжения, датчик тока нагрузки, первый, второй и третий делители напряжения, причем силовой вход первого регулирующего узла соединен с входными шинами для подключения источника питающего напряжения, а силовой выход - с силовым входом второго регулирующего узла силовой выход которого соединен с выходной шиной через датчик тока, первый усилитель сигнала рассогласования подключен выходом к управляющему входу первого регулирующего узла через узел согласования а первым управляющим входом - к среднему выводу первого делителя напряжения. второй усилитель сигнала рассогласования подключен выходом к управляющему входу второго регулирующего узла, а управляющими входами - к датчику тока и второму источнику опорного напряжения, первый крайний вывод второго делителя напряжения соединен с общей шиной, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения надежности, третий делитель напряжения подключен параллельно первому источнику опорного напряжения, один вывод которого соединен с силовым выходом второго регулирующего узла, а другой вывод - с вторым крайним выводом второго делителя напряжения, средний вывод которого соединен

через введенный развязывающий диод с первым крайним выводом первого делителя напряжения, второй крайний вывод которого соединен со средним выводом третьего делителя напряжения, а второй вход управления первого усилителя сигнала рассогласования - с силовым входом второго регулирующего узла.

Использование: во вторичных источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры с повышенной надежности. Сущность изобретения устройство содержит первый импульсный и второй непрерыв- ный регулирующие узлы, включенные последовательно между входными и выходными шинами, датчик тока в выходной шине, первый и второй усилители сигнала рассогласования, узел согласования, первый и второй источники опорного напряжения, три делителя напряжения. Второй регулирующий узел, второй усилитель, второй источник опорного напряжения и датчик тока образуют контур стабилизации выходного тока Первый регулирующий узел, первый усилитель сигнала рассогласования, узел согласования, первый источник опорного напряжения и три делителя напряжения образуют контур стабилизации напряжения на втором регулирующем узле с ограничением уровня выходного напряжения, которое обеспечивается с помощью одного и того же первого усилителя сигнала рассогласования и особым подключением делителей напряжений так, когда неинвертирующий вход первого усилителя соединяется со средним выводом второго делителя (выходного) напряжения через резистор и развязывающий диод, а со средним выводом третьего делителя (опорного) напряжения только через резистор первого (согласующего) делителя напряжения, что позволяет упростить схему устройства и повысить его надежность 1 ил (Л С