Стабилизированный источник постоянного напряжения Советский патент 1979 года по МПК G05F1/56 

(54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

го блока jtiH уиравлеция пыполиен в няле люча, который черсч иотюлпителыю введенный ондемсатор подклтчсп к аноду, а через допол- штелыю пвсдсияый диод - к управляющему лектроду TKpjiCTOpa, причем анод указалногоg

иода сосдчлсн с упрапля1о;цим электродом тиистора 6ecKOiiTaiCTHO O ключа переменного тока.

На фнг. 1 дак-а структурная схема стабнлизиpOBaiffloro источника постоянного напряжения; на фиг. 2-4 - прни11ипиалы1ые электр№1еские ю схемы источн1 ка, варианты исполнения.

Стабил {зирсва1шый источник постоянного напряжения содержит (см. фиг. 1) трансформатор 1, последовательно с первич гой обмоткой 2 которого включен бесконтактный ключ 3 на тиристоре 15 4. Управлега5е ключом 3 осуществляется блоком 5 для управления, выходным элементом которо го является ключ Г. В касёстле цепи обратной связи может быть использована дополнительная обмотка 7 трансформатора I или какая-либо из 20 вторичных o6i soTOi : 8, которые через выпрямители 9 подклю сны к конденсаторам Ш сглаживающих фильтров и нагрузкам 1 i. Выход блока 5 для управления соединен с анодом шрнстора 4 через конде1 сатор 12 и с управляющим элект- 25 родом - через ллод 13. Переход анод-управляющий электрод тиристора 4 шунтирован резистооом 14.

В эависимоспт от.системь построения ключей зо переменного тока сушествутот различные аарианты вьтолнения схем стабилизированных источников постоянного напряжения.

Тиристорный ключ 3 может быть выполнен 35 в виде двух тиристоров 4, соединенных встречно-параллельно (см. фиг, 2), встречно-последовательно и идунтирОБанных обратно включенными диодами 15 (см. фиг. 3), либо одного, включеш{ого на выходе выпрямительного моста, ко- 40 торый образован диода ш 16 (см. фиг. 4). Переход анод-управляющий электрод каждого тиристора 4 п.гунтирован резистором 14, включенным последовате;гьно,с диодом 17 (см. фиг. 2), либо резистором 14 (см. фиг. 3, 4).45

Блок 5 дая управления в самом простом варианте выполнен 8 виде тиристора 6, переход анод-управллюиии электрод которого шунтирован стабилитроном 18 (см. фиг. 2). В другом 50 варианте управлегще тиристором 6 осуществляется пороговым элементом на двубазопом диоде 19 (см. фиг. 3). Блок 5 для ут равле1шя может иметь транзистор 6 (см. фиг. 4), работающий в ключевомрежиме. ВктЕючение транзистора-б 55 и этом слуше осуществляется Д1Н1ИСтором 20. Напряжение обратной связи, по которому осуществляется контроль выходаого нагфяжения, может сниматься не только-с одной из обмоток

трансформатора (см. фиг. 2 и 3), но и с выхода стабилизированного источника, например с регулирунниего ipaii-jHcixjpa 21 лоиолнтслыюго стабилизатора 22. Нсли напряжение обратной связи переменное, то оно выпрямляекя выпрнмителе.м 23 (см. фиг.-2 н 3). Jbui ограничения тока в цепи обратной связи может быт;, включен ре зистор 24 (см. фиг. 3).

Если тиристорный ключ 3 выполнен в виде двух встречно-последовательно включенных тиристоров 4, шунтированных обратно включенными диодами 15, то для ограничения тока разряда конденсаторов 12 включается активное иля. комплексное сопротизле 1ие 25 (см. фиг. 3).

Стабилизированный источ.Ш1к постоянного напряжения работает следуюищм образом.

В начале полупериода к одному из тириспоров

4прикладывается прямое анодное напряжение. Ток включает тиристор 4, протекая через резистор 14--в управляющий электрод тиристора 4. При этом первичная обмотка 2 трансформатора 1 оказывается подключенной к сетевому напряжению, которое трансформируется в обмотки 7 и 8. С обмотки 8 через выпрямитель 9 это напряжение подзаряжает сглаживающий конденсатор Ю, а с обмотки 7 - через выпрялдатель 23 поступает на вход блока 5 для управления, одновременно заряжая соответствующие конденсаторы 12. Диоды 13 при этом запираются.

При достижении напряжением обратной связи заданной велишны блок 5 для управления сраба1ыааст, закорачивая свои выходные зажимы ключом 6. Конденсатор 12 передает импульс на анод соответствующего тиристора 4 и включает его. Ток резистора 14 теперь течет через ключ 6 блока 5 для управления, и тиристор 4 оспется выключенным. С этого момента времени и до окончания полупсриода первичная обмотка 2 транс4х)рматора 1 подключена к сетевому напряжению через один из резисторов 14, и напряжение на этой обмотке значительно уменьпгается.

Если напряжение обратной связи снимается с дополнительной обмотки 7, а сопротивление ограничительного резистора 24 мало, 1ьчи он отсутствует совсем, то при объеданении входных и выходных выводов блок 5 для управления (см. фиг. 2 и 3) обмотка 7 после срабатыва шя устройства управления 5 закорачивается послед}мм. Из-за этого напряже1шя на обмотках Tpaiicформатора 1 после срабатьшания блока для управления становятся очень малы№1 независимо от сопротивления резисторов 14.

По окончашш полупериода протекание тока через резистор 14, а соответственно и через блок

5для управления, прекращается, и он вьЕключается. В следующие полупериоды щ(кл работы устройства повторяется.

Таким образом на выходной обмотке 8 (а нх может быть несколько) напряжение имеет (})орму двухполяряых импульсов, близких по 4)рме к треугольным, с амплшулой, практичес ки не зависящей ат пигаюшего сстспого 1апряжекия. После выпряадюння Э1И импульсы заряжают сглаживающий коиденсаюр 10 ло неизмен ного напряжения. Тиристорный ключ 3 может быть выполнен в нескольких вариантах: в виде двух встречнопараллельно включенных тиристоров 4 (см. фиг, 2); в виде встречно-последовательно вклю ченных тиристоров 4 , шунтированных обратно включенными диодами 15 (см. фиг. 3); в виде одного тиристора 4, вк.чюченного на выходе .выпрямительного моста, образованного диодами 16 (см. фиг. 4). В зависимости от этого могут быть различ сь еварианты построения схемы уст ройства. В первом случае (см. фиг, 2) из-за того, что катоды тиристоров 4 находятся под разными потен1шалами, необходимо иметь два блока 5 для управления, а резисторы 14 должны быть включены последовательно с диодами 17, которые не пропускают на управляющий переход тиристора 4 отрицательное напряжение. Во втором случае (см. фиг. 3) катоды тиристоров 4 объединены. Поэтому управление ими осуществляется от одного блока 5 дяя управпеш«я, оба кон.ченсатора 10 и оба диода 16 подт кпючены к ошюму выходному зажиму блока 5 для управления. В этой схеме обрашое запираюадее напряжение ограничивается 15, поэтому для ограничения гока разряда конденсаторов 12 может быть включено активное шш реактивное (дроссель) сопротивление 25. В третьем случае (см. фиг. 4) ключ 3 содержит всего едки тирисюр 4 и необходлм только один блок 5 для управления. В схемах, приведеннььч на фиг. 3 и 4, к г ристорам 4 не прикладывается обратного анодного напряжения, поэтому необходимость в диоjmx 17 отпадает. Блок 5 для управления также может быть вы полнен в различных вариантах. Наиболее простым является выполнение его в виде тиристора 6, переход аиод-управляюитй электрод когорого шунтирован стабилитроном 18 (см. фиг. 2) Тиристор 6 может включаться и другими элемен тами, например двубазовым диодом 9 (см, фиг. 3). В качестве выходного эле. блока для управления могут быть использованы и друnie элементы, например транзисторы (транзистор 6 на фиг. 4). У11рапле(сие выхош1Ь М элементом осуществляется по оговым элементом, выnojnieHHbiM из нескольких элементов (см. фиг. 3 и 4) sum ОШЮ1О элемеита (см. фиг. 2), например стабилитрона 18. С о;№Наковым успехом могут быть исЕЮльзовань динисторы (см. /гимисюр 20 на фиг, 4), туннельные диоды, фиггеры Шмитта и пр. НаП|)яженис обраиюй связи также .может бьпь взято с любого участка устройства: с дополнит ел ьнон обмотки 7, с основной обмотки 8, после выпpя n тe ля 9, с регулирующего злеMCHTd 21 дofioлнитeлы oгo стабилизатора 22 (см. фиг. 4), Во всех случаях устройство работает следующим образом, Первичная обмотка 2 трансформатора i подключается к сети на часть первой половины полупериода питающего напряжения, а затем после достижения мгновенным значением :этого напряжения заданного уровня отключается. Импульсы напряжения, заряжающего соответствующий сглаяшвающий копденсат-ор 10, имеют пологий передге|й фронт. Благодаря ток заряда сглаживающего конденсатора 10, а следовательно, и потребляемый от сети ток, будут иметь меньшую амплитуду, чем при крутом переднем фронте вьшрямляемого напряжения, что наблюдается . в известных устройствах, содержащих ключи, включаемые в необходимый момент време1Ш. Короткий задний фронт напряжения приводит к резкому прекращению тока. Но последнее затягивается гася1дим конденсатором 12., Уменьшение амплитуды потребляемого тока и затяп1ваш1е его фронтов уменьщает долю высокочастотных составляющ}{х в токе и снижает высокочастотньш наводки на питающую сеть, 8 известных устройствах импульсы потребляе юго тока прхэтекают во время второй половины каждого полупериода, что создает индуктивную составляющую тока. В предложенном устройстве импульсы тока Протекают во время первой полоьины каждого 1юлу11ериода. В результате ток содержит емкостную составляющую, позволяющую компенсировать индуктивную составляющую тока других потребителей, рабогающих в этой же энергосистеме. Причем с увелзгтснием напряжения сети e :кocтнaя составляющая тока уоеличивзется (аиалогич}{о пидуктивной составляющей тока потребителей с ферром.чгкитным сердечником), что позволяет осуществлять более полную компенсашно реактивного тока друтнх потребителей. По приведенным однофазным схемам могут изгоюплены и тгО.хфлзныс стаб и1изиросапиые источники постоянного напряжения. Для этого используется трехфазньпТ трансформатор, первичные обмотки которого подключаются к сети через тирнсториые ключи перемешгого тока, а управление ключами осуществляется от назваяных схем. Нагрузка подключается через трехфззньш выпрям тёль. Работает устройство в таком пспол пении аналотчно приведеш ому н дос1-игается такой ж-« положительный эффект.

7 Формула изоГ)ре-1еияя

СтаГжлилироваиный иаочиик постоянною напряжения, содержащий силовой траисформзюр, по меньигей мере одна первичная оЯмотка кчп1,)рого через бескоитактяый ключ переменною юка, ) на базе, по мере одпого тиристора, соединена с выводами для подключения к питающей сети, а по мснылей мере одш вторичная обмотка соединена через выпрямитель с емкостньтм сглаживакниим фильтр 1м, с. выводами для подключения нагрузки, и блок ДГ5Я управления тиристором бесконтактного клю1Ш, в;;одом соединенный с цепью обрашой связи, отличающийся тем, что, с целью уменьшения л плитудьг импульсов потребляемого тока и высокочастотных наводок на питающую сеть, а также получения емкостного характера потребляемого токз, переход анод-утгравляюший электрод

675--tl

тяристора бесконтактного ключа гтеременного тока шукшрован дополнительно введенным резистором, выхсячой каскад указанного блока для управления выполнен в виде клнта, который черрз дополниicjihHo введенный конденсатор подключен к аноду, а через дополнительно введенный диод - к управляюн1ему электроду тирнсторл, причем анод указанного диода соединен с ут1равля Синим :)лект|х)дом тиристора бесконтактного ключа переменного тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Лекоргийс К. Управляемые электрические вентили и их применение. М.,Энергия, 1971, с.. 236. .

2.Макаров В. Л. и др. Стабилизированяые выпрямители с емкостным фильтром. Л.,Энергия-; 1975, с. 13.

г 1Гб

0Г

//

J Z3

4:Ю

%д

-0--- -i/e/

fl

Фаг.}

, ,v..«-,

- -

,...,,.

6754П,