Регулятор постоянного тока для испытаний стабилизаторов напряжения Советский патент 1980 года по МПК G05F1/00 

лирующий элемент, блок датчиков тока, блок ввода команд и источник питания уоилителя постоянного , причем первый и второй входы узла сравнения соединены соответственно со вторым выходом блока датчиков тока и выходом источника опорного напряжения, входы которого соединены со вторыми выходами блока ввода команд, выход усилителя постоянного тока соединен с третьим управляющим входом регулирующего элемента, шины питания усилителя постоянного така соединены с выходами источника питания усилителя постоянного тока, а выход регулирующего элемента соединен со вторым входом блока датчиков тока 3.

В такоМ регуляторе управление регулирующим элементом производится усилителем постоянного тока, питающимся от собственного источника питания. Это позволяет уменьщить падение напряжения на его регулирующем элементе по сравнению с указанными имитатором переменной электронной нагрузки и стабилизированным источником тока.

Однако мощность, потребляемая регулятором от собственных источников питания при одинаковой величине регулируемого тока в несколько раз больще, чем в имитаторе переменной электронной нагрузки и в стабилизированном источнике тока, так как в регуляторе от собственных источников питания питаются узел сравнения, усилитель постоянного тока и базовые цепи псех транзисторов регулирующего элемента, а в имитаторе переменной электронной нагрузки - узел сравнешш и базовая цепь транзистора первого |каскада регулирующего элемента, в стабилизированном источнике тока от собственных источников питания питается узел сравнения, усилитель постояиного тока и базовые цепи транзисторов первого каскада регулирующего элемента.

Кроме того, регулирующий элемент регулятора имеет низкую надежность, так как пробой перехода коллектор - база одного из параллельно соединенных транзисторов регулирующего элемента вызывает отказ регулятора (выходное напряжение испытуемого стабилизатора через поврежденный транзистор поступает в общую точку соединения баз всех регулирующих транзисторов, в результате чего регулирующий элемент перестает управляться, ток регулятора окачком возрастает в несколько раз, а регулирующие транзисторы попадают в аварийный режим). Этот недостаток присущ всем аналогичным устройствам, содержащим параллельно соединенные регулирующие транзисторы. Применение быстродействующих отсекающих плавких предохранителей, включаемых в базовые в эмиттерные цепи параллельно соединенных транзисторов для автоматического отключения от схемы поврежденных транзисторов, в данном случае невозможно, так как они не успевают сработать, потому что все стабилизаторы напряжения имеют быстродействующую защиту от токовых перегрузок, в результате срабатывания которой выход стабилизатора щунтируется включенным т1Иристором, после чего стабилизатор отключается от сети, а регулятор тока должен обеспечивать возможность проверки величины тока срабатывания защиты испытуемых стабилизаторов от перегрузок, и поэтому режим проверки токовой защиты является нормальным рабочим режимом регулятора тока.

Цель изобретения - увеличить надежность регулятора, автоматическое воспроизведение заданной программы регулирования и уменьщить установленную мощности источника питания усилителя постоянного тока.

Для этого в регулятор постоянного тока для испытаний стабилизаторов напряжения, содержащий источник опорного напряжения, узел сравнения, усилитель постояниого тока, регулирующий элемент, блок датчиков тока, блок ввода команд и источник питания уоилителя постоянного тока, причем первый и второй входы узла сравнения соединены соответственно со вторым выходом блока датчиков тока и выходом источника опорного напряжения, входы которого соединены со вторыми выходами блока ввода команд, выход усилителя постояиного TOiKa соединен с третьим управляющим входом регулирующего элемента, щины питания усили еля постоянного тока соединены с выходами источника питания усилителя постоянного тока, а выход регулирующего элемента соединен со вторым входом блока датчиков тока, введены канал дискретного регулирования и блок управления, а в канал непрерывного регулирования между узлом сравнения и усилителем постоянного тока введены соединенные последовательно блок переключения канала непрерывного регулирования из режима геиератора тока и режим регулятора тока, второй вход которого соединен с третьим выходом блока управления, и блок

сдЕига постоянного уровня сигнала усилителя постоянного тока, причем канал дискретного регулирования подключен вторым входом ко второму входу регулирующего элемента, щинами питания - к выходам

источника питания усилителя постоянного тока, четвертым и пятым управляющим входами - соответственно к первому и второму выходам блока управления, а выходом - ко второму входу блока датчиков

тока, а блок сравнения подключен первым входом - к выходу узла сравнения, вторыми входами - к первым выходам блока ввода команд, третьим входом - к выводу для подключения испытуемого стабилизатора, первым и вторым выходами - к четвертому и пятО:Му управляющ}1М входам канала дискретного регулирования, третьHiw выходом - ко второму входу блока переключения канала непрерывного регулирования из режима генератора тока в режим регулятора тока, четвертыми выходами - ко входам блока ввода команд; с целью иовышения быстродействия путем автоматизации процессов подключения сменных элементов, в него введен автоматический подключающий блок, входы которого соединены с третьими выходами блока ввода команд, а выходы - с первыми входа-ми блока датчиков тока, регулирующего элемента и канала дискретного регулирования.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого регулятора постоянного тока; на фиг. 2 - подробная структурная схема, на которой показан состав новых элементов регулятора тока (щтрих-пунктирные линии).

В состав регулятора тока входят следующие узлы: блок 1 датчиков тока, регулирующий элемент 2, испытуемый стабилизатор 3, канал 4 дискретного регулирования, источник 5 питания усилителя постоянного тока, узел 6 сравнения, блок /управления, блок 8 переключения канала непрерывного регулирования из режима генератора тока в режим регулятора тока, блок 9 сдвига постоянного уровня сигнала усилителя постоянного тока, усилитель 10 постоянного тока, источник 11 опорного напряжения, блок 12 ввода команд и автоматический подключающий блок 13.

Блок / представляет собой набор щунтов, которые подключены через замыкающиеся контакты реле блока 13 к выходу испытуемого стабилизатора 3 - через параллельно соединенные регулирующий элемент 2 и регулирующий элемент канала 4, а ко входу узла 6 - непосредственно.

Регулирующий элемент 2 осуществляет непрерывное регулирование только в пределах узких зон непрерывного регулирования с целью увеличения точности, достигаемой применением только дискретного регулирования, и представляет собой эмиттерный повторитель на мощном транзисторе со сменными токозадающими (нагрузочными) резисторами, подключаемыми при помощи реле блока 13. Регулирующий элемент 2 включен через замыкающиеся контакты реле блока 13 между испытуемым стабилизатором 3 и блоком / и управляется выходными сигналами усилителя 10.

Канал 4 осуществляет дискретное регулирование тока по заданной программе только в пределах зон дискретного регулирования и сострит из соединенных последовательно реверсивных двоичных счетчика 14 и сдвигового регистра 15, триггеры которых через согласующие усил1нтели 16 управляют транзисторными ключами 17 регулирующего элемента со сменными нагрузочными резисторами 18, выбранными так, что изменение тока регулирующего элемента происходит ступенчато с постоянной величиной приращения.

Первый разряд сдвигового регистра 19 является генератором единиц в режиме сложения, а последите разряд - генератором нулей в режиме вычитания. Сдвиговый регистр 15 вырабатывает рабочий фронт импульса сдвига в моменты перехода счетчика из заполненного состояния 111111 в нулевое в режиме сложения и в моменты перехода счетчика 14 из нулевого состояния в состояние 111111 в режиме вычитания (при этом состояние сдвигового регистра 19 соответственно увеличивается или уменьшается на единицу). Регулирующий элемент канала 4, состоящий из блока транзисторных ключей 17 и набора нагрузочных резисторов 18, подключен через замыкающиеся контакты реле блока 13 между испытуемым стабилизатором 5 и блоком /, щины питания 20 канала 4 подключены

5 к источнику 5, а счетный вход реверсивного счетчика 14 и щины 21 сложения и вычитания реверсивных двоичных счетчика 14 и сдвигового регистра 19 соединены соответственно с выходами элемента 22 уи0 равления генератором и элемента 23 управления реверсом, входящих в состав блока 7.

Источник 5 предназначен для питания стаб/илизированным напряжением усилите5 ля 10 и канала 4. Выходы источника 5 соединены с щииами 20 питания канала 4 и шинами питания усилителя 10 (входы 24). Узел 6 предназначен для сравнения опорного напряжения с напряжением, снимаемым с блока 1, и вырабатывает разностные напряжения для управления регулирующими элементами с целью установки заданной величины тока. Первый и второй входы узла 6 соединены соответственно с выходом 25 блока 1 и выходом источника 11, выход узла 6 соединен со входами детекторов нижних 26 и верхних 27 границ зон непрерывного регулирования и детектора 28 нуля блока 7, а также с первыми

50 входами ограничителей отрицательного 29 и положительного 30 напряжений блока 5. При равенстве входных напряжений узла 6 напряжение на его выходе равно нулю. В остальных случаях выходное напряжение узла 6 отлично от нуля, причем знак его зависит от соотнощения величин входных напряжений.

Блок 7 предназначен для преобразования выходных сигналов узла 6 и блока 12

60 в сигналы управления работой канала 4 (элемент 22 управления генератором, элемент 23 управления реверсом), в оигналы управления режимами работы (элемент 5/) и в сигналы индикации выполнения команд

65

и результатов проверки токовой защиты непытуемых стабилизаторов в форме «годен- брак (элемент 32 допускового контроля и индикации). В состав блока 7 входят генератор прямоугольных импульсо,з 33, элемент 22 управления генератором, элемент 23 управления реверсом, детектор 27 верхних границ зон непрерывного регулирования, детектор 26 нижних границ зон непрерывного регулирования, детектор 34 положительного напряжения, элемент 3} управления режимами работы, детектор 28 нуля и элемент 32 Л.опуекоБого контроля и индикации. Входы блока 7 соединены: детекторов 27 « 26 границ зон непрерывного регулирования и детектора 28 нуля - с выходом узла 6, элемента 32 допускового контроля и индикации - с выходами органов управления блока 12, детектора положительного напряжения - с выходом испытуемого стабилизатора 3. Выходы блока 7 соединены; элемента 22 уиравлення генератором - со зходом счетчика 14 канала 4, элемента 23 управления реверсом - с шинами сложения и вычитания канала 4, элемента 31 унравления режимами работы - ео входом элемента 36 управления блока 8, элемента 32 допускового контроля и индикации - со входами элементов индикации 35 блока 12. Схема 6 состоит из аналогового ключа для положительных и отрицательных напряжений, вынолнеииого ца нрецизиоиных ограничителях отрицательного 29 и положительного 30 напряжений и элемента 36 управления. Первые входы прецизионных огра1п-1чителей 30 и 29 еоединены с выходом узла б еравнения, а вторые входы - с выходом элемеита 36 управления. Вход элемеита управления 36 соединен с выходом элемента 31 управления режимами работы, сходящего в состав блока 7. При работе канала непрерывного регулирования в режиме генератора тока выходиые сигналы элемента 36 управления переводят ограничители 29 и 30 в режим ограничения, результате чего напряжения на выходах ограничителей равиы нулю. При работе ка:ала непрерывного регулирования в режиме регзлятора тока выходные сигналы элемента 36 управления переводят ограничн ели 29 и 30 в режим усиления. В этом ;)ежиме в загмисимостп от полярности выходного на пряжения узла сравнения 6 всегда одни из ограничителей работает в режиме усиления, а другой - в режиме ограничения. Выходы ограничителей 29 и 30 :оедииеиы соответственно со входами 37 и 38решающего суммирующ-его усилителя 39блока 9. Блок 9 состоит из решаюш:его сумми)уюш,его усилителя 55 с тремя входами ц источника напряжения сдвига 40. Пер;зый и второй входы усилителя 39 соеди ;;ены соответственно с выходами прецизи нных ограничителей полож1ительпого 30 и трицательного 29 иапряженпй блока 8, а ретий вход соединен с выходом источника 0 иапряжепия сдвига. Выход решаЕОшего усилителя 39 соедиеи со входом усилителя 10 (вход 41). При аботе канала непрерывпогорегулпрования режиме генератора тока выходное наряжение блока 9 имеет поетоянную велиину, а при работе в режиме регулятора ожа величина выходного напряжения блоа 9 лзменяетея отиоеительпо постоянного ровня в соответетвии с изменениями выодного напряжения узла сравнения 6 и соответствуюилпми изменениями выходных иапряжений блока 8. Усилитель 10 уеиливает выходное наиряжение блока 9 до величины, необходимой для уиравления регулирующим элементом 2. Шипы питания усилителя 10 (вход 24) еоединеиы с выходами псточиика 5. Источник // предназначен для преобразования входных кодов в опорное напряжеине, величина котррого соответствует величиие задаиного тока, и представляет собой цифро-аналоговый преобразователь. Входы источника 11 соединены с выходами постоянного запоминающего узла 42, входящего в состав блока 12, а выход - со пторым входом узла 6. Блок 12 предназначен для ввода команд в регулятор тока, вывода информации о выполнении заданных команд, вывода результатов проверки токовой защиты испытуемых стабилизаторов в форме «годен- брак и индикации аварийных ситуаций. Блок 12 содержит постоянный запомипающий узел 42 кодов команд е согласующими выходиыми усилителями, а также органы управлеиия и элементы индикации 35. Выходы иоетоянного запоминающего -зла 42 соединены со входами источника // и блока 13, а входы элементов индикации и выходы органов управления 36 соединеisbi соответственно с выходами и входами элемента 32 допускового контроля и нндиKfiH блока 7. Блок 13 предназначен для выполнения с.чедующих подключений: соответствуюHuixшунтов блока / к испытуемому стабилизатору 3 1И к }злу 6, еоответетвующих паборов нагрузочпых резисторов 18 регулир юп1его элемента капала 4 к испытуемому стабилизатору о и соответствующих нагрузочных резисторов регулирующего элемен- . та 2 к шунтам блока /. Блок 13 представляет собой набор реле. Входы блока 13 соединены с выходами постояиного запомиийющего узла 42 блока 12, а выходы - с первыми входами блока /, регул1ирующего элемента 2 и канала 4. Блок 13 выделен на структурной ехеме как функциональный с целью облегчения описания регулятора тока. Конструктивно

реле блока 13 размещены в блоке /, канале 4 и регулирующем элементе 2.

Регулятор ностоянного тока работает следующим образом.

После соединения выходных зажимов испытуемого стабилизатора и регулятора гока производится включение источников питания регулятора тока и установка его элементов памяти в исходное состояние (триггеры канала 4 и блока 7 устанавливаются в нулевое состояние).

По команде пр;сизводится подключение npiH помощи блока 13 соответствующих сменных элементов регулятора тока: нагрузочных резисторов канала 4 и регулирующего элемента 2 и щунта блока 1. Включается испытуемый стабилизатор 3. По команде на установку заданной величины тока на входы источника 11 поступает код заданной величины тока и с вы.хода источника // подается управляющее опорное напряжение на второй вход узла сравнения 6.

При установленных в нулевое состояние триггерах регулирующего элемента канала 4 управляемые ими транзисторные ключи закрыты (при записи единиц в триггеры ключи открыты) и через них протекает только ток утечки, причем сумма тока утечки «канала 4 и тока регулирующего элемента 2 всегда меньше задан1 ОЙ величины тока. Поэтому под воздействием на узел 6 напряжения с блока / и большей величины опорного напряжения с Источника // на выходе узла 6 выделяется напряжение, преобразование которого вблоке 7 вызывает установку канала непрерывного регулирования в режим генератора тока, установку режима «сложение резерсивных счетчика и сдвигового регистра канала 4 и их заполнение импульсами генератора (при переходе счетчика из состояния I в :}лсвое происходит запись единпиы в сдвиговой регистр). Нагрузочные резисторы транзисторных ключей регулир ющего элемента канала 4 выбраны таким образом, что изменение состояиия счетчика на единицу (добавление в счетчик или вычитание одного импульса) вызывает изменение тока каиала 4 па доли нроцеита от номинального значения тока нагрузки испытуемого стабилизатора. Увеличение тока каиала 4 ироисходит до момента, когда будет лихр-1Гдирова1 а часть наиряжения рассогласовапия, соответствующая зоиедискретиого регулирования, в результате чего состояиие детектора нижних границ зон иепрерьизиого рсгулироваиия из леиится иа протнвоположиое. Переключение детектора вызывает прекраидею е поступления имиульсов генератора на Г5ход счетчиг;:; каиала 4 (ток каиала 4 после этого остается измеиеииым иа достигнутом уровие) и переключение каиала неирерывиого регулирования в режим регулирования в пределах зоны иепрерывиого регулирования, в

результате чего ток уетанавливается равным заданной величине. В дальнейшем отклонения тока от заданного значения, не превышающие ио величине половины зоны непрерывного регулирования, ликвидируются каналом непрерывного регулирования, а отклонения, величина которых превышает половину зоны непрерывного регулирозаиия, ликвидируются последовательно

каналом 4 в пределах зоны дискретпого регулирования, а затем каналом непрерывного регулирования в пределах зоны непрерывного регулирования.

Зона непрерывного регулирования для

каждого заданного значения тока иредставляет собой область значений токов нагрузки шириной порядка едиииц процентов от максимального значения тока нагрузки исиытуелюго стабилизатора, середина которой совпадает с точным значением величины заданного тока нагрузки.

После ввода комаиды на установку тока, величина которого меньше установленной, под воздействием на узел 6 напряжения с блока / и меиьшей величины напряження с источника // на выходе узла 6 выделяется наиряжение, преобразование которого в блоке 7 вызывает переключеиие канала непрерывного регулирования в режим геиератора тока, установку режима вычитаиие реверстшных счетчика и сдвигового регистра каиала 4 и поступление импульсов на вход счетчика канала 4 (при переходе счетчика ;з нулевого состояния в

состояиие 111111 происходит вычетапие единицы из сдвигового регистра).

Умеиьшеиие тока каиала 4 происходит до момента, когда будет ликвидирована чаеть иаиряжеиия рассогласования, соотпетств};ю:цая зоие дискретного регулирования, в результате чего состояние детектора Бе|;Х11их границ зои непрерывного регулирования изменится на противоположное. Перстлючеиле детектора блока 7 1ызывает прекращение поступлскпя импульсов генератора иа вход счетчика канала 4 и ие-реключеиие канала иепрерывиого регулирования в режим регулиропаиия, в ::зультате чего ток устанавливается равным заданной величИНе.

Скорость измснеиия тока в ироиоссе воспроизведения заданной программы регулипопапия регулируется изменеиием частоты следования импульсов геиератора,

ВХОДЯИ1СГО в состав блока 7.

Рег/лятор тока может работать в режиме иеиз:меияюи1,егося сопротивления. Для этого гпоизводптся отключение каиала псирерывпого регулиповаиия. vcтaиnБливaeтся задпилля пол:л; ;и;: тскг с тсчисстью каиала 4: после чего рг.з ьБПСтся связь :,:ежду входом счетчика каиала 4 и выходо-м блока 7. В этом pe iuiMC Еел:1чти1а тока иагрузки испытуе юго етабилизатора определяется только величиной выходного напряжения испытуемого стабилизатора. Регулятор тока позволяет определить, находится ли в допуске величина тока срабатывания защиты испытуемого стабилизатора от перегрузок. Для этого сначала вводится команда на установку тока, равного нижнему допуску на величину тока срабатывания занциты от перегрузок. При срабатывании защиты выделяется сигнал «брак. Если защита не срабатывает, вводится команда на установку тока, равного верхнему допуску на величину тока срабатывания защиты испытуемого стабилизатора от перегрузок. При срабатывании защиты выделяется сигнал «годен, а в случае несрабатывания защиты- сигнак «брак. При пониженных требованиях к точности установки заданной величины тока нагрузки испытуемого стабилизатора схему регулятора тока можно упростить, исключив канал непрерывного регулирования. В предлагаемом регуляторе постоянного тока по сравнению с известными аналогичными устройствами уменьшена установленная мощность источника питания и увеличена надежность регулятора тока. Формула изоб|ретения 1. Регулятор постоянного тока для испытаний стабилизаторов напряжения, содержащий источник опорного напряжения, узел сравнения, усилитель постоянного тока, регулирующий элемент, блок датчиков тока, блок ввода команд и источник питания усилителя постоянного тока, приче.м первый и второй входы узла сравнения соединены соответственно со вторым выходом блока датчиков тока и выходом источника опорного напряжения, входы которого соединены со вторыми выходами блока ввода команд, выход усилителя ностояного тока соединен с третьим управляющим входом регулирующего элемента, щины питания усил1ителя постоянного тока соединены с выходами источника питания усилителя постоянного тока, а выход регулирующего элемента соединен со вторым входом блока датчиков тока, отличающийся тем, что, с целью увеличения надежности регулятора, автомашического воспроизведения заданной программы регулирования и уменьщения установленной мощности источника питания усилителя постоянного тока, в него введены канал дискретного регулирования и блок управления, а в канал непрерывного регулирования между узлом сравнения и усилителем постоянного тока введены соединенные последовательно блок переключения канала непрерывного регулирования из режима генератора тока в режим регулятора тока, второй вход которого соединен с третьим выходом блока управления, и блок сдвига постоянного уровня сигнала усилителя постоянного тока, причем канал дискретного регулирования подключен вторым входом ко второму входу регулирующего элемента, шинами питания - к выходам источника питания усилителя постоянного тока, четвертым и пятым управляющими входами - соответственно к nepBOiMy и второму выходам блока управления, а выходом - ко второму входу блока датчиков тока, а блок управления подключен первым входом - к выходу узла сравнения, вторыми входами/ - к первым выходам блока ввода команд, третьим входом - к выводу для подключения испытуемого стабилизатора, первым и вторым выходами - к четвертому и пятому управляющим входам канала дискретного регулирования, третьим выходом - ко второму входу блока переключения канала непрерывного регулирования из режима генератора тока в режим регулятора тока, четвертыми выходами - ко входам блока ввода команд. 2. Регулятор по и. 1, отличающийс я тем, что, с целью повышения быстродействия путем автоматизации процессов подключения сменных элементов, в него введен автоматический подключающий блок, входы которого соединены с третьими выходами блока ввода команд, а выходы - с первыми входами блока датчиков тока, регулирующего элемента и канала дискретного регулирования. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Патент США № 3624489, кл. 323-4, 1973. 2.Стабилизированный источник тока до 3200 А для сверхпроводящего соленоида. -- Приборы и техника эксперимента, вып. 4, 1975. 3.Имитатор испытательных нагрузок.- В сб.: Обмен опытом в радиопромыщленности, вып. 3, 1975.

,

-CI