Стабилизированный источник постоянного напряжения Советский патент 1980 года по МПК G05F1/58 

1

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в качестве источни ка питания устройств автоматики, вычислительной техники, связи.

Известны стабилизированные источники постоянного напряжения flj и 23,

Наиболее близким из известных стабилизированных источников постоян иого напряжения является стабилизированный источник постоянного надря,жений, содержащий силовой управляемый ключ, по цепи управления соединенный с выходом формирователя управляющих импульсов с задающим генератором, компаратором и усилителем сигнала ошибки, один вход которого соединен с делителем выходного напряжения, а другой - с источником опор ного напряжения, и диод, один электрод которого соединен с выходом делителя выходного напряжения 2,

Однако в такой схеме для замедления нарастания опорного напряжения к одному иэ входов усилителя подключается электролитический конденсатор большой величины. Известно, что электролитические конденсаторы имеют сравнительно большие токи утечки. При использовании в качестве ,

2

усилителя сигнала сшибки интегрального операционного усилителя ток утечки конденсатора влияет на режим работы усилителя, Цри этом стабильность выходного на, пряжения резко ухудшается. Кроме того, если в схеме предусмотрена защита, запирающая стабилизированный источник в момент возникновения перегрузки, то при повторном включении процесс запуска не будет плавным-, т.к, конденсатор уже заряжен до напряжения, равного опорному. Для того,, чтобы процесс запуска был

15 плавным приповторном включении, необходимо при перегрузке отключать напряжение пита.ния от всей системы управления. Это недопустимо в связи с переходными процессами в самой системе управления в момент включения. Кроме того, в импульсных источниках одна система управления может управлять работой нескольких источников, что приведет к отключению всех пре25 обраэователей и усложнению схемы устройства,

Целью изобретения является повышение стабильности выходного напряжения, надежности и эффективности

зашиты преобразователя с индикацией неисправности.

Поставленная цель достигается тем что стабилизированный источник постоянного напряжения, содержащий силовой управляемый ключ, по цепи управления соединенный с выходом формирователя управд1яющих импульсов с задающим генератором, компаратором и усилителем сигнала ошибки,один вход которого соединен с делителем выходного напряжения, а другой - с источником опорного напряжения, и . диод, один электрод которого соединен с выходом делителя выходного напряжения, . снабжен соединенными последовательно конденсатором, резистором ,и ключом, включенные между ,нулевой , точкой и отрицательным полюсом истопника питания формирователя управляющих импульсов,. причем другой злектрод диода подключен к точке соединения ключа и резистора. Дополнительно, с целью заидты от токовых перегрузок, стабилизированный источн снабжен дополиителькым ключом, в качестве которого использован оптрон, фототиристор которого подключен чере дополнительный диод параплельно ключу, а точка соединения анода фототиристора с катодом дополнительного диода через нагрузочный резистор подключена к положительному полюсу источника питания формирователя управляющих импульсов/ фотоизлучатель оптрона, служащий датщ ком перегрузки, через дополнительный конденсатор подключен параллельно выводам для подключения нагрузки( Кроме того, в качестве датчика перенапряжения использован светоизлучатель.оптрона, включенный параллельно выводам для подключения нагрузки черезпоследовательно соединенные резистор и стабилитрон.

В качеЬтве нагрузки фототиристор использована индикаторная лампа,

И, наконец, в качестве дополнительного ключа использован транзистор, который через дополнительный диод подключен параллельно ключу, точка соединениякатода диода с коллектором транзистора через резистор соедикена с положительным полюсом источника -питания формирователя упракляюудах импульсов, между коллектором и эмиттером транзистора включен делитель напряжения на ; резисторах, к средней точке которого подсдедикена база транзистора, причем в качестве сопротивления, включенного между базой и э /1иттером использован фоторезистор оптрона, фотоизлучатель которого последовательно с резистором и оптроном подключен к противоположным полюсам укзанного источника питания.

На фиг, 1 представлена принципиальная схема стабилизированного

источника постоянного напряжения; на фиг, 2 приведены временные Д11аграммы, поясняющие работу формирователя управляющих импульсов; на фиг, 3 представлена схема устройств защиты от перегрузки по току; на фиг, 4 -. схема подключения устройств а защиты от перенапряжения; на фиг,5 - схема включения лампочкииндикатора перегрузки; на Фиг, б схема включения транзисторного ключа, осуществляющего плавный запуск в момент включения.

Стабилизированный источник содержит силовой управляемый ключ 1, сглаживающий фильтр 2, задающий генератор 3, компарат.ор 4, усилител сигнала ошибки 5, источник опорного напряжения б, делитель выходного напряжения 7, диод 8, резистор 9, времязадающий конденсатор 10 и ключ 11, Причем узлы 3, 4, 5, б обрзуют формирователь управляющих импульсов.

Устройство защиты от перегрузки по току содержит оптрон 12, состоящий из фототиристора 13 и фотоизлучателя 14, дополнительный разделительный диод 15, резистор 16 нагрузку фототиристора, конденсатор 17 и диод .18,

Устройство заидиты от перенапряжения содержит резистор 19 и стабилитрон 20, включенные параллельно конденсатору 17 устройства загдиты от перегрузки по току.

Устройство индикации перегрузки состоит из лампочки 21, включенной последовательно с резистором 16,

Схема транзисторного ключа содерлшт транзистор 22, ограничивающий резистор 23, резистор делителя 24, фоторезистор 25 оптрона 26 и фотоиэлучатель 27 этого же оптрона, резистор 28 и стабилитрон 29,

В исходном, состоянии ключ 11 замкнут. На инвертирующий вход усилителя 5 Поступает отрицательное напряжение питания форш-1рователя управляюш -1Х импульсов через ключ 11 и диод 6, при этом усилитель 5 находится в состоянии полоясительног насыщения. Его выходное напряжение показано штриховой линией на фйг,2а (Ug.yx5), Это напряжение больше амплитуды Напряжения задающего генератора 3 (Ug.,,j,5i, 3),. Поэтому компаратор 4 находится в состоянии положительного насыщения ( );, 4), фиг,26, При этом силовой управляемый ключ 1 заперт, и напряжение на выходе lipeобразователя равно нулю.

При, размыкании ключа 11 кондексатор 10, который был заряжен до напряжения, равного ЕП с полярност указанной на фиг, 1, начинает раз- ряжаться по цепи: (+) конденсатора 10 ,, корпус, нижнее плечо делителя выходного напряжения 7, разделительный диод 8, ограничивающий резистор 9, () конденсатора 10, По мере разряда конденсатора Ю напряжение на нижнем плече делителя 7 уменьшается, приближаясь по величине к напряжению опорного источника 6, В какой-то момент времени усилитель 5 выходит из состояния, и напряжение на его выходе становится более отрицательным. На выходе компаратора 4 появляются короткие импульсы, которые являются импульсами отпирания силового ключа 1, Силовой ключ открывается на короткие интервалы : времени, в результате чего напряжение на выходе преобразователя намно го возрастает. При этом возрастает пряжение на нижнем плече делителя 7 в результате чего напряжение на выходе усилителя 5 станет более положительным, и длительность импульсов на выходе компаратора 4 будет все время ограничиваться. По мере разря да конденсатора 10 длительность импульсов на выходе компаратора 4 буд постепенно увеличиваться, пока не станет равна своему установившемуся значению, определяемому сигналом обратной связи с выхода преобразоваТгеля, Таким образом, запуск преобразователя будет происходит плавно, в результате чего напряжение на его вы ходе постепенно увеличивается от нуля до.установившегося значения. Д тельность переходного процесса можн регулировать подбором емкости конденсатора 10 и сопротивления резисто ра .9, Разделительный диод 8 после пр цесса запуска отключает запускающую цепочку от входа усилителя, в резуль тате она не оказывает влияние на ре жим работы усилителя 5 и стабильнос выходного напряясения преобразователя Другим достоинством предлагаемой схемы запуска является то, что она легко может быть объединена с устройством за1циты, причем после повторного включения схемы, у которой сработала защита, процесс нарастания выходного напряжения преобразователя также будет происходить плавно, НаприГЛер, если в качестве ключа применить фототиристор 13 оптрона 12 (фиг, 3),включенный параллельно ключ 11 через деполнительный разделительный диод 15, в качестве датчика перегруэк-и по току можно применить фотоизлучатель 14 этого же оптрона 12, защиты от перегрузк и по току фотоизлучатель 14 оптрона включаем последовательно с конденсатором 17 на выходе преобразователя. Для обеспечения двухсторонней проводимости параллельно и встречно фотоизлучателю-диоду 14 оптрона 12 включаем диод 18, При перегрузке по току на; выходе преобразователя значительно увеличивается пульсация напряжения, при этом увеличивается ток заряда-разряда конденса- тора 17, протекающий через диЪды 14 и 18, в результате чего включается фототиристор 13 оптрона 12, и силовой ключ 1 запирается. Защита от перегрузки по току небольшим усложнением может быть легко превращена в комплексную защиту, осуществляющую также и защиту от перенапряжения на выходе преобразователя (фиг, 4), Для этого параллельно конденсатору 17 ставится цепочка из последовательно включенных резистора 19 и стабилизатора 20, При увеличении выходного напряжения больше допустимого срабатывает стабилитрон 20, и его ток, протекая через фотоизлучатель 14 оптрона 12, включает фототиристор 13 оптрона 12, При этом происходит запирание преобразователя. Чтобы после срабатывания эаищты фототиристор 13 оставался включенным, через него нужно пропускать ток. Это осуществляется посредством резистора 16, Однако выгоднее в качестве такого резистора или его части использовать лампу 21 (фиг,5), которая одновременно будет являться индикатором перегрузки. Чтобы индикаторная лампа 21 не влияла на режим запускающей цепочки, она отделена от нее дополнительным разделительным диодом 15, После устранения причины-перегрузки необходимо замкнуть и разомкнуть ключ 11, в результате чего фототиристор 13 выключится, и начнется процесс плавного запуска преобразователя, как это описано выше. Для обеспечения отдельной индикации перегрузки по току и перенапряжению могут быть применены два оптрона и две индикаторные лампы,причем обе лампь должны быть отделены от запускающей цепи своими разделитель ными ди одами, Для TorOf чтобы преобразователь работал только тогда, когда напря жение питания системы управления достигло своего номинального значения, может быть применен транзисторный ключ, управляемый оптроном (фиг, б). При этом, пока напряжение питания системы управления ЕП ниже своего номинального значения, ток через фотоизлучатель 27 оптрона 26 чень мал. Сопротивление фоторезистора. 25 птрона 26 велико: транзистор 22, включенный параллельно ключу 11 через разделительный диод 15 открыт насыщен за счет соответствующе одобранных резисторов смещения 23 24, При этом преобразователь заерт и его выходное напряжение равно улю.

Когда напряжение питания досгает своей номинальной величины, срабатывает стабилитрон 29 и высвечивается светоизлучатель 27 оптрона 26, Сопротивление фоторезистора 25 оптрона 26 при этом резко падает, и транзистор 22 запирается. После этого начинается процесс плавного вклйчения преобразователя.

Если в гфоцессе работы напряжение питания системы управления сни зится ниже допустимой, величины, транзистор 22 вновь откроется, и стабилизированный источник закроется.

Предложенное построение cxejviH позволяет повысить надежность за счет введения устройства плавного запуска и зашиты от перегрузки по току, напряжению, а также от уменьшения напряжения питания формирователя управляющих импульсов. Достоинством cxeivifc является простота и взаимосвязь всех вы1,иеперечисленных устройств.

Полойштельным качеством является ТО., .что все дополнктепьные устройIjTsa не вносят дополнительной нестабильности выходных параметров стабилкзирозанного источника питания ,

Формула изобретения

1, СтабилизирОБанн1 й источник по стоянкого напряжения, содержащий силовой управляема ключ по цепи управления соединенный с .зыходо. форг-шрователя управляю& ик импульсов с задйдощи.м генератором, кo гпapciтo ром и усилителем сигнала ошибки, один вход которого соединен с делителем выходного напряжения, а дру гой - с источником опорного напряжения, и дкод, один электродкоторого соединен с выходом делителя выходного напряжения, о т л и ч а. юtu и и с я тем, что, с целью улучшенкяо стабильности и. повгдйения яадежностн стабилизированного источника, он снабжен соединеннш- и по,следо.вате; ьно конденсатором, резистором и ключом, включе15иыми между нулевой точкой и отрицательные полю сом источника га та1ння формирователя у.правляю ц15х импульсов, ггргтчем друго электрод диода подключен к точке соединения ключа и резистора.

2.Стабилизированный источник поп,1, отличающийся тем, что, с целью защиты от токовых перегрузок, стабилизированный источник, снабжен дополнительным ключом,

в качестве которого использован

оптрон, фототиристор которого подключен через дополнительный диод параллельно ключу, а точка соединения анода фототиристора с катодом дополнительного диода через нагрузочный резистор подключена к положительному полюсу источника питания фop иposaтeля управляющих им пуЛьсов, фотоизлучатель оптрона, служащий датчиком перегрузки, через дополнительный конд;енсатор подключен параллельно выводам для подключения нагрузки,

3,Стабилизированный ирточник пог пп, 1, 2 о т л и ч а ю щ и и с я

тем, что в качестве датчика перенапряжения использован светоизлучатель оптрона, включенный параллельно выводам для подключения нагрузки через последовательно соединенные резистор н стабилитрон,

4. Стабилизированный источник по пп, 1,2 и 3,о т л и ч а ю щ и и с я тем, что в качестве нагрузки фототиристора использована индикаторная лампа,

5, Стабилизированный источник по ппа 1, 2, о т ли чающийся тем, что в качестве дополнительного ключа и-спользован транзистор, который через дополнительный диод подключен паралл€У7ьно .ключу, .точка соединения катода диода с коллектором транзистора через резистор соединена с положительным полюсом источника литания формирователя управляющих импульсов, между коллектором н з диттером транзистора включен делитель напряжения на резисторах, к средней точке которого подсоединена база транзистора,-причем в качестве сопротивления, включенного между

базой и эмиттером, использован

фоторезистор оптрона, фотоизлучатель которого последовательно с резистором и стабилитроном подключен к противоположным полюсам указанного источника питания.

Источники информации,принятые во при экспертизе

1,Электронная техника в автоматйке Сб, статей. Под ред. Ю.И.Конена, вып. 8- М,, Советское радио/ 5 с, 70, рис, 1, 2, То же, с, 97-100, рис, 1,.

.S /, I Т 7 Тч 4-1- -1-1-- О /х5 - uf

/. Щ H f-f-i j- -L;i7

фиг. 5 г ивнх Л -О10

I

drrr I W

г

-о-I/,

Вых.

0-Ugt,fx