Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки Советский патент 1980 года по МПК G05F1/58 

(54) СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ЗАЩИТОЙ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ

t

Изобретение относится к электротехнике и-может быть использовано для защиты электронной аппаратуры, питаемой высоким напряжением.

Известен высоковольтный источник 5 питания с защитой от перегрузки по току, который содержит, источник нерегулируемой мощности постоянного тока, выход которого через регулятор напряжения соединен с преобразова- 10 телями напряжения, к выходу которого подключен вход умножителя на,пряжения и вход детектора перегрузки, выполненного на операционном усилителе. При этом вход детектора перегрузки 15 соединен с входом умножителя через диод, который преобразует переменное напряжение с выхода преобразователя в постоянное напряжение, эквивадентное току нагрузки устройства. Выход 26 детектора перегрузки через диод сое.динен с управляющим электродом тиристора, выключающего и закорачивгиощего выход регулятора и вход преобразователя напряжения при перегрузках. 25 При .превышений максимаильного значения тока нагрузки с выхода преобразователя напряжения на вход детектора При сигнале перегрузки большем опорного напряжения, на выходе детек-30

тора перегрузки формируется команда запуска тиристора, подаваемая на его управляющий электрод и переводящая его во включенное состояние. Это приводит к соединению входа управления регулятора напряжения и его выхода через диоды с корпусом устройства, что соответствует в ыключенному состоянию регулятора напряжения и снятию высокого напряжения с выхода умтножителя напряжения.

Данное устройство работает устойчиво при наличии больших токовых перегрузок, например при коротком замыкании на выходе, когда уровень сигнала перегрузки много больше уровня опорного напряжения VJoj,,a выходное напряжение детектора перегрузки, равное()- К, где К - коэффициент усиления усилителя, соответствует уровню надежного включения тиристора i1,

Однако у этого устройства низкая чувствительность детектора перегрузки к малым приращениям тока нагрузки, например 10-15%, относительно номинального значения тока нагрузки.

Известно также устройство для задаты от перегрузки и блокирования средств управления, содержащее источтйШ ШЕШёЙйЭгб1еШ 7 еоёд1нШн:Ш°через электронный переключатель с

.Тгёг вичноЙ обмоткШ трГаснформатора

KC WKlfS Йд6то|Гш1ог ная обмотка которого подключена к нагрузке и чувствительному к перегрузке контуру, сойё1 жа1Дёму делитель напряжения, соединенный с входом по ртоёоТ/у ъ згё тШаГ ШЬд nopoFoSoro элемента подключенк управляющему электроду тиристора, осуществляющему

вшслйчение источника пбстоянного напряжения при перегрузках 2.

Недостатком да:нного устройства являе.тся зависимость порога срабатывания схемы защиты по току ot изменения напряжения сети питания. Ток через делитель напряжения, соединенный с пороговым устройством, изменяется периодически с изменением уровнязвыходного йапряжения в соот Ветствии с йзмёнё ниём напряжения сети питания. Приувеличении напряжения , например, на 10% п6|5О ра ёатШ анйЙ1 &зЙмы зЩй ты уме ньшае тс я на 16% , а при понижеНИИ напрлжёнжя на 10% порог схема защитьа увеличивается на 10%. Следовательно, чувствительность схемы защиты npai T 4fecки- не выше разброса по стабильности lib gf&e&ryypc : /.

Наи(5олее блзязким к предлагаемому по технической сущности является стабилизатор напряжения с защитой бт перегрузки/ содержащий регулйтгор напряжения , включенный- йоСлёДШаЙ ёдано по цепи обратной связи, содержащей включенные последовательно де Лйтель напряжения, являющийся ДатчйКомйеретрузки по току, компаратор,

усШгатёль обратной связй й йЬт;о |Ййк опорного напряжения. Замыкается цепь обратной связи через предохранительный переключатель, подключенный к выходу усилителя обратной .Параллель,но регулятору напр яжения

шунтирующий пёрёклй йй ёйь с большим вн: тЕ5ен:ййй сшр тй|йШШШ пропускания зарядного тока через

натрузку при закрытом режиме регулятора напряжения. Стабилизатор напря Же Н1 я:Сой р)1тт также два пороговых

йе&ёключатёля, служащих для IB ключения-И выключения усилителя обратной Сйязи и регулятора напряжения, и накопительную схему, которая задерживает на некоторое время восйтанОвленйе нормального режима работы при снятой перегрузке. Все пороговые пёрёгклй чателй вьтолнены на са абилит- ронёх, которые резко изменяют свое

й11Утрен«ее сопротивление, если на ТТ ГяШёйие, приложенное между анодом и катодом, достигает уровня стабилизации 31,

Недостаток этого стабилизатора

йай)яжения заключается в низкой чувBfSflf feffSHbcTH cxejMM Эaщиты JK,измeiH «i wяиям (уё :йч:ёнию) тбка нагрузки, ко угорая приводит к прохождению значительного тока через: нагрузку, что не прзв оляет йсполь з ов ать э тот с та билизатор для раб1эты на нагрузки, не допускающие даже кратковременных значительных перегрузок по току, например с приборами СВЧ, которые после несйоль1ких трховых перегрузок более 10% йеоб е атимЬ изменяют свои параметры.

Цель изобретения - повышение чувствительности схемы защиты к току перегрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизатор напряжения с згацитой 9 перегрузки, содержащий последбват льнб соединенные регулятор напряжения, источник питания и нагрузку делитель напряжения и усилитель в цепи обратной связи, компаратор, один вхсэд которого подключен к источнику эталонного напряжения, предохранительный переключатель, подключенный к выходу усилителя, пороговый элемент и дополнительный пороговый переключатель , последовательно с выводами для подключения нагрузки между вторым .выходом источника питания и корпусом включен делитель токовой нагрузки, соединенный с Одним из входов компаратора, в,ыход которого через пороговый элемент подключен куправляющему входу предохранительного переключателя, соединенного с входом перегрузки по току введенного коммутир йще гоустройства, включенного на входе регулятора напряжения, выход делителя напряжения обратной связи непосредственно подключен к усилителю, выход которого соединен с дополнительным пЬроговым переключателем непосредСтвенно, а с управляющим входом регулятора напряжения и входом предохранительного переключателя через введенный в стабилизатор повторитель напряжения, при этом выход дополнительн ого порогового переключателя соединен с входом перегрузки по. напряжению коммутирукиего устройства.

Это позволяет повысить чувствительность схемы защиты к току перегрузки за счет выделения минимальHOtO приращения тока нагрузки, фиксируемого как падение напряжения на включенном последовательно с нагрузкой делителе токовой перегрузки поступающего на вход компаратора напряжения. Последний выполняет совместно с источником эталонного напряжения функцию чувствительного нуль-органа, позволяющего вьаделить разность между величиной опорного напряжения и входного напряжения не менее 0,001%.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого стабилизатора напряжения с защитой от перегрузки; на фиг. 2 - принципиальная схема стабилизатора.

Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки содержит последовательно соединенные регулятор 1 напряжения, источник 2 питания и нагрузку 3. Регулятор 1 напряжения охвачен цепью обратной связи, состоящей из делителя 4 напряжения, усилителя 5 и повторителя б напряжения. К другому выходу источника 2 питания подключен делитель 7 токовбй перегрузки, соединенный с входом компаратора 8, другой вход которого соединен с выходом источника 9 эталонного напряжения. Компаратор 8 через пороговый элемент 10 и предохранительный переключатель 11 подключен к входу 12 коммутирующего устройства 13. Вход 14 коммутирующего устройства 13 связан с выходом дополнительного порогового переключателя 15, служащего для отключения входного питающего напряжения при перегрузках по напряжению.

Устройство работает следующим образом.

. Напряжение с входа питания через коммутирующее устройство 13 и регулятор 1 напряжения поступает на вход источника 2 питания, где оно преобразуется в постоянное напряжение необходимого уровня, и через делитель 7 токовой перегрузки подается на нагрузку 3 и делитель 4 напряжения. Часть напряжения, равная (где ,,коэффициент деления делителя 4 обратной .связи),поступает на вход усилителя 5, усиливается и через повторитель 6 напряжения поступает на управляющий вход регулятора 1 напряжения, внутреннее сопротивление которого меняется пропорционально сигналу с выхода усилителя 5, величина которого изменяется в зависимости от уровня выходного напряжения источника 2 питания, находящегося в прямой зависимости от величины на входе питания коммутирующего устройства 13. При прохождении через нагрузку 3 тока номинального значения с делителя 7 токовой перегрузки на вход компаратора 8 снимается падение напряжения, величина которого меньше напряжения, снимаемого с эталонного источника 9 напряжения на другой вход компаратора 8, поэтому на выходе компаратора 8 присутствует исходный нулевой уровень, который обеспечивает йахр.ждение в состоянии.Выключено порогового элемента 10, предохранительного переключателя 11 и наличие единичного уровня на взсоде 12 коммутирующего устройства 13, находящегося в состоянии Включено. В аналогичном состоянии находится вход 14 коммутирующего устройства 13 и дополнительный пороговый переключатель 15, если напряжение на нагрузке не превышает максимального значения.

При увеличении тока через нагрузку 3 на 2-20% относительно номинального значения в зависимости от установленного уровня напряжения, снимаемого с делителя 7 токовой перегрузки, определяющего допустимый предел срабатывания схемы защиты, напряжение на входе компаратора 8 превышает уровень опорного напряжения с эталонного источника 9 напряжения, и на выходе компаратора 8 формируется единичный уровень, который переводит в состояние Включе0но пороговый элемент 10 и предохранительный переключатель 11. Последний закрывает регулятор 1 напряжения и формирует команду отключения напряжения питания ком мутирующим

5 устройством 13 по входу 12 токовой перегрузки. Такое состояние удерживается предохранительным переключателем 11 до повторной подачи команды Включено с коммутирующего

0 устройства 13.

В случае превышения максимального значения напряжения на нагрузке 3 включается канал защиты от напряжений, при этом изменяется полярность сигнала на выходе усилителя 5,

5 вследствие того, что уровень напряжения на его входе с де; ителя 4 напряжения выше опорного напряжения. Это приводит к запиранию повторителя б напряжения и включению дополни0тельного порогового переключателя 15, на выходе которого формируется команда отключения коммутирующим устройством 13 напряжения питания.

Стабилизатор напряжения на фиг. 2

5 содержит регулятор 1 напряжения, состоящий из регулирующего трансформаtopa 16, вторичная обмотка которого соединена с выпрямителем 17, на выходе которого включен регулирующий

0 транзистор 18, база которого соединена с выходом повторителя б напряжения. Первичная обмотка регулирующего трансформатора 16 соединена последовательно с первичной обмоткой регулирующего тра нсформатора 19 источни5ка 2 питания, вторичная обмотка трансформатора 19 подключена к выпрямителю 20 с емкостным фильтром 21. К выходу выпрямителя 20 подключена нагрузка 3,:делитель 4 напряжения

0 н резисторах 22 и 23 и делитель 7 токовой перегрузки на резисторе 24. .Ток нагрузки 3 и делителя 4 прохождения, проходшций по резистору 24, создает падение напряжения на резис5торе .24, регулируемая которого подается на вход компаратора 8. Выход компаратора соединен с входом порогового элемента 10, содержащего транзистор 25 и резистор 26. Выход

ti порогового элемента 10 соединен с предохранительным переключателем .11 на диоде 27 и тиристоре 28. Выход предохранительного переключателя 11 соединен с входом 12 коммутирующего устройства 15, содержащего обмотку

5 силового реле 29 с контактными паргили 30 и 31,обмотку защитного реле 32 с кон тактной парой 33,тиристор 34 и пусковую кнопку 35 Включено.Делитель 4 напряжения соединен с выходом усилителя 5,со держащего резисторы 36 и 37 и операционный усилитель 38, выход которого соединен с повторителем 6 напряжения выпблнённого на транзисторе 319 и резисторе 40, а также подключен к дополнительному пороговому переключателю 15, содержащему диод 41, резисторы 42 и 43 и транзистор 44. Выход дополнительного порогового переключателя 15 соединён с входом 14 и подключен к управляющему электроду тиристора 34 коммутирукхцего устройства 13. Питание цепей защиты осуществляется от источников Е. Работа устройства происходит аналогично описаннс лу выше для фиг. 1, при этом контактные пары 30-33 замкну ты, обмотка силового реле 29 в состоянии Включено, обмотка защитного реле, тиристоры 28 и 34 в состоя нии Выключено. При увел,йчении тока нагрузки с выхода порогового элемента 10 на управляющий электрод тиристора 28 пос тупа;ёт сигнал запуска, вкл:ючакиций тиристор 28 в состоянии Включено. При этом катоддиода 27 через малое сопротивление тиристора 28 соединяется с корпу сом, за корачивает вход регулятора 1 напряжений, вгЪрой конец обмот Ш Э1ащитного реле 32 соединяете также с корпусом, что вызывает размыкание контактной пары 33, прерывание токи через обмотку силового реле 29, размыкание контактных пар 30 и 31 и отключение входа Питание от первичных обмоток регулирующего 16 и регулируемого трансформаторов 19, так как йривбдйт к снятию напряжения с нагрузки 3. возврат устройства в исходное рабочее состояние осуществляется нажатием кнопки 35, которая прекращает прохождение тока через тиристор 28, что приводит к его выключению и вклю енто в работу устройства. При перегрузках по напряжению н& нагрузке 3 на выходе дополнительно го порогового переключателя 15 форми руется импульс запуска тиристора 34, который переходит в состояние Включено и йроизвоДит отключения аналогич:н1ыё рпйсаннЕом для тиристора 28. В предлагаемом стабилизаторе напряжения за счет прохождения всего тока через делитель токовой перегруз ки, а не части, как в известном, получена возможность взделить минималь ные приращения тока, что позволяет повысить чувствительность схемы защиты к изменениям тока, проходящего через нагрузку. Наличие отдельного канала -токовой защиты, не связанного / с режимом регулирования и стабилизации выходного напряжения, позволяет в широких пределах изменять порог срабатывания схемы защиты по току путём изменения величины напряжения, снимаемого с делителя токовой перегрузки на вход компаратора. Это сохраняет рабртрспрсрбность стабилизатора напряжения при подключении к нему нагрузок с различными токами потре1бленйя. Формула изобретения Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки, содержащий последовательно соединенные регулятор напряжения, источник питания и нагрузку, делитель напряжения и усилитель в цепи обратной связи, компаратор, один вход которого подключен к источнику эталонного напряжения, предохранительный переключатель, подключенный к выходу усилителя, пороговый элемент и дополнительный пороговый переключатель, отличающийся тем, что, с целью првышения чувствительности схемы защиты к току перегрузки, последовательно с выводами для подключения нагрузки между вторым выходом источника пи,тания и корпусом включен делитель токовой перегрузки, соединенный с одним из входов компаратора, выход которого через пороговый элемент подключен к управляющему входу предохранительного переключателя, соединенного с входом перегрузки по току введенного коммутирующего устройства, включенного на входе регулятора напряжения, при выход делителя напряжения обратной связи непосредственно подключен к усилителю, выход которого соединен с дополнительным пороговым переключателем непРсредственно, а с управляющим входом регулятора напряжения и входом предохранительного переключателя - через введенный в стабилизатор повторитель напряжения, а зыхад д;ополнительного порогового переключателя подключен к входу перегрузки по напряжению коммутирующего устройства. Истрчники инфррлации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США 3.553.531, кл. 317-23, 1971. 2.Патент США 3.893.006, кл. 317-3, 1974. 3.Патент США 3.544.844, кл. 317-16, 1969.

Питание 8ю9