Стабилизатор-ограничитель амплитудного значения переменного напряжения Советский патент 1982 года по МПК G05F1/58 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для электропитания устройств автоматики, вычислительной техники и средств связи. Известен стабилизатор напряжения, который содержит входной и выходной трансформаторы, регулирующий элемент, состоящий из выпрямительно-коммутирующего моста, одна диагональ которого включена последовательно между одной из входных клемм для подключення источника электроэнергии и одним из выводов первичной обмотки выходного трансформатора, а другая - параллельно силовым электродам многокаскадного регулирующего транзистора и схему управления с источником питания, подключенным к вторичной обмотке входного трансформатора 1. Наиболее близким техническим решением к изобретению является стабилизатор-ограничитель амплитудного значения переменного напряжения, содержащий входной трансформатор, первичная обмотка которого соединена с входными выводами, а вторичная, выполненная со средним выводом, подключена через выпрямитель и RC-фильтр к узлу управления, регулирующий элемент на силовой и согласующей частях, выпрямительнокоммутирующий мост, силовая часть которого одной диагональю включена последовательно между входным выводом и первичной обмоткой выходного трансформатора, а другой - параллельно переходу коллекторэмиттер силового транзистора, узел управления, состоящий из составного транзистора согласующей части регулирующего элемента, выход которого соединен с управляющим входом силовой части регулирующего элемента, а вход - с положительным выходом RCфильтра, дифференциального усилителя, один вход которого соединен с источником опорного напряжения, другой через резисторный делитель и выпрямитель - с измерительной вторичной обмоткой выходного трансформатора, а выход - с управляющим входом составного транзистора согласующей части регулирующего элемента, причем точка соединения силового транзистора и анодов диодов выпрямительно-коммутирующего моста через ограничивающий резистор соединена со средним выводом вторичной обмотки входного трансформатора 2. Недостатком известного устройства является отсутствие защиты силового транзистора регулирующего элемента от бросков тока при включении, значения которых могут на порядок и более превышать токи, соответствующие номинальному режиму, что без принятия специальных мер может приводить к выходу транзисторов регулирующего элемента из строя. Цель - защита элементов силовой части регулирующего элемента от бросков тока в момент включения и от перегрузок в потребителе. Указанная цель достигается тем, что в стабилизатор-ограничитель амплитудного значения переменного напряжения, введены резисторный делитель напряжения, защитный транзистор и предохранитель, включенный последовательно с силовой частью регулирующего элемента, силовой транзистор которого выполнен на параллельно включенных транзисторах с выравнивающими в эмиттерных частях, причем резисторный делитель включен между точками соединения управляющих входов транзисторов силовой части регулирующего элемента и выравнивающих резисторов, базо-эмиттерный переход защитного транзистора подключен к нижнему плечу делителя, а коллектор - к управляющему входу транзистора согласующей части регулирующего элемента. На чертеже приведена электрическая принципиальная схема стабилизатора-ограничителя амплитудного значения переменного напряжения. Стабилизатор содержит входной 1 и выходной 2 трансформаторы, регулирующий элемент, состоящий из силовой части на выпрямительно-коммутирующем мосте 3 на диодах, одна диагональ которого включена последовательно между одним из входных выводов 4 и одним из выводов первичной обмотки 5 выходного трансформатора 2, а другая - параллельно выводам силовых параллельно включенных трензисторов б и 7, в эмиттерные цепи которых включены токовыравнивающие резисторы 8 и 9, управляющие входы параллельно включенных транзисторов 6 и 7 через составные транзисторы 10 и 11 согласующей части регулирующего элемента соединены с одним из выводов источника электропитания, состоящего из мостового выпрямителя 12 и емкостных фильтров на конденсаторах 13 и 14, подключенного ко вторичной обмотке 15 входного трансформатора 1 и через делитель напряжения на резисторах 16 и 17 - с базой защитного транзистора 18. Его коллектор соединен с управляющим входом составного транзистора 11 согласующей части регулирующего элемента, а эмиттер - с точкой соединения второго вывода делителя напряжения на резисторах 16 и 17, вторыми выводами токовыравнивающих резисторов 8 и 9 и одним из ВЫВОДОВ токоограничивающего резистора 19, другой вывод которого соединен со средним выводом вторичной обмотки 15 входного трансформатора 1. Узел управления стабилизатора содержит дифференциальный усилитель на транзисторах 20 и 21 с коллекторной нагрузкой на резисторе 22 и резистор 23, источник опорного напряжения на резисторе 24 и стабилитроне 25 и цепи обратной связи, состоящей из измерительной вторичной обмотки 26 трансформатора 2, мостового выпрямителя 27 и делителя напряжения на резисторах 28 и 29. Конденсатор 30 обеспечивает устойчивую работу стабилизатора, а предохранитель 31 обеспечивает защиту аппаратуры при аварийных процессах в стабилизаторе или потребителе 32 и 33. Стабилизатор-ограничитель амплитудного значения переменного напряжения работает следующим образом. При подключении стабилизатора к источнику электроэнергии образуется цепь питанич базы входного транзистора 11 согласующей части регулирующего элемента от вторичной обмотки 15 входного трансформатора 1 через выпрямительные диоды моста 12 и резистор 22. В результате составные транзисторы 10 и 11 согласующей части регулирующего элемента открываются и через токоограничивающий резистор 19 образуется цепь питания баз параллельно включенных транзисторов 6 и 7. Силовые транзисторы 6 и 7 открываются и питание подается на первичную обмотку 5 трансформатора 2. Одновременно напряжение со вторичной обмотки 15 входного трансформатора 1 подается на питание опорного источника на резисторе 24 и стабилитроне 25 и дифференциального усилителя на транзисторах 20 и 21 с коллекторной нагрузкой на резисторе 22. Поскольку питание управляющего входа силовых транзисторов 6 и 7 осуществляется от половины вторичной обмотки 15 трансформатора 1, а питание схемы управления осуществляется от всей обмотки 15 трансформатора 1, а питание схем управления осуществляется от всей обмотки 15 входного трансформатора, то обеспечивается высокое напряжение 9В, необходимое для питания опорного источника, и низкое напряжение, обеспечивающее питание управляющего входа силовых транзисторов 6 и 7 с минимальными потерями. В то же время в момент включения силовых транзисторов 6 и 7 регулирующего элемента образуются значительные коммутационные токи в цепи: источник электроэнергии - предохранитель 31 - силовая часть регулирующего элемента - первичная обмотка 5 трансформатора 2 - источник электроэнергии. Величина этих токов без наличия специальных мер защиты ограничивается по существу внутренним сопротивлением линии

передачи электроэнергии и внутренним сопротивлением генератора входного напряжения.

В предлагаемой схеме стабилизатора, как только величина тока через токовыравнивающие резисторы 8 и 9, служаш,ие одновременно и датчиками тока, превышает пороговую величину, открывается транзистор защиты 18, переход эмиттер-база которого подключен к нижнему плечу делителя напряжения на резисторах 16 и 17, подключенного-параллельно последовательным цепям из базоэмиттерных переходов силовых транзисторов 6 и 7 токовыравнивающих резисторов 8 и 9.

Срабатывание транзистора защиты 18 приводит к ответвлению управляющего тока составного транзистора 10 и 11 согласующей части регулирующего элемента, в резуль тате чего стабилизатор переходит в режим стабилизации тока и обеспечивает защиту регулирующего элемента и предохранителя от коммутационных токов. Как только коммутационные токи исчезают, схема возвращается в исходное состояние и с помощью цепи обратной связи: вторичная обмотка 26 трансформатора 2 - диодный мост 27 - резисторы 28 и 29 обеспечивается стабилизация амплитудного значения переменного напряжения. Для защиты аппаратуры при длительных перегрузках необходимо выбирать ток срабатывания каскада защиты больщим, чем номинальный ток предохранителя при длительной его работе, но меньщий, чем допустимый ток, проходящий через предохранитель при кратковременном режиме работы. Тем самым осуществляется защита предохранителя и силовых транзисторов при коммутациях стабилизатора и эффективная защита источника электроэнергии при аварийных процессах в стабилизаторе или потребителе. Преимуществом предлагаемого стабилизатора-ограничителя по сравнению с известными является простота схемы защиты и повыщенная надежность при коммутационных режимах и перегрузках. Формула изобретения Стабилизатор-ограничитель амплитудного значения переменного напряжения, содержащий входной трансформатор, первичная обмотка которого соединена с входным выводом, а вторичная, выполненная со средним

выводом, подключена через выпрямитель и RC-фильтр к узлу управления, регулирующий элемент на силовой и согласующей частях, выпрямительно-коммутирующий мост, силовая часть которого одной диагональю включена последовательно между входным выводом и первичной обмоткой выходного трансформатора, а другой --параллельно ieреходу коллектор-эмиттер силового транзистора, узел управления, состоящий из составного транзистора согласующей части регулирующего элемента, выход которого соединен с управляющим входом силовой части регулирующего элемента, а вход - с положительным выходом RCфильтра, дифференциального усилителя. один вход которого соединен с источником опорного напряжения, другой через резисторный делитель и выпрямитель - с измерительной вторичной обмоткой выходного трансформатора, а выход - с управляющим входом составного транзистора согласующей части регулирующего элемента, причем точка соединения силового транзистора и анодов диодов выпрямительно-коммутирующего моста через ограничивающий резистор соединена со средним выводом вторичной обмотки входного трансформатора, отличающийся тем, что, с целью защиты элементов силовой части регулирующего элемента от бросков тока в момент включения и от перегрузок в потребителе, в стабилизатор введены резисторный делитель напряжения, защитный транзистор и предохранитель, включенный последовательно с силовой частью регулирующего элемента, силовой транзистор которого выполнен на параллельно включенных транзисторах с выравнивающими резисторами и эмиттерных частях, причем резисторный делитель включен между точками соединения управляющих входов транзисторов силовой части регулирующего элемента и выравнивающих резисторов, базо-эмиттерный переход защитного транзистора подключен к нижнему плечу делителя, а коллектор - к управляющему входу составного транзистора согласующей части регулирующего элемента. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Белопольский И. И. и др. Транзисторные стабилизаторы на повышенные и высокие напряжения. М., «Энергия, 1971, с. 54. 2.Авторское свидетельство СССР № 802943, кл. G 05 F /58, 1978.