Стабилизатор переменного напряжения

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН g 4 G 05 F 1/44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ есть

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3747924/24-07 (22) 05,06,84 (46) 23,07.86. Бюл, У 27 (71) Ждановский металлургический институт (72) С.В. Гулаков (53) 621.316.722/1(088.8) (56) Радио, 1972, У 4, с.43-45

Авторское свидетельство СССР

В 440654, кл, G 05 F 1/20, 1971. (54) СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАП-

РЯЖЕНИЯ,. .(57) Изобретение относится к вторичным источникам питания. Целью изобретения является повышение КПД стабилизатора переменного напряжения.

Цель достигается тем, что в исполнительный узел 16 введены фазочувствительный усилитель 31, два реле

33.1 и 33.2 и генератор 21 ступенчатого напряжения. С генератора 1 сигнал поступает через ключ 2 на вход счетчика 8, а через делитель 4 частоты-на вход коммутатора 5, управляющего работой стабилизатора, Сигнал с выхода счетчика 8 управляет работой генератора 21, Напряжение с выхода генератора 21 сравнивается с номи" нальным в компараторе 23. В момент равенства указанных величин счетчик

8 прекращает счет, а результат счета фиксируется в блоке 14 памяти, квыходу которого подсоединен узел 16.

Узел 16 выполнен на основе вольтодо-. бавочного трансформатора 34. Сигнал определенной полярности поступает с выхода компаратора 23 на вход усилителя 31 и управляет работой реле

33.1 и 33.2. При включении реле

33,1 и 33.2 первичная обмотка 35 трансформатора 34 подключается к сети таким образом, что на вторичных обмотках 38, 39, 40 напряжение либо совпадает по фазе с напряжением сети, либо нет. В результате напряжение на нагрузке стабильно, 1 ил.

1246066 з

Изобретение относится к источникам стабилизированного напряжения для питания электронной аппаратуры.

Целью изобретения является повышение КПД стабилизатора.

На чертеже приведена схема стабилизатора.

Устройство содержит генератор 1, ключ 2, тактовый вход 3 которого соединен с выходом генератора, делитель 4 частоты, вход которого также соединен с выходом генератора 1, коммутатор 5, вход которого подключен к выходу делителя 4 частоты, выход б— ко входу 7 установки нуля счетчика

8, выход 9 — к управляющему входу 10 ключа 2, выход 11 — к синхронизирующеку входу )2, разрешающему запись информации на информационных входах

13 в память блока 14 памяти, выход которого соединен со входом 15 исполнительного узла 16. Информационные входы 13 соединены с информационными выходами 17 счетчика 8. Выход 18 этого счетчика подключен к управляющему (инверсному) входу 19 ключа 2, а выходы 20 блока 8 к генератору 21 ступенчатого напряжения, выход которого соединен с входом 22 компаратора

23, на вход 24 которого поступает напряжение из сети, а выход 25 подключен ко входу (инверсному) 26 ключа

2,. выход которого соединен со счетным входом 27 счетчика 8 ° .Вход 28 исполнительного узла 16 подключен к выходу 29 компаратора 23, а на вход 30 подано напряжение сети.

К выходу узла 16 подключена нагрузка.

Исполнительный узел 16 содержит фазочувствительный усилитель 3I, блок

32 усилителей мощности, ключегые элементы на реле 33,)-33." и вольтодобавочный трансформатор 34. К выходам усилителя 3) подключены реле

33.1 и 33,2. Контакты .этих реле включены в цепь первичной обмотки 35 трансформатора 34 вольтодобавки, К одной из входных клемм 36, 37 подключено начало первой вторичной обмотки 38. К выходам усилителей блока 32 подключены реле 33,3-33.5, контакты которых включены в цепь вторичных ,обмоток 38, 39 и 40, трансформатора

34 вольтодобавки, при этом начала вторичных обмоток подключены к размыкающим контактам, а их концы — к за:мыкающим контактам реле, Начало первой вторичной обмотки 38 с минималь5

t0

I5

45 ным напряжением подключено к одной иэ фаз сети, (входной клемме 36), а начала каждой последующей обмотки — к подвижному элементу переключающего контакта реле„ управляющему предыду щей вторичной обмоткой, при этом под вижный элемент контакта последнего реле подключен к выходной клемме стабилизатора, вторая выходная клемма которого подключена ко второй фазе сети (входной клемме 3/).

Блоки 1, 2, 4, 5, 8, 14 и 21 могут быть выполнены на транзисторах, интегральных логических элементах. В качестве исполнительного устройства могут быть применены реле, силовые полупроводниковые ключи и другие коммутаторы. Компаратор может быть соб= ран с применением операционных усили телей„

Устройство работает следующим образом °

1 енератор 1 генерирует периодический сигнал, например прямоугольной формы, который поступает через ключ 2 на счетный вход 27 четчика

8 с кс эффициентом пересчета m, Сигнал с генератора на счетчик 8 может поступать только при наличии на управляющих входах ключа 2 сигна.лов: на входе 10 — логической "1", на входах 19 и 26 — логического "0", С выхода генератора 1 сигнал также е поступает на делитель 4 частоты с коэффициентом деления не менее т+1 и с его выхода — на вход коммутатора 5, управляющего работой всего устройства, На. выходах б, 9 и 11 коммутатора

5 поочередно появляется сигнал логической ")".

Приведенное соотношение коэффициента пересчета счетчика 8 и коэффициента деления делчтеля 4 частоты необходимо для осуществления полного пе ресчета указанным счетчиком поступающих на era счетный вход импульсов, Сигнал логической ")" с выхода 6 блока 5 переведет счетчик 8 в нулевое состсяние.

Прн появлении сигнала логической

"1"на выхоце 9 блока 5 открывается ключ 2 (так как íà его входах 19 и

26 логические "0"), и сигнал с генератора 1 поступает на счетчик 8, выходной сигнал которого управляет работой генератора 21 ступенчато возрастающего напряжения.

1 46Г)66

При последовательном появлении логической "1" на выходах блока 5 описанные процессы будут периодически

Ступенчато возрастающее напряжение в компараторе 23 сравнивается с напряжением, пропорциональным разнице между сетевым и номинальным (требуемым) напряжением, †(! . В момент, когда уровень. ступенчатого напряжения превысит напряжение Бр на выходе компаратора 23 появится сигнал логической "1 ", который по входу 26 ключа 2 запретит дальнейшее !О прохождение, сигнала с генератора,I на вход 27 счетчика 8, На информационном выходе счетчика 8 зафиксируется результат счета (в соответствии с кодом 1-2-4...), пропорциональный величине напряжения Ор .

Появление сигнала логической "1 " на выходе 11 блока 5 разрешит переписать информацию с выхода счетчика 8 в блок 14 памяти, к выходу которого подсоединен исполнительный узел 16, изменяющий коэффициент трансформации трансформатора вольтодобавки, который сохраняется до появления очередной логической "!" на выходе 11 д блока 5, При включении реле 33,1 или 33,2 первичная обмотка 35 трансформатора

34 подключается к сети, при этом в зависимости от того, какое из этих реле срабатывает, верхний вывод обмотки 35 трансформатора 34 будет подключен либо к точке 36, либо к точке 37. Таким образом напряжения на вторичных обмотках, включаемых последовательно с нагрузкой, будут либо совпадать по фазе с напряжением в сети, либо будут противоположны по фазе, т.е. эти напряжения будут или складываться с сетевым, или из него вычитаться. зависимости от комбинации выходных напряжений счетчика 8, зафиксированных блоком 14 памяти, на соответствующих входах блока 32 появятся сигналы логического "0" или "1", сра.ботает реле 33.3, подключив обмотку

38 трансформатора 34 последовательно с нагрузкой. При этом напряжение на нагрузке будет равно алгебраической сумме напряжения сети и напряжения на обмотке 38 (больше или меньше напряжения в сети на величину напряжения на .обмотке 38), повторяться в течение всего времени работы стабилизатора,подключая обмотки 39 и 40;

При работе стабилизатора возможен случай, когда максимально возможная величина напряжения вольтодобавки недостаточно для компенсации изменения сетевого напряжения относительно номинального значения. Это может произойти при нестабильности сетевого напряжения, превышающей регламентированный диапазон стабилизации данного стабилизатора. В этом случае возможно переполнение счетчика 8 и нарушение работы стабилизатора. Для устранения этого явления при полном заполнении счетчика 8 на его выходе 18 появляется сигнал логической "I", запрещающий по входу 19 ключа 2 прохождение импульсов с генератора на вход 27 счетчика 8. Коэффициент трансформации трансформатора вольтодобавки при этом максимален.

Сигнал с выхода 18 блока 8 может быть использован для индикации отклонения напряжения в сети выше требуемых пределов.

В узле 31 компаратора 23 осуществляется определение знака рассогласования сетевого напряжения относительно номинального (требуемого) значения и выделение разницы между этими напряжениями (Ill, ). Выходной сигнал определенной полярности в зависимости от знака рассогласования с выхода 29 блока 23 постугает на вход усилителя

31 (вход 28 блока !5) и управляет работой реле 33.1 или 33,2, Если напряжение в сети меньше номинального

I срабатывает реле 33.1, если больше реле 33,2. Усилитель 31 в блоке 16 имеет зону нечувствительности. Поэтому, если напряжение в сети равно номинальному, то реле 33.1 и 33 ° 2 будут обесточены.

Разница 0 между сетевым и номиР нальным напряжениями поступает после выпрямления на вход порогового устройства блока 23, в котором сравнивается напряжение L„ со ступенчато вовозрастающим, которое поступает по входу 22 из генератора 21 ступенчато возрастающего напряжения. В момент равенства ()р и ступенчато возраста1 ющего напря,:;ения на выходе 25 компаратора 23 появляется .сигнал логической "1", который через вход 26 блока запрешает дальнейшее прохождение им,пульсов с генератора 1 на вход счет—

124бОбб чика 8. При этом счет прекращается, .и зафиксированный результат счета поступает с выхода счетчика (выход

17 блока 8) на входы блока памяти (входы !3 блока 14).

Таким образом, в компараторе 23 определяется знак рассогласования и осуществляется оценка того, на сколько вольт сетевое напряжение отличается от номинального. Эта разница будет равна ступенчато .возрастающему на.пряжению,зафиксированному вконце счета, когда U и это напряжение будут равны.

Но поскольку выходной код счетчика 1 и соотношение напряжений на вторичных обмотках трансформатора 34 одинаковы, то и напряжение вольтодобавки всегда будет равно (или пропорционально) величине ступенчато возраста- 20 ющего напряжения, зафиксированного в момент его равенства с О „, А поскольку эти напряжения равны, то к сетевому напряжению добавится (или вычтется из него) напряжение, необходи- 25 мое для приведения его до номинального значения. То есть осуществится стабилизация напряжения.

После прихода третьего импульса на вход блока 5 сигнал логической ЗО

"1" появляется на его третьем выходе (выход 11 блока 5). Этот сигнал, по— ступая на вход 12 блока 14, разрекает запись в него информации с выхода 1? блока 8, Эта информация с выходов блока 14 усиливается усилителями 32 тока в блоке 1á и управляет работой реле 38.3-33.5, которые своими контактами коммутируют вторичные обмотки трансформатора 34 вольта-4!! добавки. В случае переполнения счет1 чика 8 на его выходе во всех разрядах будут логические "1" (выход 17 блока 8). В этом случае на выходе

18 блока 8 формируется логический "0",4S который поступает на четвертьгй (сверху по схеме) вход 19 блока 2, запрещая прохождение импульсов с генератора 1 на вход 27 блока 8.

Если напряжение в сети равно но- gO минальному, то на выходе 29 компаратора 23 напряжение отсутствует и реле 33,1 и 33.2 обесточены, а обмотка

35 трансформатора 34 не подключена к сети. Если это напряжение меньше но- 5 . минального, то сработает реле 33 ° 1 и обмотки 38-40 этого трансформатора будут подключены согласно, увеличивая напряжение на выходе стабилизатора. При напряжении в сети больше номинального значения сработает реле 33.? при этом обмотки .38-40 будут включены встречно, снижая напряжение на выходе стабилизатора, Включение реле 38-40 осуществляется в соответствии с выходным кодом счетчика. Так, если после прихода одного импульса на вход счетчика 8 ступенчато возрастающее напряжение превысит сетевое, то только íà его первом выходе будет логическая "1" и сработает только реле 33.3, включив обмотку 38 трансформатора 34, Если же компаратор переключитсЯ после прихода на вход счетчика 8, например пяти импульсов, то сигналы логической "1" будут на его первом и третьем (сверху по схеме) выходах и сработают реле 33.3 и 33.5, подключив обмотки 38 и 40 трансформатора

34. Поскольку выходной код счетчика

8 (1-2-4) соответствует соотношению напряжений на обмотках 38, 39 и 40, то заданная точность вьгходного напряжения поддерживается во всем диапазоне стабилизации предлагаемого стабилизатора, Формула изобретения

Стабилизатор переменного напряже-: ния, содержащий исполнительный узел, включающий вольтодобавочный трансфор-. матор, напряжения на вторичных обмотках которого выбраны из соотноше- ния 1:2:4..., включенн» и между входными и выходными клеммами, усилители мощности с ключевыми элементами на в»|ходе по числу вторичных обмоток вольтодобавочного трансформатора, узел управления, состоящий из генератора, ключа, счетчика с выходным кодом 1-2-4... и компаратора, причем выход генератора подключен к тактовому входу ключа, вьгход которого соединен сс счетн»»> входом счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, в исполнительный узел введены фазочувствительный усилитель> две реле и генератор ступенчатого напряжения, причем выходы фазочувствительногo усилителя подключены к соответствующим реле, замы— кающие контакты одного из которых включены между выводами первичной об1246066

Составитель С. Чернышева

Техред М.Ходанич Корректор Г, Решетник

Редактор Н. Егорова

Тираж 836 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,,д.4/5

Заказ 3998/40

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 мотки вольтодобавочного трансформатора и соответствующими входными клеммами, а замыкающие контакты другого реле включены между выводами первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора и противоположными входными клеммами, ключевые элементы выполнены в виде реле, размыкающие контакты которых включены между началом последующей и началом предыдущей вторичных обмоток вольтодобавочного трансформатора, замыкающие контакты— между началом последующей и концом предыдущей вторичных обмоток вольтодобавочного трансформатора, начало первой, вторичной обмотки подключе-, но к входной клемме, а конец последней вторичной обмотки через замыкающий контакт соответствующего реле соединен с выходной клеммой, в узел управления введены делитель частоты с коэффициентом деления не менее ь +1, где - коэффициент пересчета счет1 чика, коммутатор и блок памяти, при этом вход делителя частоты соединен с выходом генератора, а его выход — с входом . коммутатора, первый выход которого подключен к входу установки нуля счетчика, второй — к первому управляющему входу ключа, третий — к синхронизирующему входу блока памяти, выход которого соединен с входами

10 усилителей мощности исполнительного узла, информационные входы блока памяти подключены к первым соответствующим выходам счетчика, второй выход счетчика подключен к второму управля15 ющему входу ключа, а третий выход — к входу генератора ступенчатого напряжения, выход которого соединен с первым входом компаратора,. второй вход которого подключен к входной клемме, 20 первый выход компаратора соединен с третьим управляющим входом ключа, а второй выход — с входом фазочувствительного усилителя.