Многоканальное устройство для стабилизации постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания узлов автоматики. Цель - обеспечение.токевой защиты силовых ключей без увеличения внутреннего сопротивления каналов напряжения постоянному току и повышение надежности устройства. Поставленная цель достигается тем, что контролируется пульсация выходного напряжения пороговым усилителем 7, управляющим RS-триггером 8. Сигнал с триггера 8 прекращает управление сигналами с выходов блока 2 сравнения и блока 4 синхронизации. Одновременно закрывается силовой ключ 1. Изобретение зависимое от авт.св. 1145333. 4 ил. W С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1264156 (51) 4 С 05 Р 1/585

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " "

::. Ь«.,„: .«

««

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1145333 (21) 3832248/24-07 (22) 30.12.84 (46) 15. 10.86. Бюл. У 38 (72) С.И.Нечаев и В.И.Нечаева (53) 621.316.722.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1Ф 1145333, кл. С 05 Р 1/585, 1983. (54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

СТАБИЛИЗАЦИИ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания узлов автоматики. Цель — обеспечение токо— вой защиты силовых ключей без увеличения внутреннего сопротивления каналов напряжения постоянному току и повышение надежности устройства. Поставленная цель достигается тем, что контролируется пульсация выходного напряжения пороговым усилителем 7, управляющим RS-триггером 8.

Сигнал с триггера 8 прекращает управление сигналами с выходов блока 2 сравнения и блока 4 синхронизации.

Одновременно закрывается силовой ключ 1. Изобретение зависимое от авт.св. 9 1145333. 4 ил.

12641 56

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в устройствах электропитания узлов автоматики, вычислительной техники, средств связи и является дополнительным к авт.св. Р 1145333.

Цель изобретения — обеспечение токовой защиты силовых ключей без увеличения внутреннего сопротивления каналов напряжения постоянному току и повышение надежности устройства в целом.

На фиг. 1 показана структурная схема многоканального устройства для стабилизации постоянного напряжения, на фиг. 2 — пример реализации силового ключа с памятью с учетом дополнительно введенных связей, на фиг.3 пример реализации порогового усилителя напряжения пульсаций, на фиг.4 пример реализации формирователя импульса закрывания силового ключа.

Многоканальное устройство для стабилизации постоянного напряжения (фиг. 1) содержит п каналов напряжения с силовыми ключами 1, выходы которых являются выходными выводами каналов напряжения, а их входы соединены с входом устройства, блок 2 сравнения, коммутатор 3, адресные входы которого связаны с выходами блока 4 синхронизации и входами синхронизации ключей 1, а выход — с первым входом блока 2 сравнения, многоуровневый источник 5 опорных напряжений. При этом входы коммутатора 3 подключены к соответствующим выходным выводам каналов напряжения, синхронизирующие входы многоуровневого источника 5 опорных напряжений подключены к соответствующим выходам блока 4 синхронизации, а выход — к второму входу блока 2 сравнения, выход которого связан с управляющими входами силовых ключей 1, входы синхронизации которых подключены к соответствующим выходам блока 4 синхронизации.

Кроме того, в каждый канал введен конденсатор 6, пороговый усилитель 7 напряжений пульсаций, RS-триггер 8 и формирователь 9 импульса закрывания силового ключа. При этом вход порогового усилителя 7 напряжения пульсаций через конденсатор 6 соединен с выходным выводом канала стабилизации напряжения, à его выход — с

R-входом RS-триггера 8, выход котороодновременно подключен к входу формирователя 9 импульса закрывания

1 силового ключа 1 и к дополни1ельному (четвертому входу этого ключа) входу

5 запрета записи. Выход формирователя

9 импульса закрывания силового клю— ча 1 подключен к дополнительному (пятому входу ключа) входу закрывания этого ключа. Вход S RS-триггера

8 соединен с шиной "Сброс", а выход

RS-триггера 8 дополнительно соединен с шиной сигнализации о перегруз е.

Силовой ключ 1 с памятью (фиг.2) содержит D-триггер 10, входы В и С которого подключены к управляющему и синхроннзирующему входам ключа соответственно, а выход триггера соединен с базой транзистора 11, коллектор которого является силовым входом ключа, эмиттер транзистора 11 через индуктивность дросселя 12 и диод 13 связан с вц ходoM ключа и общей шиной источника питания соответственно, причем вход S D-триггера

10 подключен к входу запрета записи ключа, а вход R этого триггера к входу закрывания ключа.

Пороговый усилитель 7 напряжения пульсаций (фиг. 3) содержит цодклю— ченный анодом к входу диод 14, к катоду этого диода подключены конденсатор 15, обкладка которого подключена к общей шине, и регулировочный резистор 16, второй выход которого

3S подключен к общей шине, а третий вывод через резистор 17 соединен с первым входом операционного усилителя

20. Кроме того, первый вход операционного усилителя 20 через резистор

4О 19 соединен с выходом этого операционного усилителя, который является выходом порогового усилителя. Второй вход операционного усилителя 20 подключен к среднему выводу резисто45 ра 18, два остальных .вывода которого подключены к источнику питания операционного усилителя 20 и к общей шине соответственно. формирователь 9 импульса закрыва50 ния силового ключа (фиг. 4) содержит триггер с раздельными входами, выполненный на логических элементах 21 и 22, один из входов которого является входом формирователя. Выход элеу мента 21 соединен с входом элемента

23, выход которого через цепочку, состоящую из резистора 24 и диода

25„ соединен с входом логического

1264156 элемента 26, выход которого соединен с вторым входом триггера с раздель-ными входами, которым является второй вход логического элемента 22.

Причем выход этого элемента соединен с выходом формирователя. Кроме того, к входу логического элемента 26 подключена параллельная цепочка из кон— денсатора 27 и резистора 28, вторые выходы которых соединены с общей шиной.

Устройство работает следующим образом.

При появлении входного постоянного нестабилизированного напряжения

Ug . оно поступает на силовые входы ключей 1 с памятью. При этом все ключи 1 открыты и на выходных выводах начинает нарастать напряжение.

Возрастание происходит не мгновенно, а протекает с некоторой постоянной времени. Одновременно с подачей входного напряжения начинают работать остальные узлы схемы. Так, устройство синхронизации 4 выдает на свои выходы сигнал разрешения, причем этот сигнал присутствует одновременно только на одном из выходов и перемещается последовательно (по кольцу) с первого до последнего выхода. Эти сигналы разрешения (синхронизации) поступают на параллельно соединенные входы синхронизации коммутатора 3 измерительного входа блока 2 сравнения, входы синхронизации 35 силовых ключей 1 и входы синхронизации источника 5 опорных напряжений.

При наличии сигнала разрешения (синхронизации), например, на первом выходе блока 4 на измерительный вход. 40 блока 2 сравнения через коммутатор 3 измерительного входа подается напряжение, имеющееся на выходе первого силового ключа 1. Одновременно источник 5 опорного напряжения подает 45 на опорный вход блока 2 сравнения предварительно установленное (заданное) опорное напряжение U0„ . Оба наOili пряжения, поступающие на входы блока

2 сравнения, сравниваются им и в за- 50 висимости от величины рассогласования на выходе блока 2 сравнения вырабатывается сигнал управления, поступающий с выхода блока 2 сравнения на управляющий вход силового ключа 1 с 55 памятью. Если в момент сравнения напряжение на выходе силового ключа 1 меньше чем опорное напряжение, задаваемое источником 5 опорного напряжения, то блок 2 сравнения вырабатывает сигнал (высокий потенциал), подтверждающий открытое состояние силового ключа 1. Если напряжение на выходе ключа 1 превышает U, то блок

ОП 1

2 сравнения вырабатывает сигнал (низкий потенциал), запрещающий установку ключа в открытое состояние.

Работа введенной схемы защиты ос- . новывается на эффекте увеличения напряжения пульсаций выходного постоянного напряжения выше допустимой нормы при превышении током нагрузки номинальной величины. Для использования этого эффекта возрастание напряжения пульсации выше допустимой нормы фиксируется схемой допускового контроля, состоящей из введенных элементов и связей, и выдает сигнал закрывания силового ключа.

При номинальном токе нагрузки напряжение пульсаций поступает через конденсатор 6 на вход порогового усилителя 7 напряжения пульсаций.

Так как ток нагрузки номинальный, напряжение пульсаций недостаточно. для срабатывания порогового усилителя 7, с выхода которого сигнал с уровнем

" 1" удерживает RS òðíããåð 8 в единичном состоянии. На выходе RS-триггера 8 также присутствует сигнал "1", поступающий на вход формирователя 9 импульса закрывания ключа и на вход запрета записи ключа 1. При этом на выходе формирователя 9 импульса закрывания ключа присутствует сигнал с уровнем "1". Так как на выходе запрета записи и входе закрывания силового ключа 1 с памятью присутствуют сигналы " 1", не влияющие на работу силового ключа 1 с памятью, то сигналы с выхода блока 2 сравнения и блока 4 синхронизации беспрепятственно управляют работой силового ключа 1 с памятью таким же образом, как и в предлагаемом устройстве.

При превышении током нагрузки номинального значения возрастает наI пряжение пульсаций на нагрузке и через конденсатор 6 поступает на вход порогового усилителя 7. Под воздействием возросшего напряжения пульсаций пороговый усилитель 7 срабатывает, при этом на его входе сигнал приобретает уровень "О", что вызывает срабатывание КЯ-триггера 8, сигнал на выходе которого также приобрета-1

) 264156

5 ет уровень "0". Этот сигнал поступает

-i непосредственно на вход запрета записи силового ключа 1, что прекращает управление ключа сигналами с выходов блока 2 сравнения и блока 4 синхронизации. Одновременно формирователь 9 импульса закрывания ключа формирует на своем выходе импульс, который поступает на пятый вход силового ключа 1 с памятью. Ключ пере- 10 ходит в закрытое состояние независимо от состояния, в котором он находился до поступления импульса закрывания. Подача тока в нагрузку прекращается. Одновременно сигнал с выхода RS-триггера 8 может быть использован для сигнализации о неисправности канала выходного напряжения с помощью шины "Сигнализация" и подключаемого к этой шине индикаторного 20 элемента.

После устранения причины перегрузки схему можно вернуть в рабочее состояние путем подачи на сбросовый

R-вход RS-триггера 8 сигнала сброса с уровнем "0".

Пример реализации силового ключа с памятью с учетом дополнительно введенных связей (фиг. 2).

При токе нагрузки, не превышающем 30 номинального значения, на входах saпрета записи и закрывания ключа присутствуют сигналы " 1", не влияющие на работу триггера 10 так как R u S его входы чувствительны только к сиг-З5 налам "0". При этом на управляющий вход (вход D триггера 10) подаются сигналы с выхода блока 2 сравнения, а на синхронизирующий вход (вход С триггера 10) — сигналы синхрониза- 40 ции с блока 4 синхронизации. В момент прихода импульса синхронизации на вход С информация на входе Э записывается в триггер, чем в зависимости от уровня выходного напряжения 45 данного канала изменяется или остается без изменений состояние транзистора 11, т.е. осуществляется работа силового ключа точно так„как и в предлагаемом устройстве. 50

При увеличении тока нагрузки выше номинального значения и срабатывании введенной схемы защиты на вход запрета записи Я подается сигнал "0", что исключает возможность записи ин- у формации в триггер 10 по входу Э, так как вход S имеет приоритет над входами П и С. Работа триггера 10 останавливается. Ввиду того, что сигнал запрета записи вырабатывается введенной схемой защиты асинхронно с работой остальных узлов и блоков, триггер 10 может остановиться в любом из двух возможных состояний, в зависимости от информации, поступивareA ранее на вход D. При этом транзистор 11 может остаться в открытом состоянии, что приводит к аварийной ситуации — в нагрузку потечет максимально возможный ток„ что недопустимо. Для устранения такой возможности и служит дополнительно введенный вход закрывания ключа (R-вход триггера 10), имеющий приоритет над всеми остальными входами триггера 10.

При превышении тока нагрузки номинального значения и появлении на входе запрета записи (вход S) "0", формирователь 9 импульса закрывания ключа вырабатывает одиночный отрицательный импульс, подаваемый на вход закрывания ключа (вход R триггера 10).

Этот импульс однозначно устанавливает триггер в такое состояние, при котором транзистор 11 закрыт, что устраняет возможность протекания тока в нагрузку. Схема находится в таком состоянии до тех пор, пока не будет снят сигнал логического нуля с входа запрета записи.

Пример реализации порогового усилителя напряжений пульсаций (фиг. 3).

Постоянное выходное напряжение, на которое наложено напряжение пульсаций, подается на вход устройства и через выпрямительный диод 14, служащий для выпрямления напряжения пульсаций, поступает на конденсатор

15, служащий фильтром выпрямленных напряжений пульсаций. Выпрямленное и отфильтрованное напряжение пульсаций поступает на резистор 16, служащий для регулировки чувствительности порогового усилителя в целом. Усиление производится с помощью операционного усилителя 18, включенного по схеме компаратора. Резисторы 17 и 19 являются резисторами масштабного звена, определяющего коэффициент усиления операционного усилителя 18. Через резистор 17 сигнал напряжения пульсаций подается на первый вход операционного усилителя 18. При этом на второй вход этого усилителя подается опорное напряжение, получаемое с помощью резистора 20, подключенного к одному

1264156

Жл из источников питания операционного усилителя. Это опорное напряжение сравнивается с напряжением пульсаций и в зависимости от соотношений этих напряжений на выходе бперационного усилителя" появляется сигнал высокого или низкого уровня. Так, при номинальном токе погрузки и, как следствие, при номинальном значении напряt0 жения пульсаций на выходе операционного усилителя присутствует сигнал высокого уровня. И наоборот, при увеличении тока нагрузки выше номинального и, как следствие, увеличении на<5 пряжения пульсаций выше напряжения с резистора 20 на выходе операционного усилителя появится сигнал низкого уровня. Этот сигнал поступает на RS триггер 8 и заставляет его работать, что влечет срабатывание схемы защи20 ты в целом.

Пример реализации формирователя импульса закрывания силового ключа (фиг. 4).

Сигнал с уровнем "0" поступает на вход устройства в случае превышения током нагрузки номинального значения. При этом триггер с раздельными входами, выполненный на логических

30 элементах 21 и 22, работает и на выходе логического элемента 21 появляется уровень " 1". Он инвертируется логическим элементом 23, на выходе которого появляется сигнал "0". При этом диод 25 закрывается. Конденсаторз5

27, заряженный перед этим через резистор 24 и диод 25 до уровня " 1" с выхода логического элемента 22, начинает разряжаться через резистор

28. Пороговый логический элемент

26 работает, как только напряжение на конденсаторе 27 падает ниже порога срабатывания логического элемента

26. Сигнал с выхода логического элемента 26 опрокидывает триггер с раздельными входами на логических элементах 21 и 22 в исходное состояние.

На выходе логического элемента 22 образуется импульс, длительность которого обусловлена цепочкой 27 и 28, задний фронт которого является импульсом закрывания силового ключа, подаваемого на соответствующий его вход.

Формула изобретения

Многоканальное устройство для стабилизации постоянного напряжения по авт.св. Ф 1145333, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью обеспечения токовой защиты силовых ключей без увеличения внутреннего сопротивления каналов напряжения постоянному току и повышения надежности, в каждый канал напряжения введены конденсатор, пороговый усилитель напряжения пульсаций, RS òðèããåð и формирователь импульса закрывания силового ключа, причем вход каждого порогового усилителя напряжения пульсаций через конденсатор соединен с выходом своего канала, выход указанного усилителя — с R-выходом Rs-триггера, S-вход которого подключен к внешней шине

"Сброс", а выход — к шине сигнализации о перегрузке, при этом выход данного RS òðèããåðà соединен с дополнительными входами соответствующего силового ключа, с четвертым входом запрета записи — непосредственно, а с пятым входом закрывания ключа — через формирователь импульса закрывания силового ключа.

1264156

РхаР

Раа м/

Составитель В.Баранов

Редактор Т.Иитейко Техред М.Ходанич Корректор Л.Пилипенко

°

Заказ 5561/48 Тираж 836 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11.3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4