Стабилизатор двуполярного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и используется в электроприводах . Цель - расширение диапазона регулирования выходного напряжения , обеспечение быстродействующей диагностики функционирования и защиты от перенапряжений и токовых перегрузок . Стабилизатор позволяет расшить диапазон регулирования выходного напряжения за счет отрицательного смещения напряжения питания операционных усилителей, служащего для создания отрицательных напряжений на управляющих входах регулирующих транзисторных элементов. Стабилизатор выполнен на транзисторах 1, 2, дифференциальных усилителях 3, 4, резистивных делителях 5 и 7, узле сравнения 9, полупроводниковом релейном элементе 10 с двумя источниками опорного напряжения 6 и 8. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. с «б (Л Фыг.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (191 011

А1 (51)4 G 05 F 1/585

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4000218/24-07 (22) 02.01.86 (46) 23.08.87. Бюл. У 31 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт силовых полупроводниковых устройств (72) А.В.Волков и А.С.Гринченко (53) 621.316.722.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

732933, кл. G 05 F 1/569, 1980.

Авторское свидетельство СССР

У 1076885, кл.G 05 Р 1/56, 1982. (54) СТАБИЛИЗАТОР ДВУХПОЛЯРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к. элек"тротехнике и используется в электроо приводах. Цель — расширение диапазона регулирования выходного напряжения, обеспечение быстродействующей диагностики функционирования и защиты от перенапряжений и токовых перегрузок. Стабилизатор позволяет расшить диапазон регулирования выходного напряжения за счет отрицательного смещения напряжения питания операционных усилителей, служащего для создания отрицательных напряжений на управляющих входах регулирующих транзисторных элементов. Стабилизатор выполнен на транзисторах 1, 2, дифференциальных усилителях 3, 4,.резистивных делителях 5 и 7, узле сравнения 9, полупроводниковом релейном с ® элементе 10 с двумя источниками опорного напряжения 6 и 8. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1 13

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах постоянного и переменного тока для стабилизации двух разнополярных напряжений постоянного тока, питающих системы управления, регулирования и защиты электроприводов.

Цель изобретения — расширение диапазона регулирования выходного напряжения, обеспечение быстродействующей диагностики функционирования стабилизатора и защита от перенапряжений и токовых перегрузок.

На фиг.1 приведена принципиальная схема стабилизатора двухполярного напряжения для электропривода; на фиг.2 — принципиальная схема стабилизатора с защитой от перенапряжений; на фиг.3 — принципиальная схема стабилизатора с защитой от токовых перегрузок.

Принципиальная схема. стабилизатора двухполярного напряжения для электропривода (фиг.1) содержит два регулирующих транзисторных элемента 1 и

2, включенных в разнополярные силовые шины, два дифференциальных усилителя 3 и 4, первый вход дифференциального усилителя 3 подключен к выходу первого резистивного делителя

5, соединенного первым своим входом с первым выходным выводом стабилизатора, а вторым входом — к первому выводу первого источника 6 опорного напряжения, первый вход второго дифференциального усилителя 4 подключен к общей шине, а второй вход - к выходу второго резистивного делителя 7, включенного между первым и вторым вы. ходными выводами стабилизатора, второй источник 8 опорного напряжения, узел 9 сравнения и релейный элемент

10. При этом первый 6 и второй 8 источники опорного напряжения включены соответственно между разнополярными входными выводами стабилизатора и общей шиной, первый дифференциальный усилитель 3 подключен питающими вы" водами: первым — к первому входному выводу стабилизатора, вторым — к второму выходу первого источника 6 опорного напряжения, а своим вторым входом — к общей шине, второй дифференциальный усилитель 4 подключен своими питающими выводами: первым — к второму входному выводу стабипизатора, вторым - к одному из выходов вто32300 2

l5

55 рого источника 8 опорного напряжения, узел 9 .сравнения подключен первым входом к третьему выходу первого источника 6 опорного напряжения, вторым входом — к второму выходному выводу стабилизатора, а выходом — к входу релейного элемента 10, подключенного своими клеммами питания к входным выводам стабилизатора, выход релейного элемента 10 является диагностирующим выводом стабилизатора.

Принципиальная схема стабилизатора с защитой от перенапряжений (фиг.2) дополнительно содержит два транзисторных ключа 11 и 12, два предохранителя 13 и 14, второй и третий узлы 15 и 16 сравнения, согласующее звено 17, при этом второй узел 15 сравнения подключен первым входом к второму выходу второго источника 8 опорного напряжения, вторым, входом - к первому выходному выводу стабилизатора, а выходом — к входу первого транзисторного ключа 11, включенного между общей шиной и первым выходным выводом стабилизатора, третий узел 16 сравнения подключен первым своим входом к четвертому выходу первого источника б опорного напряжения, вторым входом к второму выходному выводу стабилизатора, а выходом— к входу второго транзисторного ключа )2, включенного между общей шиной и вторым выходным выводом стабилизатора„ релейный элемент 10 под,ключен своим вторым входом к выходу ( второго узла 15 сравнения, а третьим входом — через согласующее звено

17 к выходу второго транзисторного ключа, первый предохранитель 13 включен s силовую шину стабилизатора между общей точкой соединения второго источника 8 опорного напряжения с первым входным выводом стабилизатора и общей точкой соединения вывода питания первого дифференциального усилителя 3 с первым регулирующим элементом 1, а второй предохранитель 14 включен в силовую шину, связанную с вторым входным выводом стабилизатора. Принципиальная схема стабилизатора с защитой от токовых перегрузок (фиг.3) дополнительно содержит два резистивных датчика 18 и 19 тока, третий резистивный делитель 20, резистор 21, два диода 22 и 23 и два узла 24 и 25 токоограничения, каждый из которых состоит иэ дифференциаль3 1332 ного усилителя 26 и двух резистивных делителей 27 и 28, подключенных выходами к входам дифференциального усилителя 26 а одним из своих вхо1

5 дов — к выходам соответствующих резистивных датчиков 18 и 19 тока, включенных в силовые шины стабилизатора, другими своими входами резистивные делители 27 и 28 узлов токоограничения 24 и 25 подключены к общей шине и выходу третьего резистивного делителя 20, подсоединенного входами между общей шиной и первым выходом первого источника 6 опорного напряжения, выходы дифференциальных усилителей узлов токоограничения 24 и 25 подключены через диоды 22 и 23 соответственно к первому и второму ,входам первого 3 и второго 4 диффе- 2р ренциальных усилителей стабилизатора, а резистор 21 включен между вторым выводом стабилизатора и выходом третьего резистивного делителя 20.

Устройство (фиг.1) работает следу- 25 ющим образом.

На входе резистивного делителя 5 формируется сигнал, пропорциональный разности сигнала задания напряжения, поступающего с первого -выхода перво- 30 ro источника 6 опорного напряжения, и сигнала обратной связи, поступающего с первого выхода (+) стабилизатора напряжения. Указанный сигнал разности усиливается дифференциальным усилителем 3 и поступает на управляющий вход регулирующего транзисторного элемента 1, который поддерживает выходное напряжение (+) равным заданному значению. На входе резистивного делителя 7 формируется сигнал, пропорциональный разности сигнала задания напряжения, поступающего с.первого выхода (+) стабилизатора и сигнала обратной связи, поступающего с второго выхода (-) стабилизатора напряжения. Указанный сигнал разности усиливается дифференциальным усилителем 4 и поступает на управляющий вход регулирующего транзисторного элемента 2, который поддерживает выходное напряжение (-) равным заданному напряжению (+) стабилизатора.

Напряжение питания на дифференциальный усилитель 3 подается положительной полярности с первого входного вывода (+Us ) стабилизатора и отрицательной полярности — с второго

4 выхода (-U, ) первого источника 6 опорного напряжения. Напряжение питания на дифференциальный усилитель 4 йодается положительной полярности с первого выхода (+U,) второго источника 8 опорного напряжения и отрицательной полярности — с второго входного вы-: вода (-U „) стабилизатора. Укаэанное запитывание напряжениями дифференциальных усилителей 3 и 4 обеспечивает создание на управляющих входах регулирующих транзисторных элементов

1 и 2 сигналов уровнями соответственно QT нуля до +U » и От П 8» до нуля э а следовательно, регулирование разнополярных выходных напряжений стабилизаторов в указанных пределах (где

+U = 3B — напряжение, служащее для компенсации остаточных выходных на- пряжений насыщения дифференциальных усилителей 3 и 4). Несмотря на запитывание дифференциальных усилителей

3 и 4 нестабилизированнычи напряжениями, благодаря их высокому коэффициенту усиления коэффициент стабилизации стабилизатора достаточно высок (более 100). На входы узла 9 сравнения поступают сигнал уставки минимально допустимого значения выходного напряжения стабилизатора (с третьего выхода первого источника 6 опорного напряжения) и выходной сигнал (-) стабилизатора. В нормальном режиме работы выходное напряжение (-) стабилизатора превышает по амплитуде сигнал уставки допустимого минимального значения, на выходе узла 9 сравнения сигнал отсутствует, релейный элемент 10 отключен и его выходной сигнал равен логической "1", что диагностирует нормальную работу стабилизатора. При этом во вненппою систему защиты электропривода поступает сигнал, диагностирующий о нормальной работе стабилизатора, Рассмотрим работу стабилизатора на фиг.1 в режиме кратковременного снижения и повторного восстановления питающего напряжения стабилизатора (+U») . При снижении питающего напряжения до уровня, при котором с помощью регулирующих элементов 1 и 2 поддерживается напряжение на выходах (+) и (-) стабилизатора более уставки U на выходе узла 9 сравнения, по-прежнему, сигнал отсутствует, релейный элемент 10 формирует на выходе сигнал "Лог.!". При снижении ам"

1332300

40 плитуды выходных напряжений (+) и (-) стабилизатора ниже уставки Б на мнн ,выходе узла сравнения формируется сигнал, вызывающий включение релейно- 5 го элемента 10. При этом на выходе релейного элемента 10 формируется сигнал логического "0", поступающий в систему защиты. электропривода, по которому осуществляется безаварийное 10 отключение электропривода (так как напряжение стабилизатора, равное

11мнн, обеспечивает нормальное функционирование интегральных элементов систем управления, регулирования и 15 защиты электропривода).

При повторном восстановлении на— пряжения питающей сети в течении времени пока амплитуда выходных напряжений стабилизатора не достигнет 20 уровня U на выходе релейного элемента 10 формируется логический "О", системой защиты электропривода блокируется его включение. При достижении амплитудами выходных напряжений 25 стабилизатора значения U íà вьгходе релейного элемента 10 появляется логическая "1", система защиты электропривода разрешает повторное включение электропривода. Отметим, что З0 выходное напряжение (-) стабилизатора повторяет своей амплитудой амплитуду выходного напряжения стабилизатора (+), что делает достаточным применение одного узла сравнения.

Стабилизатор с защитой от перенапряжений (фиг.2) работает следующим образом.

При отсутствии перенапряжений на выходах стабилизатора узлы 15 и

16 сравнения формируют выходные сигналы, обеспечивающие выключенное состояние транзисторных ключей 11 и 12.

При этом с выхода транзисторного ключа 12 через согласующее звено 17 на вход релейного элемента 10 поступает сигнал, обеспечивающий на выходе релейного элемента 10 сигнал "Лог.l", соответствующий нормальному функционированию стабилизатора.

При превышении выходного напряжения (+) выше допустимого максимального значения +U „, (что имеет место, например, при выходе из строя регулирующего транзисторного элемента 1); узел 15 сравнения формирует на своем выходе сигнал, обеспечивающий включение транзисторного ключа 11 и измеI ,нение выходного сигнала релейного элемента 10 на "Лог.О". При этом по выходному сигналу "О" релейного элемента 10 системой защиты электропривода осуществляется отключение электропривода, а с помощью открытого транзисторного ключа 11 достигается ограничение амплитуды выходного напряжения (+) стабилизатора на уровне

U„«,. Через время, определяющееся ампер-секундной характеристикой, перегорает предохранитель 13 вследствие протекания большого тока по цепи предохранитель 13 — регулирующий транзисторный элемент 1 — транзисторный ключ 11. С целью ограничения тока в указанную выше цепь может быть включен ограничивающий резистор.

При превышении амплитудой напряжения выходного напряжения (-) допустимого значения -U„ „, узел 16 сравнения, формирует на своем выходе сигнал, обеспечивающий включение транзисторного ключа 12 и через согласующее звено 17 — формирование на выходе релейного элемента 10 сигнала

"JIor.О . При этом по выходному сигналу "Лог.О" релейного элемента 10 системой защиты электропривода осуществляется отключение электропривода, а с помощью открытого транзисторного ключа 12 достигается ограничение выходного напряжения (-) на уровне

U„„ Через время, определяющееся ампер-секундной характеристикой, перегорает предохранитель 14 вследствие протекания большого тока по цепи предохранитель 14 — регулирующий транзисторный элемент 2 — транзисторный ключ 12. С целью ограничения тока в указанную выше цепь может быть включен ограничивающий резистор. При выгорании любого из предохранителей

13 и 14 происходит уменьшение до нуля амплитуд разнополярных выходных напряжений стабилизатора, что предотвращает наличие однополярных питающих напряжений на интегральных элементах систем управления, регулирования и защиты электропривода, а значит исключает аварийные режимы в электроприводе.

Стабилизатор напряжения с защитой от токовых перегрузок (фиг. 3) работает следующим образом.

При отсутствии токовых перегрузок на выходе стабилизатора потенциал напряжения на выходе резистивно1о. делителя 27 превышает потенциал выход1332300 ного сигнала резистивного делителя

28. Дифференциальными усилителями 2б узлов 24 и 25 токоограничения формируются сигналы соответственно отри5 цательной и положительной полярности, которые отсекаются закрытыми диодами

22 и 23 от входов дифференциальных усилителей, соответственно, 3 и 4 стабилизатора. Следовательно, в данном режиме узлы токоограничения не оказывают влияния на работу стабилизатора, работа которого осуществляется аналогично описанной при работе устройства по фиг.1.

При наличии токовых перегрузок на выходе стабилизатора вследствие увеличения падений напряжений на резис-. тивных датчиках 18 и 19 тока потенциал напряжения на выходе резистив- Zp ного делителя 27 становится ниже, чем потенциал сигнала на выходе резистивного делителя 28. Дифференциальными усилителями 26 узлов токоограничения 24 и 25 формируются сиг- 25 калы соответственно положительной и отрицательной полярности, которые через открытые диоды 22 и 23 поступают на входы дифференциальных усилителей 3 и 4 стабилизатора. При этом З0 амплитуда выходных сигналов дифференциальных усилителей 3 и 4 уменьшается до значений, при которых выходные напряжения стабилизатора создают ток нагрузки стабилизатора равным допустимому значению (исходя из допустимой рассеиваемой мощности регулирующих транзисторных элементов). Таким образом, осуществляется ограничение выходного тока стабилизатора. В зависимости от значения выходного напряжения стабилизатора в режиме токовой перегрузки путем воздействия тока, протекающего через резистор 21, изменяется потенциал выходного сигнала резистивного делителя 20 (пропорционально выходному напряжению).

При этом величина ограничиваемого выходного тока изменяется также пропорционально выходному напряжению, а значит, остается неизменной мощность, рассеиваемая на регулирующих транзисторных элементах стабилизатора в режиме токового ограничения независимо от выходного напряжения стабилизатора.

В режиме токового ограничения, когда в результате действия узлов токоограничения выходное напряжение стабилизатора ставится ниже минимально допустимого значения U»„, на выходе релейного элемента 10 формируется сигнал Лог.0", по которому осуществляется отключение электропривода.

Предлагаемое техническое решение расширяет диапазон регулирования выходного напряжения стабилизатора, обеспечивает быстродействующую диагностику функционирования стабилизатора, защиты от перенапряжений и токовых перегрузок на выходе стабилизатора, уменьшение габаритов и стоимости стабилизатора.

1 е

Расширение диапазона регулирования выходного напряжения стабилизатора в области низких значений в предлагаемом техническом решении достигается за счет отрицательного смещения напряжения питания операционных усилителей, служащего для создания отрицательных напряжений на управляющих входах регулирующих транзисторных элементов. Расширение диапазона регулирования выходного напряжения в области максимальных значений достигается за счет питания дифференциальных усилителей каждого однополярного стабилизатора от соответствующего входного напряжения питания стабилизатора.

Обеспечение быстродействующей диагностики функционирования (необходимой источникам стабилизированных питаний систем управления, регулирования и защиты электроприводов) об отклонениях выходных напряжений стабилизатора за пределы допустимьж значений достигается за счет непрерывного контроля и быстродействующей индикации состояния функционирования стабилизатора безыинерционным полупроводниковым релейным элементом.

Защита от перенапряжений на выходе стабилизатора достигается путем шунтирования выходов стабилизатора силовыми транзисторными ключами с последующим перегоранием предохранителей во входных целях стабилизатора.

Защита от токовых перегрузок осуществляется путем контроля выходного тока стабилизатора и ограничения его на допустимом уровне посредством эапирания регулирующих транзисторных элементов стабилизатора.

00

Ф о .р м у л а

9 !3323 из обре тения

). Стабилизатор двухполярного напряжения, содержащий два регулируюФ 5 щих транзисторных элемента, включенных в раэнополярные силовые шины, управляющий вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего дифференциального усилителя, первый вход первого из усилителей подключен к выходу первого резистивного делителя, соединенного первым своим входом с первым выходным выводом, а вторым входом — с первым выходом первого источника опорного напряжения, первый вход второго дифференциального усилителя подключен к общей шине, а второй вход " к выходу второго резистивного .целителя, включенного между первым и вторым выходными выводами, отличающийся тем, что, с целью расщирения диапазона регулирования выходного напряжения и обеспечения быстродействующей ди- Z5 агностики функционирования, в него введены второй источник опорного напряжения, узел сравнения и безынерционный релейный элемент, причем первый и второй источники опорного напряжения включены соответственно между разнополярными входными выводами и общей шиной, первый питающий вывод первого дифференциального усилителя подключен к первому входному выводу, 35 второй — к второму выходу первого источника опорного напряжения, а своим вторым входом первый дифференциальный усилитель подключен к общей шине, второй дифференциальный усили- - 4О тель подключен первым питающими выводом к второму входному выводу, вторым — к выходу второго источника опорного напряжения, узел сравнения подключен первым входом к третьему выходу первого источника опорного напряжения, вторым входом — к второму выходному выводу, а выходом — к входу релейного элемента, подключен,ного питающими выводами к входным вы- 5О водам, при этом выход релейного элемента является диагностирующим выводом стабилизатора.

2. Стабилизатор по п.l, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью защиты от перенапряжений, в него введены два транзисторных ключа, два предохранителя, второй и третий узлы оравнения, согласующее звено, а релейный элемент снабжен вторым и третьим входами, первый и второй источники опорного напряжения снабжены соответственно четвертым и вторым выходами, при этом второй узел сравнения подключен первым входом к второму выходу второго источника опорного напряжения, вторым входом — к первому выходному выводу, а выходом — к входу первого транзисторного ключа, включенного между общей шиной и первым выходным выводом, третий узел сравнения подключен первым входом к четвертому выходу первого источника опорного напряжения, вторым входом— к второму выходному выводу, а выходом — к входу второго транзисторного ключа, включенного между общей шиной и вторым выходным выводом, релейный элемент подключен вторым входом к выходу второго узла сравнения, а третьим входом — через согласующее звено к выходу второго транзисторного ключа, первый предохранитель включен между общей точкой соединения второго источника опорного напряжения с первым входным выводом стабилизатора и общей точкой соединения питающего вывода первого дифференциального усилителя с первым регулирующим элементом, а второй предохранитель включен между вторым входным выводом стабилизатора и вторым регулирующим элементом.

3. Стабилизатор по п.l, о т л и— ч аю щи и с я тем, что, с целью защиты от токовых нагрузок, в него введены два резистивных датчика тока, третий резистивный делитель, резистор, два диода и два узла токоограничения, каждый из которых состоит из дифференциального усилителя и двух резистивных делителей, подключенных выходами к входам дифференциального усилителя, а одним из входов — к выходам соответствующих резистивных датчиков тока, включенных в силовые шины стабилизатора, другими своими входами резистивные делители узлов токоограничения подключены к общей шине и выходу третьего резистивного делителя, подсоединенного входами между общей шиной и первым выходом первого источника опор- . ного напряжения, выходы дифференциальных усилителей узлов токоограничения подключены через диоды соотll 1332300

l2 ветственно к первому и второму вхо- зистор включен между вторым выводом дам первого и второго дифференциаль- стабилизатора и выходом третьего реных усилителей стабилизатора, а ре- зистивного делителя.

Фиг.2

Составитель В.Баранов .ТехреР, И.Попович Корректор М.Демчик

Редактор E.Ïàïï

Заказ 3832/44 Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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