Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<>781790

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 011578 (21) 2680073/24-07 (51)М. Кл.З

g 05 F 1/58 с присоединением заявки HP (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР яо делам изобретеиий и открытий

Опубликовано 2 1180., Бюллетень ¹ 43

Дата опубликования описания 25.11.80 (53) УДК 621. 316. .722.1(088.8) (72) Авторы изобретения

Б. И. Сорокин и А. Н. Гаврилов (71) Заявитель (54 ) СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ЗЩИТОЙ

OT ПЕРЕГРУЗКИ

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 преобраэова- т0 телями напряжения, к выходу которого подключен вход умножителя напряжения 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, эквивалентное току нагрузки устройства. Выход Я детектора перегрузки через диод сое.динен с управляющим электродом тиристора, выключающего и эакорачивающего выход регулятора и вход преобразователя напряжения при перегрузках." 25

При .превышении максимального 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 выключенному состоянил регулятора"Напряжения и снятию высокого напряжения с выхода ум-, ножителя напряжения.

Данное устройство работает устойчиво при наличии больших токовых перегрузок, например при коротком замыкании на выходе, когда уровень сигнала перегрузки Us„ много больше уровня опорного напряжения U o„,а выходйое напряжение детектора йерегрузки, равное(0 „-0оп). К, где К - коэффициент усйленйя усилителя, соответствует уровню надежного включения тиристора (1), 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 зациты от перегрузки и блокирования средств управления, содержащее источ781790

" ник-переменного тбка, с»оедййенныя" через электронный переключатель с йервичной обмоткой траснформатора ис бчййка пббтояйного тока, вторичная обмотка которого подключена к йагрузке и чувствительному к перегрузке контуру, содержащему делитель напряжения, соединенный с входом пофбгоЪоГб. элемента. Вйход порогового элемента подключен к управляющему электроду тиристора, осуществляющему выключение источника постоянного нап»ряжения при перегрузках (2).

Недостатком данного устройства является зависимость порога срабатывания схемы защиты по току oi. изменения напряжения сети питания. Ток через-делитель напряжения, соединен ный" с пороговым устройством, йзме"""йяется периодически с изменением уровня выходного напряжения в соответствии с измейейием напряжения сети питания. При увеличении напряжения питания, например, на 10% порог сра- батйванйя схемй эащйты "умейьшается на 10%, à ripH ïîíèæåíèH напряжейия на 10% порог схемы защиты увеличивается на 10%. Следовательно, чувствительность схемы защиты практически не выше разброса по стабйльйости порогового-уровня.Наиболее близким к предлагаемому по техническбй сущности является стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки, содержащий регулятор напряжения, включенййй "последователь но по цепи обратной связи, содержащей включенные последовательно де"лйтель напряжения, являющийся датчиком перегрузки по току, компаратор, усилитель обратной связи и источййк опорного напряжения. Замыкается цепь обратной связи через предохранительный переключатель, подключенный к вйходу усйлителя обратной связи. Параллельно регулятору напряжения включен шунтирующий переключатель с большим внутренним сопротивлеййем для пропускания зарядного тока через нагрузку при закрытом режиме регулятора напряжения. Стабилизатор напряЖения", содержит также два пороговых йе» реключателя, служащих для включения .и выключения усилителя обратной связи и регулятора напряжения, и накопительную схему; которая задерживает на некоторое время восстановле» ние нормального режима работы прй снятой перегрузке. Все пороговые

Переключатели выполнены на стабилит ронах, которые резко изменяют свое вот»ренйее -сопротйвление, если на- " йряжеййе", "приложенное межцу анодом

- и катодом, даотигает уровня стабилизации (31.

Недостаток этого стабилизатора йапряжения заключается в низкой чув"= ствитейййости схемой эащитык изменениям (увеличению) тбка нагрузки, которая приводит к прохождению значительного тока через нагрузку, что не позволяет использовать этот стабилизатор для работы на нагрузки, не допускающие даже кратковременных значительных перегрузок по току, например с приборами СВЧ, которые после нескольких токовых перегрузок более

10% йеобратимо изменяют свои параметры.

Цель изобретения — повышение чувст-. вительности схемы защиты к току перегрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки, содержащий после15 довательно соединенные регулятор напряжения, источник питания и нагрузку, делитель напряжения и усилитель в цепи обратной связи, компаратор, один вход которого подключен к источнику

Щ эталонного напряжения, предохранитель- ный 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, выход которого через пороговый элемент подключен к управляющему входу предохранительного переключателя, соединенного с входом перегрузки по току введенного коммути"рующеГо "устрбйства, включенного на входе регулятора напряжения, выход делителя-напряжения обратной связи непосредственно подключен к усилителю, выход которого соединен с дополнительным пороговым переключателем непосредственно, а с управляющим вхо4р дом регулятора напряжения и входом предохранительного переключателячерез введенный в стабилизатор повторитель напряжения, при этом выход дополнительного порогового переключателя соединен с входом перегрузки по напряжению коммутирующего устройства.

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

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого стабилизатора напряжения с защитой от перегрузки; на фиг. 2" -- принципи-, альная схема стабилизатора.

781790

Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки содержит последователь-. но соединенные регулятор 1 напряже ния, 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 коммутирующе- 15 го устройства 13 связан с выходом дополнительного порогового переключателя 15, служащего для отключения входного питающего напряжения при перегрузках по напряжению., 20

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 - Я"-. (где К вЂ” 30 коэффициент деления делителя 4 обратной .связи),поступает на вход усилителя 5, усиливается и через повторитель б 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 источни- 40 ка 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 4 токовой перегрузки на вход компаратора 8 снимается падение напряжения, величина которого меньше напряжения, снимаемого с эталонного источника 9 напряжения на другой вход комцаратора 8, поэтому на выходе компаратора

8 присутствует исходный нулевой уровень, который обеспечивает Нахождение в состоянии "Выключено" порогового элемента 10, предохранительного переключателя 11 и наличие единичного уровня на входе 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 уста- новленного 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 "Включе но" пороговый элемент 10 и предохранительный переключатель 11. Последний закрывает регулятор 1 напряжения и формирует команду отключения напряжения питания коммутирующим устройством 13 по входу 12 токовой перегрузки. Такое состояние удерживается предохранительным переключателем 11 до повторной подачи команды "Включено" с коммутирующего 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, вследствие того, что уровень напряжения íà его входе с делителя 4 напряжения выше опорного напряжения.

Это приводит к запиранию повторителя б напряжения и включению дополнительного порогового переключателя 15, на выходе которого формируется команда отключения коммутирующим устройством 13 напряжения питания.

Стабилизатор напряжения на фиг. 2 содержит регулятор 1 напряжения, состоящий иэ регулирующего трансформа еора 16, вторичная обмотка которого соединена с выпрямителем 17, на выходе которого включен регулирующий транзистор 18, база которого соединена с выходом повторителя б напряжения. Первичная обмотка регулирующего трансформатора 16 соединена последовательно с первичной обмоткой регу лирующего трансформатора 19 источника 2. питания, вторичная обмотка трансформатора 19 подключена к выпрямителю 20 с емкостным фильтром 21.

К выходу выпрямителя 20 подключена нагрузка 3, делитель 4 напряжения на резисторах 22 и 23 и делитель 7 токовой перегрузки на резисторе 24 °

Ток нагрузки 3 и делителя 4 прохождения, проходящий по резистору 24, создает падение напряжения на резис торе,24, регулируемая часть которого подается на вход компаратора 8. Выход компаратора соединен с входом порогового элемента 10, содержащего транзистор 25 и резистор 26. Выход порогового элемента 10 соединен с предохранительным переключателем

11 на диоде 27 и тиристоре 28. Выход предохранительного переключателя 11 соединен с входом 12 коммутирующего устройства 13, содержащего обмотку

781790 силового реле 29 с контактными парами

30 и 31,обмотку защитного реле 32 с контактной парой 33, тиристор 34 и пусковую кнопку 35 "Включено". Делитель 4 напряжения соединен с выходом усилителя 5,содержащего резисторы 36 и 37 и операционный усилитель 38, выход которого соединен с повторителем 6 напряжения выполненного на транзисторе 39 и резисторе 40, а также подключен к дополнительному пороговому переключателю 15, содержащему диод 41, резисторы 42 и 43 и транзистор 44. Выход дополнительного порогового переклю чателя 15 соединен с входом 14 и подключен к управляющему электроду тиристора 34 коммутирующего устройства 13. Питание цепей защиты осуществляется от источников Е„- Е

Работа устройства происходит аналогично описанному выше для фиг. 1, при этом контактные пары 30-33 эамк- 20 нуты, обмотка силового реле 29 в состоянии "Включено", обмотка защитного реле, тиристоры 28 и 34- в состоянии "Выключено".

При увеличении тока нагрузки с щ выхода порогового элемента 10 на управляющий электрод тиристора 28 поступает .сигнал запуска, включающий тиристор 28 в состоянии "Включено". При этом катод диода 27 через мапое сопротивление тиристора 28 соединяется с корпусом, закорачивает вход регулятора 1 напряжения, второй конец обмот-ки" защйтйого реле 32 соединяется также с корпусом, что вызывает размыкание контактной пары 33, прерывание тока 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 40 прйводит 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 включению в работу устройства.

При перегрузках по напряжению на нагрузке 3 на выходе дополнительно- уо го aoporoioro переключателя 15 форми-. руется импульс запуска тиристора 34, который переходит в состояние "Включено" и производит отключения аналогичные описанным для тиристора 28.

З предлагаемом стабилизаторе на пряжения за счет прохождения всего тока через делитель токовой перегрузки, а не части, как в известном, получена возможность выделить минимальные 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 путем изменения величины напряжения, снимаемого с делителя токовой перегрузки на вхсщ компаратора. Это сохраняет работоспособность стабилизатора напряжения при подключении к нему нагрузок с различными токами потребления.

Формула изобретения

Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки, содержащий последовательно соединенные регулятор напряжения, источник питания и нагрузку, делитель напряжения и усилитель в цепи обрат ной 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 повыаения чувствительности схемы защиты к току перегрузки, последовательно с выводами для подключения нагрузки между вторым выходом источника литания 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 этом выход делителя напряжения обратной связи непосредственно подключен к усилителю, выход которого соединен с дополнительным пороговьм переключателем непосредственно„а с управляющим входом регулятора напряжения и входом предохранительного переключателя — через введениый в стабилизатор повторитель напряжения, а выход дополнительного порогового переключателя подключен к входу перегрузки по напряжению коммутирующего устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент CIIIA Р 3.553.531, кл. 317-23, 1971.

2. Патент CQIA N 3.893.006, кл. 317-3, 1974.

3. Патент США В 3.544.844, кл. 317-16, 1969.