Дискретный стабилизатор напряжения

 

О П И С А Н И Е ()964594

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советскик

Социалистические республик

К . АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 03. 03. 81 (21) 3246901/24-07 (51)М. Кд, G 05 F 1/14 с присоединением заявки РЙ— (23) Приоритет— фЬоударотаанный комитет

СССР

IIo делам нзабретеннй н открытий

Опубликовано 07 ° 10.82. Бюллетень № 37 (53) УДК 621-316 .722.1(088.8) Дата опубликования описания 07 (72) Авторы изобретения

Ю. П. Тюнин, В. П. Николаев, М. Г. Полоневич и В. Г. Липский (7l) Заявитель (54) ДИСКРЕТНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для стабилизации напряжения питания радиоэлектронной аппаратуры.

Известно устройство, содержащее трансформатор с секционированной вторичной обмоткой, полупроводниковые ключи, вольтодобавочный трансформатор, датчик, блок управления и соответствующие связи (1 7.

Известно устройство, содержащее силовой трансформатор с секционированной первичной обмоткой, вольтодобавочный трансформатор, полупроводниковые ключи, блок сравнения, схему управления, и соответствующие связи (2j.

Общим недостатком известных устройств являются большие искажения формы выходного регулируемого напря- то жения, что обусловлено использованием в них только одного блока сравне. ния (в первом устройстве датчика) выходного регулируемого и опорного

2 напряжений, формирующего на выходе сигналы: "Выходное напряжение больше опорного напряжения", "Выходное напряжение меньше опорного напряжения".

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство, содержащее два пороговых элемента, автотрансформатор с секционированной обмоткой, коммутирующие элементы и соответствующие связи (3 7.

Однако автоматический регулятор напряжения имеет ограниченный диапазон регулирования, определяемый схемным решением известного устройства: максимальное количество переключений обмоток автотрансформатора равно трем. Причем при переключении обмоток ° автотрансформатора в известном уст-. ройстве происходит кратковременное прерывание питания на нагрузке в момент переключения контактов реле, управляемых первым и вторым порого964594 4

3 выми элементами. Если предположить, что перерывов в питании не происходит, т. е. контакты двух реле сраба" тывают одновременно, неизбежно появ" .ление циркулирующих токов, вызывающих преждевременное разрушение кон-. тактов реле или обмоток автотрансформаторсв.

Кроме того, в известном. устройстве невозможно отключение напряжения, 10 поступающего на нагрузку при выходе входного на ряжения за пределы регулирования.

Целью изобретения является расширение диапазона регулирования выход- 15 ного напряжения, устранение перерывов в питании при переключении отводов трансформатора и. обеспечение отключения регулятора при выходе регулируемого напряжения.за установленные g0 пределы.

Поставленная цель достигается тем, что в дискретном стабилизаторе напряжения, содержащем трансформатор, первый отвод первичной секционированной обмотки которого соединен с первым входным выводом стабилизатора, коммутирующие элементы, первый и второй пороговые элементы, коммутирующие элементы разделены на группу основных 30 и группу вспомогательных элементов, причем второй входной вывод стабилизатора соединен с первыми входами коммутирующих элементов основной группы и через балластный резистор с

35 первыми входами коммутирующих элементов вспомогательной группы, выход первого коммутирующего элемента основной группы соединен с последним отводом первичной обмотки трансформа40 тора, выход каждого из остальных коммутирующих элементов основной группы соединен с выходом соответствующего .коммутирующего элемента вспомогательной группы и с соответствующим от45 водом первичной обмотки трансформатора, параллельно вторичной обмотке трансформатора и выходным выводом стабилизатора включены первый и второй пороговые элементы, выходы которых соединены с входами введенного блока управления, каждый из выходов которого соединен с управляющим входом соответствующего коммутирующего элемента, На фиг. 1 показана структурная схема дискретного стабилизатора на.— пряжения; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы работы блока управления в режимах повышения и понижения выход -. ного напряжения соответственно.

Дискретный, стабилизатор напряжения содержит первый 1 и второй 2 пороговые элементы, группу 3 основных коммутирующих элементов, группу 4 вспомогательных коммутирующих элемен-. тов, балластный резистор 5, силовой трансформатор 6, блок 7 управления, входные выводы 8 и 9 и выходные выводы la и 11.

Первый входной вывод 9 стабилизатора соединен с первым отводом первичной секционированной обмотки силового трансформатора 6, второй (8)— с первыми входами коммутирующих элементов 12.1, 12.2, ...,12.й основной группы 3 и через балластный ре зистор 5 с первыми входами коммутирующих элемен-гов 12.N-1, 12.N-2, 12;2N- 1 .вспомогательной группы 4.

Выход первого коммутирующего элемента 12.1 основной группы 3 соединен с последним отводом первичной обмотки трансформатора 6., выход каждого из остальных коммутирующих элементов

12.2, 12.3,...,12.N основной группы

3 соединен с выходом соответствующего коммутирующего элемента вспомогательной группы 4 и с соответствующим отводом первичной оомотки трансформатора 6. Параллельно вторичной обмотке трансформатора 6 включены первый и второй пороговые элементы .

1 и 2, выходы которых соединены с входами блока 7 управления. Каждый из. выходов 13.1, 13.2,...,13.2N- 1 блоке 7 управпения соединен с управляющим входом соответствующего коммутирующего элемента.

Пороговый элемент 1 предназначен для задания нижнего предела выходно- . го регулируемого напряжения, пороговый элемент 2 - для задания верхнего предела выходного регулируемого напряжения.

Пороговые элементы 1 и 2 могут быть выполнены в виде компараторов напряжения на интегральных микросхемах;

Коммутирующие элементы основной и вспомогательной групп 3 и 4 предназначены для переключения отводов первичной секционированной обмотки трансформатора 6 и могут быть выпол.— нены в виде реле, тиристоров, высоковольтных транзисторов.

Блок 7 управления предназначен для формирования сигналов управле9645 ния коммутирующими элементами 12. 1,..., 12. 2N-1.

Дискретный стабилизатор напряжения работает следующим образом.

При включении напряжения питания 5 блок 7 управления вырабатывает сигнал на выходе 13.1 и подключает коммутирующий элемент 12.1 основной группы 3. коммутирующих элементов так, что на выходных выводах 10 и ll устройства будет минимально возможное напряжение. Силовой трансформатор 6 рассчитан таким образом, что при включении коммутирующего элемента

12; 1 напряжение на выходных .выводах

10 и 11 или ниже допустимогь, или находится в установленных пределах.

После включения напряжения питания возможны три режима работы стабилизатора. Первый,. если выходное напря- 20 жение находится в установленных пределах сигналы рассогласования с пороговых элементов 1 и 2 не поступают.

Второй, если выходное напряжение ниже допустимого, поступает сигнал рассогласования с порогового элемента 1. Третий, если выходное напряже.ние выше допустимого, сигнал рассогласования поступает с порогового элемента 2. .30

В первом режиме стабилизатор находится в устойчивом состоянии, в области нечувствительности, переключений обмоток трансформатора не происходит.

Область нечувствительности стаби35 лизатора определяется разностью установленных порогов напряжений элементов 1 и 2. Разность напряжений выбирается в зависимости от требуеФ мой точности стабилизации.

При этом. должно выполняться усло сРсМ3 = О, 5 - R . 3 с (2) или (3) где 00 — напряжение между сосвдними отводами трансформатора;

R — сопротивление балластного резистора; — средний рабочий ток первичной обмотки трансформатора.

Формула (2) применяется при одноступенчатом регулировании напряжения в переходном режиме, формула (3)— при .двухступенчатом регулировании

50 напряжения. вие!

О - iu«!

csLI г

Таким образом, перерывов в питании при переключении обмоток не происходит. Мощность, выделяемая на балласт ном резисторе 5, незначительна, так

55 как .время (t -t ) необходимо только . для уверенного йереключония коммутирующих.элементов основной и вспомогательной групп. где М. — напряжение между соседними отводами силового трансформатора; и

U, U — напряжение порогов элементов l и 2 соответственно..

Рассмотрим работу стабилизатора во втором режиме. Пусть схема находится в первом режиме с включенным коммутирующим элементом I 2.1 основной группы 3 (фиг. 2, вых. 1).

По сигналу рассогласования с порогового элемента l, определяющего

94 нижний предел допустимого напряжения на выходных. выводах 10 и 11, ста. билизатор переходит во второй режим. работы, и блок 7 управления производит следующие переключения (фиг. 2): момент времени t „ — подача управляю".. щего сигнал на выход l3.М + 1 и вклю чение коммутирующего. элемента 12.N + 1 вспомогательной группы 4; момент времени t > — снятие управляющего сигнала с выхода 13. l и выключение коммутирующего элемента 12. 1 основной группы 3; момент времени t > — подача управляющего сигнала на выход 13.2 и включение коммутирующего элемента

12.2 основной группы 3; момент времени t4 — снятие управляющего сигнала с выхода 13.N + 1 и выключение коммутирующего элемента 12.N + 1 вспомогательной группы 4.

В результате выключается коммутирующий элемент 12.1 и включается коммутирующий элемент 12.2, напряжение на выходных выводах 10 и 11 повышается.

Циркулирующий ток, вызванный замыканием одной секции трансформатора, ограничен балластным резистором 5 и протекает в моменты времени (С.1- t ) и (t>- t ) полный ток первичной о мотки протекает по балластному резистору 5 в момент времени (tz- t>)

Величина резистора 5 определяется из следующих выражений

964594 8

Если сигнал рассогласования на выходе порогового элемента 1 после первого переключения сохраняется, стабилизатор перейдет в следующее состояние включенного коммутирующего элемента 3, что соответствует еще большему напряжению на нагрузке.

В дальнейшем, при появлении сигнала рассогласования на выходе порогового элемента 1, стабилизатор будет 1î переключаться до тех пор, пока не окажется включенным коммутирующий элемент 12.М группы 3. При появлении сигнала рассогласования на выходе порогового элемента 1 и включенном >s коммутирующем элементе 12.й группы

3 в момент времени t (фиг. 2) произойдет полное снятие напряжения с .нагрузки, так как отключается коммутирующий элемент 12.N группы 3, . 2о что соответствует аварийному отключению стабилизатора напряжения при выходе регулируемого напряжения за допустимые пределы.

Рассмотрим случай отработки ста- 2s билизатором сигнала рассогласования, поступающего с порогового элемента 2 (третий режим работы).

Пусть включен коммутирующий элеменг 12.3 группы 3 (фиг. 3, вых., 3), зр

При повышении выходного напряжения, например, из- за повышения напряжения сети или уменьшения нагрузки с порогового элемента 2 поступает сигнал рассогласования на блок 7 .управления. з>

Стабилизатор переходит в третий режим работы, и блок 7 производит сле дующие переключения (фиг. 3): - момент времени t — подача управляющего сигнала на выход 13.N+2 и включе- «> ние коммутирующего элемента 12.N+2 группы 4; момент времени — снятие управляющего сигнала с выхода 13.3 и выключение коммутирующего элемента 12.3 группы 3; момент. времени подача управляющего сигнала на выход

13.2 .и включение коммутирующего элемента 12.2; момент времени t — снятие управляющего сигнала с выхода

13.И+2 и выключение коммутирующего элемента 12.N+ 2 группы 4.

В результате включится коммутирующий элемент 12.2 и выключится ком" мутирующий элемент 12.3 в группе 3, напряжение на нагрузке понизится.

Если сигнал рассогласования на выходе порогового элемента 2 исчезнет.. схема перейдет в первый режим работы.

Если сигнал рассогласования останется, схема описанным для третьего режима способом перейдет в состояние вклю-. ченного коммутирующего элемента 12.1 группы 3, что соответствует дополнительному понижению напряжения на нагрузке. Отличие порядка переключений стабилизатора при срабатывании порогового .элемента 1, вызванного понижением регулируемого напряжения ниже допустимого предела, от порядка переключения при сигнале с порогового элемента 2, определено необходимостью устранения дополнительного понижения регулируемого напряжения в переходном режиме на нагрузке, изза падения напряжения на балластном резисторе при включенном коммутирующем элементе группы 4 в момент времени (t>-t3) (фиг. 2 и 3).

При включенном коммутирующем элементе 12.1 группы 3 и появлении сигнала рассогласования с порогового элемента 2 произойдет полное снятие напряжения с нагрузки, так как отключается коммутирующий элемент 12.1 группы 3, что соответствует аварийному отключению стабилизатора напряжения при выходе регулируемого напряжения за допустимые пределы.

Основным и длительным (стационарным) режимом работы стабилизатора является первый режим, в то время как режимы 2 и 3 являются переходными или нестационарными.

Как следует из описания предлагаемого дискретного стабилизатора, структура подключения секций первичной обмотки трансформатора регулярйая, что позволяет изменять диапазон регулирования в широких пределах путем простого изменения числа коммутирующих элементов основной и вспомогательной групп. Использование такого стабилизатора предполагает создание унифицированного ряда стабилизаторов напряжения для питания радиоэлектронной аппаратуры с различной потребляемой мощностью и требуемым диапазоном регулирования путем выбора трансформатора требуемой мощности и установки необходимого числа коммутирующих элементов.

Отмеченное техническое преимущество предлагаемого устройства по сравнению с известным позволяет значительно сократить сроки разработки стабилизаторов напряжения для комплексов аппаратуры и уменьшить их стоимость за счет применения типовых узлов.

964594

Формула изобретения

Использование двух групп коммутирующих элементов и балластного резистора облегчает режим включения основных коммутирующих элементов и устраняет перерывы в питании при переключении отводов секционированной обмотки трансформатора. Перерывы в питании, при дискретном отслеживании выходного напряжения, приводят к образованию экстратоков, что преждевре- 10 менно разрушает коммутирующие элементы и снижает их срок службы. Следовательно, устранение перерывов в питании,обеспечивает увеличение срока службы всего устройства в целом, что 15 приводит к уменьшению затра". на обеспечение работоспособности устройства, Исключение перерывов в питании приводит также к увеличению срока.: 2О службы устройств, для которых источником питания является дискретный стабилизатор напряжения, поскольку в них также исключается протекание экстратоков. Кроме этого, улучшает- д ся форма выходного напряжения, что при выпрямлении выходного напряжения ведет к уменьшениям пульсаций, т

Эффективность предлагаемого устройства состоит также в том, что для регулирования напряжения и аварийного отключения нагрузки:при выходе напряжения за пределы регулирования, определяемые количеством использованных в схеме основных и

35 вспомогательных коммутирующих элементов, используется одно и то. же оборудование. Полученный эффект упрощает схему стабилизатора, так как не требует установки дополнительных устройств, производящих аварийное отключение.

Пороговые элементы и блок управления в предлагаемой схеме стабилиза45 тора построены на микросхемах и дискретных пороговых элементах, что дает . возможность работать устройству в широком температурном диапазоне.

Дискретный стабилизатор напряжения

I содержащий трансформатор, первый отвод первичной секционированной обмотки которого соединен с первым входным выводом стабилизатора, коммутирующие элементы, первый и второй пороговые элементы, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования, устранения перерывов в питании при переключении отводов и обеспечения отключения стабилизатора при выходе регудируемого выходного напряжения за установленные пределы, коммутирующие элементы разделены на группу основных и группу вспомогательных элементов, причем второй входной вывод стабилизатора соединен с первыми входами коммутирующих элементов основной группы и через балластный резистор с первыми входами коммутирующих элементов вспомогательной группы, выход первого коммутирующего элемента основной группы соединен с последним отводом первичной обмотки трансформатора, выход каждого из остальных коммутирующих элементов основной группы соединен с выходом соответствующего коммутирующего элемента вспомогательной группы и с соответствующим отводом первичной обмотки трансформатора, параллельно вторичной обмотке трансформатора и выходным выводом стабилизатора включены первый и второй пороговые элементы, выходы которых соединены с входами введенного блока управления, каждый из выходов которого соединен с управляющим входом соответствующего коммутирующего элемента.

Источники информации, принятые 80 внимание при .экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

11 506835, кл. 6 05 Г 1/ I 4, 1973.

2 . Авторское свидетельство СССР

N, 457977, кл. G 05 Г 1/10, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР и 532091, кл. G 05 F f/14, 1974.

964594

Жкф Ф

8 » ф

Составитель О. Мещерякова

Ре актор Н. Лазаренко Техред Л. Пекарь КорректорlO.Макаренко. едактор

Тираж 914 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 7628/27

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4