Стабилизированный источник питания

 

Изобретение относится к вторичным источникам электропитания. Цель изобретения - повышение надежности, расширение диапазона регулирования и увеличение коэффициента стабилизации по напряжению при изолированных выходных выводах. Цель достигается тем, что в источник вводятся преобразователь 32 постоянного напряжения в переменное, трансформатор 33, выпрямители 13 и 14, второй делитель 31 напряжения, согласующие усилители 15, 16 и 17, 18, первый и второй сумматоры 29 и 30, блок 44 контроля тока утечки. Выходные выводы 11 и 36 изолированы от общей шины 12 и подключены к первым входам делителей 10 и 31. На выходах первого и второго сумматоров 29 и 30 формируются сигналы обратной связи по напряжению и току для входов 6 и 7 блока 5 управления источником. В зависимости от положения переключателя 12 режима работы источник обеспечивает на выходных выводах 11 и 36 стабилизацию напряжения, тока или мощности. Блок 44 контроля тока утечки блокирует работу преобразователя 32 постоянного напряжения в переменное при токе утечки на общую шину 12 больше величины, определяемой потенциометром 53. Этим обеспечиваются высокая надежность источника, широкий диапазон регулирования и высокая точность стабилизации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 05 F t/56.ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ СЛ

CO

@Р

QO ь ь

Сд

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4175546/24-07 (22) 05.01.87 (46) 15. 10. 90. Бюл. Р 38 (71) Московское научно-производственное объединение "Биофизприбор" (72) Ю.А.Лонский, В.M.Ïðóñàê, Е,И.Ковалихин и М.А.Ильин (53) 621.316.722.1(088.8) (56) Патент С111А К 4307440, кл. С 05 F 1/56, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Р 1224797, кл. С 05 F 1/56, 1984. (54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ЛИТАНИЯ (57) Изобретение относится к вторичным источникам электропитания. Цель изобретения — повышение надежности, расширение диапазона регулирования и увеличение коэффициента стабилизации по напряжению при изолированных выходных выводах — достигается тем, что в источник введены преобразователь 32 постоянного напряжения в переменное, трансформатор 33, выпрямите„„Я0„„1599845 д 1

2 ли 13 и 14, второй делитель 31 напряжения, согласующие усилители 15 — 18, первый и второй сумматоры 29 и 30, блок 44 контроля тока утечки. Выходные выводы 11 и 36 изолированы от общей шины 12 и подключены к первым входам делителей 10 и 31. На выходах первого и второго сумматоров 29 и 30 формируются сигналы обратной связи по напряжению и току для входов 6 и 7 блока 5 управления источником. В зависимости от положения переключателя 62 режимов работы источник обеспечивает на выходных выводах 11 и 36 стабилизацию напряжения, тока или мощности, Блок 44 контроля тока утечки блокиру- c ф ет работу преобразователя 32 постоянного напряжения в переменное при токе утечки на общую шину 12 больше величины, определяемой потенциометром 53.. Се

Этим обеспечиваются высокая надежность источника, широкий диапазон регулирования и высокая точность стабилизации. 1 э.п. ф-лы, 1 ил. фаваз

1599845

Изобретение относится к электротехнике, в частности к вторичным ис-, точникам питания, предназначенным для стабилизации тока, напряжения или мощ5 ности на нагрузке, изменяющейся в ши-, роких пределах, и может быть использовано в различных областях науки и тех ники, где требуются стабилизированные источники питания, например для пода- 1О чи напряжения на камеру деления прибора для изо1ахофореза.

Ф

Цель изобретения — повышение, надежности, расширение диапазона регулиро- . ! вания и увеличениЕ коэффициента стабилизации по напряжению при изолированных выходных выводах.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого стабилизированного источника пи- 20 тания.

Стабилизированный источник питания содержит сетевой выпрямитель 1 с фильтром, входом подключенный к входным выводам, выходом — к входу pery- 5 лятора .2, включающего последовательно соединенные регулирующий элемент 3 и демодулятор 4, блок 5 управления с входами 6 и 7 обратной связи по напряжению и току, выходом 8 подключен- 30 ный к управляющему входу регулятора 2, датчик 9 тока, первый делитель 10 напряжения, первым входом соединенный с одним выходным выводом 11, общую шину 12 два выпрямителя 13 и 14, четыре согласующих усилителя 15 — 18, шесть масштабных резисторов 19 — 24, четыре компенсирующих резистора 25—

28, два сумматора 29 и 30, второй делитель 31 напряжения и преобразова- 40 тель 32 постоянного напряжения в переменное с высоковольтным трансформатором 33 на выходе, имеющим две группы 34 и 35 вторичных обмоток, подключенных к входам выпрямителей 13 45 и 14. Первый вход второго делителя 31 напряжения соединен с другим выходным выводом 36. Одни разнополярные выходы выпрямителей 13 и 14 соединены с соответствующчми выходными выводами 11 и 36, другие — с соответствующими вы-. водами датчика 9 тока и вторыми входами делителей 10 и 31 напряжения.

Вход преобразователя 32 постоянного. напряжения в переменное подключен к выходу регулятора 2. Кроме того, второй вход первого делителя 10 напряжения через первый согласующий усилитель 15 соединен с первым и вторым входами 37 и 38 первого сумматора 29 через первый компенсирующий и первый масштабный резисторы 25. и 19 соответственно, а с первым входом 39 второго сумматора 30 — через второй масштабный резистор 20. Второй вход второго делителя 31 напряжения через второй согласующий усилитель 16 соединен с первым и вторым входами 37 и

38 первого сумматора 29 через третий масштабный и второй компенсирующий резисторы ? 1 и 26 соответственно, а с вторым входом 40 второго сумматора 30 — через четвертый масштабный резистор 22. Выход 41 первого делителя 10 напряжения через третий согласующий усилитель 17 и пятый масштабный резистор 23 соединен с первым входом 37 первого. сумматора 29, выход 42 второго делителя 31 напряжения через четвертый согласующий усилитель

18 и шестой масштабный резистор 24 соединен с вторым входом 38 первого сумматора 29. Первый вход 37 первого сумматора 29 и второй вход 40 второго сумматора 30 соответственно через третий и четвертый компенсирующие резисторы 27 и 28 подключены к общей шине 12. Выходы первого и второго сумматоров соединены соответственно с входами 6 и 7 обратной связи по напряжению к току блока 5 управления.

Кроме того, стибилизированный источник питания снабжен датчиком 43 тока утечки и блоком 44 контроля тока утечки. Датчик 9 тока выполнен в виде цепочки иэ двух .последовательно соединенных резисторов 45 и 46, входами подключенной к выгодам датчика 9. тока. Блок 44 контроля тока утечки включает два усилителя 47 и 48, два диода 49 и 50, компаратор 51, резистор 5? и потенциометр 53. Датчик 43 тока утечки включен между общей шиной 12 и общей точкой цепочки резисторов 45 и 46 датчика 9 тока, которая .соединена с входом одного усилителя 47, выходом через первый диод 49, включенный в прямом направлении, подключенного к первому входу компаратора

51, а через второй диод 50, включен ный в обратном направлении, — к второму входу компаратора 51, выходом че- . рез другой усилитель 48 соединенного с управляющим входом 54 блокирования преобразователя постоянного напряжения в переменное. Первый вход компаратора 51 через резистор 52, а второй

5 о согласующих усилителей получают соответственно напряжения

Пи Uã — — Пт — --+UK k где — — напряжение делителей 10 и 31

Нн

Ка напряжения;

K — коэффициент деления делителей 10 и 31 напряжения, величины резисторов которых выбраны одинаковыми;

Uj- — падение напряжения на резисторах 45 и 46, образующих датчик 9 тока.

На выходах первого 15 и второго 16 согласующих усилителей получают соответственно напряжения -UT и +От.

Для исключения влияния сигнала датчика 9 тока на сигнал обратной связи по напряжению указанные сигналы подаются на первый сумматор 29, причем сигналы с первого 15 ч второго 16 согласующих усилителей подаются через первый 25 и второй 26 компенсирующие резисторы. Величины сопротивлений этих резисторов равны и определяются по формуле R =KqRg, де R g — величина сопротивления масштабных резисторов

19-24. Таким образом, на неинвертирующий первый вход 37 первого сумматора 29 с выхода третьего согласующеУи

ro усилителя 17 подается сигнал --—

К

Ur, с выхода первого согласующего усилителя 15 — сигнал +Пт, а с выхода второго согласующего усилителя 16— сигнал -UT. На инвертирующий второй вход 38 первого сумматора 29 подаются

Ун следующие сигналы: — — +Ит — с выхода

К четвертого согласующего усилителя 18, +От — с выхода первого согласующего усилителя 15 и -UT — с. выхода второго согласующего усилителя .16. В результа-, те на выходе первого сумматора 29 получают истиный сигнал обратной связи по напряжению, величина которого равна:

Ue Ут Ua ПТ

U„=(— -U +Uò- — + — — Пт — — +

К К К Ка

2К

+UT) Кз= (Пн UT)

Kq

На инвертирующий первый вход 39 и неинвертирующий второй вход 40 второ го сумматора 30 поступают соответственно сигнал +U7 с выхода первого со- . гласующего усилителя 15 и сигнал -U с выхода второго согласующего, сили re5 159984 вход — через потенциометр 53 подключены к общей шине 12, Блок 5 управления источником включает задатчик 55, сумматор 56, генератор 57 треугольных импульсов, первый компаратор 58 .и ключевой элемент

59, осуществляющие времяимпульсную модуляцию напряжения, ширина импульса которого зависит от величины сигна-, fp ла обратной связи по напряжению, а амплитуда — от величины сигнала цепи обратной связи по току. Логический элемент НЕ 60 осуществляет управление ключевым элементом 61. Переключатель 62 режимов работы выбирает режим работы источника питания. Кроме того, блок 5 содержит активный фильтр

63, в состав которого входят повторитель 64 напряжения и операционный уси- 20 литель 65, на выходе которого получают напряжение, пропорцттональное мощности. Опорный элемент 66 необходим для задания величины стабилизации выходного параметра источника пита- 25 ния. Второй компаратор 67 управляет регулятором 2.

Усилитель 47, на вход которого напряжение подается с датчика 43 тока утечки (резистора), обеспечивает конт- 30 роль тока утечки. Диоды 49 и 50 необходимы для передачи положительного или отрицательного напряжения сигнала тока утечки на входы компаратора 51.

Потенциометр 53 задает уставку срабатывания компаратора 51. Усилитель 48 необходим для согласования работы компаратора 51, находящегося под низким потенциалом относительно корпуса, с . регулятором 2, находящимся под высоким потенциалом относительно корпуса.

Стабилизированный источник питания работает следующим образом.

При включении источника в сеть переменное напряжение подается на вы.прямитель 1. Выпрямленное и отфильтрованное напряжение поступает в регулятор 2, с выхода которого подается на преобразователь 32 постоянного напряжения в переменное. Полученное высокочастотное напряжение с вторичных обмоток 34 и 35 трансформатора 33 поступает на разнополярные выпрямители 13 и 14 с изолированными выходами.

Выходное напряжение выпрямителей 13 и

14 подается на первый 10 и второй 31делители напряжения, образующие датчик напряжения, и на датчик 9 тока. На выходах третьего 17 и четвертого 18

1599845 ля 16. На выходе второго сумматора 30 получают сигнал 2E„ пропорциональный току нагрузки. При стабилизациииощности сигнал обратной связи по напряжению с выхода первого. сумматора 29 подается

5 на вход сумматора 56 блока 5 управления.

К этому же входу подключен задатчик

55, с которого на вход сумматора 56 подается напряжение, равное амплитуд- 1р ному значению треугольного напряжения генератора 57 треугольных импульсов.

Выход сумматора 56 подключен к первому входу первого компаратора 58, к . второму входу которого подключен гене-15 ратор 57 треугольных импульсов. При однополярном сигнале обратной связи по напряжению на выходе первого компаратора 58 получают прямоугольные импульсы, длительность которых не за- 20 висит от амплитуды треугольного напряжения генератора 57. Полученные на выходе первого компаратора 58 прямоугольные импульсы управляют ключевым элементом 59 и через логический эле- 25 мент НЕ 60 дополнительным ключевым элементом 61. При замыкании ключевоФ го элемента 59 дополнительный ключевой элемент 61 размыкается. Сигнал обратной связи по току с выхода второ ð го сумматора 30 подается на вход первого ключевого элемента 59, с выхода которого через переключатель .62 режимов работы — сигнал поступает на вхоп повторителя 64 напряжения активного фильтра 63. Таким образом осуществляется времяимпульсная модуляция сигнала обратной связи по току. С выхода повторителя 64 напряжения сигнал подается на вход операционного усилите- 40 ля 65, на другой вход которого подается напряжение с опорного элемента 66. Повторитель 64 напряжения используется для обеспечения условия,, при котором входное сопротивление ак- 45 тивного фильтра 63 много больше сопротивления замкнутого ключевого элемента 59 и сопротивления обратной связи по току. В момент размыкания ключевого элемента 59 замыкается дополнитель-5р ный ключевой элемент 61. При этом шунтируется делитель напряжения между разомкнутым ключевым элементом 59 и входным сопротивлением активного фильтра 63. Благодаря этому на выходе активного фильтра 63 получают сигнал, пропорциональный мощности, рассеиваемой на нагрузке. При стабилизации выходного напряжения сигнал обратной связи по напряжению с выхода пер= ного сумматора 29 через переключатель 62 режимов работы поступает на вход активного фильтра 63, на другой вход которого подается напряжение с опорного элемента 64. На выходе активного фильтра 63 получается сигнал, пропорциональный выходному напряжению.

При стабилизации тока нагрузки сигнал обратной связи по току с выхода второго сумматора 30 через переключатель 62 режимов работы поступает на вход активного фильтра 63, на выходе которого получается сигнал, пропорциональный току нагрузки. Выход активного фильтра 63 подключен к первому входу второго компаратора 67, к второму входу которого подключен генератор 57 треугольных импульсов.

На выходе второго компаратора 67 получаются прямоугольные импульсы, длительность которых пропорциональна в зависимости от режима работы источника питания мощности, рассеиваемой на нагрузке, выходному напряжению или току нагрузки.

Прямоугольные импульсы с выхода второго компаратора 67 поступают на регулирующий элемент 3 регулятора 2, управляя его работой.

В случае появления тока утечки с одного из высоковольтных выводов источника питания на корпус на датчике

43 тока утечки (резисторе) появляется положительный или отрицательный сигнал относительно корпуса, который подается на вход усилителя 47. Для развязки положительного и отрицательного сигналов тока утечки, поступающих на входы компаратора 51, используют диоды 49 и 50. Сигнал с выхода компаратора 51 поступает на вход согласующего усилителя 48, обеспечивающего гальваническую развязку низковольтных цепей относительно корпуса цепи управления сигнала утечки от высоковольтных цепей источника питания. Сигнал с выхода согласующего усилителя 48 подается на преобразователь 32 постоянного напряжения в переменное. Если величина тока утечки превышает величину, задаваемую потенциометром 53, то преобразователь 32 постоянного напряжения в переменное прекращает работать.

При этом выходное напряжение источника снижается до нуля.

Использование изобретения позволяет получить высокостабилизированный

9 15998 источник питания на высокие напряжения с изолированными выходами и тремя режимами стабилизации выходных параметров - выходного напряжения, тока нагрузки или мощности, рассеиваемой на нагрузке. При этом обеспечиваются широкий диапазон регулирования выходных параметров на нагрузке, изменяющейся в широких пределах, безопасность оператора и надежность источника. Использование. таких источников с высокой надежностью в клинической практике гарантирует безопасность персонала и пациентов. 15

Формула изобретения

1. Стабилизированный источник питания, содержащий сетевой выпрями- 2О тель с фильтром, входом подключенный к входным .выводам, выходом — к входу регулятора, включающего последовательно соединенные регулирующий элемент и демодулятор, блок управления с вхо- 25 дами обратной связи по напряжению и току, выходом подключенный к управляющему входу регулятора, датчик тока, первый делитель напряжения, первым входом соединенный с одним выходным выводом, и общую шину, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения надежности, расширения диапазона регулированйя и увеличения коэффициента стабилизации по напряжению при иэо35 лированных выходных выводах, он снабжен двумя выпрямителями, четырьмя согласующими усилителями, шестью мас-штабными резисторами, четырьмя компенсирующими резисторами, двумя су а 40 торами, вторым делителем напряжения и преобразователем постоянного напряжения в переменное с высоковольтным трансформатором на выходе, имеющим две группы вторичных обмоток, подклю.ченных к входам выпрямителей, первый вход второго делителя напряжения соединен cдругим выходным выводом, однираз- нополярные выходы выпрямителей соединены с соответствующими выходными выводами, другие — с соответствующими выводами датчика тока и вторыми входами делителей напряжения, вход преобразователя постоянного напряжения в переменное .подключфн к выходу Регуля» у тора, кроме того, второй вход первого делителя напряжения через первый со45

l0 гласующий усилитель соединен с первым и вторым входами первого сумматора через первый компенсирующий и первый масштабный резисторы соответственно, а с первым входом второго сумматора — через второй масштабный резистор, второй вход второго делителя напряжения через второй согласующий усилитель соединен с первым и вторым входами первого сумматора через третий масштабный и второй компенсирующий.резисторы соответственно, а с вторым входом второго сумматора — через четвертый масштабный резистор, выход первого делителя напряжения через третий согласующий усилитель и пятый масштабный резистор соединен с первым входом первого сумматора, выход второго делителя напряжения через четвертый согласующий усилитель и шестой масштабный резистор соединен с вторым входом первого сумматора, первый вход первого сумматора и второй вход второго сумматора соответственно через третий .и четвертый компенсирующие резисторы подключены к общей шине, причем выходы первого и второго сумматоров соединены соответственно с входами обратной связи по напряжению и току блока управления.

2. Источник питания по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что он снабжен датчиком тока утечки и блоком контроля тока утечки, датчик тока выполнен в виде цепочки из двух последовательно соединенных резисторов, входами подключенной к выводам датчика тока, блок контроля тока утечки включает два усилителя, два диода, компаратор, резистор и потенциометр, датчик тока утечки включен между общей шиной и общей точкой цепочки резисторов датчика тока, которая соединена с входом одного усилителя, выходом через первый диод, включенный в прямом направлении, подключенного к первому входу компаратора, а через второй диод, включенный в обратном направлении, — к второму входу компаратора, выходом через другой усилитель соединенного с управляющим входом блокирования преобразователя постоянного напряжения в переменное, первый вход компаратора через резистор, а второй вход — через потенциометр подключены к общей шине.