Вторичный источник питания

Изобретение относится к электротехническим комплексам и предназначено для наземных испытаний бортового электрооборудования автономных объектов, в частности космических аппаратов. Техническим результатом от использования изобретения является сохранение работоспособности источника при внезапном отказе непрерывного регулирующего элемента (НРЭ) и возможность устранения аварийной ситуации. Вторичный источник питания содержит последовательно соединенные импульсный (ИРЭ) и непрерывный регулирующие элементы, первый датчик напряжения между выходом НРЭ и общим проводом, подключенный выходом к вычитающему входу первого управляющего устройства, к суммирующему входу последнего присоединен источник опорного напряжения; второй датчик напряжения, первый вход которого подключен к выходу импульсного регулирующего элемента, а выход подключен к вычитающему входу второго управляющего устройства (УУ), и резистор дежурной нагрузки. Новым является то, что в устройство введены третий и четвертый датчики напряжения, третье, четвертое и пятое УУ, параллельно соединенные управляемый ключ и коллекторный резистор, транзистор, диодный блок, тиристорный ключ и развязывающий диод, причем параллельно соединенные управляемый ключ и резистор одним узлом присоединены к выходу НРЭ, а другим узлом к коллектору транзистора, эмиттер которого через резистор дежурной нагрузки присоединен к общему проводу, к коллектору транзистора присоединены второй вход второго датчика напряжения и первый вход четвертого датчика напряжения, второй вход которого присоединен к общему проводу, а выход - к вычитающему входу пятого УУ, к суммирующему входу которого подключен катодный узел диодного блока, выход пятого УУ подключен к базе транзистора, анодный узел диодного блока подключен к выходу источника опорного напряжения, первый вход третьего датчика напряжения подключен к выходу ИРЭ, второй вход этого датчика подключен к выходу HP, а выход третьего датчика напряжения через фильтр подключен ко входам третьего и четвертого УУ, выход четвертого УУ подключен ко входу управления ключа, а выход третьего УУ подключен ко входу управления тиристорного ключа, анодный узел которого подключен к выходу ИРЭ, а катодный узел ко входу управления НРЭ, к этому же входу через развязывающий диод подключен выход первого УУ. 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехническим комплексам и предназначено для наземных испытаний бортового электрооборудования автономных объектов, в частности космических аппаратов.

Известен вторичный источник питания (авторское свидетельство SU №1285457, кл. G06G 7/48), содержащий последовательно соединенные непрерывный стабилизатор напряжения и импульсный стабилизатор напряжения. Источник предназначен для воспроизведения нелинейных характеристик.

Наиболее близким к изобретению является вторичный источник питания (Коренев С. Мощный лабораторный блок питания с повышенным КПД / С. Коренев // Радио, 2004, 3, с.35), содержащий последовательно соединенные импульсный регулирующий элемент (ИРЭ) и непрерывный регулирующий элемент (НРЭ), первый датчик напряжения (ДН) между выходом НРЭ и общим проводом, подключенный выходом к вычитающему входу первого управляющего устройства (УУ), к суммирующему входу последнего присоединен источник опорного напряжения; второй датчик напряжения, выход которого подключен к вычитающему входу второго УУ, и резистор дежурной нагрузки.

Недостатком такого источника является создание аварийной ситуации для потребителя при отказе НРЭ или первого УУ. При насыщенном (замкнутом) НРЭ напряжение на выходе НРЭ нарастает до максимального напряжения ИРЭ, т.к. на вычитающий вход второго УУ со второго датчика напряжения поступает нулевое напряжение. При закрывании (размыкании) НРЭ выходное напряжение стремится к нулю. Для бортовых потребителей электроэнергии внезапное пропадание напряжения может вызвать аварийную ситуацию, связанную с нарушением алгоритма выключения потребителя.

Задачей, решаемой изобретением, является сохранение работоспособности (повышение живучести) источника при внезапном отказе НРЭ.

Поставленная задача решается тем, что во вторичный источник питания, содержащий последовательно соединенные импульсный и непрерывный регулирующие элементы, первый датчик напряжения между выходом НРЭ и общим проводом, подключенный выходом к вычитающему входу первого управляющего устройства, к суммирующему входу последнего присоединен источник опорного напряжения; второй датчик напряжения, первый вход которого подключен к выходу импульсного регулирующего элемента, а выход подключен к вычитающему входу второго УУ, и резистор дежурной нагрузки, согласно изобретению введены третий и четвертый датчики напряжения, третье, четвертое и пятое УУ, параллельно соединенные управляемый ключ и коллекторный резистор, транзистор, диодный блок, тиристорный ключ и развязывающий диод, причем параллельно соединенные управляемый ключ и резистор одним узлом присоединены к выходу НРЭ, а другим узлом к коллектору транзистора, эмиттер которого через резистор дежурной нагрузки присоединен к общему проводу, к коллектору транзистора присоединены второй вход второго датчика напряжения и первый вход четвертого датчика напряжения, второй вход которого присоединен к общему проводу, а выход - к вычитающему входу пятого УУ, к суммирующему входу которого подключен катодный узел диодного блока, выход пятого УУ подключен к базе транзистора, анодный узел диодного блока подключен к выходу источника опорного напряжения, первый вход третьего датчика напряжения подключен к выходу ИРЭ, второй вход этого датчика подключен к выходу HP, а выход третьего датчика напряжения через фильтр подключен ко входам третьего и четвертого УУ, выход четвертого УУ подключен ко входу управления ключа, а выход третьего УУ подключен ко входу управления тиристорного ключа, анодный узел которого подключен к выходу ИРЭ, а катодный узел ко входу управления НРЭ, к этому же входу через развязывающий диод подключен выход первого УУ.

Техническим результатом изобретения является поддержание выходного напряжения вторичного источника на заданном уровне требуемое методикой испытаний время.

На чертеже представлена структурная схема заявляемого источника питания.

Вторичный источник питания содержит импульсный регулирующий элемент 1, непрерывный регулирующий элемент 2, первое 3, второе 4, третье 5, четвертое 6, пятое 7 управляющие устройства, первый 8, второй 9, третий 10, четвертый 11 датчики напряжения (ДН), фильтр 12, параллельно соединенные управляемый ключ 13 и коллекторный резистор 14, транзистор 15, резистор 16 дежурной нагрузки, диодный блок 17, состоящий из последовательно соединенных диодов, тиристорный ключ 18, источник опорного напряжения 19 и развязывающий диод 20.

Импульсный регулирующий элемент 1, к управляющему входу которого подключен выход второго управляющего устройства 4, совместно со вторым датчиком напряжения 9, первый вход которого подключен к выходу ИРЭ, а выход подключен к вычитающему входу второго УУ, образуют импульсный стабилизатор разности напряжений U₁-U_К, измеряемой вторым датчиком напряжения 9.

Непрерывный регулирующий элемент 2, к управляющему входу которого через развязывающий диод 17 подключен выход первого УУ 3, совместно с первым датчиком напряжения 8, первый вход которого подключен к выходу НРЭ, второй вход к общему проводу, а выход подключен к вычитающему входу первого УУ 3, образуют непрерывный стабилизатор напряжения U₂, которое задается источником опорного напряжения 19, присоединенным к суммирующему входу первого управляющего устройства 3.

Параллельно соединенные управляемый ключ 13 и резистор 14 одним узлом присоединены к выходу НРЭ, а другим узлом к коллектору транзистора 15, эмиттер которого через резистор 16 дежурной нагрузки присоединен к общему проводу, к коллектору транзистора 15 присоединены второй вход второго датчика напряжения 9 и первый вход четвертого датчика напряжения 11, второй вход которого присоединен к общему проводу, а выход - к вычитающему входу пятого устройства управления 7, к суммирующему входу которого подключен катодный узел диодного блока 17, выход пятого управляющего устройства 7 подключен к базе транзистора 15, анодный узел диодного блока 17 подключен к выходу источника опорного напряжения 19, третий датчик напряжения 10 подключен первым входом к выходу ИРЭ 1, вторым входом к выходу НРЭ 2, а выход третьего датчика 10 через фильтр 12 подключен ко входам третьего 5 и четвертого 6 УУ, выход четвертого управляющего устройства 6 подключен ко входу управления ключа 13, а выход третьего управляющего устройства 5 подключен ко входу управления тиристорного ключа 18, анодный узел которого подключен к выходу ИРЭ, а катодный узел ко входу управления НРЭ, к этому же входу через развязывающий диод 20 подключен выход первого управляющего устройства 3.

Вторичный источник питания работает следующим образом.

В штатном режиме напряжение на выходе третьего датчика 10 напряжения больше уровня срабатывания (порогового) УУ 6 и меньше порогового уровня УУ 5, управляемый ключ 13 замкнут, а тиристорный ключ 18 разомкнут.

Напряжение на выходе второго датчика 9 в общем случае пропорционально сумме напряжений

где: U₁ - выходное напряжение ИРЭ, U₂ - выходное напряжение НРЭ, U_К - напряжение на коллекторе транзистора 15, К₉ - коэффициент передачи второго датчика напряжения 9.

При замкнутом ключе 13 напряжения U₂ и U_К равны, поэтому напряжение U₉ пропорционально падению напряжения на НРЭ

Поскольку U₉ является напряжением обратной связи для импульсного стабилизатора напряжения, то ИРЭ поддерживает постоянным падение напряжения U_СТ=U₁-U₂ на НРЭ

и НРЭ работает в штатном режиме, стабилизируя напряжение U₂.

При внезапном отказе НРЭ возможны две ситуации: НРЭ замкнут и НРЭ разомкнут. Рассмотрим каждую ситуацию в отдельности.

Ситуация 1. При замкнутом НРЭ напряжения U₁ и U₂ практически равны, поэтому напряжение на выходе третьего ДН 10 становится меньше порогового уровня четвертого УУ 6, управляемый ключ 13 размыкается и напряжение U₉, в соответствии с (1), становится равным

U₉=K₉(U₁-U_K).

В свою очередь

U₁=U_K+U_СТ.

В данном случае U₁=U₂, поэтому для обеспечения доаварийного уровня U_2N необходимо уменьшить U₁ до величины U_2N путем уменьшения U₉. Приравнивая U₁=U_2N, получим, что величина U_K, требуемая для того, чтобы величина U₁ стала равной U_2N, имеет вид

где U_2N - доаварийный уровень напряжения U₂.

Для сохранения требуемой (4) величины U_К транзистор 15 совместно с четвертым датчиком напряжения 11 и пятым УУ 7 образует стабилизатор напряжения U_K. Напряжение U_K измеряется четвертым датчиком напряжения 11 и сравнивается с задающим напряжением U₁₇, равным разности опорного напряжения источника 19 и падения напряжения U_Д на диодном блоке 17

U₁₇=U₁₉-U_Д.

Пятое УУ 7 изменяет состояние транзистора 15 таким образом, что

U_K=U₁₇/K₁₁,

где К₁₁ - коэффициент передачи четвертого датчика напряжения 11.

Зная U_K и К₁₁, можно рассчитать требуемое значение U₁₇, U_Д и число диодов в диодном блоке 17.

При регулировании в широком диапазоне выходного напряжения U₂ НРЭ путем изменения опорного напряжения U₁₉ для обеспечения условия (4) должны быть примерно равны коэффициенты передач первого и четвертого датчиков напряжения 8 и 11. Требуемые величины напряжений U₁₇ и U_K обеспечиваются подбором числа последовательно включенных диодов в диодном блоке 17.

Ситуация 2. При разомкнутом НРЭ напряжение на выходе третьего ДН 10 становится больше порогового уровня третьего УУ 5, тиристорный ключ 18 замыкается, на управляющий вход НРЭ подается большое открывающее напряжение, развязывающий диод 20 запирается, НРЭ 2 входит в состояние насыщения (замыкается) и работа источника происходит подобно ситуации 1.

Фильтр 12 служит для временной задержки и подавления помех, чтобы исключить ложные срабатывания ключевых устройств.

Таким образом, при замыкании или размыкании НРЭ напряжение на выходе НРЭ остается примерно на том же уровне, что и в штатном режиме, потому что функцию стабилизации напряжения U₂ принимает на себя ИРЭ.

В целом все введенные изменения позволяют сохранить работоспособность (повысить живучесть) вторичного источника при внезапном отказе непрерывного регулирующего элемента и тем самым устранить аварийную ситуацию при испытаниях бортового электрооборудования автономных объектов.

Вторичный источник питания, содержащий последовательно соединенные импульсный (ИРЭ) и непрерывный (НРЭ) регулирующие элементы, первый датчик напряжения между выходом НРЭ и общим проводом, подключенный выходом к вычитающему входу первого управляющего устройства (УУ), к суммирующему входу последнего присоединен источник опорного напряжения; второй датчик напряжения, первый вход которого подключен к выходу импульсного регулирующего элемента, а выход подключен к вычитающему входу второго устройства управления ИРЭ, и резистор дежурной нагрузки, отличающийся тем, что дополнительно введены третий и четвертый датчики напряжения, третье, четвертое и пятое устройства управления, параллельно соединенные управляемый ключ и коллекторный резистор, транзистор, диодный блок, тиристорный ключ и развязывающий диод, причем параллельно соединенные управляемый ключ и резистор одним узлом присоединены к выходу НРЭ, а другим узлом к коллектору транзистора, эмиттер которого через резистор дежурной нагрузки присоединен к общему проводу, к коллектору транзистора присоединены второй вход второго датчика напряжения и первый вход четвертого датчика напряжения, второй вход которого присоединен к общему проводу, а выход - к вычитающему входу пятого устройства управления, к суммирующему входу которого подключен катодный узел диодного блока, выход пятого устройства управления подключен к базе транзистора, анодный узел диодного блока подключен к выходу источника опорного напряжения, первый вход третьего датчика напряжения подключен к выходу ИРЭ, второй вход этого датчика подключен к выходу НРЭ, а выход третьего датчика напряжения через фильтр подключен к входам третьего и четвертого управляющих устройств, выход четвертого управляющего устройства подключен ко входу управления ключа, а выход третьего управляющего устройства подключен к входу управления тиристорного ключа, анодный узел которого подключен к выходу ИРЭ, а катодный узел ко входу управления НРЭ, к этому же входу через развязывающий диод подключен выход первого управляющего устройства.