Многозвенный стабилизатор напряжения

 

Союз Советскии

Соцмалмстмческмк

Реслублмк

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

954988 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 30.12.80 (2! ) 3225628/24-07 (51)M. Кл. с присоединением заявки №

С> 05 F 1/58

3ооударствеииый комитет (23) Приоритет по делам изобретеиий и открытий

О Убликовано 30.08.82. Бюллетень № 32 (53) УД К В" 1.318, .722. 1 (088.8) Дата опубликования описания 30.08.82

10. И. Конев, С, С. Букреев, А. Ф. Кадацкий, K. „Попянин, В. П. Скрипников и В. П. Панченко

Р (?2) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) МНОГОЗВЕННЫЙ СТАБИЛИЗА 1 ОР НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к эпектротехнике и может найти применение в радиоэпектронной, приборостроительной отраспи промышпенности в попупроводниковых стабипизаторах импупьсного действия, работа5 ющих при бопьших токах нагрузки„

Известен многозвенный стабипизатор . напряжения, в котором параппепьно вкпючен ряд регулирующих транзисторов, каж- дый из которых имеет свой ApoccelIb u обратный диод, коммутация транзисторов производится с некоторым сдвигом по фазе (11, Недостатком этого многозвенного стаt5 бипизатора напряжения явпяется критичность к технологическому разбросу параметров эпементов и их температурным изменениям, что приводит к неравномерному распределению токов между параппепь- п но работающими регупируюшими транзисторами, к увепичению пупьсаций выходного напряжения. Кроме того, здесь не обеспечена работоспособность многозвенного стабилизатора при подкпючении его фаз к нескопьким источникам питания с разпичными уровнями напряжений, не обеспечена регулировка выходного напряжения ца о ралпепьно вкпюченных ячеек без допопнитепьных построечных операций, а также критичен к перегрузке по мощности ипи короткому замыканию в цепи нагрузки.

Известна схема многозвенного стабипизатора напряжения, содержащая параппепьно подкпюченные через резистивные датчики тока сиповые ячейки, каждая из которых содержит усипитепь ошибки тока, регупируюший транзистор (21.

Недостатком данного технического решения является низкая надежность из а бопьшого копичества силовых ячеек, выход любой из которых приводит к нарушению работоспособности многозвенного стабилизатора напряжения, кроме того, ошибка контура регупирования тока суммируется с оши бкой контура ре гу пи рова ни я напряжения, что увеличивает нестабильность

954988 конденсатор подключен к обшей точке соединения вывода дпя подключения на-грузки и резисторных датчиков тока силовых ячеек, а через параллельно соединенные диод и резистор к обшей точке соединения резистора, другой вывод которого подкпючЕн.к резисторному датчику тока ведушей силовой ячейки и параллельной цепочки из резистора и диода, другой вывод которой подключен к обшей точке соединения резистора, другой вывод которого подключен к выходу порогового элемента и последовательно соединенных ста1 бипитронов, другой вывод которых подключен к общей точке соединения вывода для подключения нагрузки и резисторных датчиков тока сиповых ячеек, параллельно упомянутым стабилитронам подключен потенциометр установки максимально-Аопустимого тока нагрузки, средний вывод которого через резистор подключен к неинвертируюшему входу порогового элемента, выход которого подключен через диод к средней точке потенциометра установки выходного напряжения стаби-: лизатора. веет регулировку выходного напряжения без дополнительных подстроечных операций и защиту от перегрузки по току нагрузки HIIN короткого замыкания в цепи нагрузки.

Наиболее близким техническим решением к предпагаемому является много- 10 звенный стабилизатор напряжения, содержащий П силовых ячеек, из них одну ведушую и и -1 ведомых, параллельно подкшоченных к выходным выводам через резистивные датчики тока, каждая из ко- 15 торых содержит регулирующий элемент, включенный между входом и выходом силовой ячейки, усилитель постоянного тока, напряжения на нагрузке, уменьшает точность выравнивания тока параллельно работающих силовых ячеек и не обеспечивыходная цель которого связана с управляющим входом регупируюшего,элемента 20 через широтно-импульсный модулятор, а один из входов связан со средней точкой потенциометра установки выходного напряжения стабилизатора, источники питания по числу силовых ячеек, многофазный генератор, ка>кдый из выходов которого соединен с соответствуюшим широтно-импульсным модулятором каждой силовой ячейки, а каждая из ведомых силовых ячеек содержит дополнительно 30 усилитель ошибки тока и источник опорного напряжения, причем один из выходов усилителя сигнала ошибки тока каждой из ведомых силовых ячеек подключен к точке соединения резисторного датчика тока и фильтра этой же силовой ячейки, другой вход усилителя ошибки тока подключен к точке соединения резисторного датчика тока и фильтра ведушей сиповой ячейки, выход усилителя ошибки тока под-, „ ключен через потенциометр к отрицательному выводу источника опорного напряжеш я, положительный вывод которого подкп>очен к одному из выходных выводов стабилизатора, средний вывод потенциометра подключен к одному из входов уси- лителя постоянного тока, второй вход которого подключен к отрицательному выводу источника опорного напряжения (31.

Недостатком данного технического ре50 шения является низкая надежность при коротком замыкании в цепи нагрузки.

Пепь изобретения — повышение надежности при коротком замыкании в цепи нагрузки.

Указанная цепь достигается тем, что

55 в многозвенный стабилизатор напряжения введен пороговый блок, инвертируюший вход порогового элемента которого через На чертеже представпена функщтональная схема многозвенного стабилизатора напряжения.

Стабилизатор состоит из п источников 1 питания, нагрузки 2, многофазного генератора 3 с и выходами 4, и -силовых ячеек, из них одной ведущей силовой ячейки 5, и -1 ведомых силовых ячеек

6, как ведушая, так и ведомые силовые ячейки содержат усилитель 7 постоянного тока, широтно-импульсный модуляр 8, регулируюший транзистор 9, фильтр 10, реэисторный датчик 1 1 тока, резисторы

12 и 13. Кроме того, ведушая силовая ячейка содержит делитель выходного напряжения, состоящий из резисторов 14, 15 и потенциометра регулировки выходного напряжения 16, а каждая ведомая силовая ячейка содержит дополнительно усилитель 17 ошибки тока, резисторы 1820, конденсатор 21, потенциометр 22 установки тока, кроме того, стабилизатор содержит источники опорного напряжения; первый 23 и второй 24, которые обеспечиваются стабипитронами 25, 26 и резистором 27; пороговый блок 28, который состоит иэ порогового элемента 29, резисторов 30-34, потенциометра 35 установки максимально-допустимого тока нагрузки, диодов 36-38, стабипитронов

39, 40, конденсатора 41.

50

5 9549

Источники 1 и нагрузка 2 имеют одну обшую шину, другая шина источников 1 питания подключена к нагрузке через силовые ячейки 5, 6, в каждой силовой ячейке выход усилителя 7 постоянного то-5 ка подключен к широтно-импульсному модулятору 8, на второй вход которого пода-ется сигнал синхронизации с иного фазного задаюшего генератора 3, выходные сигналы 4 которого имеют сдвиг по фазе. Выход широтно-импульсного модулятора 8 соединен с регулируюшим транзистором, который через фильтр 10 и резисторный датчик 1 1 тока подключен к нагрузке.

Один из входов усилителя 7 постоянного тока ведушей силовой ячейки 5 лодкшочен к минусовой клемме второго источника 24 опорного напряжения через резистор 13, а другой вход через резистор 12 >0 подключен к средней точке лотенциометра

16 регулировки выходного напряжения, Пороговый элемент 29 пороговогс блока

28 неинвертируюшим входом подключен через резистор 30 к средней точке, 25 потенциометра 35 установки максимальноо-допустимого тока нагрузки, инвертируюшим входом подключен через конденсатор 41 к выводу для подключения нагрузки 2, а через последовательно соединен- 30 ные параллельную цепочку из резистора

31, диода 38 и резистора 32 к резисторному датчику 11 тока, выход порогового элемента 29 через диод 37 подключен к средней точке потенциометра 16 регули-з5 ровки выходного напряжения стабилизатора, а через резистор 34 и стабилизаторы 39, 40 к выводу дпя подключения нагрузки 2, Многозвенный стабилизатор работает следуюшим образом.

В установившемся режиме многофазный генератор 3 подает с выходов 4 управляюшие сдвинутые по фазе напряжения на широтно-импульсные модуляторы 8 силовых ячеек 5, 6, что позволяет производить коммутацию регулирующих транзисто-. ров не одновременно, а с некоторым требуемым сдвигом по фазе.

При изменении тока ведушей силовой ячейки 5 по каким-либо причинам изменяется напряжение на резисторном датчике 11 тока, что приводит к появлению на входах усилителей 17 ошибки тока всех ведомых силовых ячеек 6 сигнала ошибки (разности тока ведущего канала и тока каждого канала начиная со второ-. го по ц -й), который после усиления по88 6 дается через потенциометр 22 установки . тока на вход усилителя 7 постоянного тока каждой ведомой силовой ячейки. Выходной сигнал этого усилителя 7 вызывает изменение коэффициента заполнения импульсов широтно-импульсного модулятора

8 таким образом, чтобы ликвидировать отклонение тока в ведущей силовой ячейке 5 и тока в ведомых силовых ячейках 6, Так, например, при увеличении (уменьшении) тока в ведущей силовой .ячейке при постоянном выходном напря- жении ток в ведомых силовых ячейках 6 также будет увеличиваться (уменьшаться), Таким образом, каждая ведомая силовая ячейка всегда стремится повторить величину тока, протекаемого в ведушей силовой ячейке 5. Потенцометром 22 установки тока ведомой силовой ячейки 6 можно устанавливать как равным току ведушей силовой ячейки 5, ток и в любых требуемых пропорциях. При выравнивании токов в силовых ячейках 5 и 6 сигналы на входе усилителей 17 откпонения тока стремятся к нулю, сводя к нулю и их воздействия ла режим работы силовых ячеек.

В случае изменения напряжения на нагрузке 2 появляется сигнал ошибки на входе усилителя 7 постоянного тока ведушей силовой ячейки 5. Сигнал ошибки, усиленный усилителем 7, воздействует на широтно-импульсный модулятор 8, изменения его коэффициент заполнения таким образом, чтобы ликвидировать изменение напряжения на нагрузке, при этом ведомые силовые ячейки 6 будут работать аналогично описанному. (Ъ

Подключение делителя напряжения, состояшего из резисторов 14, 15 и потенциометрс 16, непосредственно к клеммам нагрузки 2 обеспечивает получение на нагрузке напряжения с любой заданной точностью, В случае выхода из строя любой ведомой силовой ячейки многозвенный стабилизатор сохраняет работоспособность, при этом величина тока, которую должна была отдавать в общую нагрузку вышедшая из строя силовая ячейка, поровну распреде ляется на работоспособные си ловые ячейки.

Автономность контуров регулирования тока и напряжения обеспечивает получение любой заданной точки стабилизации выходного напряжения и точности выравнивания токов параллельно работаюших источников питания как с одинаковыми выходными пряжения на неинвертируюшем входе, опредепяемого потеHIIHQMc ТроМ 35.

Это приводит к переключению порогового элемента 29 и появлению на его выходе высокого уровня. напряжения. Диод 37 закрывается и пороговый элемент

29 не оказывает влияние на усилитель 7 постоянного тока, что обеспечивает включение многозвенного стабилизатора напряжения. При этом если перегрузка или короткое замыкание в цепи нагрузки ликвидированы, то стабилизатор обеспечивает необходимые параметры на выходе, если же перегрузка по току нагрузки не ликвидирована, то пороговый блок 28 отключит многозвенный стабилизатор напряжения аналогично описанному

Таким образм, пороговый блок 28 при перегрузке ипи коротком замыкании в цепи нагрузки многозвенного стабилизатораа напряжения периодически дает команду на включение. Периодичность включения пропорциональна величинам конденсатора 41 и резистора 31.

Проведенные исследования показали, что предлагаемый многозвенный стабилизатор напряжения обладает по сравне-, нию с сушествуюшими, следуюшими преимуществами: повышает надежность стабилизатора при перегрузке или коротком замыкании в цепи нагрузки эксплуатируемого многозвенного импульсного стабилизатора; повышает технологичность при настройке многозвенного стабильного наIIPII RP H HII.

Многозвенный стабилизатор напряжения, содержаший и силовых ячеек, из них одну ведушую и н -1 .ведомых, параллельно подключенных к выходным выводам через резисторные датчики тока, каждая из которых содержит регулирую7 95498 напряжениями, так и с отличающимися.

Частным случаем является работа многозвенного стабилизатора напряжения от одного источника. При нормальной работе стабилизатора, когда ток нагрузки не пре- g

Вышает максимально —,допустимого, H8 Ко торый спроектирован стабилизатор напряжения, напряжение на инвертируюшем входе порогового элемента 29, определяемое делителем из резисторов 32, 33, мень- IÎ

Ше напряжения на неинвертируюшем входе порогового элемента 29, определяемого установкой среднего вывода потенциометра 35. Уровень напряжения на выходе лоро ового элемента 29 при этом высокий, 15 диод 37 закрыт и пороговый блок 28 на работу стабилизатора влияния не оказывает.

При превышении тока нагрузки максимально-допустимого значения, на которое спроектирован стаби пизатор и ли огреде пенным другими эксплуатационными требованиями, напряжение на датчике 11 тока ве- . домой силовой ячейки увеличится, увеличится и напряжения на инвертируюшем 2

I входе порогового элемента 29, которое превысит напряжение на неинвертируюшем входе. Это приводит к появлению на выходе порогового элемента 29 низкого уровня напряжения, который с одной стороны щ обеспечивает через диод 37 низкуй уровень напряжения на входе усилителя постоянного тока ведушей силовой ячейки 5, с другой стороны обеспечивает низкий уровень напряжения через потенциометр 35 на неинвертируюшем входе порогового элемента 29.

Обеспечение низкого уровня напряжения на входе усилителя 7 постоянного тока, связанного через резистор 12 со средней точкой потенциометра 16 и черед диод 37 с выходом поргового элемента

29, позволяет через широтно-импульсный модулятор 8 полностью .закрыть регупируюший элемент 9 ведушей силовой ячейки. Это приводит к пропаданию напряжения на резисторном датчике 1 1 тока ведушей силовой ячейки, регулируюшие элементы 9 ведомых силовых ячеек 6 при этом также закрываются и ток нагрузки 2 становится равным нулю.

Однако пропадание тока и напряжения на резисторном датчике 1 1 тока ведушей силовой ячейки не приводит к изменению состояния на выходе порогового элемен та 2 9 (низкого уровня напряжения), так как напряжение на инвертируюшем входе порогового элемента 29 (иэ-за невозможности мгновенного изменения напря8 8 жешля на конденсаторе 41 ) выше напряжения на неинвертируюшем входе порогового элемента 29. При этом конденсатор

41 перезаряжается через резистор 31, диод 36, стремясь к напряжению, определяемому напряжением стабилизации стабилитрона 39 и прямым падением напряжения стабилитрона 40. . Через интервал времени, пропорциональный произведению величины конденсатора 41 и резистора 31, напряжение на инвертируюшем входе порогового элемента 29 достигает значения, меньшего наФормула изобретения

9 9549 ший элемент, вкпюченный между входом и выходом синовой ячейки, усипитепь постоянного тока, выходная цепь которого связана с управпяюшим входом регупируюшего эпемента через широтно-импупьсный модулятор, а один из входов связан со средней точкой потенциометра установки выходного напряжения стабипизатора, источники питания по чиспу синовых ячеек, многофазный генератор, каждый из 10 выходов которого соединен с соответствующим широтно-импупьсным модупятором каждой синовой ячейки, а каждая из ведомых силовых ячеек содержит допопнитепьно усипитепь ошибки тока и источник 15 опорного напряжения, причем один из входов усилителя ошибки тока каждой из ведомых силовых ячеек подключен к точке соединения резисторного датчика тока и фильтра этой же сиповой ячейки, другой вход ?0 усипитепя ошибки тока подкпючен к точке соединения резисторного датчика тока и фипьтра ведущей синовой ячейки, вход усипитепя ошибки тока подключен через потенциометр к Q pHUBTetlbHoMy BbIBoAy uc23 точника опорного напряжения, попожитепьный вывод которого подключен к одному иэ выходных выводов стабипизатора, средний вывод потенциометра подкпючен к одному иэ входов усипитепя постоянного 3Q тока, второй вход которого подкпючен к отрицатепьному выводу источника опорного напряжения, о т и и ч а ю шийся тем, что, с цепью повышения надежности при коротком замыкании s цепи нагрузки, введен пороговый блок, инвертируюший

88 вход порогового эпемента которого через конденсатор подключен к общей точке соединения вывода дпя подкшачения нагрузки и резисторных датчиков тока синовых ячеек, а через параппельно соединенные диод и резистор к обшей точке соединения резистора, другой вывод которого подключен к резисторному датчику тока ведущей силовой ячейки и параплепьно цепочки из резистора и диода, другой вывод которой подкпючен к обшей точке соединения резистора, другой выход которого подключен к выходу порогового эпемента, и поспедовательно соединенных стастабипитронов, другой вывод которых подключен к обшей точке соединения вывода дпя подключения нагрузки и резисторных датчиков тока синовых ячеек, параппепьно упомянутым стабилитронам подкпючен потенциометр установки максимапьно-допустимого тока нагрузки, средний вывод которого через резистор подключен к неинвертирующему входу порогового эпеменФ та, выход которого подкпючен через диод к средней точке потенциометра устйновкй выходного напряжения стабилизатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N. 332277446622, кп. С 05 F 1/56, 1970.

2. Авторское свидетепьство СССР

% 451987, кп. 5 05 Г 1/56, 1974, 3. Авторское свидетепьство СССР по заявке М 2742111/24-07, 28.03.79.

954988

I c

Т

Составитель О. МещерЯкова

Редактор А. Мотыль ТехредМ. Надь .Корректор Н. Коропь

Заказ 6434/50 Тираж 914 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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