Стабилизированный источник питания

(51)5 С 05 Г 1/56 СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИ И ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ л ж 1 напря - 18, и 30,ции вых ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ЛИТАНИЯ(57) Изобретение относится к вторичным источникам электропитания. Цельизобретения - повышение надежности,расширение диапазона регулированияи увеличение коэффициента стабилизапо напряжению при изолированныходных выводах - достигается тем,что в источник введены преобразователь 32 постоянного напряжения в переменное, трансформатор 33, выпрямитеи 13 и 14, второй делитель 3 ения, согласующие усилителипервый и второй сумматоры 29блок 44 контроля тока утечки. Выходные выводы 11 и 36 изолированы от общей шины 12 и подключены к первым вхо дам делителей 10 и 31. На выходах пер вого и второго сумматоров 29 и 30 формируются сигналы обратной связи по напряжению и току для входов б и 7 блока 5 управления источником. В зави симости от положения переключателя 62 режимов работы источник обеспечивает на выходных выводах 11 и 36 стабилиза цию 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 э.п. ф-лы, 1 ил.Изобретение относится к электротехнике, в частности к вторичным ис-,точникам питания, предназначенным длястабилизации тока, напряжения или мощ 5ности на нагрузке, изменяющейся в ши-,роких пределах, и может быть использовано в различных областях науки и тех ники, где требуются стабилизированныеисточники питания, например для пода Очи напряжения на камеру деления прибора для изо 1 ахоФореза.ФЦель изобретения - повышение, надежности, расширение диапазона регулиро 3вания и увеличение коэФФициента стабилизации по напряжению при изолированных выходных выводах.На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого стабилизированного источника питания,Стабилизированный источник питаниясодержит сетевой выпрямитель 1 сФильтром, входом подключенный к входным выводам, выходом - к входу регулятора .2, включающего последовательно соединенные регулирующий элемент 3и демодулятор 4, блок 5 управления свходами 6 и 7 обратной связи по напряжению и току, выходом 8 подключенный к управляющему входу регулятора 2,датчик 9 тока, первый делитель 10 напряжения, первым входом соединенныйс одним выходным выводом 11, общуюшину 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 преобразователь 32 постоянного напряжения в переменное с высоковольтным трансФорматором 33 на выходе, имеющим две группы 34 и 35 вторичных обмоток, подключенных к входам выпрямителей 13 45и 14. Первый вход второго делителя 31напряжения соединен с другим выходнымвыводом 36. Одни разнополярные выходывыпрямителей 13 и 14 соединены с соответствующими Выходньми Выводамн 11и 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 квыходу регулятора 2. Кроме того,второй вход первого делителя 10 напряжения через первый согласующийусилитель 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 21 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 выводам датчика 9. тока. Блок 44 контроля тока утечки включает два усилителя 47 и 48, два диода 49 и 50, компаратор 51, резистор 52 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 второй5осогласующих усилителейполучают соответственно напряженияПи 1 гЦТе +ЦКагде -- напряжение делителей 10 и 31ИнКанапряжения;К - коэЯициент деления делителей 10 и 31 напряжения, величины резисторов которыхвыбраны одинаковыми;У - падение напряжения на резисторах 45 и 46, образующихдатчик 9 тока.На выходах первого 15 и второго 16 согласующих усилителей получают соответственно напряжения -0 т 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 Я=КК, где К и - величина сопротивления масштабных резисторов 19-24. Таким образом, на неинвертирующий первый вход 37 первого сумматора 29 с выхода третьего согласующеУи го усилителя 17 подается сигнал -К 0 т, с выхода первого согласующего усилителя 15 - сигнал +Пт, а с выхода второго согласующего усилителя 16 - сигнал -Пт. На инвертирующий второй вход 38 первого сумматора 29 подаютсяУнследующие сигналы; -- +И - с выходаКчетвертого согласующего усилителя 18, +От - с выхода первого согласующегоусилителя 15 и -0 Т - с. выхода второгосогласующего усилителя 16. В результа-, те на выходе первого сумматора 29 получают истиный сигнал обратной связи по напряжению, величина которого равна:ж Ьа Ут Ун ПТПй=( -т+ПТ- - + -- ПТ- +кк к к2 К+ОТ) КУ= - Жн ПТ)КНа инвертирующий первый вход 39 и неинвертирующий второй вход 40 второ 1 го сумматора 30 поступают соответственно сигнал +От с выхода первого со- . гласующего усилителя 15 и сигнал -Пс выхода второго согласующего 1 силите 5 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-, 10 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 Аипьтр 63, в состав которого входят повторитель 64 напряжения и операционный уси литель 65, на выходе которого получают напряжение, пропорциональное мощности, Опорный элемент 66 необходим для задания величины стабилизации выходного параметра источника пита ния. Второй компаратор 67 управляет регулятором 2.Усилитель 47, на вход которого напряжение подается с датчика 43 тока утечки (резистора), обеспечивает конт 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 высо ким потенциалом относительно корпуса.Стабилизированный источник питания работает следующим образом.При включении источника в сеть переменное напряжение подается на выпрямитель 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 напряжениевыпрямителей 13 и 14 подается на первый 10 и второй 31 делители напряжения, образующие датчикнапряжения, и на датчик 9 тока. Навыходах третьего 17 и четвертого 18ля 16. На выходе второго сумматора 30получают сигнал 2 Нт,пропорциональныйтоку нагрузки. При стабилизациииощности сигнал обратной связи по напряжениюс выхода первого. сумматора 29 подается5на вход сумматора 56 блока 5 управления.К этому же входу подключен задатчик55, с которого на вход сумматора 56подается напряжение, равное амплитуд Оному значению треугольного напряжениягенератора 57 треугольных импульсов.Выход сумматора 56 подключен к перво"му входу первого компаратора 58, к . второму входу которого подключен гене.15ратор 57 треугольных импульсов. Приоднополярном сигнале обратной связипо напряжению на выходе первого компаратора 58 получают прямоугольныеимпульсы, длительность которых не зависит от амплитуды треугольного напряжения генератора 57. Полученные навыходе первого компаратора 58 прямоугольные импульсы управляют ключевымэлементом 59 и через логический элемент НЕ 60 дополнительным ключевымэлементом 61. При замыкании ключевого элемента 59 дополнительный ключевой элемент 61 размыкается. Сигналобратной связи по току с выхода второ"30го сумматора 30 подается на вход первого ключевого элемента 59, с выхода которого через переключатель,62 режимов работы - сигнал поступает на вход 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 ля 65, на другой вход которого подается напряжение с опорного элемента 66, Повторитель 64 напряжения используется для обеспечения условия, , при котором входное сопротивление ак тивного Фильтра 63 много больше сопротивления замкнутого ключевого элемента 59 и сопротивления обратной связи по току. В момент размыкания ключевого элемента 59 замыкается дополнительный 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 перного сумматора 29 через переключатель 62 режимов работы поступает навход активного фильтра 63, на другойвход которого подается напряжение сопорного элемента 64, На выходе активного Фильтра 63 получается сигнал,пропорциональный выходному напряжению.При стабилизации тока нагрузкисигнал обратной связи по току с выхода второго сумматора 30 через переключатель 62 режимов работы поступаетна вход активного фильтра 63, на выходе которого получается сигнал, пропорциональный току нагрузки. Выходактивного Фильтра 63 подключен к первому входу второго компаратора 67, квторому входу которого подключен генератор 57 треугольных импульсов.На выходе второго компаратора 67 получаются прямоугольные импульсы, длительность которых пропорциональна взависимости от режима работы источника питания мощности, рассеиваемой нанагрузке, выходному напряжению илитоку нагрузки,Прямоугольные импульсы с выходавторого компаратора 67 поступают нарегулирующий элемент 3 регулятора 2,управляя его работой.В случае появления тока утечки содного из высоковольтных выводов источника питания на корпус на датчике43 тока утечки (резисторе) появляетсяположительный или отрицательный сиг"нал относительно корпуса, который подается на вход усилителя 47, Для развязки положительного и отрицательногосигналов тока утечки, поступающих навходы 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 высоковольтныхцепей 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 высокостабилизированный9 15998 источник питания на высокие напряжения с изолированными выходами и тремя режимами стабилизации выходных пара" метров - 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 источ" ника. Использование, таких источников с высокой надежностью в клинической практике гарантирует безопасность персонала и пациентов, 15Формула изобретения1. Стабилизированный источник питания, содержащий сетевой выпрями тель с фильтром, входом подключенный к входным .выводам, выходом - к входу регулятора, включающего последовательно соединенные регулирующий элемент и демодулятор, блок управления с нхо 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 ющ и й с я тем, что, с целью повышения надежности, расширения диапазона регулированйя и увеличения коэфФициента стабилизации по напряжению при иэо 35 лированных выходных выводах, он снабжен двумя выпрямителями, четырьмя согласующими усилителями, шестью масштабными резисторами, четырьмя компенсирующими резисторами, двумя суммаО 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 с другим 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 .подключен к выходу Регулятора, кроме того, второй вход первого делителя напряжения через первый со 45гласующий 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 нход второго сумматора соответственно черезтретий .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 щ и й с я тем, что он снабжен датчиком тока утечки и блоком контроля тока утечки, датчик тока выполнен в виде цепочки из двух последонательно соединенных резисторов, входами подключенной к выводам датчика тока, блок контроля тока утечки включает дна усилителя, дна диода, компаратор, резистор и потенциометр, датчик тока утечки включен между общейшиной и общей точкой цепочки резисторов датчика тока, которая соединена с нходом одного усилителя, выходомчерез первый диод, включенный н 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.