Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ъъ. Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл.З Я 05 Р 1/58 с присоединением заявки Но(23) Приоритет Государственный комитет СССР яо делам изобретеиий и открытий(54) СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ЗАЩИТОЙ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты электронной аппаратуры, питаемой высоким напряжением.Известен высоковольтный источник 5 питания с защитой от перегрузки по току, который содержит. источник не- регулируемой мощности постоянного тока, выход которого через регулятор напряжения соединен с преобраэова- . 1 О телями напряжения, к выходу которого подключен вход умножителя напряжения и вход детектора перегрузки, выполненного на операционном усилителе.При этом вход детектора перегрузки соединен с входом умножителя через диод, который преобразует переменное напряжение с выхода преобразователя в постоянное напряжение, эквивалентное току нагрузки устройства. Выход Я детектора перегрузки через диод сое.динен с управляющим электродом тиристора, выключающего и эакорачивающего выход регулятора и вход преобразователя напряжения при перегрузках." 25 При,превышении максимального значения тока нагрузки с выхода преобразователя напряжения на вход детектора При сигнале перегрузки большем опорного напряжения, на выходе детек тора перегрузки формируется командазапуска тиристора, подаваемая на егоуправляющий электрод и переводящаяего во включенное состояние. Это приводит к соединению входа управлениярегулятора напряжения и его выходачерез диоды с корпусом устройства,что соответствует выключенному сдстоянил регулятора Напряжения и снятию высокого напряжения с выхода ум-,ножителя напряжения.Данное устройство работает устойчиво при наличии больших токовыхперегрузок, например при короткомзамыкании на выходе, когда уровеньсигнала перегрузки Ов много большеуровня опорного напряжения Ц ,а вы"ходйое напряжение детектора йерегрузки,равное(Ои) К, где К - коэффициент усйленйя усилителя, соответствует уровню надежного включения тиристора 1,Однако у этого устройства низкаячувствительность детектора перегрузкик малым приращениям тока нагрузки,например 10-15, относительно номинального значения тока нагрузки.Известно также устройство для за"циты от перегрузки и блокированиясредств управления, содержащее источ" никпеременного тЮка,"-соедййенныя"через электронный переключатель сйервичной обмоткой траснформатораисточНйМа"пббтояйного тока, вторичная обмотка которого подключена к йагрузке и чувствительному к перегрузке контуру, содержащему"делительнапряжения, соединенный с входом по"РбгбвоГб.элемента. Выход пороговогоэлемента подключенк управляющему электроду тиристора, осуществляющему выключение источникапостоянного напряжения при перегрузках 21.Недостатком данного устройстваявляется зависимость порога срабатывания схемы защиты по току от изменения напряжения сети питания. Ток через-делитель напряжения, соединен ный" с пороговым устройством, йзмейяется периодически с изменениемуровня выходного напряжения в соответствии с изменением напряжения сети питания. При увеличении напряженияпитания, например, на 10 порог сра-батйванйй схемй"эащйты"умейьшаетсяна 10, а"припонижении напряжейия на 10 порог схемы защиты увеличивается на 10. Следовательно, чувствительность схемы защиты практически не выше разброса по стабйльЙостийороговбгоуровня;Наиболее близким к предлагаемому по техническбй сущности является стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки, содержащий регулятор напряжения, включенййй "поспедователь- но по цепи обратной связи, содержащей включенные последовательно де"лйтельнапряжения, являющийся датчикомперегрузки по току, компаратор, усилитель обратной связи-и"источнйкопорного напряжения. Замыкается цепь обратной связи через предохранительный переключатель, подключенный квйходу усилителя обратной связи. Параллельно регулятору напряжениявключеншунтирующий переключательс.большим внутренним сопротиЗлеййем дляпропускания зарядного тока черезнагрузку при закрытом режиме регулятора напряжения. Стабилизатор напря"Жения" содержит также два пороговыхйереключателя, служащих для включения.и выключения усилителя обратнойсвязи и регулятора напряжения, и на копительную схему; которая задерживает на некоторое время восстановление нормального режима работы прй снятой перегрузке. Все пороговые" -и катодом,даотигает уровня стабилизации 31 Недостаток этого стабилизатораНапряжения заключается в низкой чув"= ствитейййости схемы"защиты к изменениям ( увеличению) тбка нагрузки, ко -торая приводит к прохождению значительного тока через нагрузку, что непозволяет использовать этот стабилизатор для работы на нагрузки, не допускающие даже кратковременных значительных перегрузок по току, например с приборами СВЧ, которые посленескольких токовых перегрузок более10 йеобратимо изменяют свои параметры.Цель изобретения - повышение чувст-.вительности схемы защиты к току перегрузкиПоставленная цель достигается тем,что в стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки, содержащий после довательно соединенные регулятор напряжения, источник питания и нагрузку,делитель напряжения и усилитель вцепи обратной связи, компаратор, одинвход которого подключен к источнику 20 эталонного напряжения, предохранитель-ный переключатель, подключенный квыходу усилителя, пороговый элемент и дополнительный пороговый переключатель, последовательно с выводамидля подключения нагрузки между вторым,выходом источника питания икорпусом включен делитель токовой нагрузки, соединенный с одним из входовкомпаратора, выход которого через пороговый элемент подключен к управляющему входу предохранительного переключателя, соединенного с входом перегрузки по току введенного коммути"рующеГо "устрбйства, включенного навходе регулятора напряжения, выходЗ 5 делителя-напряжения обратной связинепосредственно подключен к усилителю, выход которого соединен с дополнительным пороговым переключателемнепосредственно, а с управляющим вхо.40 дом регулятора напряжения и входомпредохранительного переключателячерез введенный в стабилизатор повторитель напряжения, при этом выход дополнительногопорогового переключателя соединен с входом перегрузки понапряжению коммутирующего устройства.Это позволяет повысить чувстви-.тельность схемы защиты к току перегрузки за счет выделения минимального приращения тока нагрузки, фиксируемого как падение напряжения навключенном последовательно с нагрузкой делителе токовой перегрузки, поступающего на вход компаратора напряжения. Последний выполняет сов"Ы местно с источником эталонного напряжения функцию чувствительногонуль-органа, позволяющего выделитьразность между величиной опорногонапряжения и входного напряжвния нещ менее 0,001,На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого стабилизатора напряжения с защитой отперегрузки; на фиг. 2"принципи-,альная схема стабилизатора.Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки содержит последовательно соединенные регулятор 1 напряже ния, источник 2 питания и нагрузку 3. Регулятор 1 напряжения охвачен цепью обратной связи, состоящей из делителя 4 напряжения, усилителя 5 и повторителя б напряжения. К другому выходу источника 2 питания подключен делитель 7 токовбй перегрузки, соединенный с входом компаратора 8, другой вход которого соединен с выходом источника 9 эталонного напряжения. Компаратор 8 через пороговый элемент 10 и предохранительный переключатель 11 подключен к входу 12 коммутирующего устройства 13. Вход 14 коммутирующе го устройства 13 связан с выходом дополнительного порогового переключателя 15, служащего для отключения входного питающего напряжения при перегрузках по напряжению. ,20Устройство работает следующим образом.Напряжение с входа питания через коммутирующее устройство 13 и регулятор 1 напряжения поступает на вход источника 2 питания, где оно преобразуется в постоянное напряжение необходимого уровня, и через делитель 7токовой перегрузки подается на нагрузку 3 и делитель 4 напряжения. Часть напряжения, равная -Я"- где К - З 0 коэффициент деления делителя 4 обратной .связи 1,поступает на вход усилителя 5, усиливается и через повторитель б напряжения поступает на управляющий вход регулятора 1 напряжения, внутреннее сопротивление которого меняется пропорционально сигналу с выхода усилителя 5, величина которого изменяется в зависимости от уровня выходного напряжения источника 2 питания, находящегося в прямой зависимости от величины на входе питания коммутирующего устройства 13. При прохождении через нагрузку 3 тока номинального значения с делителя 7 45 токовой перегрузки на вход компаратора 8 снимается падение напряжения, величина которого меньше напряжения, снимаемого с эталонного источника 9 напряжения на другой вход компаратора 8, поэтому на выходе компаратора 8 присутствуетисходный нулевой уровень, который обеспечивает Нахождение в состоянии фВыключено" порогового элемента 10, предохранительного переключателя 11 и наличие единичного уровня на входе 12 коммутирующего устройства 13, находящегося в состоянии фВключеноф. В аналогичном состоянии находится вход 14 коммутирующего устройства 13 и дополнительный . ( пороговый переключатель 15, если напряжение на нагрузке не превышает максимального значения.При увеличении тока через нагрузку 3 на 2-20 относительно номиналь- д 5 ного значения в зависимости отуста-новленного уровня напряжения, снимаемого с делителя 7 токовой перегрузки, определяющего допустимый предел срабатывания схемы защиты, напряжение на входе компаратора 8 превышает уровень опорного напряжения с эталонного источника 9 напряжения, и на выходе компаратора 8 формируется единичный уровень, который переводит в состояние "Включе- но" пороговый элемент 10 и предохранительный переключатель 11. Последний закрывает регулятор 1 напряжения и формирует команду отключения напряжения питания коммутирующим устройством 13 по входу 12 токовой перегрузки. Такое состояние удерживается предохранительным переключателем 11 до повторной подачи команды "Включено" с коммутирующего устройства 13.В случае превышения максимального значения напряжения на нагрузке 3 включается канал защиты от напряжений, при этом изменяется полярность сигнала на выходе усилителя 5, вследствие того, что уровень напрянения на его входе с делителя 4 напряжения выше опорного напряжения. Это приводит к запиранию повторителя б напряжения и включению дополнительного порогового переключателя 15, на выходе которого формируется команда отключения коммутирующим устройством 13 напряжения питания.Стабилизатор напряжения на Фиг. 2 содержит регулятор 1 напряжения, состоящий иэ регулирующего трансформатора 16, вторичная обмотка которого соединена с выпрямителем 17, на выходе которого включен регулирующий транзистор 18, база которого соединена с выходом повторителя б напряжения. Первичная обмотка регулирующего трансформатора 16 соединена последовательно с первичной обмоткой регу- лирующего трансформатора 19 источника 2 питания, вторичная обмотка трансформатора 19 подключена к выпрямителю 20 с емкостным фильтром 21. К выходу выпрямителя 20 подключена нагрузка 3, делитель 4 напряжения на резисторах 22 и 23 и делитель 7 токовой перегрузки на резисторе 24Ток нагрузки 3 и делителя 4 прохождения, проходящий по резистору 24, создает падение напряжения на резис- торе,24, регулируемая часть которого подается на вход компаратора 8, Выход компаратора соединен с входом порогового элемента 10, содержащего транзистор 25 и резистор 26. Выход порогового элемента 10 соединен с предохранительным переключателем 11 на диоде 27 и тиристоре 28, Выход предохранительного переключателя 11 соединен с входом 12 коммутирующего устройства 13, содержащего обмотку"выполненного на транзисторе 39 и резисторе 40, а также подключен к дополнительному пороговому переключателю 15, содержащему диод 41, резисторы 42 и 43 и транзистор 44. Выходдополнительного порогового переключателя 15 соединен с входом 14 иподключен к управляющему электродутиристора 34 коммутирующего устройства 13. Питание цепей защиты осуществляется от источников .Е- ЕРабота устройства происходит аналогично описанному выше для фиг. 1,при этом контактные пары 30-33 эамкнуты,"обмотка силового реле 29 всостоянии фВключеноф, обмотка защитного реле, тиристоры 28 и 34 в состоянии фВыключено".При увеличении тока нагрузки с щвыхода порогового элемента 10 на управляющий электрод тиристора 28 поступает.сигнал запуска, включающий тиристор 28 в состоянии "Включено", Приэтом катод диода 27 через мапое сопротивление тиристора 28 соединяетсяс корпусом закорачивает вход регулятора 1 напряжения, второй конец обмот-ки"защйтйого реле 32 соединяетсятакже с корпусом, что вызывает размыкание контактной пары 33, прерываниетока через обмотку силового реле 29,размыкание контактных пар 30 и 31 иотключение входа "Питанием от первичных обмоток регулирующего 16 и регулируемого трансформаторов 19, так как 40прйводит к снятию напряжения с нагрузки 3,Возврат устройства в исходное рабочее состояние осуществляется нажатием кнопки 35, которая прекращаетпрохождение тока через тиристор 28,что приводит к его выключению и включению в работу устройства.При перегрузках по напряжению нанагрузке 3 на выходе дополнительно- уого порогового переключателя 15 форми-.руется импульс запуска тиристора 34,который переходит в состояние "Включеноф и производит отключения аналогичные описанным для тиристора 28.3 предлагаемом стабилизаторе напряжения за счет прохождения всеготока через делитель токовой перегрузки, а не части, как в известном, получена возможность выделить минимальные приращения тока, что позволяет повысить чувствительность схемы защиты к изменениям тока, проходящего через нагрузку; Наличие отдельного канала .токовой защиты, не связанного с режимом регулирования и стабилизации выходного напряжения, позволяет в широких пределах изменять порог срабатывания схемы защиты по току путем изменения величины напряжения, снимаемого с делителя токовой перегрузки на вхсщ компаратора. Это сохраняет работоспособность стабилизатора напряжения при подключении к нему нагрузок с различными токами потребления.формула изобретения Стабилизатор напряжения с защитой отперегрузки, содержащий последовательно соединенные регулятор напряжения,источник питания и нагрузку, делительнапряжения и усилитель в цепи обратной связи, компаратор, один вход которого подключен к источнику эталонного напряжения, предохранительныйпереключатель, подключенный к выходуусилителя, пороговый элемент и дополнительный пороговый переключатель,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повыаения чувствительностисхемы защиты к току перегрузки, последовательно с выводами для подключения нагрузки между вторым выходомисточника витания и корпусом включенделитель токовой перегрузки, соединенный с одним из входов компаратора,выход которого через пороговый элемент подключен к управляющему входупредохранительного переключателя,соединенного с входом перегрузки потоку введенного коммутирующего устройства, включенного на входе регулятора напряжения, при этом выходделителя напряжения обратной связинепосредственно подключен к усилителю,выход которого соединен с дополнительным пороговьм переключателем непосредственноа с управляющим входомрегулятора напряжения и входом предохранительного переключателя - черезвведениый в стабилизатор повторительнапряжения, а выход дополнительногопорогового переключателя подключен квходу перегрузки по напряжению коммутирующего устройства.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Р 3,553,531,кл. 317-23, 1971.2, Патент США Р 3.893.006,кл, 317"3, 1974.3. Патент США В 3.544.844,кл, 317-16, 1969.