Дискретный стабилизатор напряжения

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К . АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Саез СоветскикСоциалистическииРеспублик(51)М. Кд. С 05 Г 1/14 с присоединением заявки РЙ -(23) Приоритет -Ьоударотаанный комитет СССР во делам изобретений н открытийДата опубликования описания 07, 1 О .82(54) ДИСКРЕТНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ 1Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для стабилизации напряжения питания радиоэлектронной аппаратуры.Известно устройство, содержащее трансформатор с секционированной вторичной обмоткой, полупроводниковые ключи, вольтодобавочный трансформатор, датчик, блок управления и соответствующие связи 1 .Известно устройство, содержащее силовой трансформатор с секционированной первичной обмоткой, вольтодобавочный трансформатор, полупроводниковые ключи, блок сравнения, схему управления, и соответствующие связи Г 21,Общим недостатком известных устройств являются большие искажения формы выходного регулируемого напря о жения, что обусловлено использованием в них только одного блока сравне. ния (в первом устройстве датчика) выходного регулируемого и опорного 2напряжений, формирующего на выходе сигналы: "Выходное напряжение боль" ше опорного напряжения", "Выходное напряжение меньше опорного напряжения".Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигае" мому результату является устройство, содержащее два пороговых элемента, автотрансформатор с секционированной обмоткой, коммутирующие элементы и соответствующие связи 3Однако автоматический регулятор напряжения имеет ограниченный диапазон регулирования, определяемый схемным решением известного устройства; максимальное количество переключений обмоток автотрансформатора равно трем. Причем при переключении обмоток автотрансформатора в известном устройстве происходит кратковременное прерывание питания на нагрузке в момент переключения контактов реле, управляемых первым и вторым порого964594 .,Ф 3выми элементами. Если предположить,что перерывов в питании не происходит, т. е. контакты двух реле срабатывают одновременно, неизбежно появ".ление циркулирующих токов, вызывающих преждевременное разрушение кон-.тактов реле или обмоток автотрансформаторсв,Кроме того, в известном. устройстве невозможно отключение напряжения, 1 Опоступающего на нагрузку при выходевходного напряжения за пределы регулирования.Целью изобретения является расширение диапазона регулирования выход- .15ного напряжения, устранение перерывов в питании при переключении отводов трансформатора и, обеспечение отключения регулятора при выходе регулируемого напряжения.за установленные 2 рпределы.Поставленная цель достигается тем,что в дискретном стабилизаторе напряжения, содержащем трансформатор, первый отвод первичной секционированной у 5обмотки которого соединен с первымвходным выводом стабилизатора, коммутирующие элементы, первый и второйпороговые элементы, коммутирующиеэлементы разделены на группу основных 50и группу вспомогательных элементов,причем второй входной вывод стабилизатора соединен с первыми входамикоммутирующих элементов основнойгруппы и через балластный резистор с35первыми входами коммутирующих элементов вспомогательной группы, выходпервого коммутирующего элемента основной группы соединен с последнимотводом первичной обмотки трансформа 40тора, выход каждого из остальных коммутирующих элементов основной группысоединен с выходом соответствующего.коммутирующего элемента вспомогательной группы и с соответствующим от 45водом первичной обмотки трансформатора, параллельно вторицной обмоткетрансформатора и выходным выводомстабилизатора включены первый и второй пороговые элементы, выходы которых соединены с входами введенногоблока управления, каждый из выходовкоторого соединен с управляющим входом соответствующего коммутирующегоэлемента,На фиг, 1 показана структурнаясхема дискретного стабилизатора на. -пряжения; на фиг. 2 и 3 - временныедиаграммы работы блока управления в режимах повышения и понижения выход-. ного напряжения соответственно.Дискретный, стабилизатор напряжения содержит первый 1 и второй 2 пороговые элементы, группу 3 основных коммутирующих элементов, группу 4 вспомогательных коммутирующих элемен-. тов, балластный резистор 5, силовой трансформатор 6, блок 7 управления, входные выводы 8 и 9 и выходные выводы 10 и 1.1.Первый входной вывод 9 стабилизатора соединен с первым отводом первичной секционированной обмотки силового трансформатора 6, второй (8) -с первыми входами коммутирующих элементов 12.1, 12.2, ,12,й основной группы 3 и через балластный резисторс первыми входами коммутирующих элементов 12, й, 12. М,12;2 М .вспомогательной группы 4.Выход первого коммутирующего элемента 12.1 основной группы 3 соединен споследним отводом первичной обмоткитрансформатора 6, выход каждого изостальных коммутирующих элементов12,2, 12312.й основной группы3 соединен с выходом соответствующего коммутирующего элемента вспомо-.гательной группы 4 и с соответствующим отводом первичной обмотки трансформатора 6, Параллельно вторичнойобмотке трансформатора 6 включеныпервый и второй пороговые элементы.1 и 2,. выходы которых соединены свходами блока 7 управления. Каждыйиз. выходов 13.1, 13,2. 13,2 йблокв 7 управпения соединен с управляющим входом соответствующего коммутирующего элемента.Пороговый элемент 1 предназначендля задания нижнего предела выходно- .го регулируемого напряжения, пороговый элемент 2 - длязадания верхнегопредела выходного регулируемого напряжения,Пороговые элементы 1 и 2 могутбыть выполнены в виде компараторовнапряжения на интегральных микросхемах;Коммутирующие элементы основнойи вспомогательной групп 3 и 4 предназначены для переключения отводовпервичной секционированной обмоткитрансформатора 6 и могут быть выпол. -нены в виде реле, тиристоров, высоковольтных транзисторов,Блок 7 управления предназначендля формирования сигналов управле9645 ния коммутирующими элементами 12, 112. 2 М,Дискретный стабилизатор напряжения работает следующим образом.При включении напряжения питания 5блок 7 управления вырабатывает сигнал на выходе 13.1 и подключает коммутирующий.элемент 12.1 основнойгруппы 3. коммутирующих элементов так,что нэ выходных выводах 10 и 11 устройства будет минимально возможноенапряжение. Силовой трансформатор брассчитан таким образом, что привключении коммутирующего элементаз 12; 1 напряжение на выходных .выводах 1510 и 11 или ниже допустимогь, или находится в установленных пределах.После включения напряжения питаниявозможны три режима работы стабилизатора. Первый,. если выходное напряжение находится в установленных пределах сигналы рассогласования с пороговых элементов 1 и 2 не поступают.Второй, если выходное напряжениениже допустимого, поступает сигнал 25рассогласования с порогового элемента 1. Третий, если выходное напряже.ние выше допустимого, сигнал рассогласования поступает с порогового элемента 2,.30В первом режиме стабилизатор находится в устойчивом состоянии, вобласти нечувствительности, переключений обмоток трансформатора не происходит.Область нечувствительности стаби 35лизатора определяется разностью установленных порогов напряжений элементов 1 и 2, Разность напряженийвыбирается в зависимости от требуе,юмой точности стабилизации.При этом. должно выполняться услоЬО = ВЗсР. ."О = 0 э 5 ВсР.(3) где ьО - напряжение между соседнимиотводами трансформатора;В - сопротивление балластногорезистора;- средний рабочий ток первичной обмотки трансформатора,формула (2) применяется при одноступенчатом регулировании напряженияв переходном режиме, формула (3) -при двухступенчатом регулировании50напряжения,вие Таким образом, перерыв 9 в в питаниипри переключении обмоток не происходит. Мощность, выделяемая на балластном резисторе 5, незначительна, так 55как .время (й-С ) необходимо только .для уверенного йереключония коммутирующих.элементов основной и вспомогательной групп. где ЬО. - напряжение между соседними отводами силового трансформатора;1 цО, О - напряжение порогов элементов 1 и 2 соответственно, .Рассмотрим работу стабилизатора во втором режиме. Пусть схема находится в первом режиме с включенным коммутирующим элементом 12.1 основной группы 3 (фиг. 2, вых. 1).; По сигналу рассогласования с порогового элемента 1, определяющего 94 ьнижний предел допустимого напряжения на выходных. выводах 10 и 11, ста билизатор переходит во второй режим. работы, и блок 7 управления производит следующие переключения (фиг. 2): момент времени С- подача управляю". щего сигнала на выход 3.Й + 1 и включение коммутирующего. элемента 12.8 + 1вспомогательной группы 4; момент времени 1в снят управляющего сигнала с выхода 13. 1 и выключение коммутирующего элемента 12. 1 основнойгруппы 3; момент времени т. - подача управляющего сигнала на выход 13.2 и включение коммутирующего элемента12,2 основной группы 3; момент времени 14 - снятие управляющего сигнала с выхода 13,И + 1 и выключение коммутирующего элемента 12.М +вспомогательной группы 4.В результате выключается коммутирующий элемент 12.1 и включается коммутирующий элемент 12.2, напряжение на выходных выводах 1 О и 11 повышается.Циркулирующий ток, вызванный замыканием одной секции трансформатора,ограничен балластным резистором 5 ипротекает в моменты времени (С 1- В )и (й- С.), полный ток первичной омотки протекает по балластному резистору 5 в момент времени (й,2- с);Величина резистора 5 определяетсяиз следующих выраженийЕсли сигнал рассогласования на выходе порогового элемента 1 после первого переключения сохраняется, стабилизатор перейдет в следующее состояние включенного коммутирующего элемента 3, что соответствует еще большему напряжению на нагрузке.В дальнейшем, при появлении сигнала рассогласования на выходе порогового элемента 1, стабилизатор будет 1 О переклюцаться до тех пор, пока не окажется включенным коммутирующий элемент 12.М группы 3. При появлении сигнала рассогласования на выходе порогового элемента 1 и включенном 1 ю коммутирующем элементе 12.й группы 3 в момент времени Ф (фиг. 2) произойдет полное снятие напряжения с .нагрузки, так как отключается коммутирующий элемент 12.й группы 3, 20 что соответствует аварийному отключению стабилизатора напряжения при выходе регулируемого напряжения за допустимые пределы.Рассмотрим случай отработки ста билизатором сигнала рассогласования, поступающего с порогового элемента 2 (третий режим работы).Пусть включен коммутирующий элеменг .12,3 группы 3 (фиг. 3, вых., 3), зр При повышении выходного напряжения, например, из-за повышения напряжения сети или уменьшения нагрузки с порогового элемента 2 поступает сигнал рассогласования на блок 7 .управления, з Стабилизатор переходит в третий режим работы, и блок 7 производит следующие переключения (фиг, 3): - момент времени с - подача управляющего сигнала на выход 13.8+2 и включение коммутирующего элемента 12.И+2 группы 4; момент времени с 2 в снятие управляющего сигнала с выхода 13.3 и выключение коммутирующего элемента 12.3 группы 3; момент. времени подача управляющего сигнала на выход 13.2 .и включение коммутирующего элемента 12.2; момент времени й, - снятие управляющего сигнала с выхода 13,8+2 и выключение коммутирующего элемента 12.й+ 2 группы 4.В результате включится коммутирующий элемент 12,2 и выключится ком" мутирующий элемент 12.3 в группе 3, напряжение на нагрузке понизится.Если сигнал рассогласования на выходе порогового элемента 2 исчезнет, схема перейдет в первый режим работы. Если сигнал рассогласования останется,схема описанным для третьего режимаспособом перейдет в состояние вклю-.ченного коммутирующего элемента 12.1группы 3, цто соответствует дополнительному понижению напряжения на нагрузке, Отличие порядка переключений стабилизатора при срабатываниипорогового .элемента 1, вызванного понижением регулируемого напряженияниже допустимого предела, от порядкапереключения при сигнале с порогового элемента 2, определено необходимостью устранения дополнительногопонижения регулируемого напряженияв переходном режиме на нагрузке, изза падения напряжения на балластномрезисторепри включенном коммутирующем элементе группы 4 в моментвремени (-йз).(фиг. 2 и 3).При включенном коммутирующем элементе 12.1 группы 3 и появлении сигнала рассогласования с пороговогоэлемента 2 произойдет полное снятиенапряжения с нагрузки, так как отключается коммутирующий элемент 12.1группы 3, что соответствует аварийному отклюцению стабилизатора напряжения при выходе регулируемого напряжения за допустимые пределы.Основным и длительным (стационарным) режимом работы стабилизатораявляется первый режим, в то времякак режимы 2 и 3 являются переходными или нестационарными,Как следует из описания предлагаемого дискретного стабилизатора,структура подключения секций первичной обмотки трансформатора регулярйая,что позволяет изменять диапазон. регулирования в широких пределах путемпростого изменения числа коммутирующих элементов основной и вспомогательной групп. Использование такого стабилизатора предполагаетсоздание унифицированного ряда стабилизаторовнапряжения для питания радиоэлектронной аппаратуры с различной потребляемой мощностью и требуемым диапазономрегулирования путем выбора трансформатора требуемой мощности и установкинеобходимого числа коммутирующих элементов.Отмеченное техническое преимущество предлагаемого устройства по сравнению с известным позволяет значительносократить сроки разработки стабилизаторов напряжения для комплексов аппаратуры и уменьшить их стоимость засчет применения типовых узлов.Использование двух групп коммутирующих элементов и балластного резистора облегчает режим включения основных коммутирующих элементов и устраняет перерывы в питании при переключении отводов секционированной обмотки трансформатора. Перерывы в питании, при дискретном отслеживаниивыходного напряжения, приводят к образованию экстратоков, что преждевременно разрушает коммутирующие элементы и снижает их срок службы. Следовательно, устранение перерывов в питании,обеспечивает увеличение срокаслужбы всего устройства в целом, что 15приводит к уменьшению затра". на обеспечение работоспособности устройства,Исключение перерывов в питанииприводит также к увеличению срока : 2 еслужбы устройств, для которых истоц.ником питания является дискретныйстабилизатор напряжения, посколькув них также исключается протеканиеэкстратоков. Кроме этого, улучшается форма выходного напряжения, чтопри выпрямлении выходного напряжения ведет к уменьшениям пульсаций,тЭффективность предлагаемого устройства состоит также в том, чтодля регулирования напряжения и ава"рийного отклюцения нагрузки:при выходе напряжения за пределы регулирования, определяемые количествомиспользованных в схеме основных и35вспомогательных коммутирующих элементов, используется одно и то. жеоборудование. Полученный эффект упрощает схему стабилизатора, так какне требует установки дополнительныхустройств, производящих аварийноеотключение; Пороговые элементы и блок управления в предлагаемой схеме стабилиза 45 тора построены на микросхемах и дискретных пороговых элементах, цто дает . возможность работать устройству в широком температурном диапазоне. 10Формула изобретения Дискретный стабилизатор напряжениясодержащий трансформатор, первый отвод первичной секционированной обмотки которого соединен с первым входнымвыводом стабилизатора, коммутирующиеэлементы первый и второй пороговыеэлементы, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью расширения диапазона регулирования, устранения перерывов в питании при переключении отводов и обеспечения.отключения стабилизатора при выходе регулируемого выходного напряжения за установленныепределы, коммутирующие элементы разделены на группу основных и группувспомогательных элементов, причем второй входной вывод стабилизатора соединен с первыми входами коммутирующихэлементов основной группы и через балластный резистор с первыми входамикоммутирующих элементов вспомогательной группы, выход первого коммутирующего элемента основной группы соединен с последним отводом первичнойобмотки трансформатора, выход каждогоиз остальных коммутирующих элементовосновной группы соединен с выходомсоответствующего коммутирующего элемента вспомогательной группы и с соответствующим отводом первичной обмотки трансформатора, параллельно вторичной обмотке трансформатора и выходным выводом стабилизатора включеныпервый и второй пороговые элементы,выходы которых соединены с входамивведенного блока управления, каждыйиз выходов которого соединен с управляющим входом соответствующего коммутирующего элемента.Источники информации,принятые ео внимание при .экспертизе1, Авторское свидетельство СССРй 506835 ф кл, .6 05 Г 1/14 з 19732. Авторское свидетельство СССРЙ, 457977, кл, 0 05 Г 1/10, 1972.3. Авторское свидетельство СССРй 532091, кл. С 05 Г 1/14, 1974964594. Составитель О. МещеряковаЛазаренко Техред Л, Пекарь Корректор Ю.Макаренко,е и еВ дакто Заказ 762 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,тТираж 911 8 НИИПИ Государственног по делам изобретений 3035, Москва, Ж, РаПодписное комитета СССР открытий ская наб., д