CS250805B1

CS250805B1 - Zapojení stabilizovaného zdroje pro potlačení kolísání amplitudy sinusového průběhu sítového napětí

Info

Publication number: CS250805B1
Application number: CS837747A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Indruch
Original assignee: Jaroslav Indruch
Priority date: 1983-10-21
Filing date: 1983-10-21
Publication date: 1987-05-14
Also published as: CS774783A1

Abstract

Zapojení stabilizovaného zdroje pro potlačení kolísání amplitudy sinusového prů běhu sítového napětí pracuje na principu fázového řízení výkonu v primárním obvodu transformátoru. K tomuto transformátoru je po usměrnění v dvojcestném usměrňovači připojen do série spínací prvek automaticky zapínající v každé půlperiodě sítového napětí. Okamžik tohoto spínání je jednoznačně odvozen v řídicím obvodu z velikosti amplitudy sítového napětí.

Description

Vynález se týká zapojení stabilizovaného zdroje pro potlačení kolísání amplitudy sinusového průběhu sítového napětí, pracujícího na principu fázového řízení výkonu v primárním obvodu transformátoru.

Kolísání amplitudy sítového napětí je nežádoucí, parazitní jev, který má nepříznivý vliv na Činnost, životnost a funkci přístrojů a zařízení v mnoha oborech a odvětvích průmyslu. Jedná se především o vliv na regulační a měřící zařízení, na osvětlovací techniku,například v optickém průmyslu, na topné a vytápěcí zařízení apod.

U známých stabilizovaných zdrojů se využívá jednak magnetických vlastností některých materiálů v magnetických obvodech (ferorenezančních obvodech). Zařízení, pracující na těchto principech jsou poměrně objemná a hmotná a rovněž finančně nákladná. Dále se využívá fázové a cyklové řízení napětí s poměrně složitou a nákladnou automatizací. Jsou známy rovněž stabilizované zdroje, u kterých je sítové napětí nejprve transformováno a pak stabilizováno ve výkonových tranzistorových obvodech, takže se jedná vlastně o napájecí stejnosměrné zdroje. Taková zařízení jsou složitá stejně jako měniče, které pracují na kmitočtu několika desítek kilohertzů.

Tyto nevýhody řeší zapojení stabilizovaného zdroje pro potlačení kolísání amplitudy sinusového průběhu sítového napětí podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že paralelně ke svorkám sítového napětí jn připojen odrušovací obvod. Na jeho první svorku je dále připojeno první svorkou primární vinutí transformátoru, na jehož svorky sekundárního vinutí je připojena zátěž. Mezi druhou svorku primárního vinutí transformátoru a druhou svorku odrušovacího obvodu je připojen obvod usměrňovače, k jehož výstupu je paralelně připojen spínací obvod a řídící obvod, přičemž řídicí výstup řídicího obvodu je připojen na řídicí vstup spínacího obvodu.

Hlavní výhodou vyřešeného stabilizovaného zdroje je jeho jednoduchost, snadná vyrobitelnost a nastavitelnost. Proto lze tento stabilizovaný zdroj s výhodou použít v širokém oboru aplikací, a to i v amatérské oblasti.

Dále popsaný řídicí obvod má kromě své jednoduchosti ještě další výhodu v tom, že ho lze pro stejný rozsah tolerance kolísání sítového napětí nastavit i pro jiná jmenovitá sítová napětí. To může mít značný přínos, především u zařízení, která jsou určena pro napájení jiným, než běžným sítovým napětím. Pouhou změnou výchozí hodnoty při nastavování napětí se dá obvod bez jakýchkoliv úprav zcela analogicky nastavit pro toto sítové napětí na výstupní napětí se stejnou přesností stabilizace.

Příkladné provedení nově vyřešeného stabilizovaného zdroje je schematicky znázorněno na přiložených výkresech, kde je na obr. 1 blokové schéma obr. 2 konkrétní provedení obr. 3 graf časového průběhu napětí na zátěži obr. 4 graf optimálního napětí v bodě 3 obr. 5 graf převodní charakteristiky stabilizovaného zdroje podle vynálezu

Z blokového schématu na obr. 1 je patrné, že paralelně ke svorkám sítového napětí Us je připojen odrušovací obvod 00, přičemž na jeho první svorku je dále připojeno první svorkou primární vinutí transformátoru TR, na jehož svorky sekundárního vinutí je připojena zátěž a mezi druhou svorku primárního vinutí transformátoru TR a druhou svorku odrušovacího obvodu 00 je připojen obvod usměrňovače OU, k jehož výstupu je paralelně připojen spínací obvod S0 a řídicí obvod Ř0. Řídicí výstup řídicího obvodu Ř0 je připojen na řídicí vstup spínacího obvodu SO.

Stabilizovaný zdroj podle vynálezu pracuje na principu fázového řízení výkonu v primárním obvodu transformátoru TR. Spínací obvod SO, zapojený za obvodem usměrňovače OU je s transformátorem TR zapojen do série a je spínán v každé půlperiodě sítového napětí Us, přičemž okamžik každého tohoto sepnutí je jednoznačně odvozen z velikosti každé amplitudy sítového napětí Us. Řízení tohoto spínání probíhá automaticky v řídicím obvodu ŘQ. Zpětnému pronikání rušivých kmitočtů do napájecí sítě je zabráněno odrušovacím obvodem 00.

Obr. 2 znázorňuje konkrétní případ zapojení stabilizovaného zdroje. Odrušovací obvod 00, připojený ke svorkám sítového napětí lis, je tvořen odrušovacími tlumivkami LI a L2 a odrušovacími kondenzátory C3 a C4. Obvod usměrňovače OU, zapojený mezi svorku primárního vinutí transformátoru TR a druhou svorku odrušovacího obvodu 00, je tvořen čtveřicí diod VI, V2, V3, V4 v můstkovém zapojení.

K výstupu obvodu usměrňovače 0U je připojen spínací obvod SO, tvořený tyristorem V5 a komutačním členem Rl, CIL. Paralelně ke spínacímu obvodu S0 je dále připojen řídicí obvod Ř0, který je tvořen tranzistory V10, Vil, odpory R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 a R9, kombinací Zenerových diod V6, V7 a V8 a kondenzátorem £2. Toto zapojení představuje upravený tzv. relaxační generátor. Propojení výstupu řídicího obvodu Ř0 se vstupem spínacího obvodu S0 je realizováno připojením řídicí elektrody tyristoru V5 k emitoru tranzistoru. Vil.

Činnost konkrétního zapojení stabilizovaného zdroje podle obr. 2 je možné popsat následujícím způsobem: Sítové napětí Us, jehož efektivní hodnota činí 220 V s tolerancí +10 % až -15 %, tj. oblast 242 V až 187 V, je přiváděno přes odrušovací obvod 00 a přes primární vinutí transformátoru TR do obvodu usměrňovače OU, kde je usměrněno a v podobě kladných půlperiod je dále přiváděno na tyristor V5.

Tyristor V5 je v každé půlperiodě sítového napětí Us spínán impulsy z řídicího obvodu Ř0. Na emitor tranzistoru V10 je přiváděno pilovité napětí kondenzátoru C2, který se nabíjí přes odpory R4, R5, a to z napětí, stabilizovaného Zenerovými diodami V6, V7,

V8. Na bázi téhož tranzistoru V10 je však přes dělič, tvořený odpory R6, R7, R8 přiváděno napětí, které je přímo úměrné sítovému napětí Us.

Za těchto okolností bude okamžik sepnutí tranzistoru V10 záviset na velikosti amplitudy sítového napětí Us. V každé půlpeřiodě se kondenzátor C2 nabíjí tak dlouho, až hodnota napětí na něm přesáhne hodnotu na bázi tranzistoru VI0 (cca o 0,7 V). Jakmile tento stav nastane, tranzistory V1Q a Vil sepnou a kondenzátor C2 se vybije přes obvod řídicí elektrody tyristoru V5.

Tento sepne a napájecí sítové napětí Us, zmenšené o úbytek na tyristoru V5 a dvou diod VI, V4 nebo V3, V2 v Grátzově můstku usměrňovače OU se objeví na primárním vinutí transformátoru TR. Tím se pochopitelně v daném transformačním poměru i na zátěži. Řídicí obvod Ř0 je sepnutým tyristorem V5 zkratován a po zbytek půlperiody je mimo funkci.

Při zvýšení amplitudy sítového napětí Us se úměrně zvýší v každé půlperiodě i hodnota napětí na bázi transistoru V10, kondenzátor C2 se bude na toto napětí nabíjet po delší dobu a impuls z relaxačního generátoru je fázově opožděn. Ohel otevření tyristoru V5 se zmenší. Naopak při snížení sítového napětí Us se úměrně sníží napětí na bázi tranzistoru V10 a kondenzátor C2 dosáhne této hodnoty za kratší dobu.

Impuls z relaxačního generátoru spíná tyristor V5 s fázovým předstihem a úhel otevření tyristoru se tentokrát zvýší. Při zvýšení amplitudy sítového napětí Us je tedy na zátěži nesinusové napětí, jehož pulsy mají sice větší amplitudu než při jmenovitém sítovém napětí Us, ale kratší šířku. Naopak při snížení amplitudy sítového napětí Us je na zátěži napětí, jehož pulsy mají menší amplitudu, ale větší šířku.

v

V grafu na obr. 3 je na ose Y nanesena velikost napětí na zátěži U_z v závislosti na Čase t, nanášením na osu X· Graf tedy znázorňuje časový průběh napětí na zátěži U_z·

Pro vysoké sítové napětí Us, jejíž efektivní hodnota činí například 242 V, je úhel otevření tyristoru V5 malý, naopak pro efektivní hodnotu sítového napětí 187 V je úhel otevření ? podstatně větší. Výsledná efektivní hodnota napětí na zátěži U_zzůstává přibližně konstantní. Okamžik otevření tyristoru V5 je automaticky určován v řídicím obvodu ftO v závislosti na velikosti amplitudy sítového napětí Us.

Pokud se pomocí odporů R5 a R7 nastaví napětí na primárním vinutí zatíženého transformá toru TR na hodnotu cca 130 V pak při kolísání sítového napětí Us 220 V o +10 % až -15 % se změní efektivní hodnota na zátěži U^ _ef pouze asi o -1,5 %.

Docílení optimální funkce obvodu je dosaženo správným nastavením odporů R5 a R7.

Pomocí nich se nastaví na primárním vinutí zatíženého transformátoru TR efektivní hodnota napětí cca 130 V a současně napětí na bázi tranzistoru V10 (bod 3j ^se nastaví na hodnotu odvozenou od hodnoty napětí na Zenerových diodách VI, V2, V3 (bod 2) . Napětí v bodě _2 se měří ještě před zapojením řídicí elektrody tyristoru V5 k řídicímu obvodu ŘO, přičemž jezdec odporu R7 je vytočen do polohy odpovídající nulové hodnotě, jezdec odporu R5 je vytočen na maximum.

Naměřené hodnotě U^_D (bod 2) ^se jednoznačně přiřadí optimální hodnota napětí U^ Opt bodu 3 podle grafu, uvedeného na obr. 4, kde je na ose X nanášeno změřené napětí U„_, v bodě 2 a na ose Y hledané optimální napětí U^ Opt· ^s tohoto grafu tedy vyplývá, že například pro změřené napětí v bodě 2, kde UZD - 14 V je pro jmenovité napětí v síti U_g j_men = 220 V optimální hodnota napětí bodu _3 U^ _t = 3,3 V. Nastavením této hodnoty bodu 2 ^a současným udržováním efektivní hodnoty napětí na primárním vinutí transformátoru TR = 130 V je dosaženo optimálních stabilizačních účinků.

Pro jmenovité sítové napětí U . rovné 240 V bude optimální hodnota UÍI . rovna ^c —s jmen ^r —3 opt

3,08 V; pro jmenovité napětí v síti U_g j_men rovné 230 V se bude tato optimální hodnota napětí bodu _3 rovnat 3,18 V. Obdobně by bylo možné nastavit tyto hodnoty v bodě 3. i pro jiná jmenovitá sítová napětí.

Na obr. 5 je uveden graf, vyjadřující převodní charakteristiku stabilizovaného zdroje podle vynálezu. Na ose X je naneseno sítové napětí Us, na ose Y poměrné napětí na zátěži

U vyjádřené v procentech hodnoty jmenovitého napětí na zátěži U . Například pro z z jmen jmenovité napětí zátěže 12 V bude při sífovém napětí Us, rovnajícím se 242 V i 187 V, napětí na zátěži U_z rovno hodnotě cca U_z j_men -1,5 %, tedy cca 11,82 V. Odchylka má u obou mezí tolerančního pole záporné znaménko, takže napětí na zátěži U_z vždy klesá.

To má příznivý vliv například na životnost žárovek.

Popsaný stabilizovaný zdroj je vhodný k použití pro všechna regulační, měřící a osvětlovací zařízení, u kterých není žádoucí kolísání amplitudy sítového napětí a kde není na závadu nesinusový průběh stabilizovaného napětí.

Claims

Zapojení stabilizovaného zdroje pro potlačené kolísání amplitudy sinusového průběhu sítového napětí, vyznačující se tím, že paralelně ke svorkám sítového napětí (Us) je připojen odrušovací obvod (00), přičemž na jeho první svorku je dále připojeno první svorkou primární vinutí transformátoru (TR), na jehož svorky sekundárního vinutí je připojena zátěž a mezi druhou svorku primárního vinutí transformátoru (TR) a druhou svorku odrušovacího obvodu (00) je připojen obvod usměrňovače (OU), k jehož výstupu je paralelně připojen spínací obvod (S0) a řídicí obvod (Ř0), přičemž řídicí výstup řídicího obvodu (ŘO) je připojen na řídicí vstup spínacího obvodu (S0).