Pierwszenstwo: Opublikowano: 15.VII.1969 57679 KI. 21 a*, 35/14 MKP G05f /l/lf£ UKD Twórca wynalazku: mgr inz. Zdzislaw Goleniewski Wlasciciel patentu: Zjednoczone Zaklady Elektronicznej Aparatury Po¬ miarowej „Elpo", Warszawa (Polska) Uklad polaczen stabilizatora o niezaleznej regulacji napiecia i pradu wyjsciowego Przedmiotem wynalazku jest uklad polaczen sta¬ bilizatora o niezaleznej regulacji napiecia i pradu wyjsciowego uzywany w szczególnosci w urza¬ dzeniach zasilajacych do elektronicznych, ukladów, wymagajacych wysokostabilnych zródel napiec i pradów.W praktyce sa znane i uzywane róznego rodzaju uklady stabilizatorów sluzacych do stabilizacji na¬ piec lub pradów wyjsciowych urzadzen zasilaja¬ cych.Stabilizatory te maja obwody bramkowe, które automatycznie dokonuja przelaczen z pracy przy ustalonym pradzie na prace przy ustalonym na¬ pieciu i na odwrót w zaleznosci od nastawienia przyrzadów kontrolnych napiecia i pradu oraz od opornosci obwodu obciazenia.Stabilizatory stosowane w tego rodzaju urzadze¬ niach zasilajacych maja równiez napieciowe ob¬ wody porównujace, których uklady i zasady dzia¬ lania przypominaja cztero-ramienny mostek elek¬ tryczny, przy czym elementy mostka sa tak roz¬ mieszczone, ze przy zalozeniu równowagi w ob¬ wodzie, sygnalizowany jest uchyb w punkcie ze¬ rowym.Przy jakichkolwiek odchyleniach napiecia na wyjsciu od poziomu napiecia odniesienia otrzy¬ muje sie tu odpowiedni sygnal uchybu, który przy pomocy ujemnego sprzezenia zwrotnego koryguje stan wyjsciowy pod katem przywrócenia równo¬ wagi mostkowej. 10 15 20 25 30 Korygacje stanu wyjsciowego urzadzenia zasi¬ lajacego otrzymuje sie dzieki zastosowaniu ele¬ mentów o automatycznie zmieniajacej sie opor¬ nosci na przyklad lamp prózniowych oraz tranzy¬ storów mocy. ' ' Elementy te sa polaczone szeregowo ze zródla¬ mi pradu stalego i sa sterowane przez Wzmocnio¬ ne sygnaly uchybu, co (powoduje zwiekszenie ich opornosci, jesli z jakichkolwiek przyczyn zmiej- sza sie prad na wyjsciu, lub zmniejszenie opor¬ nosci przy wzroscie pradu na wyjsciu.Energie do zasilania urzadzen z reguly pobiera sie z sieci pradu zmiennego. Do zmiany (pradu zmiennego na okreslony prad staly lub napiecie stale uzywa sie urzadzen, skladajacych sie z tran¬ sformatora, prostownika i filtru.W znanych i uzywanych urzadzeniach zasila¬ jacych poziomy napiecia i pradu moga byc nasta¬ wiane niezaleznie w ustalonych dla danego urza¬ dzenia zakresach napiecia i pradu. Przeciecie linii ustalonego napiecia i pradu moze byc dowolnie zlokalizowane w obrebie charakterystyki prado- wo-napieciowej urzadzenia zasilajacego.Punkt przeciecia linii ustalonego napiecia i pra¬ du jest utozsamiany z momentem przejscia urza¬ dzenia zasilajacego, a scislej biorac stabilizatora, ze stanu stabilizacji napiecia wyjsciowego do stanu stabilizacji pradu wyjsciowego. Przejscie to jest samorzutne i zalezne od opornosci obwodu obcia¬ zenia na wyjsciu urzadzenia. 576793 Przy opornosci obwodu obciazenia równej opor¬ nosci krytycznej stabilizatora przejscie z jednego stanu w drugi powinno byc gwaltowne, przy czyim, zasada jest, aby dynamiczna impedancja wyjscio¬ wa urzadzenia zasilajacego, wyrazajaca sie sto¬ sunkiem pomierzonej maksymalnej zmiany na¬ piecia na wyjsciu do pomierzonej maksymalnej zmiany pradu obwodu obciazenia, byla mozliwie mala przy pracy w zakresie stabilizacji napiecia wyjsciowego, a mozliwie duza przy pracy w za¬ kresie pradu wyjsciowego. W dotychczas znanych urzadzeniach warunek ten jest spelniany zadawa¬ lajaco z wyjatkiem Obszaru przeciecia linii usta¬ lonego napiecia i ustalonego pradu to jest w mo¬ mencie przejscia ze stanu staibilizacji napiecia do stanu stabilizacji pradu i na odwrót.W tym momencie daje sie zauwazyc pewne nachylenie charakterystyki pradowo-napieciowej, co swiadczy o istnieniu znacznej opornosci w za¬ kresie stabilizacji napiecia wyjsciowego. *przy opornosci obwodu obciazenia równej opornosci krytycznej stabilizatora. Zalamanie charakterysty¬ ki pradowo-napieciowej to jest jej nachylenie, jest zjawiskiem niepozadanym, gdyz swiadczy o braku stabilizacji napiecia w rezymie stabilizacji napie¬ cia lub o braku stabilizacji pradu w rezymie sta¬ bilizacji pradu. Wspomniane zalamanie charakte¬ rystyki jest wynikiem oddzialywania pradu ply¬ nacego przez dzielnik napiecia, wlaczony na wyj¬ sciu stalbilizatora.Elementy elektryczne dzielnika napiecia uzalez¬ niaja nawzajem obwody elektryczne stabilizacji napiecia i stabilizacji pradu wyjsciowego. Powyz¬ szy dzielnik napiecia zmniejsza impedancje dy¬ namiczna stabilizatora i ma szczególnie szkodliwy wplyw na jej wartosc (przy opornosci obwodu obciazenia równiej opornosci krytycznej stabi¬ lizatora.Poza tym dzielnik napiecia uniemozliwa doko¬ nanie wlasciwego pomiaru pradu wyjsciowego, gdyz (bocznikujac opornosc obwodu obciazenia po¬ woduje iprzeplyw szkodliwego pradu jalowego przez amperomierz mierzacy prad wyjsciowy sta¬ bilizatora. Szkodliwy prad jalowy stabilizatora przeplywajac przez bocznik amperomierza, powo¬ duje na nim spadek napiecia, na który reaguje róznicowy wzmacniacz uchybu wlaczony w pra¬ dowy obwód regulacyjny.Na wejscie wzmacniacza róznicowego powinien byc dostarczony wylacznie sygnal uchybu, zas szkodliwe zmiany pradu jalowego, pochodzace od zmian napiecia zasilania, zmian opornosci obwodu obciazenia, zmian termicznych itd., 'powinny byc zmniejszone do" minimum, gdyz one wlasnie po¬ woduja zmniejszenie opornosci dynamicznej sta¬ bilizator a a w konsekwencji i calego urzadzenia zasilajacego., [ Fig. 1 przedstawia uklad elektryczny jednego z najnowszych stabilizatorów, a fig. 2 jego charak¬ terystyke pradowo-napieciowa. Opornosc wyjscio¬ wa tego ukladu, w zakresie stabilizacji pradu wyj¬ sciowego, w stanie jalowym okresla zaleznosc A Uwy Rwy= ~Air~ 4 .' przy czym Rwy — oznacza opornosc wyjsciowa stabilizatora w stanie jalowym.A Uwy — przyrost napiecia wyjsciowego, Alt — przyrost pradu jalowego stabilizatora. 5 Warunkiem osiagniecia duzej opornosci wyjscio¬ wej stalbilizatora jest przyrost jalowego pradu A Ii dazacy do zera.Przy spelnieniu tego warunku wyjsciowa opor¬ nosc Rwy stalbilizatora dazy do nieskonczonosci. 10 Najbardziej oczywistym rozwiazaniem tego za¬ gadnienia byloby usuniecie z ukladu stabilizato¬ ra galezi opornosciowej, skladajacej sie z opor¬ ników Rj i Ru, czyli przerwanie obwodu prze¬ plywu jalowego pradu Ii stabilizatora, przy czym 15 wartosci qpornosci Ri nie bierze sie pod uwage, gdyz jest ona polaczona równolegle z mala opor¬ noscia zródla napiecia wzorcowego Uwi. Wtedy jalowy prad Ii stabilizatora bylby równy zeru, a wyjsciowa opornosc Rwy stabilizatora bylaby 20 równa nieskonczonosci.Usuniecie galezi opornosciowej z ukladu jest jednak niemozliwe ze wzgledu na stabilizacje na¬ piecia wyjsciowego. 25 W przytoczonym wyzej ukladzie stabilizatora do¬ laczono do punktów c i d odpowiednio ukierun¬ kowana diode Di i w ten sposób ograniczono szkodliwy wplyw zmian jalowego pradu Ii na stabilizacje wyjsciowego pradu Iwy. 30 Ograniczenie szkodliwego wplywu zmian jalo¬ wego pradu Ii na stabilizacje wyjsciowego pradu Iwy jest mozliwe wtedy, gdy potencjal w punkcie d jest nizszy lub równy potencjalowi w punkcie c. Nastepuje to przy dosc znacznych zmianach ja- 35 lowego pradu Ii. Przy stabilizacji wyjsciowego pradu Iwy celem jest osiagniecie Iwy = constans.Przy zmianach obciazenia stabilizatora zmienia sie wyjsciowe napiecie Uwy jak równiez jalowy prad Ii. 40 Jesli zmiany jalowego pradu Ii spowoduja takie spadki napiec na dzielniku RiRu, ze potencjal w piunkcie d bedzie mniejszy lub równy potencja¬ lowi w punkcie c to dioda Dj zacznie przewodzic i wyeliminuje szkodliwe spadki napiec na opor- 45. niku Rb pochodzace od tego frradu. Nastepuje sta¬ bilizacja jalowego Ipradu Ii.Taki stan pracy stabilizatora odpowiada odcin¬ kowi f charakterystyki przedstawionej na fig. 2 i jest zblizony do idealnego, gdyz wyjsciowa opor- 50 nosc Rwy stabilizatora jest bardzo duza.Jezeli zmiany jalowego pradu Ii sa nieznaczne i nie powoduja odpowiednich spadków napiec na dzielniku RiRu tak, ze dioda B± jest w stanie nie- przewodzenia, to jalowy prad Ii plynie przez dziel- 55 ni)k oporowy RiRu oraz opornik Rb powodujac na tym ostatnim niepozadany spadek napiecia, na który reaguje róznicowy wzmacniacz Wi. Taki stan pracy stabilizatora odpowiada odcinkowi g cha¬ rakterystyki (przedstawionej na fig. 2, przy czym 60 wyjsciowa opornosc Rwy stabilizatora jest rzedu kilku kiloomów.Podczas pracy stabilizatora w stanie nieprzewo- dzenia diody Dlf czesc szkodliwego jalowego pra¬ du Ii przeplywa przez miernik pradu powodujac 65 blad w pomiarze wyjsciowego -pradu Iwy stabi-57679 lizatora. Celem wynalazku jest opracowanie ukla¬ du stabilizatora, który wyeliminuje szkodliwe na¬ chylenie charakterystyki pradowo-napieciowej, czyli zwiekszy opornosc wyj;sciowa urzadzenia za¬ silajacego oraz umozliwi dokladny pomiar pa¬ rametrów elektrycznych Ibadanego urzadzenia.Cel ten zostal osiagniety przez wlaczenie rezy- stancyjnego mostka, w znany uklad stabilizatora.Oporniki, bedace ramionami mostka, sa tak do¬ brane i polaczone, ze prad wyjsciowy stabilizato¬ ra przeplywa przez amperomierz wlaczony w przekatna mostka, natomiast .prad jalowy stabili¬ zatora rozgalezia sie w wezlach przeciwleglych do przekatnej. Prad jalowy przeplywajac przez galezie mostka daje w wezlach przekatnej spadki napiec, których róznica jest w przyblizeniu równa zeru.Do jednego z wezlów mostka, w miejscu *wla- czenia amperomierza, dolaczono wejsciem wzmac¬ niacz róznicowy, wzmacniajacy uchyb pradu wyj¬ sciowego. Wzmocniony uchyb pradu wyjsciowego zostaje podany na sumator i dalej na tranzystor, pracujacy w ukladzie wspólnego emitera, które to elementy, wraz ze wzmacniaczem róznicowym-, tworza pradowy uklad regulacyjny. Do wezla roz¬ plywu pradu jalowego dolaczony jest dzielnik na¬ piecia, skladajacy sie z potencjometra lub opor¬ nika regulowanego, z opornika o okreslonej war¬ tosci opornosci oraz ze zródla napiecia odniesie¬ nia.Wspomniany dzielnik, wzmacniacz róznicowy, sumator oraz tranzystor tworza napieciowy uklad regulacyjny. Wszelkie zmiany pradu jalowego, przeplywajacego przez dzielnik, nie odgrywaja zadnej roli w zakresie stabilizacji napiecia wyj¬ sciowego, natomiast w zakresie stabilizacji pradu wyjsciowego, dzieki rozplywowi W ramionach mostka, eliminuja sie nawzajem a róznica spad¬ ków napiec w wezlach przekatnej jest bliska zeru lub moze byc równiez równa zeru.Uchyb pradowy, podawany na wzmacniacz róz¬ nicowy, jest uniezalezniony od zmian pradu ja¬ lowego, stad dynamiczna opornosc wyjsciowa sta¬ bilizatora jest bardzo duza.Uklad polaczen stabilizatora umozliwia sku¬ teczna, bezbledna i niezalezna regulacje napiecia i pradu wyjsciowego od 0—Inominainego, wlasciwy pomiar tego pradu oraz zwieksza opornosc wyj¬ sciowa stabilizatora.Rysunek fig. 3 przedstawia przyklad wykona¬ nia ukladu polaczen stabilizatora wedlug wyna¬ lazku, a fig. 4 jego charakterystyke. ; Dzialanie ukladu polaczen stabilizatora o nie¬ zaleznej regulacji napiecia i pradu wyjsciowego opisano nizej.W zakresie stabilizacji wyjsciowego napiecia U2 porównuje sie czesc tego napiecia z wzorcowym napieciem U8. Porównywana czesc wyjsciowego na¬ piecia U2 dobiera sie wstepnie potencjometrem 1.Ewentualnie powstala róznice spadków napiec, spowodowana zmiana wyjsciowego napiecia U* którego wartosc na wyjsciu stabilizatora zalezna jest od zmiany opornosci Ru obciazenia lub wa¬ han wejsciowego napiecia Vlt wzmacnia sie w róznicowym wzmacniaczu 9, nastepnie przekazuje sie na sumator 10, który wraz z tranzystorem 11, s pracujacym w ukladzie wspólnego emitera, two¬ rzy napieciowy uklad regulacyjny zasilacza, Na¬ pieciowy uklad regulacyjny, poprzez petle sprze¬ zenia zwrotnego, przeciwdziala zmianom wyjscio¬ wego napiecia Uj, przyczyniajac sie do jego sta- 10 bilizacji.W zakresie stabilizacji wyjsciowego pradu* I2 po¬ równuje sie spadek napiecia na oporniku 6 od tego pradu z czescia wzorcowego napiecia U4 do¬ bieranego wstepnie potencjometrem 7. Eweatual- 15 na róznice tych napiec, spowodowana zmiana spadku napiecia na oporniku 6 od przeplywaja¬ cego przez niego pradu I2, bedacego funkcja zmian opornosci Rl obciazenia na wyjsciu stabilizatora i wahan wejsciowego napiecia Vl9 wzmacnia sie 20 w róznicowym wzmacniaczu 8, a nastepnie podaje sie na sumator 10, który Wraz z tranzystorem 11 tworzy pradowy uklad regulacyjny.Pradowy uklad regulacyjny, poprzez petle sprzezenia zwrotnego, ' przeciwdziala zmianom wyjsciowego pradu I2, powodujac jego stabilizacje.Szkodliwy jalowy prad l± stabilizatora przeplywa¬ jac przez ramiona 3, 6 i 5, 4, ukladu mostkowe¬ go, powoduje na nich spadki napiec takie, ze róz¬ nica tych napiec w punktach a i b zrównowazo¬ nego mostka dla pradu jalowego jest bliska zeru.Zmiany szkodliwego pradu Ii eliminuja sie na¬ wzajem, stad wniosek, ' ze dynamiczna wyjscio¬ wa opornosc Rwy stabilizatora, a zat*m i urza¬ dzenia zasilajacego, jest bardzo duza. 35 Dobierajac odpowiednio wartosc oporników 4,5 i 3,6 w ramionach mostka mozna osiagnac ideal¬ ne przejscia stabilizatora ze stanu stabilizacji na¬ piecia w stan stabilizacji pradu wyjsciowego co 40 odpowiada punktowi h na charakterystyce prado¬ wo-napieciowej przedstawionej na fig. 4 i co umozliwia dokladny pomiar pradu, plynacego przez badany obwód dolaczony na wyjscie urza¬ dzenia zasilajacego, lub zapewnia bezzaklócenio- wa regulacje energii elektrycznej, dostarczanej urzadzeniom o zmiennej opornosci. 25 30 50 PL