SU760348A1

SU760348A1 - Токовый источник питания

Info

Publication number: SU760348A1
Application number: SU782619622A
Authority: SU
Inventors: Evgenij M Kulichev
Original assignee: Evgenij M Kulichev
Priority date: 1978-05-22
Filing date: 1978-05-22
Publication date: 1980-08-30

Description

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для питания устройств релейной защиты.

Известны токовые источники пита- , ййя, применяющиеся в защитах энерго-», систем переменного тока, обеспечивающие поддержание стабильного выходного напряжения в широком диапазоне изменения первичного тока £ΐ] .

Наиболее близким· к изобретению техническим решением является токовый источник питания, содержащий последовательно соединенные, по крайней ме-. ре, один трансформатор токаи выпря- 15 митель, к выходу которого подключены. накопительный элемент своим положительным выводом, вывод для подключения нагрузки и соединенные параллельно мегяду собой ограничитель нап- 20 ряжения и,параметрический стабилйзаг тор напряжения, также управляемый нелинейный элемент, вывод для подключе^ ния нагрузки и соединенные параллель-· · но между собой ограничитель напряже- 2$ ния и параметрический стабилизатор напряжения, а также нелинейный элемент, вывод для подключения цепей питания и смещения схем управления нагрузкой и вывод общей шины [2] . ,·(/

Так как выпрямленный ток, заряжающий накопительный и сглаживающий элементы, имеет большущ переменную составляющую, то в момент коммутации, в частности при включении, на выводе для подключения цепей питания и смещения схем управления нагрузкой возникают пульсации напряжения, что может привести к ложному срабатываниюсхем управления нагрузкой_? разработанных на основе интегральных микросхем. Использование управляемого нелинейного элемента на большой ток, необходимый для быстрого заряда накопительного элемента, приводит к снижению надежности и КПД,а также к ухудшению 'весогабаритных характерно • тик. Применение конденсаторов даже < небольшой емкости, сглаживающих пульсации напряжения на выводе для подключения цепей питания и смещения схём управления нагрузкой, также снижает надежность и ухудшает весогаба^ ритные характеристики источника.

Целью изобретения' является повышение надежности путем исключения ложного срабатывания схем управления нагрузкой при коммутации токового источника и улучшение весогабёритных

760348

ί характеристик токового источника питания. Это обеспечивается путем обес^ печения в процессе этой коммутации

“'^‘^“йг’н'Ов'ёнйогО появДёниё или соОтвётст“ '“В е я н оисчезновения напряжения на выводе указанного источника, подключенном, к цепям питания и смещения упомянутых схем управления нагрузкой.

Поставленная цель достигается тем, что в токовый источник питания введен , ₀

——блок управления упомянутым нелинейным ‘^иэлементом, кроме того, выходной: вывод нелинейного элемента подсоединен к выводу для подключения цепей пита'ния и смещения схем управления нагрузкой, а отрицательный вывод накопи- 15 тельного элемента подключен к выводу общей шины источника/ при этом вывод для подключения цепей питания и смещения схем управления нагрузкой соединен с точкой подключения резистора 20 и стабилитрона параметрического стабилизатора напряжения, а блок управления нелинейным элементом выполнен на транзисторе η-ρ-η-типа проводи.мости, коллектор которого, соединен- 25 ный с управляющим выводом управляемого нелинейного элемента, подключен

.....через резистор к положительному выводу накопительного элемента, а база этого транзистора через резистор подключена к аноду туннельного дио-« ³⁰да, который через резистор соединен с положительным выводом накопительного элемента, а катод туннельного диода и эмиттер транзистора подключе, ны К Отрицательному выводу накопи- ³⁵тельного элемента, кроме того, блок управления может быть выполнен на двухбазовом диоде, подключенном базовыми выводами через резистор параллельно накопительному элементу, а 40 эмиттер· двухбазового диода, соединенный через стабилитрон и резистор с * положительным выводом накопительного элемента, подключен к общей точке двухрезисторного делителя, один реЗистор которого соединен с положительным выводом накопительного элемента, а другой - с управляющим выводом нелинейного элемента.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема токового источника питания» на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема блока управления управляемым нелинейным элементом на базе транзистора /

йрбвОДйм'остй И туннельного диода/ на фиг. 3 - принципиальная •электрическая схема блока управления управляемым нелинейным элементом на основе двухбазового диода. 60

лельно ограничитель напряжения 3, конденсатор 4, параметрический стабилизатор напряжения, состоящий из последовательно соединенных ограничительного резистора 5 и стабилитрона 6, Параллельно стабилитрону б подключен транзистор 7 , на вход которого подается сигнал управления от блока управления 8, который подключен параллельно конденсатору 4, Вывод для подключения нагрузки соединён с выходом выпрямителя 2, а вывод для подключения цепей питания и смещения схем управления нагрузкой подключен к точке соединения резистора 5 и стабилитрона 6. Блок управления 8 состоит, из транэйстора 9, в цепь коллектора которого включен резистор 10, а база его через резистор 11 подключена к точке соединения анода туннельного диода 12, подключенного катодом к эмиттеру транзистора 9,и резистора 13, подсоединенного вторым Выводом к резистору 10.

Источник питания работает следующим образом.

При его включении вторичный ток трансформатора тока 1 выпрямляется выпрямителем 1 и заряжает конденсатор 4. По мере нарастания напряжения на конденсаторе 4 увеличивается ток цепи, состоящий из резистора 13 и ’ туннельного диода 12. При этом транзистор 9 заперт, так как напряжение на туннельном диоде 12, шунтирующем вход транзистора 9, незначительно. Напряжение на выходе транзистора 9 представляет собой сигнал блока управления 8, который подается на вход транзистора 7. При достижении определенной величины этого сигнала, на- . ходящейся в прямой зависимости от величины напряжения на конденсаторе 4, транзистор 7, срабатывает и шунти-рует стабилитрон 6. В результате нау •пряжение на выводе для подключения цепей питания и смещения схем управления нагрузкой будет равно нулю. С этого момента транзистор 7 находится в насыщении, что не трудно обеспечить выполнением соответствующего неравенства:

ί I/

где 8,₀ и величины сопротивлений

соответственно резисторов 10 и 5,а К_т - минимальный коэффициент передачи транзистора 7. При достижении соответствующего напряжения конденсатора 4 в процессе его заряда ток, протекающий через туннельный диод 12, станет равен пиковому току· этого диода, а затем рабочая точка туннельного диода перейдет с одной части вольт-амперной характеристики на другую. Этот переход осуществляется через участок с отрицательным сопротивлением указанной характеристики и произойдет

Источник питания содержит последовательно соединенные трансформатор

тока 1 и выпрямитель 2, к выходу ко·

торого подключены соединенные парал-^- 65

5

760348

мгновенно. В результате напряжение на туннельном диоде 12 мгновенно возрастает и окажется достаточным для открытия баэо-эмиттерного перехода транзистора 9, который откроется и войдет в насыщение. При этом его базовый ток ограничивается резистором 11. Насыщение транзистора 9 означает исчезновение сигнала блока управления 8 с входа транзистора 7. В этот момент транзистор 7 закроется. В результате стабилизатор напряжения выйдет на режим, обеспечивающий заданное стабилитроном 6 напряжение цепей питания и смещение схем управления нагрузкой. Учитывая, что между тун- , нельным диодом 12 и выводом для подключёния цепей питания и смещения схем управления нагрузкой нет инерционных элементов, то напряжение на указанном выводе возрастет скачком.

В процессе дальнейшего заряда конденсатора 4 напряжение на нем увеличивается и достигает напряжения уставки ограничителя 3, который срабатывает через ограничитель 3, и заряд конденсатора 4 прекращается. При понижении напряжения конденсатора 4 в результате его разряда ограничитель 3 отключается и процесс подраэряда конденсатора 4 повторяется. При срабатывании защиты конденсатор 4 разряжается на нагрузку, например на катушку отключающего электромагнита.

При отключении источника конденсатор 4 разряжается, а ток через туннельный диод 12 уменьшается. При некотором напряжении конденсатора 4 в процессе его разряда ток, протекающий через туннельный диод 12, станет равным току впадины этого диода, а затем рабочая точка перейдет с одного участка вольт-амперной характеристики на другой. Этот переход осуществляется через участок с отрицательным сопротивлением на указанной характеристике туннельного диода 12 и потому происходит мгновенно. В результате указанного процесса напряжение на туннельном диоде 12 станет меньше напряжения, необходимого для поддержания базо-эмиттерного перехода транзистора 9 в открытом состоянии. Он закроется, что будет соответствовать появлению сигнала блока управления 8, подаваемого на управляющий вывод транзистора 7. Последний войдет в насыщение, зашунтировав вывод для подключения цепей питания и смещения схем управления нагрузкой.

По описанным выше причинам напряжение на указанном выводе скачком , уменьшится до нуля.

Блок управления 8 имеет двухбазовый диод 14, во вторую базу которого включен резистор 15, а к его эмиттеру подключены последовательно соединенные стабилитрон 16 и резистор 17, и кроме того, подключена точка

соединения резисторов 18 и 19. Второй вывод резистора 19 является выходным выводом блока управления 8.

Работа блока управления 8 на основе двухбазового диода заключается в

_ следующем. >'

При заряде конденсатора 4 от момента включения источника питания до напряжения пробоя стабилитрона 16 напряжение на база-эмиттерном перехо, де эмиттера и первой базы двухбазового диода 14 будет постоянно и отрицательно. Величина этого напряжения определяется сопротивлениями резисторов 15, 18 и 19 и параметрами двухбаэового диода. После пробоя Стабили15 трона 16 напряжение на вышеуказанном баэо-эмиттерном переходе двухбазового диода 14 не будет постоянно, так как не постоянно сопротивление цепочки, состоящей из стабилитрона 16 и

20 резистора 17, по мере заряда конденсатора 4. При некотором напряжении конденсатора 4 больше напряжения пробоя стабилитрона 16 напряжение на база-эмиттерном переходе эмиттера и'

ус первой базы двухбазового диода 14 поменяет знак' и станет положительным.

До установления этого напряжения конденсатора 4 начиная от момента включения источника блок управления 8 выдает сигнал на вход транзистора 7.

При этом транзистор 7 насыщен и напряжение на выводе для подключения цепей питания и смещения схем управления нагрузкой равно нулю так же, как в работе блока управления на ба35 зе транзистора и туннельного диода. После этого момента при дальнейшем заряде конденсатора 4 двухбазовый диод 14 переключится и напряжение между первой базой и эмиттером

40 станет равным практически нулю, . ч ' что соответствует исчезновению сигнала блока управления 8 с входа транзистора 7. В этот момент, как и в первом примере, на выводе для подклю-/ чения цепей питания и смещения схем

45 управления нагрузкой появится напряжение, определяемое параметрами стабилизатора .

Резистор 17 с этого момента ограничивает ток перехода эмиттера и перво вой базы двухбазового диода 14 и стабилитрона 16. Переключение двухбазового диода 14 при разряде конденсатора 4, в результате чего блок управления 8 вновь выдает.

« сигнал на транзистор 7, что будет соответствовать , как и в первом примере, исчезновению напряжения с вывода ,для подключения цепей питания и смещения схем управления нагрузкой, осуществляется в обратном порядке. По60 явление и исчезновение напряжения на вышеуказанном выводе осуществляется скачком, благодаря наличию участка с отрицательным сопротивлением на вольтамперной характеристике двухбаэового

65 диода.

Ί

760348

8

Таким образом, введение в источник ' питания блока управлёния. разработанного'на базе элементов, характеристика которых имеет участок с отрицательным сопротивлением, а также соответствующее изменение принципиальной , схемы его, обеспечивает мгновенное · * (ступенчатое) появление или исчезновение напряжения на выводе для подключения целей питания и смещения «схем управления нагрузкой в процессе» заряда или соответственно разряда конденсатора при заданном напряжении на нем, обеспечивающем номинальные параметры цепей питания и смещения схем управлёния нагрузкой.

При-этом устраняются пульсации на- 15 пряжения на выводе для подключения цепей питания и смещения схем управления нагрузкой при коммутации источника, в частности при его включении, а следовательно, исключается ложное сраба- 20 тывание вышеуказанных схем управления нагрузкой в эти моменты. Замена транзистора большого тока на транзистор с малым током, а также исключение из принципиальной схемы источника сглаживающих конденсаторов повышает надежность и улучшает весогабаритные характеристики источника питания.

Claims

формула изобретения 30

1. Токовый источник питания, содержащий последовательно соединенные, по крайней мере, один трансформатор тока и выпрямитель, к выходу которо- 35 го подключены накопительный элемент своим положительным выводом, вывод, для подключения нагрузки и соединенные параллельно между собой ограничитель напряжения и параметрический до стабилизатор напряжения, а'также нелинейный элемент, вывод для подключения цепей питания и смещения схем управления нагрузкой и вывод общей шины, от л и чаю щий с я тем, что, с целью повышения надежности пу- *5 тем исключения ложного срабатывания схем управления нагрузкой при коммутации токового источника и улучшения весогабаритных характеристик токового источника, в него введен блок уп- 50 равления упомянутым нелинейным элементом, кроме того, выходной вывод

нелинейного элемента подсоединен к выводу для подключения цепей питания и смещения схем управления нагрузкой, а отрицательный вывод накопительного элемента подключен к выводу общей шины источника.
2. Источник по π. 1, от л ич а ю щ й й с я тем, что вывод для подключения цепей питания и смещения схем управления нагрузкой соеди- , иен с точкой подключения резистора и стабилитрона параметрического стабилизатора напряжения.
'3. Источник по п. 1, от л ичающийся тем, что блок управления нелинейным элементом выполнен на транзисторе п-р-п-типа проводимости, коллектор которого, соединенный с управляющим выводом нелинейного элемента, подключен через резистор к положительному выводу накопи-*¹тельного элемента, а база этого транзистора через резистор подключена к аноду туннельного диода, который через резистор соединен с положительным выводом накопительного элемента, а катод туннельного диода и эмиттер транзистора подключены к отрицательному выводу накопительного элемента.
4. Источник поп. 1, отличающийся тем, что’ блок управления выполнен на двухбаэовом диоде, подключенном базовыми выводами через резистор параллельно накопительному .элементу, а эмиттер двухбазового диода, соединенный через стабилитрон и резистор с положительным выводом накопительного элемента, подключен к общей точке двухрезисторного делителя, один резистор которого соединен с положительным выводом накопительного элемента, а другой резистор - с управляющим выводом нелинейного элемента.