RU2052211C1

RU2052211C1 - Dc stabilizer

Info

Publication number: RU2052211C1
Authority: RU
Inventors: В.В. Калиниченко
Original assignee: Объединенный Институт Ядерных Исследований
Priority date: 1992-06-22
Filing date: 1992-06-22
Publication date: 1996-01-10

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: stabilizer has force controller 1, current pickup 2, throttle 3, matching-amplifying unit 4, measuring shunt 5, force control element 6, damping resistor 7, measuring amplifying unit 9, base voltage source 10, controllable element 11, measuring unit 22, rheostat unit 13. The stabilizer has three circuits for automatic control. EFFECT: widened range of controlling output voltage. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к стабилизированным источникам тока. The invention relates to electrical engineering, in particular, to stabilized current sources.

Известен стабилизатор постоянного тока [1] содержащий силовой регулятор, датчик тока, силовой регулируемый элемент постоянного тока, первый и второй измерительно-усилительные блоки, первый и второй выходные выводы силового регулятора соответственно через силовой регулируемый элемент постоянного тока и датчика тока подключены к первому и второму выводам для подключения нагрузки, к силовым выводам силового регулируемого элемента постоянного тока подключен также вход первого измерительно-усилительного блока, выход которого соединен с управляющим входом силового регулятора, управляющий вход силового регулируемого элемента постоянного тока подключен к выходу второго измерительно-усилительного блока, вход которого подключен к выходу датчика тока. Known DC stabilizer [1] containing a power regulator, a current sensor, an adjustable DC power element, the first and second measuring and amplifying units, the first and second output terminals of the power regulator, respectively, are connected to the first and second through an adjustable DC power element and a current sensor the terminals for connecting the load, the input of the first measuring and amplifying unit, the output of which is connected to directs power regulator input, a control input regulated DC power element connected to the output of the second measuring and amplifying unit having an input connected to the output of the current sensor.

Основной недостаток известного устройства состоит в следующем. Через силовой регулируемый элемент постоянного тока протекает полный ток нагрузки стабилизатора. В стабилизаторах больших токов (сотни тысячи ампер) силовой регулируемый элемент выполняется на основе параллельного соединения большого количества (сотни тысячи штук) приборов (например, транзисторов). Этим обуславливаются низкая технологичность подобных стабилизаторов, их низкая надежность и другие недостатки. The main disadvantage of the known device is as follows. Through the power adjustable DC element, the full load current of the stabilizer flows. In stabilizers of high currents (hundreds of thousands of amperes), a power adjustable element is performed on the basis of parallel connection of a large number (hundreds of thousands of pieces) of devices (for example, transistors). This is due to the low adaptability of such stabilizers, their low reliability and other disadvantages.

Известен стабилизатор постоянного тока [2] наиболее близкий по технической сущности к изобретению и содержащий силовой регулятор, датчик тока, силовой регулируемый элемент, вход которого подключен к выходу согласующе-усилительного блока, и дроссель, при этом первый вывод для подключения нагрузки соединен через гасящий резистор с первым выводом силового регулируемого элемента, а через дроссель с первым выходным выводом силового регулятора, второй выходной вывод которого соединен с общей шиной, к которой через датчик тока подсоединен второй вывод для подключения нагрузки, управляющий вход силового регулятора подключен к выходу измерительно-усилительного блока, входы которого соединены соответственно с источником опорного сигнала и выходом датчика тока. Known DC stabilizer [2] closest in technical essence to the invention and containing a power regulator, a current sensor, an adjustable power element, the input of which is connected to the output of the matching amplifier unit, and a choke, while the first terminal for connecting the load is connected through a quenching resistor with the first output of the power adjustable element, and through the inductor with the first output terminal of the power regulator, the second output terminal of which is connected to a common bus, to which the current is connected via a current sensor A swarm lead for connecting the load, the control input of the power regulator is connected to the output of the measuring and amplifying unit, the inputs of which are connected respectively to the source of the reference signal and the output of the current sensor.

В стабилизаторах относительно небольших токов (I_ном несколько десятков ампер) при относительно высоких напряжениях на нагрузке (U_ном несколько десятков вольт) последовательно с силовым регулируемым элементом включают гасящий резистор, который рассеивает значительную часть мощности переменного тока (тока пульсаций), обеспечивая тем самым существенное снижение мощности, рассеиваемой в силовом регулируемом элементе. А так как в указанных условиях силовой регулируемый элемент выполняется обычно на основе силовых транзисторов, имеющих, как известно, ограничительную мощность рассеяния, то включение указанного гасящего резистора обеспечивает повышение надежности стабилизатора. В стабилизаторах с большим диапазоном регулирования тока, например I_ном/I_мин > 5N10, возникает противоречие с выбором номинального значения сопротивления гасящего резистора: исходя из условия эффективного подавления пульсаций в нижней части диапазона регулирования тока его сопротивление должно быть относительно малым, в то же время, исходя из условия эффективного снижения мощности, рассеиваемой в силовом регулируемом элементе в верхней части диапазона, сопротивление гасящего резистора должно быть относительно большим. Указанное противоречие не позволяет на основе прототипа реализовать широкодиапазонные стабилизаторы с эффективным подавлением пульсаций и высокой надежностью.In stabilizers of relatively small currents (I _nom several tens of amperes) at relatively high load voltages (U _nom several tens of volts), a quenching resistor is connected in series with the power adjustable element, which dissipates a significant part of the AC power (ripple current), thereby providing a significant decrease in power dissipated in the power adjustable element. And since under these conditions the adjustable power element is usually based on power transistors having, as you know, a limiting dissipation power, the inclusion of the indicated quenching resistor provides increased reliability of the stabilizer. In stabilizers with a large range of current regulation, for example, I _nom / I _min > 5N10, there is a contradiction with the choice of the nominal value of the resistance of the quenching resistor: based on the condition for the effective suppression of ripples in the lower part of the current regulation range, its resistance should be relatively small, at the same time based on the conditions for effective reduction of power dissipated in the power adjustable element in the upper part of the range, the resistance of the quenching resistor should be relatively large. This contradiction does not allow, on the basis of the prototype, to implement wide-range stabilizers with effective ripple suppression and high reliability.

Расширение диапазона регулирования тока достигается тем, что в стабилизатор постоянного тока, содержащий силовой регулятор, датчика тока, силовой регулируемый элемент, вход которого подключен к выходу согласующе-усилительного блока, и дроссель, при этом первый вывод для подключения нагрузки соединен через гасящий резистор с первым выводом силового регулируемого элемента, а через дроссель с первым выходным выводом силового регулятора, второй выходной вывод которого соединен с общей шиной, к которой через датчик тока подсоединен второй зажим для подключения нагрузки, управляющий вход силового регулятора подключен к выходу измерительно-усилительного блока, входы которого соединены соответственно с источником опорного сигнала и выходом датчика тока, введены регулируемый элемент, включенный между общей шиной и управляющим входом силового регулируемого элемента, вход согласующе-усилительного блока подсоединен к первому выводу для подключения нагрузки, а его общий вывод к общей шине, реостатный блок, измерительный шунт и измерительный блок, выход которого подключен к управляющему входу регулируемого элемента, общий вывод к общей шине, а входы подключены к первому и второму выводам силового регулируемого элемента, причем второй вывод последнего через измерительный шунт соединен с общей шиной, с которой соединен также общий вывод реостатного блока, который подключен силовыми выводами параллельно гасящему резистору, реостатный блок выполнен на основе источника опорного напряжения, первого и второго силовых транзисторов, согласующего усилителя, делителя напряжения, первого и второго конденсаторов, первого и второго балластных резисторов, первого, второго и третьего диодов, первого, второго, третьего и четвертого резисторов, при этом в качестве первого силового вывода реостатного блока использован первый вывод первого балластного резистора, второй вывод которого подключен к коллектору первого силового транзистора, база которого соединена с первым выводом источника опорного напряжения через последовательно соединенные первый резистор и первый диод, включенный в прямом направлении, промежуток база-эмиттер первого силового транзистора шунтирован первым конденсатором, вторым резистором и включенным в обратном направлении вторым диодом, эмиттер первого силового транзистора и первый вывод второго балластного резистора объединены и их общий вывод использован в качестве второго силового вывода реостатного блока, к которому подключен первый вывод второго конденсатора через параллельно соединенные третий резистор и третий диод, включенный в обратном направлении, второй вывод второго балластного резистора подключен к коллектору второго силового транзистора, база которого подключена к выходу согласующего усилителя, вход которого через делитель напряжения подключен к первому выводу второго конденсатора, второй вывод которого подключен к общей шине реостатного блока, к которой подключены также общие выводы делителя напряжения и согласующего усилителя, второй вывод источника опорного напряжения и первый вывод четвертого резистора, второй вывод которого соединен с эмиттером второго силового транзистора, вывод общей шины реостатного блока использован в качестве его общего вывода. The expansion of the range of current regulation is achieved by the fact that the DC stabilizer contains a power regulator, a current sensor, a power adjustable element, the input of which is connected to the output of the matching amplifier unit, and a choke, while the first terminal for connecting the load is connected through the quenching resistor to the first the output of the adjustable power element, and through the inductor with the first output terminal of the power regulator, the second output terminal of which is connected to a common bus, to which the second is connected via a current sensor clamp for connecting the load, the control input of the power regulator is connected to the output of the measuring and amplifying unit, the inputs of which are connected respectively to the reference signal source and the output of the current sensor, an adjustable element is inserted, connected between the common bus and the control input of the power adjustable element, the input of the matching amplifier block connected to the first terminal for connecting the load, and its common output to the common bus, a rheostat block, a measuring shunt and a measuring block, the output of which is connected to to the distributing input of the adjustable element, the common terminal is connected to the common bus, and the inputs are connected to the first and second terminals of the power adjustable element, and the second terminal of the latter through the measuring shunt is connected to the common bus, to which the common terminal of the rheostat unit is connected, which is connected by the power terminals parallel to the quenching resistor, the rheostat block is made on the basis of a reference voltage source, the first and second power transistors, a matching amplifier, a voltage divider, the first and second capacitors, per the first and second ballast resistors, the first, second and third diodes, the first, second, third and fourth resistors, while the first output of the first ballast resistor is used as the first power output of the rheostatic unit, the second output of which is connected to the collector of the first power transistor, the base of which connected to the first output of the reference voltage source through the first resistor and the first diode connected in the forward direction in series, the base-emitter gap of the first power transistor and shunted by the first capacitor, the second resistor, and the second diode turned on in the opposite direction, the emitter of the first power transistor and the first output of the second ballast resistor are combined and their common output is used as the second power output of the rheostatic unit, to which the first output of the second capacitor is connected through a third connected in parallel a resistor and a third diode, connected in the opposite direction, the second terminal of the second ballast resistor is connected to the collector of the second power transistor, the base of which It is connected to the output of the matching amplifier, the input of which through the voltage divider is connected to the first output of the second capacitor, the second output of which is connected to the common bus of the rheostat unit, to which the common outputs of the voltage divider and matching amplifier are connected, the second output of the reference voltage source and the first output of the fourth a resistor, the second output of which is connected to the emitter of the second power transistor, the output of the common bus of the rheostat unit is used as its common output.

Существенными отличительными признаками, достаточными для достижения технического результата, являются регулируемый элемент, измерительный шут, измерительный блок и реостатный блок, который выполнен на основе источника опорного напряжения, первого и второго силовых транзисторов, согласующего усилителя, делителя напряжения, первого и второго конденсаторов, первого и второго балластных резисторов, первого, второго и третьего диодов, первого, второго, третьего и четвертого резисторов. Существенными отличительными признаками являются также связи между элементами в реостатном блоке и в устройстве в целом. The essential distinguishing features sufficient to achieve a technical result are an adjustable element, a measuring jester, a measuring unit and a rheostatic unit, which is made on the basis of a reference voltage source, the first and second power transistors, a matching amplifier, a voltage divider, the first and second capacitors, the first and second ballast resistors, first, second and third diodes, first, second, third and fourth resistors. Significant distinguishing features are also the relationship between the elements in the rheostat block and in the device as a whole.

В предлагаемом техническом решении благодаря введению в стабилизатор новых признаков достигается расширение диапазона регулирования тока, т.к. обеспечивается достижение требуемого технического результата. Причинная связь между новыми признаками и достигаемым результатом состоит в следующем. В нижней части диапазона регулирования введенные средства обеспечивают автоматически шунтирование гасящего резистора, чем обеспечивается эффективная работа силового регулируемого элемента по подавлению пульсаций. При повышении уровня постоянной составляющей напряжения на силовом регулируемом элементе выше определенного уровня обеспечивается автоматически шунтирование его по постоянному току, что, не снижая его эффективной работы по подавлению пульсаций, позволяет снизить мощность потерь в силовом регулируемом элементе. Узел защиты, включающий измерительный блок и регулируемый элемент, обеспечивает ограничение тока через силовой регулируемый элемент при возникновении ненормальных режимов в силовой части стабилизатора, не оказывая побочных влияний на работу контура подавления пульсаций в условиях нормального функционирования стабилизатора. In the proposed technical solution, due to the introduction of new features into the stabilizer, an extension of the current control range is achieved, since ensures the achievement of the required technical result. The causal relationship between the new features and the achieved result is as follows. In the lower part of the control range, the introduced means provide automatic shunting of the quenching resistor, which ensures the effective operation of the power adjustable element to suppress ripple. By increasing the level of the DC component of the voltage on the power adjustable element above a certain level, it is automatically shunted by direct current, which, without reducing its effective operation to suppress ripple, can reduce the power loss in the power adjustable element. The protection unit, which includes a measuring unit and an adjustable element, provides a limitation of current through the power adjustable element in the event of abnormal conditions in the power part of the stabilizer, without having side effects on the operation of the ripple suppression circuit in the normal functioning of the stabilizer.

На фиг.1 представлена блок-схема стабилизатора постоянного тока; на фиг. 2 принципиальная схема реостатного блока; на фиг.3 блок-схема измерительного блока (вариант выполнения). Figure 1 presents a block diagram of a DC stabilizer; in FIG. 2 schematic diagram of a rheostat block; figure 3 is a block diagram of a measuring unit (embodiment).

Стабилизатор постоянного тока содержит силовой регулятор 1, датчика 2 тока, дроссель 3, согласующе-усилительный блок 4, измерительный шунт 5, силовой регулирующий элемент 6, гасящий резистор 7. Первый вывод для подключения нагрузки 8 соединен через гасящий резистор 7 с первым выводом силового регулируемого элемента 6, а через дроссель 3 с первым выходным выводом силового регулятора 1, второй выходной вывод которого соединен с общей шиной, к которой через датчик 2 тока подсоединен второй вывод для подключения нагрузки 8. К общей шине через измерительный шунт 5 подключен второй вывод силового регулируемого элемента 6. The DC stabilizer contains a power regulator 1, a current sensor 2, a choke 3, a matching amplifier block 4, a measuring shunt 5, a power regulating element 6, a quenching resistor 7. The first terminal for connecting the load 8 is connected through the quenching resistor 7 to the first terminal of the adjustable power element 6, and through the inductor 3 with the first output terminal of the power regulator 1, the second output terminal of which is connected to a common bus, to which a second output is connected via a current sensor 2 to connect load 8. To the common bus, it will measure flax shunt 5 is connected the second terminal of the power controlled member 6.

Кроме того, стабилизатор содержит также измерительно-усилительный блок 9, источник 10 опорного сигнала, регулируемый элемент 11, измерительный блок 12 и реостатный блок 13, который с помощью первого 14 и второго 15 силовых выводов подключен параллельно гасящему резистору 7, а с помощью общего вывода 16 к общей шине стабилизатора тока. In addition, the stabilizer also contains a measuring and amplifying unit 9, a reference signal source 10, an adjustable element 11, a measuring unit 12 and a rheostat unit 13, which is connected in parallel with the quenching resistor 7 using the first 14 and second 15 power leads, and using the common terminal 16 to the common bus of the current stabilizer.

Управляющий вход силового регулятора 1 подключен к выходу измерительно-усилительного блока 9, входы которого соединены соответственно с источником 10 опорного сигнала и выходом датчика 2 тока. Между общей шиной и управляющим входом силового регулируемого элемента 6 включен регулируемый элемент 11, при этом к управляющему входу силового регулируемого элемента 6 подключен также выход согласующе-усилительного блока 4, вход которого подсоединен к первому выводу для подключения нагрузки 8, а его общий вывод подключен к общей шине, к которой подключен также общий вывод измерительного блока 12. К входу регулируемого элемента 11 подключен выход измерительного блока 12, входы которого подключены соответственно к первому и второму выводам силового регулируемого элемента 6. The control input of the power regulator 1 is connected to the output of the measuring and amplifying unit 9, the inputs of which are connected respectively to the source 10 of the reference signal and the output of the current sensor 2. An adjustable element 11 is connected between the common bus and the control input of the power adjustable element 6, while the output of the matching amplifier block 4 is connected to the control input of the power adjustable element 6, the input of which is connected to the first output for connecting load 8, and its common output is connected to the common bus, to which the common output of the measuring unit 12 is also connected. To the input of the adjustable element 11 is connected the output of the measuring unit 12, the inputs of which are connected respectively to the first and second terminals with silt adjustable element 6.

Реостатный блок 13 (фиг.2) содержит источник 17 опорного напряжения, первый 18 и второй 19 силовые транзисторы, согласующий усилитель 20, делитель 21 напряжения, первый 22 и второй 23 конденсаторы, первый 24 и второй 25 балластные резисторы, первый 26, второй 27 и третий 28 диоды, первый 29, второй 30, третий 31 и четвертый 32 резисторы. Делитель 21 напряжения содержит резисторы 33 и 34. The resistor unit 13 (Fig. 2) contains a reference voltage source 17, first 18 and second 19 power transistors, a matching amplifier 20, a voltage divider 21, first 22 and second 23 capacitors, first 24 and second 25 ballast resistors, first 26, second 27 and third 28 diodes, first 29, second 30, third 31 and fourth 32 resistors. The voltage divider 21 contains resistors 33 and 34.

В качестве первого силового вывода 14 реостатного блока 13 использован первый вывод первого балластного резистора 24, второй вывод которого подключен к коллектору первого силового транзистора 18. Первый вывод источника 17 опорного напряжения через первый резистор 29 и первый диод 26, включенный в прямом направлении, связан с базой первого силового транзистора 18, промежуток база-эмиттер которого шунтирован первым конденсатором 22, вторым резистором 30 и включенным в обратном направлении вторым диодом 27. As the first power terminal 14 of the rheostat block 13, the first terminal of the first ballast resistor 24 is used, the second terminal of which is connected to the collector of the first power transistor 18. The first terminal of the reference voltage source 17 is connected through the first resistor 29 and the first diode 26 in the forward direction the base of the first power transistor 18, the base-emitter gap of which is shunted by the first capacitor 22, the second resistor 30, and the second diode 27 turned on in the opposite direction.

Эмиттер первого транзистора 18 и первый вывод второго балластного резистора 25 объединены и их общий вывод использован в качестве второго силового вывода 15 реостатного бока 13. К выводу 15 подключен первый вывод второго конденсатора 23 через параллельно соединенные третий резистор 31 и третий диод 28, включенный в обратном направлении. Второй вывод второго балластного резистора 25 подключен к коллектору второго силового транзистора 19, база которого подключена к выходу согласующего усилителя, вход которого через делитель 21 напряжения подключен к первому выводу второго конденсатора 23. Второй вывод конденсатора 23 подключен к общей шине реостатного блока 13, к которой подключены также общий вывод делителя 21 напряжения, общий вывод согласующего усилителя 20, второй вывод источника 17 опорного напряжения и первый вывод четвертого резистора 32, второй вывод которого соединен с эмиттером второго транзистора 19.Вывод общей шины реостатного блока 13 использован в качестве его общего вывода 16. The emitter of the first transistor 18 and the first terminal of the second ballast resistor 25 are combined and their common terminal is used as the second power terminal 15 of the resistor side 13. The first terminal of the second capacitor 23 is connected to terminal 15 through a third resistor 31 and a third diode 28 connected in parallel to the reverse direction. The second output of the second ballast resistor 25 is connected to the collector of the second power transistor 19, the base of which is connected to the output of the matching amplifier, the input of which through the voltage divider 21 is connected to the first output of the second capacitor 23. The second output of the capacitor 23 is connected to a common bus of the resistor unit 13, to which connected also is the common terminal of the voltage divider 21, the common terminal of the matching amplifier 20, the second terminal of the reference voltage source 17 and the first terminal of the fourth resistor 32, the second terminal of which is connected to Mitter of the second transistor 19. The output of the common bus of the resistor unit 13 is used as its common output 16.

Представленный на фиг. 3 вариант выполнения измерительного блока 12 содержит делитель напряжения (резисторы 35 и 36), ограничитель напряжения (резистор 37 и стабилитрон 38), аналоговый перемножитель 39, блок 40 сравнения напряжений, источник 41 опорного напряжения, согласующий блок 42, вход которого подключен к выходу блока 40 сравнения напряжений. Входы блока 40 сравнения напряжений соединены соответственно с источником 41 опорного напряжения и выходом аналогового перемножителя 39, входы которого подключены соответственно к выходам делителя и ограничителя напряжений. Общие выводы делителя и ограничителя напряжений, а также общие выводы блоков 39-42 подключены к общей шине. Входы делителя и ограничителя напряжений использованы в качестве соответствующих входных выводов измерительного блока 12, а выход согласующего блока 42 в качестве выходного вывода блока 12. Presented in FIG. 3, an embodiment of the measuring unit 12 comprises a voltage divider (resistors 35 and 36), a voltage limiter (resistor 37 and a zener diode 38), an analog multiplier 39, a voltage comparison unit 40, a reference voltage source 41, a matching unit 42, the input of which is connected to the output of the unit 40 stress comparison. The inputs of the voltage comparison unit 40 are connected respectively to the reference voltage source 41 and the output of the analog multiplier 39, the inputs of which are connected respectively to the outputs of the voltage divider and limiter. The general conclusions of the divider and voltage limiter, as well as the general conclusions of blocks 39-42 are connected to a common bus. The inputs of the divider and voltage limiter are used as the corresponding input terminals of the measuring unit 12, and the output of the matching unit 42 as the output terminal of the unit 12.

Стабилизатор постоянного тока работает следующим образом. The DC stabilizer operates as follows.

Первый контур автоматического регулирования контур стабилизации постоянного тока в нагрузке 8 содержит элементы 1 3, 8 10 и представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования стабилизирующего типа. Стабилизируемый постоянный ток I_н преобразуется в датчике 2 тока в сигнал, который поступает на один из входов измерительно-усилительного блока 9. На другой вход этого блока поступает сигнал от источника 10 опорного сигнала. При отклонении величины тока I_н от требуемого (заданного) значения на выходе измерительно-усилительного блока 9 появляется сигнал рассогласования, который поступает на управляющий вход силового регулятора 1. Под действием этого сигнала рассогласования ток на выходе силового регулятора 1 изменяется до тех пор, пока его значение не станет приблизительно равным требуемому значению тока I_н (с точностью до величины действующего рассогласования в контуре авторегулирования, при большом усилении в контуре авторегулирования действующее рассогласование пренебрежимо мало).The first automatic control circuit, the DC stabilization circuit in the load 8 contains elements 1 3, 8 10 and is a closed system of automatic control of the stabilizing type. The stabilized direct current I _{n is} converted in the current sensor 2 into a signal that is fed to one of the inputs of the measuring and amplifying unit 9. A signal from the source 10 of the reference signal is received at the other input of this unit. When the current I _n deviates from the required (set) value at the output of the measuring and amplifying unit 9, a mismatch signal appears, which is fed to the control input of the power regulator 1. Under the action of this mismatch signal, the current at the output of the power regulator 1 changes until it the value does not become approximately equal to the required current value I _n (up to the value of the actual mismatch in the auto-control loop, with a large gain in the auto-control loop, the current petting is negligible).

Второй контур автоматического регулирования контур подавления пульсация напряжения на нагрузке 8 включает элементы 1, 3, 4, 7, 13 и представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования стабилизирующего типа (стабилизация нулевого значения, с точностью до величины действующего рассогласования). Переменная составляющая U выходного напряжения силового регулятора 1 (напряжение пульсаций) передается к входу согласующе-усилительного блока 4 и вызывает появление на его выходе переменного напряжения, поступающего на управляющий вход силового регулируемого элемента 6, что вызывает в свою очередь протекание через силовой регулируемый элемент 6 переменного тока I (ток I отбирается от силового регулятора 1). Падение напряжения U_др. на индуктивном сопротивлении дросселя 3 (его активным сопротивлением пренебрегаем), обусловленное током I обеспечивает снижение напряжения пульсаций на нагрузке 8 (переменной составляющей тока через нагрузку 8 пренебрегаем по сравнению с I ).The second automatic control circuit, the suppression circuit of the ripple voltage at the load 8 includes elements 1, 3, 4, 7, 13 and is a closed system of automatic control of the stabilizing type (stabilization of zero value, up to the value of the actual mismatch). The variable component U of the output voltage of the power regulator 1 (ripple voltage) is transmitted to the input of the matching amplifier unit 4 and causes an alternating voltage at its output to be supplied to the control input of the power adjustable element 6, which in turn causes the AC to flow through the adjustable power element 6 current I (current I is taken from power regulator 1). The voltage drop U _dr at the inductance of the inductor 3 (neglected by its active resistance), due to the current I provides a reduction in the ripple voltage at load 8 (we neglect the variable component of the current through load 8 compared to I).

Ток I протекает через гасящий резистор 7, создавая на последнем падение напряжения, вследствие чего снижается мощность потерь в силовом регулируемом элементе 6. При регулировании величины тока в нагрузке на нижнем участке диапазона регулирования тока реостатный блок 13 автоматически шунтирует гасящий резистор 7. Эта мера обеспечивает нормальную работу силового регулируемого элемента 6 по подавлению пульсаций несмотря на снижение постоянного напряжения на нагрузке 8. The current I flows through the quenching resistor 7, creating a voltage drop at the last one, as a result of which the power loss is reduced in the power adjustable element 6. When regulating the amount of current in the load in the lower part of the current control range, the resistor unit 13 automatically shunts the quenching resistor 7. This measure ensures normal the work of the power adjustable element 6 to suppress ripple despite the decrease in constant voltage at the load 8.

Если в процессе регулирования тока нагрузки 8 пульсирующее напряжение на силовом регулируемом элементе 6 превысит в минимуме допустимое значение (в смысле допустимой мощности потерь в силовом регулируемом элементе 6), то реостатный блок 13, автоматически шунтирует по постоянному току силовой регулируемый элемент 6, вследствие чего падение напряжения на гасящем резисторе 7 возрастает и напряжение (в минимуме) на силовом регулируемом элементе 6 удерживается вблизи допустимого значения. Эта мера обеспечивает снижение мощности потерь в силовом регулируемом элементе 6 без ухудшения подавления пульсаций. Обсуждаемый второй контр авторегулирования обеспечивает таким образом подавление напряжения пульсаций на нагрузке 8 до уровня напряжения действующего рассогласования в этом контуре (U_д U U_др здесь записаны мгновенные значения соответствующих напряжений). При большом усилении в этом контуре авторегулирования напряжения действующего рассогласования U_д составляет малую долю напряжения пульсаций U таким образом второй контур авторегулирования обеспечивает эффективное подавление пульсаций.If during the regulation of the load current 8, the ripple voltage on the power adjustable element 6 will exceed the minimum acceptable value (in the sense of the allowable loss power in the power adjustable element 6), then the resistor unit 13 will automatically bypass the direct current power adjustable element 6, resulting in a drop the voltage on the quenching resistor 7 increases and the voltage (at minimum) on the power adjustable element 6 is kept near the permissible value. This measure provides a reduction in power losses in the power adjustable element 6 without impairing the suppression of ripple. The discussed second counter-self-regulation thus ensures the suppression of the ripple voltage at load 8 to the voltage level of the actual mismatch in this circuit (U _d UU _dr the instantaneous values of the corresponding voltages are recorded here). With a large gain in this autoregulation circuit, the current mismatch voltage U _d is a small fraction of the ripple voltage U, so the second autoregulation circuit provides effective ripple suppression.

Третий контур автоматического регулирования контур защиты силового регулируемого элемента 6 включает в себя элементы 5, 6, 11 и представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования. Падение напряжения на измерительном шунте 5, обусловленное током I через силовой регулируемый элемент 6, поступает на один из входов измерительного блока 12, на другой его вход поступает напряжение, приложенное к силовой цепи силового регулируемого элемента 6 (падением напряжения на измерительном шунте 5 можно в данном случае пренебречь, так как оно составляет всего десятки мВ). По этим данным в измерительном блоке 12 определяется мгновенная мощность потерь в силовом регулируемом элементе 6. Если указанная мощность потерь превысит допустимое значение, на выходе измерительного блока 12 появляется напряжение, которое приоткрывает регулируемый элемент 11, напряжение на управляющем входе силового регулируемого элемента 6 ограничивается, соответственно ограничивается ток I через силовой регулируемый элемент 6, это означает, что на заданном уровне ограничивается мощность потерь в силовом регулируемом элементе 6. Следовательно, контур защиты обеспечивает эффективную защиту от перегрузки и выхода из строя силового регулируемого элемента 6 стабилизатора тока. The third automatic control circuit protection circuit of the power adjustable element 6 includes elements 5, 6, 11 and is a closed system of automatic regulation. The voltage drop on the measuring shunt 5, due to the current I through the power adjustable element 6, is supplied to one of the inputs of the measuring unit 12, the voltage applied to the power circuit of the power adjustable element 6 is supplied to its other input (voltage drop on the measuring shunt 5 is possible in this neglected case, since it is only tens of mV). Based on these data, the instantaneous power loss in the adjustable power element 6 is determined in the measuring unit 12. If the specified power loss exceeds the permissible value, a voltage appears at the output of the measuring unit 12, which opens the adjustable element 11, the voltage at the control input of the power adjustable element 6 is limited, respectively current I is limited through the adjustable power element 6, this means that at a given level the power loss is limited in the adjustable power element 6. Track Moreover, the protection circuit provides effective protection against overload and failure of the power adjustable element 6 of the current stabilizer.

Выше рассмотрена работа блоков 13 и 12 в структуре стабилизатора тока. Следовательно, при относительно большом токе в нагрузке 8 напряжение U_р на силовом регулируемом элементе 6 будет больше опорного напряжения U_оп, вырабатываемого источником 17 опорного напряжения. При этом первый силовой транзистор 18 закрыт. При регулировании тока нагрузки 8 в сторону уменьшения в какой-то момент U_оп превысит U_р и произойдет отпирание транзистора 18. При этом параллельно гасящему резистору 7 будет подключен балластный резистор 24. Таким образом, блок 13 при определенных условиях автоматически обеспечивает шунтирование гасящего резистора 7.The operation of blocks 13 and 12 in the structure of the current stabilizer is discussed above. Therefore, with a relatively large current in the load 8, the voltage U _p on the adjustable power element 6 will be greater than the reference voltage U _op generated by the reference voltage source 17. In this case, the first power transistor 18 is closed. When adjusting the load current 8 to the side of decreasing, at some point U _op will exceed U _p and the transistor 18 will unlock. At the same time, the ballast resistor 24 will be connected in parallel with the quenching resistor 7. Thus, under certain conditions, the block 13 automatically provides bypassing of the quenching resistor 7 .

Резистор 29 служит для ограничения тока, отбираемого от источника 17. Диод 26 обеспечивает отключение и, таким образом, защиту источника 17 при U_р > U_оп. Диод 27 и резистор 30 защищают переход база-эмиттер транзистора 18 от появления большого обратного напряжения, конденсатор 22 устраняет возбуждение паразитных колебаний.The resistor 29 serves to limit the current taken from the source 17. The diode 26 provides a shutdown and, thus, protection of the source 17 when U _p > U _op . A diode 27 and a resistor 30 protect the base-emitter junction of the transistor 18 from the appearance of a large reverse voltage, the capacitor 22 eliminates the excitation of spurious oscillations.

Узел, содержащий конденсатор 23, диод 28 и резистор 31, детектирует минимум в пульсирующем напряжении, которое действует на силовом регулируемом элементе 6. Другими словами, при относительно большой постоянной времени R₃₁ C ₂₃ (R₃₁ и С₂₃ величины сопротивления и емкости резистора 31 и конденсатора 23 соответственно) напряжение на конденсаторе 23 соответствует напряжению в минимуме указанного пульсирующего напряжения. Напряжение с конденсатора 23 через делитель 21 напряжения и согласующий усилитель 20 поступает на базу второго силового транзистора 19 и приоткрывает его. Этим автоматически обеспечивается шунтирование блоком 13 силового регулируемого элемента 6 по постоянному току, благодаря чему достигается снижение уровня постоянной составляющей напряжения на силовом регулируемом элементе 6 и, таким образом, снижение мощности потерь в элементе 6. Перечисленные элементы образуют замкнутый контур отрицательной обратной связи, который автоматически поддерживает на допустимо низком уровне постоянную составляющую напряжения на элементе 6 (здесь под допустимо низким уровнем постоянной составляющей напряжения на элементе 6 понимается уровень, при котором не происходит снижения качества работы контура подавления пульсаций). Указанная постоянная составляющая напряжения устанавливается на необходимом уровне автоматически при соответствующем выборе параметров делителя 21, согласующего усилителя 20, а также резисторов 25 и 32.An assembly comprising a capacitor 23, a diode 28, and a resistor 31 detects a minimum of a ripple voltage that acts on the power adjustable element 6. In other words, with a relatively large time constant R ₃₁ C ₂₃ (R ₃₁ and C _{23, the} resistance and capacitance of the resistor 31 and capacitor 23, respectively) the voltage across the capacitor 23 corresponds to a voltage at a minimum of said ripple voltage. The voltage from the capacitor 23 through the voltage divider 21 and the matching amplifier 20 is supplied to the base of the second power transistor 19 and opens it. This automatically ensures shunting by the unit 13 of the DC power element 6 by direct current, thereby reducing the level of the DC component of the voltage on the power element 6 and, thus, reducing the power loss in element 6. The listed elements form a closed loop negative feedback, which automatically maintains at a permissible low level the constant component of voltage at element 6 (here, under an admissible low level of the constant component of voltage eniya on the element 6 is meant a level at which there is no reduction in the quality of the pulsation suppression circuit). The specified DC component of the voltage is set at the required level automatically with the appropriate choice of parameters of the divider 21, matching amplifier 20, as well as resistors 25 and 32.

Подводимые на входы измерительного блока 12 напряжения поступают через делитель (резисторы 35, 36) и ограничитель (резистор 37, стабилитрон 38) напряжения соответственно на входы аналогового перемножителя 39. Мгновенное значение выходного напряжения перемножителя 39 пропорционально мгновенному значению мощности потерь в силовой цепи силового регулируемого элемента 6. Напряжение с выхода перемножителя 39 поступает на один из входов блока 40 сравнения напряжений, на другой его вход поступает напряжение от источника 41 опорного напряжения. Пока выходное напряжение перемножителя 39 (мгновенное значение в любой момент времени) меньше опорного напряжения, уровень напряжения на выходе блока 40 сравнения такой, что связанный с ним через согласующий блок 42 регулируемый элемент 11 заперт и не оказывает влияния на работу контура подавления пульсаций. Как только мгновенное значение выходного напряжения перемножителя 39 превысит опорное напряжение, выходное напряжение блока 40 сравнения (и соответственно выходное напряжение блока 12) становится таким, что регулируемый элемент 11 приоткрывается, что приводит к ограничению тока I Далее все происходит так, как описано выше при описании работы стабилизатора в целом. The voltage supplied to the inputs of the measuring unit 12 is supplied through the voltage divider (resistors 35, 36) and the limiter (resistor 37, zener diode 38) to the inputs of the analog multiplier 39. The instant value of the output voltage of the multiplier 39 is proportional to the instantaneous value of the power loss in the power circuit of the power adjustable element 6. The voltage from the output of the multiplier 39 is supplied to one of the inputs of the voltage comparison unit 40, and the voltage from the reference voltage source 41 is supplied to its other input. While the output voltage of the multiplier 39 (instantaneous value at any time) is less than the reference voltage, the voltage level at the output of the comparison unit 40 is such that the adjustable element 11 connected to it through the matching unit 42 is locked and does not affect the operation of the ripple suppression circuit. As soon as the instantaneous value of the output voltage of the multiplier 39 exceeds the reference voltage, the output voltage of the comparison unit 40 (and, accordingly, the output voltage of the unit 12) becomes such that the adjustable element 11 is ajar, which leads to a limitation of the current I. Then everything happens as described above in the description the stabilizer as a whole.

Claims

A DC STABILIZER containing a power regulator, a current sensor, an adjustable power element, the input of which is connected to the output of the matching amplifier unit, and a choke, while the first terminal for connecting the load is connected through the quenching resistor to the first terminal of the power adjustable element, and through the inductor - with the first output terminal of the power regulator, the second output terminal of which is connected to a common bus, to which through the current sensor is connected the second terminal for connecting the load, the control input of the power regulator the torus is connected to the output of the measuring and amplifying unit, the inputs of which are connected respectively to the source of the reference signal and the output of the current sensor, characterized in that an adjustable element is inserted in it, connected between the common bus and the control input of the power adjustable element, the input of the matching amplifier is connected to the first terminal for connecting the load, and its common terminal is for the common bus, the rheostat block, the measuring shunt and the measuring block, the output of which is connected to the control input of the regulated electric ment, the common terminal is connected to the common bus, and the inputs are connected to the first and second terminals of the power adjustable element, the second terminal of the latter through the measuring shunt connected to the common bus, to which the common terminal of the rheostat unit is connected, which is connected by power terminals parallel to the quenching resistor, the rheostat block is based on a reference voltage source, first and second power transistors, a matching amplifier, voltage divider, first and second capacitors, first and second ballast resistors s, first, second and third diodes, first, second, third and fourth resistors, while the first output of the first ballast resistor is used as the first power output of the rheostatic unit, the second output of which is connected to the collector of the first power transistor, the base of which is connected to the source output the reference voltage through the series-connected first resistor and the first diode, connected in the forward direction, the base-emitter gap of the first power transistor is shunted by the first capacitor, second m with a resistor and a second diode switched in the opposite direction, the emitter of the first power transistor and the first output of the second ballast resistor are combined and their common output is used as the second power output of the rheostat unit, to which the first output of the second capacitor is connected through a third resistor and a third diode connected in parallel, turned on in the opposite direction, the second terminal of the second ballast resistor is connected to the collector of the second power transistor, the base of which is connected to the output of the matching device an alternator, the input of which is connected through the voltage divider to the first terminal of the second capacitor, the second terminal of which is connected to the common bus of the resistor unit, to which the common terminals of the voltage divider and matching amplifier are connected, the second terminal of the reference voltage source and the first terminal of the fourth resistor, the second terminal of which connected to the emitter of the second power transistor, the output of the common bus of the rheostat unit is used as its common output.