Организация питания полупроводниковых устройств от выпрямительных блоков

При использовании высокочастотных защит, а также устройств релейной защиты и автоматики, выполненных на полупроводниковых приборах, их постоянное оперативное напряжение не должно иметь пульсации, превышающей несколько процентов от номинального, а допустимые колебания напряжения должны быть невелики. Изменения напряжения, даже кратковременные, выходящие за пределы допустимого диапазона, являются нежелательными или даже опасными для полупроводниковой аппаратуры. Поэтому при анализе питания такой аппаратуры от источников выпрямленного тока необходимо рассматривать не только установившиеся, но и переходные режимы работы сети, измерительных трансформаторов и блоков питания. Поскольку переходные процессы при к. з. в распределительных сетях быстро затухают, то анализ поведения измерительных трансформаторов тока в этом режиме может не проводиться.
Рассмотрим сначала, каким образом организуется питание полупроводниковой аппаратуры от аккумуляторных батарей. В Советском Союзе применяется ряд методов [26]:
включение через делители напряжения из резисторов и стабилитронов непосредственно на напряжение постоянного оперативного тока;
включение через транзисторные преобразователи напряжения аккумуляторной батареи в переменное напряжение некоторой частоты с последующей его трансформацией, выпрямлением и сглаживанием; комбинация первого и второго методов.
Обычно для функционирования транзисторных устройств, а также устройств, выполненных на интегральных микросхемах (ИМС), необходимо несколько уровней стабилизированного напряжения. Например, для транзисторных защит, выпускавшихся в СССР, использовались уровни—24В, —12В и + 6В. Для ИМС различных серий напряжения питания могут быть разными. Для операционных усилителей необходимы, в основном, уровни ±15В, а для некоторых логических ИМС могут потребоваться уровни + 5В; +9В, -fl2B.
Схемы создания нескольких уровней стабилизированных напряжений могут быть выполнены в соответствии с рис. 41. На рис. 41, а показана схема с делителем напряжения. Резисторы делителя устанавливаются со стороны обоих входных зажимов, с тем чтобы стабилитроны Д7, Д2 и ДЗ находились под небольшим потенциалом относительно земли. Такое выполнение снижает опасность повреждения или неправильного действия элементов полупроводниковых устройств при случайном касании, например прикосновении рукой к схеме и заземленной конструкции панели (несмотря на большое переходное сопротивление). Если степень стабилизации недостаточна, то возможно применение СН параллельного действия. Область применения схемы, ограничена из-за гальванической связи с разветвленной сетью оперативного тока, благодаря которой существует опасность появления на входе и выходе кратковременных, но имеющих весьма значительную амплитуду перенапряжений, вызванных коммутациями мощных электромагнитных аппаратов. Для борьбы с перенапряжениями на входе должны обязательно устанавливаться конденсаторы С1 и С2. Конденсаторы можно устанавливать и на выходных зажимах делителя. Недостатком схемы являются также большие потери мощности в делителе, примерно на порядок превышающие необходимую выходную мощность. Поэтому схемы на рис. 41, а, б находят применение только при выполнении наиболее простых схем защиты или отдельных реле. Однако и в этом случае необходимо принимать меры, предотвращающие возможность случайных касаний к точкам, наиболее чувствительным с точки зрения функционирования работы устройства, так как цепи питания связаны с заземленными конструкциями через емкость и сопротивление утечек разветвленной сети постоянного оперативного тока.