Вторичный источник постоянного напряжения с защитой

Вторичный источник постоянного напряжения с защитой

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(51) G 05 F 1 58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ а

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3418019/24-07 (22) 07.04.82 (46 ) 23.11.83. Бюл. 9 43 (72 ) Н.А. Ершов и С.И. Кармызов (53) 621.316.722 ° 1 (088.8 ) (56 ) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 651329, кл. G 05 Р 1/58, 1975 .

2. Авторское свидетельство СССР

9 714380, кл. G 05 F 1/58, 1977. (54 ) (57 ) ВТОРИЧН11И ИСТОЧНИК ПОСT08HHO1О НАПРЯЖЕНИЯ С ЗАЩИТОИ, содержащий выпрямитель с ЬС-фильтром, один из силовых входов которого подключен к одному из входных выводов, а его силовые выходы подключены к входам силового преобразователя с трансформатором, к вторичной обмотке которого подключен высокочастотный выпрямитель с LC-фильтром, один из силовых выходов которого подключен к одному из выходных выводов, а другой подключен к силовому входу датчика тока, соединенного силовым выходом с другим выходным выводом, усилитель рассогласования, подключенный входом к выходному выводу, блок защиты, вход которого подключен к выходу датчика тока, один из выходов — к первому входу компаратора блока управления; второй вход компаратора подключен к выходу генератора блока управления, а выход компаратора — к входу усилителя мощности блока управления,соединенного выходами с управляющими входами силового преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе источника и снижения нестабильности выходного напряжения, в него введены блок плавного за))уска,управляемый ключ и схема ИЛИ, причем один из входов схемы ИЛИ подключен к выходу усилителя рассогласования,а выход — к третьему входу компаратора блока управления, второй вход схемы ИЛИ соединен с выходом формирователя уровня сигнала блока плавного запуска, соединенного входами с вторым выходом блока защиты и с выходом генератора синхронизации блока плавного запуска,. соединенного входом с выводом для подключения сети, а вторым выходом— с входом формирователя длительности импульсов блока плавного запуска, второй вход которого подключен к силовому выходу выпрямителя, а выход - к управляющему входу управляемого ключа, включенного между одним из входных выводов и другим . выводом выпрямителя.

1056160

Изобретение относится к источникам питания радиоэлектронной аппаратуры и предназначено для ис- . пользования в аппаратуре с большим

;потреблением тока (до 200 A и выше)., например в стендах электротермотренировки (ЭТТ) матричных БИС,где остро стоит проблема защиты цепей, подверженных перегрузкам при переходных процессах, протекающих в моменты включения источника и выхо- 10 да его из аварийного режима после снятия перегрузок °

Известен вторичный источник постоянного напряжения с защитой,содержащий ключевой преобразователь постоянного напряжения в переменное, выпрямитель сетевого напряже- ния, выходной трансформатор, две вторичные обмотки которого соединены с высокочастотными выпрямителями и стабилизаторами выходного напряжения, защитный блок, в котором задающий генератор выходом соединен с входом ключевого преобразователя, трансформаторный датчик тока, выпрямитель с фильтром, электронный ключ на тиристоре, параметрический стабилизатор напряжения, орган блокировки защиты, релаксационный генератор и транзисторный ключ j1) .

Однако данное устройство обеспечивает защиту от перегрузок и коротких замыканий лишь в стационарном режиме. В моменты включения источника на нагрузку, в том числе емкостную, для устранения срабатывания за- 35 щиты предусмотрен дополнительно введенный орган блокировки защиты. В этом источнике не обеспечивается защита цепей, подверженных перегрузкам в моменты включения источника, 40 т.е., при работе его на емкостную нагрузку, что приводит к выходу из. строя источника.

В момент включения источника кон.денсатор, входящий в состав фильтра входного (сетевого) выпрямителя, не заряжен и представляет собой короткоэамкнутую цепь по входу источника питания. Поскольку в сильноточных источниках величина емкости конденсатора входного фильтра значитель5 на (порядка нескольких тысяч микрофарад), то для заряда этого конденсатора необходим пиковый ток порядка нескольких десятков ампер. Аналогичным образом, выходные высокочастотные фильтры имеют в своем составе электролитические конденсаторы большой емкости, Чем жестче требования к пульсациям выходного напряжения, тем больше величина этой емкости. 60

В течение времени нарастания выходного напряжения источника питания электролитические конденсаторы пред ставляют собой иэ-за большого тока .заряда фактически короткое замыкание 65 вторичных обмоток выходного трансформатора. При этом токи через переключающие транзисторы ключевого преобразователя могут повысить предельно,цопустимые, что приводит к выходу транзисторов и, следовательно,всеro устройства из строя.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому .результату является вторичный источник постоянного напряжения с защитой от короткого замыкания,содержащий включенные последовательно выпрямитель с фильтром, силовой ,преобразователь с ключевыми транзисторами и выходным трансформатором, к вторичной обмотке которого .подключен выходной высокочастотный выпрямитель с фильтром, параллельно выходным выводам для подключения нагрузки включен усилитель рассогласования, выход которого подключен к блоку управления ключевыми транзисторами силового преобразователя, образованному схемой задержки, связанной с задакщим генератором, который через фазорасщепитель и через логические элементы, связанные со схемой задержки,подключен к усилителю мощности, выходы которого раздельно соединены с ключевыми транзисторами силового преобразователя, параллельно выходным вывОдам для подключения нагрузки включен блок защиты источника в стационарном режиме, образованный последовательно соединенными резистором и диодом тиристорного оптрона, динистор которого подключен к цепи коллектор-база введенного транзистора, эмиттер которого через дополнительные и основные логические элементы связан с входами усилителя мощности f2) .

Недостатки известного устройства обусловлены тем, что при включении. источника и выходе иэ аварийного режима после снятия перегрузок,когда имеют место переходные процессы, не исключена возможность выхода источника из строя иэ-за отсутствия защиты входных и выходных цепей,подверженных перегрузкам. Кроме того, защита источника предусмотрена лишь в стационарном режиме, а на время установления переходных процессов она (защита) не работает эа счет .введения средств блокировки. В момент включения источника конденсатор фильтра входного (сетевого) выпрямителя не заряжен и представляет собой короткоэамкнутую цепь по входу. Для заряда этого конденсатора, емкость которого составляет несколько тысяч микрофарад, необходим пиковый ток порядка нескольких десятков ампер. При таком токе сгорает входной предохранитель устрой1056160 ства. Конденсатор фильтра высокочастотного выходного выпрямителя также не заряжен в момент включения источника или выхода иэ аварийного режима, в результате чего он также представляет собой короткозамкнутую цепь по выходу источника. Для заряда этого конденсатора, имеющего емкость порядка десятков тысяч микрофарад (с учетом емкости нагрузки), необходим пиковый ток нагрузки порядка сотен ампер, приводящий к выходу иэ строя ключевых транзисторов силового преобразователя. При работе источника на емкостную нагрузку в момент включения транзистор, находящийся в блоке защиты источника в стационарном режиме, закрыт, в результате чего блок управления ключевыми транзисторами силового пре ; обраэователя блокирован. При этом необходимо отключить блок защиты для заряда конденсатора фиЛьтра выходного выпрямителя, что может привести к перегрузке силового преобразователя иэ-за превышения токов, протекающих через ключевые транзисторы, предельно допустимых значений.

При протекании описанных -процессов одновременно (заряда конденсаторов входного и; выходного фильтров) в момент включения источника или выхода его из аварийных режимов имеет место значительное (в несколько раэ ) увеличение пиковых значений токов заряда.

Таким образом, недостаток известных источников питания выражается в низкой надежности работы, обусловленной перегрузками входных и выходных цепей при включении источников.

Особенно этот недостаток проявляется в сильноточных источниках,т.е. рассчитанных на аппаратуру с большим потреблением токов.

Цель изобретения — увеличение надежности в работе источника, а также снижение нестабильности выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем что во вторичный источник постоянно: го напряжения с защитой, содержащий выпрямитель с LC -фильтром, один иэ силовых входов которого подключен к одному из входных выводов, а его силовые выходы подключены к входамсилового преобразователя с трансфор матором, к вторичной обмотке которого подключен высокочастотный выпрямитель с LC -фильтром, один иэ силовых выходов которого подключен к одному из выходных выводов, а другой подключен к силовому входу датчика тока, соединенного силовым выходом с другим выходным выводом, усилитель рассогласования, подключенный вхоцом к выходному выводу, блок защиты, вход которого подключен к выходу датчика тока, один из выходов — к первому входу компаратора, блока управления, второй вход компаратора подключен к выходу генератора блока управления, а выход компаратора к входу усилителя мощности блока управления, соединенного выходами с управляющими входами силового преобразователя, введены блок плавного запуска, управляемый ключ и cxef0 ма ИЛИ, причем один из входов схемы ИЛИ подключен к выходу усилителя рассогласования, а выход к третьему входу компаратора блока управления, второй вход схемы ИЛИ соединен с вы15 ходом фоРмиРователя уровня сигнала

1блока плавного запуска, соединенного входами с вторым выходом блока защиты и с выходом генератора синхронизации блока плавного запуска, 2О соединенного входом с выводом для подключения сети, а вторым выходом— с .входом формирователя длительности импульсов блока плавного запуска, второй вход которого подключен к

25 силовому выходу выпрямителя, а выход — к управляющему входу управляемого ключа, включенного между одним иэ входных выводов и другим выводом выпрямителя.

При таком. выполнении вторичного

ЗО источника постоянного напряжения с защитой обеспечивается плавный заряд конденсаторов входного..и выходного фильтров за счет того,что блок плавного запуска открывает управля35 емый ключ так, что не все сетевое напряжение, а лишь часть его выпрямляется и заряжает конденсатор низкочастотного входного фильтра.

При этом длительность импульсов уп49, равления и, следовательно, сетевых импульсов, плавно возрастаеТ, в результате чего нри интегрировании сетевых импульсов напряжения входным LC-фильтром напряжение, заряжа45 ющее конденсатор фильтра, плавно увеличивается практически с нулевого уровня. При этом ток заряда конденсатора входного фильтра не превышает номинального значения и входные цепи источника не перегружаются.

За счет схемы ИЛИ и блока плавного запуска после плавного заряда конденсатора входного фильтра обеспечивается плавный (практически с нулевого уровня) заряд конденсатора выходного фильтра, исключая тем самым перегрузку силового преобразователя.

На чертеже изображена функциобо нальная схема источника питания . постоянного напряжения с защитой.

Устройство содержит выпрямитель

1 с LC-фильтром, состоящим из дросселя и конденсатора, подключенного

65 к,силовому преобразователю 2, имею1056160

t0 сов запуска и формирователя 10 уров- 15

30 формирователя 10 уровня сигнала бло- . ка 7 плавного запуска.

Источник питания постоянного напря>кения с защитой работает следую- 40 щим образом.

При подаче сетевого напряжения посредством синхронизирующего генератора 8 происхрдит запуск формирователей 9 и 10 блока 7 плавного 45 запуска. При этом формирователь 10 уровня сигнала вырабатывает уровень высокого напряжения, который через схему ИЛИ 6 поступает на вход компаратора 14 блока 12. При этом компаратор 14 вырабатывает сигнал, запрещающий работу усилителя 15 мощности, в результате чего ключевые транзисторы силового преобразователя 2 закрыты, напряжение на выходе источника питания отсутствует, Одновременно формирователь 9 регулируемой длительности импульсов запуска вырабатывает управляющие импульсы» которые поступают на семисторный ключ 11. Длительность управляющих 60 импульсов в момент включения источника плавно увеличивается с двойной частотой сети. По приходу управляющих импульсов семистор открывает.ся, часть входного напряжения сети 65 щему в своем составе ключевые транзисторы и выходной трансформатор, вторичная обмотка которого подключена к выходному высокочастотному выпрямителю 3 с LC-фильтром, образованным дросселем и конденсатором, подключенным к выходным выводам для . подключения нагрузки 4 и к входу уси-. лителя 5 рассогласования, вход ко.торого подключен к первому входу схемы ИЛИ 6, второй вход которого соединен с выходом блока 7 плавного запуска,. состоящего иэ генератора

8 синхронизации, формирователя 9 регулируемой длительности импульня сигнала. Другой выход блока 7 плавного запуска, являющийся выходом формирователя 9,, соединен с управляющим входом ключа 11,включенного в сеть последовательно с дросселем входного низкочастотного фильтра, выпрямителем 1 и конденсатором входного фильтра. Выход схемы ИЛИ

6 подключен к входу блока 12 управления ключевыми транзисторами силового преобразователя 2. Блок 12 имеет в своем составе генератор 13, компаратор 14 и усилитель 15 мощности, выходы которого, являющиеся выходами блока 12, раздельно соединены с базами ключевых транзисторов силового преобразователя 2.Второй вход компаратора 14 блока 12 подключен к выходу блока 16 защиты источника в стационарном режиме, связанному по входу с датчиком 17 тока, а по другому выходу - с входом

35 выпрямляется и заряжает конденсатор низкочастотного входного фильтра.

При интегрировании сетевых импульсов напряжения посредством входного

1.С-фильтра напряжение, заряжающее конденсатор входного фильтра, плавно увеличивается практически O. нулевого уровня, в результате чего ток заряда конденсатора не превышает номинального значения и входные цепи источника питания не перегружаются. Таким образом, напряжение на конденсаторе входного фильтра плавно растет до рабочего значения.

После плавного заряда конденсатора входного низкочастотного фильтра выпрямителя 1 происходит плавный заряд конденсатора высокочастотного выходного фильтра выпрямителя 3, в том числе и емкости нагрузки.Это происходит .следующим образом.формирователь 10 уровня сигнала блока 7 плавного запуска вырабатывает плавно убывающее напряжение, которое через схему ИЛИ 6 поступает на один вход компаратора 14, на другой вход

I которого поступает пилообразное напряжение с генератора 13. На выходе комнаратора 14 появляются импульсы с постоянной частотой, плавно меняющиеся по длительности, Эти импульсы через усилитель 15 мощности управляют ключевыми транзисторами силового преобразователя 2. На.вторичной обмотке выходного высокочастотного трансформатора силового преобразователя 2 появляются импульсы, плавно увеличивающиеся по длительности.Эти импульсы поступают в выпрямитель с фильтром выпрямителя 3, где выпрямляются и сглаживаются. При интегрировании этих импульсов посредством выходного высокочастотного фильтра напряжение, заряжающее конденсатор фильтра, плавно увеличивается практиЧески с нулевого уровня. При этом ток заряда не превышает номинального значения и не перегружает силовой преобразователь 2. При увеличении напряжения на конденсаторе выходного фильтра (выходного напряжения источника питания ) до рабочего значения усилитель 5 рассогласования вырабатывает, сигнал, уровень которого выше уровня сигнала с выхода формирователя 10. Сигнал с выхода усилителя 5 рассогласования поступает на вход компаратора

14, стабилизируя тем самым длительность импульсов на его выходе.Источник питания переходит в стационарный режим работы, при котором действие блока 7 плавного запуска ограничено, Ограниченность действия блока плавного запуска заключается в том, что в стационарном режиме работы блок плавного запуска сцособствует поддержанию постоянного

1056 160

Сета

ВНИИПИ Заказ 9 305/41 Тираж 874 Подписное нлиал ППП "Патент", г.ужгород,ул.Проектная,4 рабочего напряжения на конденсаторе входного низкочастотного фильтра, что снижает нестабильность выходного напряжения источника при колебаниях питающего напряжения. Данное качестВо обеспечивается введеиием обратной связИ между входом блока 7 плавного запуска и выходом блока выпрямителя 1.

При перегрузках по току или коротких замыканиях на выходе источни- 10 ка, фиксируемых датчиком 17 тока, срабатывает блок 16 защиты источника в стационарном режиме, на выходе которого появляется сигнал уровня "Логическая 1", поступающий на вход фор-15 мирователя 10 уровня сигнала. Последний вырабатывает уровень высокого напряжения, который через схему ИЛИ

6 поступает на вход компаратора 14, блокируя выход усилителя 5 рассогласования. По получении сигнала с выхода формирователя 10 компаратор 14 вырабатывает, сигнал, запрещающий работу усилителя 15 мощности, в результате чего ключевые транзисторы силового ! преобразователя 2 закрываются и напряжение на выходе источника питания падает до нуля °

После снятия перегрузки на выходе источника, фиксируемой датчиком 17 тока, блок 16 защиты источника в стационарном режиме формирует сигнал уровня "Логический "0", который поступает на вход формирователя 10 блока 7 плавного запуска. Далее происходит включение источника описанным образом после выхода иэ аварийного режима.

Таким образом, в предлагаемом источнике питания обеспечивается защита цепей, подверженных перегрузкам,. в моменты включения источника и его выхода из аварийного режима после снятия перегрузки.

Двухступенчатое включение схемы исключает одновременный заряд конденсаторов фильтров и тем самым. устраняет перегрузку входйых. цепей. в момент включения.

Поскольку в предложенном устройстае для стабилизации выходного напряжения реализован принцип широтно-импульсной модуляции, это дает возможность повысить КПД и увеличить мощность, отдаваемую в нагруз-. ку °