Источник питания с бестрансформаторным входом

Источник питания с бестрансформаторным входом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электро

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ()9) (ll) А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг,1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4185742/24-07 (22) 26.01.87 (46) 07, 10.88. Бюл. 1(- 37 (71) Киевский завод электронных вычислительных и управляющих машин— головное предприятие Электронмаш" им. В.И. Ленина (72) В.И. Зозулев, А.П. Каленюк>

В.П. Молодчик, О.Н. Нефедов, К.А. Суслов и С.Д. Шаврак (53) 621 .31 4 .57: 621 .3 16 .925 .4(088.8) (56) Кирсей В.Я., Гулый В.Д., Пельтек И.Ф. Устройство защиты и плавно(5)) 1 Н 02 М 7/04, Н 02 Н 7/10

ro запуска ВИП с бестрансформаторнъ(м входом. — В сб.: Проблемы миниатюризации и унификации ВИП РЭА. М.: ВДНТП им. Дзержинского, 1979, с. 116-118.

Источники электропитания РЭА1

Справочник./Под ред. Г.С. Найвельта, М.: Радио и связь, 1985, c.. 440-441 . (54) ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ С ВЕСТРАНСФОР. NAT0PHbfM ВХОДОМ (57) Изобретение относится к электро= и „, 1429253 технике. Целью изобретения является повьппение надежности путем снижения токовых перегрузок усилителя мощности в стационарных режимах. При определенной величине тока нагрузки напряжение на выходе усилителя 3 достигает своего максимального значения„ и выходное напряжение при дальнейшем увеличении тока нагрузки начинает с!нижаться. Это влечет эа собой снижеие напряжения на выходе делителя 4 сигнала рассогласования иэ-за дейст1 вия узла 22 коррекции по принципу положительной обратной связи, что, в.свою очередь, приводит к снижению !

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании источников питания с бестрансформаторным входом для радиоэлектронной аппаратуры и средстн 5 нычислительной техники.

Цель изобретения — повышение надежности путем снижения токовых пер егрузок усилителя мощности в нестационарных режимах.

На фиг, 1 приведена функциональная схема устройства, на фиг. 2 и 3— временные диаграммы, поясняющие работу соответственного узла блокиров1 ки модулятора и узла коррекции сигнала рассогласования, на фиг. 4 — электрическая принципальная схема одн ого из возможных вариантов.источн ика. питания.

Источник питания (фиг. I ) содержит соединенные последовательно между входом и ныходом сетевой выпрямитель 1 с фильтром и усилитель 2 мощности, усилитель 3 сигнала обратной

25 связи, вход которого соединен с выходом источника питания, а выход подключен через соединенные последовательно делитель 4 сигнала рассогласования, выполненный в виде резистнвного делителя — резисторы 5 и 6, вывод свободного плеча которого (резистора 5) образует вход, а средняя точка — выход делителя 4, через модулятор 7 длительности управляющих импульсов, блок 8 согласующих реэнс- 15 торов, состоящий иэ последовательной цепи двух резисторов 9 и 10, через величины тока, отдаваемого устройством в нагрузку, так как длительность управляющих импульсов начинает уменьшаться. При понижении сетевого напряжения ниже определенного значения срабатывает датчик 16 сетеного напряжения и выключает вспомогатель- ный источник 15 питания. Напряжение от последнего начинает снижаться и при достижении им определенного значения включается узел 23 блокировки модулятора через блок 8 согласующих резисторов, блокируя передачу импульсов управления на усилитель 2 мощности. 4 ил. узел 11 управляющих транзисторов и управляющий трансформатор 12 подключен к управляющему выводу усилителя

2 мощности, дополнительный вывод которого подключен к входу вспомогательного выпрямителя 13 с фильтром.

Источник питания содержит также трансформатор 14 запуска с выпрямителем, входом поцключенный к входу источника питания, а выходом — к входу вспомогательного источника 15 питания, к выходу нспомогательного выпрямителя 13 с фильтром и к входу датчика 16 сетевого напряжения, выполненного в ниде моста, одно плечо которого представляет собой резистинный делитель — резисторы 17 и

18, другое — соединенные последовательно балластньпл резистор 19 и стабилитрон 20, а в диагональ моста включен база-эмиттерный переход транзистора 21, коллектор которого образует выход датчика 16, соединенного с управляющим входом вспомогательного источника 15 питания., вы ход которого подключен к питающим выводам усилителя 3 сигнала обрат ной связи, модулятора 7 длительности управляющих импульсов и узла 11 управляющих транзисторов.

В источник питания введены узел

22 коррекции сигнала рассогласования и узел 23 блокировки модулятора, причем узел 2? коррекции сигнала рассогласования выполнен и виде резистивно-емкостного делителя — резистор 24, конденсатор 25, общая ",очка

14292 которого образует выход узла, свободный вывод резистора 24 — нотенциальный вход узла, узел 23 блокировки модулятора выполнен в виде транзисто5 ра 26 p — n — р-типа, трех резисторов

27-29 и диода 30, при этом эмиттер транзистора 26 подключен к первому входу узла 23, база через резистор

27 подключена к второму входу узла 1р

23, коллектор через резистор 28 подключен к выходу узла 23, выводы базы и эмиттера транзистора 26 зашунтированы резистором 29 и диодом 30, включенным в обратном направлении между базой и эмиттером, а датчик 16 сетевого напряжения снабжен выводом опорного источника, подключенного к общей точке балластного резистора 19 и стабилитрона 20, делитель 4 сиг- 20 нала рассогласования снабжен выводом коррекции, подключенным к средней точке этого делителя, блок 8 согласующих резисторов снабжен выводом блокировки, подключенным к общей точке ре- 25 зисторов 9 и 10, а управляющий трансформатор 12 снабжен выводом дополнительного питания, подключенным к свободному выводу первичной обмотки этого трансформатора, причем узел 22 Зр коррекции сигнала рассогласования подключен входом к выходу источника питания, а выходом — к выводу коррекции делителя 4 сигнала рассогласования, узел 23 блокировки модулятора подключен первым входом к выводу опор ного источника датчика 16 сетевого напряжения, вторым входом к выходу вспомогательного источника 15 питания, выходом к выводу блокировки бло- 4р ка 8 согласующих резисторов, а вывод дополнительного питания управляющего трансформатора 12 соединен с выходом вспомогательного выпрямителя 13, с фильтром., 45

5Р

Сетевой выпрямитель 1 фильтром (фиг. 4) может состоять из выпрямителя 31, собранного по мостовой схеме, и емкостных фильтров (конденсаторы 32-34) Усилитель 2 мощности может состоять из силового ключа на транзисторах 35 и 36, сипового трансформатора 37, а также выпрямителя (диоды 38 и 39) и LC-фильтра (дроссель 40 и конденсатор 41). Усилитель

3 сигнала обратной связи может быТь построен на операционном усилителе

42, опорном элементе (стабилитрон

53

\

43 i и делителе обратной связи (резисторы 44 и 45).

Делитель 4 сигнала рассогласования состоит из двух последовательно соединенных резисторов 5 и 6, один иэ которых может быть переменный. Noдулятор 7 длительности импульсов может состоять из генератора прямоугольных импульсов, собранного на операционном усилителе 46, иэ компаратора с запоминанием входного сигнала, собранного на операционном усилителе 47, а также из узла обнуления компаратора на транзисторе 48, узел 11 управляющих транзисторов может быть построен на управляющем транзисторе 49, коллектор которого нагружен на управляющий трансформатор 12, а база соединена с коллекторами двух транзисторов 50 и 51, образующих элемент И-НЕ. Вспомогательный выпрямитель 13 с фильтром может состоять из выпрямителя (диоды

52 и 53) и ЬС-фильтра (дроссель

54 и коцценсатор 55), трансформатор 14 запуска с фильтром — из сетевого трансформатора 56 и выпрямителя 57, собранного по мостовой схеме, вспомогательный источник 15 питанияиз стабилитрона 58, запитанного от стабилизатора тока, собранного на транэистове 59.

На фиг. 1-4 приняты следующие обозначения: — соответственно напряжения переменного и постоянного токов на входе и выходе устройства „

Доп напряжение дополнительного выхода силового трансформатора усилителя мощности опорное напряжение датчика сетевого напряжения; альп — выходное напряжение узла коррекции сигнала рассогласования; лУ вЂ” выходнее.напряжение усилителя сигнала об ратной связи (напряжение рассогласова" ния ); — выходное напряжение делителя сигнала рас" согласования;

1429253 напряжение упранления узлом управляющих транзисторов; напряжение управле5 ния узлом у» ранляющих транзисторов при отсутствии узла блокировки модулятора; выходное напряжение 10 вспомогательного ис1

U) / точника питания, Е

I — входное напряжение

Н вспомогательного источника питания; f5 напряжения включения и отключения дат +

В о

Ам Ан чика сетевого напряжения; напряжения включения и отключения узла блокировки модулятора; выходное напряжение делителя сигнала рас- 25 согласования без узла коррекции; токи силовorо ключа

Ь о Ем фм

I ск ° ск усилителя мощности соответственно при наличии и отсутствии узла коррекции сигнала рассогласования; суммарное время, определяемое инерционностью работы модулятора длительности управляющих импульсов, узла управляю- 40 щих транзисторов и временем рассасывания неосновных носителей транзисторов усилителя мощности. 45

Источник питания с бестрансформаторным входом работает следующим образом. !

После включения источника питания

I 50 напряжение Е„ на выходе трансформатора 14 {фиг. 1) нарастает, как показано на фиг. 2. В момент времени 1< напряжение E „U в что соответствует наименьшему рабо55 чему входному напряжению U „óñò— ройства. В это время срабатывает датчик 16 (фиг. 1) и включает вспомогательный источник 15 питания. Так как нарастание Е„ вспомогательного источника 15 происходит не мгновенно, а длится конечное время, в течение которого узлы источника »итания получают питание Fh, которое по своей величине ниже минимально допустимого для их нормальной работы, то импульсы на-! пряжения управления UI могут иметь различную форму и длительность (фиг. 2), что может привести к длительной работе силовых транзисторов

35 и Зб усилителя 2 мощности в линейном режиме и выходу их из строя.

Поэтому, пока напряжение Е вспомогательного источника 15 не достигнет определенного уровня, необходимого для работы узлов, и определяемого значения U > узел 23 блокировки м модулятора блокирует подачу импульсов управления U на узел 11 уп1 ранляющих транзисторов. При достижео нии напряжения Е„ уровня П„ (момент ) на усилитель 2 мощности через узел 11 управляющих транзисторов начинают поступать управляющие импульсы и на выходе источника появляется нарастающее за счет заряда конденсаторов выхода усилителя 2 мощности напряжение =П, . Модулятор 7 формирует управляющие импульсы по принципу сравнения пилообразно го напряжения с изменяющимся уровнем сигнала рассогласования — напряжением hU<. В период времени нарастания выходного напряжения =U ы„ до значения, при котором входное на— пряжение усилителя 3 становится равным напряжению на его опорном элементе, напряжение hU„, принимает свое максимальное значение, а напряжение

Ь U в этот период времени определяется напряжением nU>> поступающим от узла 22, и плавно нарастает (фиг. 3), повторяя по форме напряжение =U „„. Поэтому ширина управляющих импульсов, начиная с минимально возможной, плавно увеличивается от импульса к импульсу до необходимого значения, определяемого зарядом выходных конденсаторов усилителя 2 мощности до напряжения =П „„. При заряде конденсаторов в источнике питания значительно уменьшена амплитуда импульсов тока 1 за счет уменьшения времени их нарастания по сравнению с Т „, так как нремя нарастания импульсов тока 7 определяется времением 1„ и уровнем напряжения

1429253

Ь И, время нарастания импульса тока I определяется временем t u

ck уровнем Ь!1, а уровень Л U за счет действия узла 17 всегда меньше уров1 5 ня pU

С началом работы усилителя 2 мощности связано появление на дополнительном выходе его силового трансформатора напряжения -U4,ä, которое после 1р выпрямления и фильтрации на вспомогательном выпрямителе 13 поступает на управляющий трансформатор 12 и на вход вспомогательного источника 15, блокируя действие маломощного трансформатора 14 при превышении его выходного напряжения. В дальнейшем формирование питающих напряжений Е„ и

Е происходит только при помощи вспои могательнсго выпрямителя 13 с фильт- 2О ром, а трансформатор 14 загуска может включаться в работу только лишь при кратковременных сбоях сетевого напряжения U „, когда происходит повторное включение источника пита- 25 ния.

При стационарной работе источника питания, когда изменение выходного напряжения =П,„незначительно и определяется в основном лишь пульсациями за счет заряда и разряда его выходных конденсаторов, узел 22 коррекции сигнала рассогласования на работу источника питания практически действия не оказывает. Однако -величи- 3 на емкости конденсатора 25, содержащегося в узле 22 коррекции, выбирается такой, при которой сверхкороткие высокочастотные помехи отфильтровываются и, таким образом, устра- 4П няются сбои в работе модулятора 7 и повышается устойчивость работы источника питания.

Для уменьшения динамических потерь на силовых транзисторах 35 и 36 уси- 45 лителя 2 мощности предусмотрено их пропорционально токовое управление, заключающееся в том, что при увеличении тока нагрузки, когда длительность управляющих импульсов возрастает, увеличивается напряжение Е „ на вспомогательном выпрямителе 13 с фильтром, а значит, увеличивается амплитуда напряжения и тока импульсов управления на выходе управляющего

55 трансформатора 12, непосредственно управляющих силовыми транзисторами усилителя 2, и наоборот при уменьшении тока нагрузки источника питания силовые транзисторы усилителя 2 управляются импульсами меньшими напряжением и током.

Защита источника питания от перегрузки его по току организована следующим образом.

Так как напряжение рассогласования

Ь U зависит от величины выходного тока источника питания, отдаваемого в нагрузку, при определенной величи-не тока нагрузки напряжение на выходе усилителя 3 достигнет своего максимального значения (например, напряжения насыщения операционного усилителя) и выходное напряжение при дальнейшем увеличении тока нагрузки начнет снижаться, Снижение выходного напряжения =U ы„ повлечет за собой снижение напряжения на выходе делителя 4 сигнала рассогласования из-за действия узла 22 коррекции по принципу положительной обратной связи, что, в свою очередь, приведет к снижению величины тока, отдаваемого источником питания в нагрузку, так как длительность управляющих импульсов начнет уменьшаться. Величину тока нагрузки, при которой происходит срабатывание защиты от перегрузки, можно установить изменив коэффицициент деления делителя 4 сигнала рассогласования. Указанная защита эффективна как при кратковременных, так и при длительных перегрузках по току.

Выключение источника питания про- . исходит следующим образом (фиг. 2), При понижении сетевого напряжения П ниже определенно" î значевх о ния, пропорционального уровню U q (момент t,), срабатывает датчик 16 сетевого напряжения и выключает вспомогательный источник 15. Напряжение Е„ начинает снижаться и при

6 достижении им уровня U „ (момент

t ) включается узел 2 блокировки модулятора через блок 8, блокируя передачу импульсов управления U на усилитель 2 мощности. При этом исключается управление силовыми транзисторами усилителя 2 импульI сами U имеющими произвольную форму и длительность.

Таким образом, в предлагаемом источнике питания благодаря структурному построению и функциональным связям достигается блокировка работы силового ключа в запрещенных для не1429253 го переходных режимах при помощи несложного компаратора, использующего непосредственно н качестве входных сигналов имеющееся выходное напряжение источника питания и напряжение опорного источника датчика сетевого напряжения, обеспечивается допустимый режим работы силового ключа но время пуска источника питания и при ., токовых перегрузках при помощи про( стого узла коррекции сигнала рассо-! гласования и перераспределения вспо-! могательного питания для получения

:,пропорционально токового управления ,. : силовым ключом и упрощения вспомо-!

::гательного источника. При этом данный узел коррекции существенно улуч:шает свойство усилителя сигнала обратной связи выполнять функции защиты по току ограничения выходного сигнала в случае соответствующей подстройки делителя сигнала рассогласования.

Таким образом, улучшается работа силового ключа усилителя мощности .в нестационарных режимах при сравнительно небольших аппаратурных затратах, что повышает надежность источника питания.

Формула изобретения

Источник питания с бестрансформаторным входом, содержащий соединенные последовательно между входными и выходными выводами сетевой выпрямитель с фильтром и усилитель мощности, имеющий входной, выходной, управляющий и дополнительный выходной выводы, усилитель сигнала обратной связи, вход которого соединен с выходом источника питания. а выход через соединенные последовательно делитель сигнала рассогласования, выполненный в виде резистивного делителя, вывод свободного плеча которого образует вход, а средняя точка — выход делителя сигнала рассогласования, через модулятор длительности управляющих импульсов, блок согласующих резисторов, состоящий из последовательной цепи двух ре" зисторон, через узел управляющих транзисторон и управляющий трансформатор подключен к управляющему выводу усилителя мощности, дополнительный ныходной вывод которого подключен к входу вспомогательного выпрямителя с фильтром, трансформатор запуска с выпрямителем, входом подключенный к входу источника питания, а выходом — к входу вспомогательного источника питания, к выходу вспомогательного выпрямителя с фильтром и к входу датчика сетевого напряжения, выполненного в виде моста, одно плечо которого представ1О -ляет собой резистивный делитель, другое — соединенные последовательно балластный резистор и стабилитрон, а в диагональ моста включен база-эмиттерный переход, транзистора, коллектор которого образует выход датчика, соединенного с управляющим нходом вспомогательного источника питания, выход которого подключен к питающим выводам усилителя сигнала обратной связи, модулятора длительности управляющих импульсов и узлауправляющих транзисторов, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности путем снижения токовых перегрузок усилителя мощности н нестационарных режимах, введены узел коррекции сигнала рассогласования и узел блокировки модулятора, причем узел коррекции сигнала рассогласования выполнен в виде

30 резистивно-емкостного делителя, общая точка которого образует выход узла, свободный вывод резистора потенциальный вход узла, узел бло35 кировки модулятора выполнен в виде транзистора р — n — р-типа, трех резисторов и диода, при этом эмиттер транзистора подключен к первому входу данного узла, база через первый резистор подключена к второму входу этого узла, коллектор через второй резистор подключен к выходу этого же узла, выводы базы и эмиттера транзистора зашунтированы третьим резистором и диодом, включенным в обратном направлении между базой и эмиттером, а датчик сетевого напряжения снабжен выводом опорного источника, подключенного к общей точке балластного резистора и стабили5О трона моста этого датчика, делитель сигнала рассогласования снабжен выводом коррекции, подключенным к средней точке этого делителя, блок согласующих резисторов снабжен выводом блокировки, подключенным к общей точке двух резисторов блока, а управляющий трансформатор снабжен выводом дополнительного питания, подключенl2

11 !

429253 ным к свободному выводу первичной обмотки этого трансформатора, причем узел коррекции сигнала рассогласования подключен входом к выходу источника питания, а выходом — к выводу коррекции делителя сигнала рассогласования, узел блокировки модулятора подключен первым входом к выводу опорного источника датчика сетевого напряжения, вторым входом к выходу вспомогательного источника питания, выходом к выводу блокировки блока согласующих резисторов, а вывод дополнительного питания управляющего трансформатора соединен с выходом вспомогательного выпрямителя с фильтром °

) 429253

Тираж 666 Подписное

ВНИИПИ Заказ 5139/53

Произв.-аолигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4