Схема защиты от перенапряжения и энергосбережения для импульсного источника электропитания

Схема защиты от перенапряжения и энергосбережения для импульсного источника электропитания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

[0001] Данное изобретение относится к электрическим источникам электропитания и, более конкретно, к схеме защиты от перенапряжения и энергосбережения в импульсных источниках электропитания (switched-mode power supplies - SMPS).

Общеизвестно, что импульсные источники электропитания подвержены флуктуациям напряжения, которые, по существу, делают необходимым обеспечение специальных конструкций на схемном уровне для защиты от перенапряжения.

[0002] Данное изобретение предлагает конструкцию схемы, отличающуюся тем, что она обеспечивает схему защиты от перенапряжения для первичной цепи схемы SMPS. Эта схема защиты сравнивает входное напряжение и дезактивирует контроллер SMPS в случае определения того, что величина входного напряжения больше опорного напряжения. С другой стороны, в случае измерения входного напряжения, которое ниже, чем упомянутое опорное напряжение, упомянутая схема защиты остается неактивной. Другими словами, в нормальном режиме работы упомянутая схема защиты может не проводить электрический ток, и посредством этого может быть предотвращено неэффективное рассеяние мощности.

[0003] Среди прочего можно сослаться на публикацию EP 2 209 196 предшествующего уровня техники в области техники данного изобретения, которая описывает схему защиты с использованием логической схемы ИЛИ НЕ, к которой подключены выходные напряжения импульсного источника электропитания и которая дает команду коммутатору прервать поток мощности в случае ошибки посредством управления этими выходными напряжениями.

[0004] Данное изобретение обеспечивает защиту от перенапряжения входного каскада для схемы импульсного источника электропитания, которая обеспечена характерными признаками, определяемыми по п. 1 формулы изобретения.

[0005] Основной целью данного изобретения является обеспечение импульсного источника электропитания, имеющего схему защиты от перенапряжения входного каскада, посредством которой может быть предотвращено неэффективное рассеяние мощности.

[0006] Данное изобретение предлагает импульсный источник электропитания (SMPS), в котором источник переменного напряжения подключен к первичной обмотке трансформатора. Первичная цепь упомянутого трансформатора содержит входной конденсатор и низковольтное блокирующее устройство, параллельное ему. Низковольтное блокирующее устройство обеспечивает то, что если измерено напряжение шины, которое ниже некоторого уровня, то компаратор с определяемым шириной запрещенной зоны опорным напряжением, который подключен последовательно к упомянутому низковольтному блокирующему устройству, не запитывают. Это обеспечивает отсутствие рассматриваемого рассеяния мощности в нормальном режиме работы в пределах заданного диапазона напряжений.

[0007] С другой стороны, в качестве реакции на то, что потенциал шины является большим, чем верхний предел упомянутого диапазона напряжений, упомянутый компаратор с определяемым шириной запрещенной зоны опорным напряжением дезактивирует упомянутый контроллер импульсного источника электропитания и предотвращает любое его повреждение вследствие перенапряжения.

[0008] Сопутствующие чертежи приведены только в целях иллюстрации схемы защиты от перенапряжения входного каскада импульсного источника электропитания, преимущества которой над предшествующим уровнем техники были описаны выше и будут кратко пояснены ниже.

[0009] Данные чертежи не предназначены для ограничения объема охраны, идентифицированной в формуле изобретения, а также на них не следует ссылаться отдельно для интерпретации объема, идентифицированного в упомянутой формуле изобретения, без обращения к техническому раскрытию сущности изобретения в описании данного изобретения.

[0010] Фиг. 1 демонстрирует упрощенную принципиальную схему схемы защиты от перенапряжения входного каскада SMPS согласно данному изобретению.

[0011] Фиг. 2 демонстрирует принципиальную схему схемы защиты от перенапряжения входного каскада SMPS согласно данному изобретению.

[0012] Нижеследующие ссылочные позиции использованы в подробном описании:

[0013] Импульсный источник (1) электропитания (SMPS)

[0014] Диод (2)

[0015] Источник (3) переменного напряжения

[0016] Входной конденсатор (4)

[0017] Низковольтное блокирующее устройство (5)

[0018] Компаратор (6) с определяемым шириной запрещенной зоны опорным напряжением

[0019] Схема (7) фиксации уровня

[0020] Контроллер (8) SMPS

[0021] Первичная обмотка (9)

[0022] Вторичная обмотка (10)

[0023] Выпрямитель (11)

[0024] Конденсатор (12)

[0025] Резисторы (R13, R14)

[0026] Стабилизатор (15) TL431

[0027] Данное изобретение предлагает схему защиты от перенапряжения импульсного источника электропитания (SMPS), обозначенную, в общем, ссылочной позицией 1.

[0028] Источник (3) переменного напряжения подключен к импульсному источнику (1) электропитания посредством трансформатора, имеющего первичную и вторичную обмотки (9 и 10). Мощность переменного тока выпрямляют посредством однополупериодного выпрямителя, т.е. диода (2), и фильтруют в напряжение постоянного тока посредством входного конденсатора (4).

[0029] Первичная обмотка (9) принципиально подключена последовательно к контроллеру (8) SMPS в виде коммутирующего устройства (не показано для наглядности), включающего и выключающего, во время периода включения, нарастание потока намагничивания в упомянутой первичной обмотке (9), что, в свою очередь, индуцирует ток в упомянутой вторичной обмотке (10) упомянутого трансформатора. Полупроводниковый прибор, используемый в упомянутом контроллере (8), может быть IGBT или другим типом высокочастотного твердотельного коммутатора.

[0030] Дополнительно, когда существует индуктивность рассеяния между первичной и вторичной цепями трансформатора, энергия рассеяния не может быть прямо передана во вторичную цепь и, следовательно, должна быть поглощена во время коммутации. Таким образом, должна быть использована схема (7) фиксации уровня для защиты упомянутого коммутирующего устройства.

[0031] Хотя прилагаемые фигуры демонстрируют схемы обратноходового преобразователя мощности, принцип работы данного изобретения равным образом применим также к другим преобразователям SMPS.

[0032] Выходной сигнал от трансформатора, изолированный от напряжения первичной цепи, выпрямляют посредством выпрямителя (11) и сглаживают посредством сглаживающего конденсатора (12) для обеспечения выходного сигнала постоянного тока.

[0033] Входной каскад преобразователя импульсного источника электропитания (1) согласно данному изобретению содержит компаратор (6) с определяемым шириной запрещенной зоны опорным напряжением в виде шунтового стабилизатора с резисторами смещения (R13 и R14) для установки напряжения. Шунтовый стабилизатор может быть реализован посредством общепринятого стабилизирующего устройства, такого как стабилизатор (15) TL431. Стабилизатор (15) TL431 производится несколькими производителями и поэтому является доступным на рынке.

[0034] При использовании сопротивления 13 и 14 (R13 и R14) выбирают таким образом, чтобы упомянутый шунтовый стабилизатор начал проводить электрический ток только при достижении некоторого уровня напряжения; центральную точку между упомянутыми резисторами R13 и R14 подключают к выводу опорного напряжения упомянутого шунтового стабилизатора. Упомянутое опорное напряжение V_ref определяют согласно выражению: V_anode=2,5*V_ref согласно техническому описанию стабилизатора (15) TL431, причем V_anode описывает падение напряжения на его аноде.

[0035] Дополнительно, входной каскад преобразователя импульсного источника (1) электропитания согласно данному изобретению содержит низковольтное блокирующее устройство (5), которое блокирует электропитание упомянутого компаратора (6) с определяемым шириной запрещенной зоны опорным напряжением в случае, когда уровень напряжения ниже, чем измеренное значение опорного напряжения. Низковольтное блокирующее устройство (5) согласно данному изобретению может быть реализовано посредством диода-подавителя напряжений переходных процессов (TVS), как описано ниже.

[0036] TVS-диоды содержат p-n переход, подобный диоду Зенера, но с большим сечением и, по существу, их используют в качестве устройств фиксации уровня, ограничивающих выбросы напряжения посредством низко-импедансного лавинного пробоя p-n перехода. В событии с переходным процессом, при превышении потенциалом (V₀) шины напряжения (V_BR) пробоя TVS, это устройство становится сильноточным проводником на землю с низким импедансом. Другими словами, когда упомянутый TVS-диод становится низко-импедансным в качестве реакции на то, что потенциал (V₀) является большим, чем напряжение (VBR) пробоя TVS, упомянутый компаратор (6) с определяемым шириной запрещенной зоны опорным напряжением обеспечивают электропитанием, и упомянутый шунтовый стабилизатор, следовательно, обеспечит то, что упомянутый контроллер (8) SMPS становится неактивным, таким образом, предотвращая любое его повреждение вследствие перенапряжения.

[0037] Низковольтное блокирующее устройство (5) согласно данному изобретению может также быть реализовано посредством блока падения напряжения, который может включать в себя диод Зенера, диод-подавитель напряжений переходных процессов (TVS), или резистор.

[0038] В кратком изложении данное изобретение предлагает импульсный источник (1) электропитания, соединенный с источником (3) переменного напряжения и содержащий трансформатор, имеющий первичную обмотку (9) и вторичную обмотку (10), причем упомянутый импульсный источник (1) электропитания дополнительно содержит выпрямитель (2), входной конденсатор (4) и контроллер (8) SMPS.

[0039] Он дополнительно содержит в первичной цепи упомянутого трансформатора и параллельно упомянутому входному конденсатору (4) низковольтное блокирующее устройство (5), блокирующее передачу электропитания к компаратору (6) с определяемым шириной запрещенной зоны опорным напряжением, последовательному к нему, в качестве реакции на то, что потенциал (V₀) шины является меньшим, чем заданное значение напряжения, и питающее упомянутый компаратор (6) с определяемым шириной запрещенной зоны опорным напряжением в качестве реакции на то, что потенциал (V₀) шины является большим, чем упомянутое заданное значение напряжения, таким образом, чтобы упомянутый компаратор (6) с определяемым шириной запрещенной зоны опорным напряжением дезактивировал упомянутый контроллер (8) SMPS.

[0040] Упомянутое низковольтное блокирующее устройство (5) является диодом-подавителем напряжений переходных процессов (TVS), имеющим напряжение пробоя (V_BR), причем упомянутый диод-подавитель напряжений переходных процессов (TVS) подает электропитание на упомянутый компаратор (6) с определяемым шириной запрещенной зоны опорным напряжением в качестве реакции на то, что упомянутый потенциал (V₀) шины является большим, чем напряжение пробоя (V_BR). Упомянутый компаратор (6) с определяемым шириной запрещенной зоны опорным напряжением является шунтовым стабилизатором с резисторами смещения (R13 и R14) для установки напряжения. Вывод опорного напряжения упомянутого шунтового стабилизатора подключен к центральной точке между упомянутыми резисторами R13 и R14. Упомянутый шунтовый стабилизатор может содержать стабилизатор (15) TL431. Катод упомянутого стабилизатора (15) TL431 подключен к упомянутому контроллеру (8) SMPS.

1. Импульсный источник (1) электропитания (SMPS), соединенный с источником (3) переменного напряжения и содержащий:

трансформатор, имеющий первичную обмотку (9) и вторичную обмотку (10),

выпрямитель (2), входной конденсатор (4) и контроллер (8) SMPS,

в первичной цепи упомянутого трансформатора и параллельно упомянутому входному конденсатору (4) низковольтное блокирующее устройство (5), блокирующее передачу электропитания к компаратору (6) с определяемым шириной запрещенной зоны опорным напряжением, подключенное последовательно с ним, в качестве реакции на то, что потенциал (V₀) шины является меньшим, чем заданное значение напряжения, и питающее упомянутый компаратор (6) с определяемым шириной запрещенной зоны опорным напряжением в качестве реакции на то, что потенциал (V₀) шины является большим, чем упомянутое заданное значение напряжения, таким образом, чтобы упомянутый компаратор (6) с определяемым шириной запрещенной зоны опорным напряжением дезактивировал упомянутый контроллер (8) SMPS,

отличающийся тем, что

упомянутый компаратор (6) с определяемым шириной запрещенной зоны опорным напряжением является шунтовым стабилизатором с резисторами (R13 и R14) смещения для установки напряжения.

2. Импульсный источник (1) электропитания по п. 1, в котором

упомянутое низковольтное блокирующее устройство (5) является диодом-подавителем напряжений переходных процессов (TVS), имеющим напряжение пробоя (V_BR), причем упомянутый диод-подавитель напряжений переходных процессов (TVS) подает электропитание на упомянутый компаратор (6) с определяемым шириной запрещенной зоны опорным напряжением в качестве реакции на то, что упомянутый потенциал (V₀) шины является большим, чем напряжение пробоя (V_BR) TVS.

3. Импульсный источник (1) электропитания по п. 1 или 2, в котором вывод опорного напряжения упомянутого шунтового стабилизатора подключен к центральной точке между упомянутыми резисторами R13 и R14.

4. Импульсный источник (1) электропитания по п. 3, в котором упомянутый шунтовый стабилизатор содержит стабилизатор (15) TL431.

5. Импульсный источник (1) электропитания по п. 4, в котором катод упомянутого стабилизатора (15) TL4 31 подключен к упомянутому контроллеру (8) SMPS.