Стабилизированный источник электропитания

Стабилизированный источник электропитания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<1>961069

-®

"г (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 130281 (21) 3248206/24-07 ($g) + КЛ 3

Н 02 М 3/335

G 05 F 1/56 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Государстаенный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 230982. Бюллетень ¹ 35

Дата опубликования описания 230%82 (53) УДК 621. 316.

722 1(088 8) (72) Авторы изобретения

В.М. Сазонов, A ß. Исаев, В.Г. Кривич и И (71) Заявитель (54) СТАБИЛИЗИРОВАНН 1Й ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электропитания радиоэлектронной аппаратуры от сети переменного тока.

Известен источник питания, содержащий подключенный к входным выводам выпрямитель с фильтром, соединенный с задающим генератором и конвертором, вход которого связан через широтно-импульсный модулятор с задающим генератором, а выход — с нагрузкой непосредственно и через реэистивный делитель напряжения — c пассивным двухполюсником и одним входом усилителя постоянного тока, другой вход которого соединен с узлом эталонного напряжения, выход-с входом широтно-импульсного модулятора, а цепи питания — с вспомогательным узлом питания (1).

Недостатком известного источника питания является непосредственное подключение конвертора к высоковольтному постоянному напряжению, получаемому на выходе сетевого выпрямителя с фильтром, н результате чего при использовании промышленной сети пере менного тока напряжением 220 В на коллекторных переходах силовых транзисторов конвертора действует им пульсное напряжение, превышающее предельно допустимое значение коллекторного напряжения для существующих типов транзисторов, что обуславливает необходимость использования сложных схем включения транзисторов (мостовое, последовательно и др.), снижает надежность работы, увеличивает потери мощности источника питания, его габариты и массу.

Кроме того, на выходе выпрямителя в конверторе действует широтномодулированный импульсный сигнал и для получения на выходе конвертора постоянного напряжения с требуемым уровнем пульсаций необходимо использовать интегрирующий С-фильтр, что приводит к дополнительному увеличению габаритов и массы источника.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является источник электропитания постоянным стабилизированным напряжением, со= держащий входной выпрямитель с фильтром, к выходу которого подключен импульсный стабилизатор с

ДС-фильтром, выход которого подключен к блоку сравнения и управления, преобразователю напряжения с задающим генератором, цепи защиты с ре961069 лаксационным генератором и усилителю мощности, вход которого связан с преобразователем напряжения, а выходы подключены через выходной вы-, прямитель с фильтром к. нагрузке, а через вспомогательный выпрямитель непосредственно к блоку для сравнения и управления (2 .

В известном стабилизированном источнике питание усилителя мощности осуществляется пониженным напряже- 10 нием, получаемым на выходе импульс ного стабилизатора, при этом снижается величина напряжения, действующего на коллекторах силовых транзисторов усилителя мощности и достига- 15 ется оптимальный режим их использо. вания по току и напряжению, а прямоугольная форма напряжения на обмотках трансформатора позволяет уменьшить габариты фильтра на выходе источника.

Недостатком известного стабилизированного источника питания является низкая надежность его работы из-за повышенного импульсного напряжения, действующего на коллекторном переходе ключевого транзистора импульсного стабилизатора последовательного типа, величина которого равна величине напряжения на выходе мостового выпрямителя с фильтром, составляет

300-400 В при питании от промышленной сети напряжением 220 В и прибли ается к предельно допустимой для существующих типов мощных высокочастотных импульсных транзисторов. 35

Кроме того, потери мощности в момент переключения, пропорциональные величине коммутируемого напряжения и тока, в.известном источнике также завершены, что снижает коэффи- 40 циент использования ключевого транзистора по мощности и показатель его надежности, а также снижает КПД стабилизированного источника электропитания. 45

Кроме того, в известном устройстве схема защиты от перегрузок и импульсного стабилизатора с блоком сравнения и управления достаточно сложны, а габариты дросселя LC-фильтра завышены из-за наличия протекающей через него постоянной составляющей тока. оЦель изобретения — повышение надежфости работы устройства путем снижения экстремальных токов и напряжений, воздействующих на ключевой транзистор, при одновременном упрощении схемы источника и снижения габаритов дросселя. поставленная цель достигается тем,60 что в стабилизированном источнике электропитания, содержащем мостовой диодный выпрямитель, диагональ переменного тока которого подключена к выводам для подключения источника . 65 переменного тока, а диагональ постоянного тока подключена к первому конденсатору фильтра. цепь из последовательно соединенных стабилитрона и резистора, первым выводом соединенную с первым выводом первого конденсатора фильтра, дроссель фильтра, ключевой элемент, включенные параллельно выходным выводам источника электропитания второй конденсатор фильтра, первым выводом подключенный к управляющему входу задающего, генератора и усилитель мощности, основной выход которого через выпрямитель и фильтр соединен с выходными выводами источника электропитания, вспомогательный выход подключен к входу вспомогательного выпрямителя, а управляющие входы связаны с выходами задающего генератора, ключевой элемент выполнен на транзисторах по мостовой схеме, диагональ постоянного тока которого зашунтирована цепью из последовательно соединенных стабилитрона и резистора, в диагональ переменного тока включен дроссель фильтра, а управляющие входы транзисторов через введенные резисторы подключены к соответствующим дополнительно введенным выходам усилителя мощности, входом питания подключенного к второму выводу первого конденсатора фильтра, управляющими входами подключенного непосредственно к выходам задающего генератора, вспомогательный выпрямитель выходом подключен к дополнительному входу питания задающего генератора, дополнительный вход управления которого соединен с первым выводом первого

l конденсатора фильтра, второй конденсатор фильтра первым выводом подключен к второму выводу цепи из последовательно соединенных стабилитрона и резистора, а вторым выводом — к входу питания усилителя мощности.

На чертеже изображена функциональная схема стабилизированного источника электропитания.

Стабилизированный источник электропитания содержит диодный мост 1, диагональ переменного тока которого подключена к источнику 2 переменного тока, а диагональ постоянного тока подключена к первому конденсатору 3 фильтра, первый вывод которого связан с первыми выводами второго конденсатора

4 фильтра, задающего генератора 5 и усилителя б мощности, а второй непосредственно с входом управления задающего генератора 5, а через диагональ постоянного тока мостового ключевого элемента 7 на четырех тран зисторах 8 — с вторыми выводами второго конденсатора 4 фильтра, задающе

Io генератора 5 и усилителя б MclQHoc ти, основной выход которого через выпрямитель.9 с фильтром подклю чен

961069 к нагрузке 10, вспомогательный выход через вспомогательный выпрямитель 11 с вспомогательным входом питания задающего генератора 5, а дополнительными выходами через резисторы 12 с соответствующими базами транзисто5 ров 8 ключевого мостового элемента

7, в диагональ переменного тока которого включен дроссель 13, а диагональ постоянного тока зашунтирована допол- . нительно стабилитроном 14 с последовательно включенным резистором 15. Выходы задающего генератора 5 подключены к входам усилителя б мощности.

Стабилизированный источник элект . ропитания работает следующим образом.

При включении источника 2 переменного тока первый конденсатор 3 фильтра через диодный мост 1 заряжается выпрямленным пульсирующим напряжени- 20 ем (током). Все транзисторы 8 ключе; — . вого элемента 7 закрыты. Когда напряжение на конденсаторе 3 достигает величины напряжения стабилизации стабилитрона 14, последний открывается 25 и через него и ограничительный резистор 15 осуществляется. заряд второго конденсатора 4 фильтра. После того, как напряжение на конденсаторе 4 достигает значения достаточного для самовозбуждения задающего генератора

5, последний выдает сигнал на усилитель 6 мощности, при этом начинают поочередно. попарно переключаться транзисторы 8 ключевого элемента 7, обеспечивая протекание тока через дроссель 13 в том или ином направле-, нии.

Сопротивление ключевого элемента

7 уменьшается и дальнейший заряд 40 конденсатора 4 осуществляется через диагональ постоянного тока транзисторного моста, при этом напряжение на указанной диагонали становится ниже напряжения стабилизации стаби- 45 литрона 14 и он выключается. Ток в дросселе 13 изменяет свое направление по треугольному закону в такт с частотой переключения транзисторов

8. При этом амплитудное значение 50 его прямо пропорционально величине приложенного к нему напряжения и длительности включения в одном направлении половине периода переключения) и обратно пропорционально величине его индуктивности.

С ростом напряжения на шинах питания задающего генератора 5 частота генерации его возрастает, при этом среднее значение тока; протекающего О через кличевой элемент, уменьшается.

Когда среднее значение тока проте) кающего через ключевой элемент 7, становится равным току, .отбираемому усилителем 6 мощности, нарастание на- 4$ пряжения на конденсаторе 4 прекращается, процесс останавливается.

Параметры задающего генератора 5 и величина индуктивности дросселя 13 в зависимости от величины нагрузки и напряжения сети выбираются таким образом, чтобы максимальное значение напряжения на транзисторах усилителя мощности и транзисторах ключевого элемента были равными, тогда его величина составит примерно 2/3 от величины напряжения на первом конденсаторе фильтра для приведенной схемы включения усилителя мощности и поло-: вину его для мостовой схемы включения транзисторов, усилителя мощности.

При питании источника.от промышленной сети переменного тока напряжением 220В + 10-15% напряжение на коллекторах транзисторов лежит в пределах 200-250 В и составляет 50-70% предельно допустимого коллекторного напряжения мощных высоковольтных мезапланарных о-р-п-транзисторов, выпускаемых промышленностью, что является наиболее оптимальным с тачки зрения обеспечения их надежной работы.

Величина напряжения стабилизации стабилитрона 14 выбирается несколько большей, чем максимально возможное напряжение, возникающее на ключевом элементе в установившемся режиме, при этом достигается его надежное отключение после окончания процесса запуска устройства. В момент пуска устройства питание задающего генератора осуществляется по основной цепи питания через стабилитрон 14 и ограничительный резистор 15, величина сопротивления которого не велика и обеспечивает протекание тока, необходимого для устойчивого запуска задающего генератора.

После того,как напряжение на вспомогательном выходе усилителя б мощности и выходе вспомогательного выпрямителя 11 превысит величину напряжения питания по цепи пуска, последняя отключается и задающий генератор переходит на режим питания от вспомогательного выпрямителя, что позволяет снизить потери мощности, расходуемой на раскачку усилителя б мощности. По входу управления задающего генератора 5,производится кар» рекция частоты генерации в зависимости от изменения напряжения на входе источника, что позволяет изменять среднее сопротивление ключевого элемента и повысить стабильность выходного напряжения.

Для повышения стабильности выходного напряжения, в зависимости от величины нагрузки в источнике, аналогичным образом может быть введена коррекция частоты генерации задающего генератора 5 путем сравнения на961069 пряжения на конденсаторе 4 или выходе вспомогательного выпрямителя с эталонным. Когда сопротивление на-. грузки существенно уменьшится, происходит резкое падение напряжения на конденсаторе 4, а частота эадающе- 5 го генератора становится минимально возможной для,выбранной схемы генера- тора, при этом сопротивление ключе вого элемента 7 устанавливается на заданном минимальном уровне и нарас- 1О тание потребляемого тока прекращается.

При дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузки или коротком замыкании в ее цепи генерация срывается, ключевой элемент размыкается и осуществляется эапитка задающего генератора по цепи стабилитрона 14 и огра- ничительного резистора 15. Устройство переходит в режим периодических проб- о ных вмлючений до устранения замыкания в цепи нагрузки. Так как в источнике направление тока через дроссель фильтра 13 периодически меняется со скважностью, равной двум, то величина постоянной составляющей, протекающей через него, равна нулю, подмагничивание сердечника не наблюдается, что позволяет не менее, чем в два раза уменьшить его габаритные размеры по сравнению с известным.

Кроме того, уменьшение в 1,5 раза в предложенном устройстве, по сравнению с известным, напряжения на коллекторных переходах силовых транзисторов позволяет снизить примерно З5 в два раза величину мощности рассеивания на каждом из них, что, помимо облегчения режима работы, позволяет повысить КПД Источника, а отсутствие в нем блока управления ключевым ста- 4Р билизатором и упрощение схемы защиты упрощает устройство в целом.

Формула изобретения 45

Стабилизированный источник электропитания, содержащий мостовой диодный выпрямитель, диагональ переменного тоМа которого подключена к выводам для подключения источника переменного тока, а диагональ постоянно- . го тока подключена к первому конденсато ру фильтра, цепь из последовательно соединенных стабилитрона и ре зистора, первым выводом соединенную с первым выводом первого конденсатора фильтра, дроссель фильтра, ключевой элемент, подключенные параллельно выходным выводам источника электропитания, второй конденсатор фильтра, первым выводом подключенный к уп равляющему входу задающего генератора и усилитель мощности, основной вы ход которого через выпрямитель и фильтр соединен с выходными выводами источника электропитания, вспомогательный выход подключен к входу вспомогательного выпрямителя, а управляющие входы связаны с выходами задающего генератора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства путем снижения экстремальных токов и

/ напряжений, воздействующих на ключе вой транзистор, при одновременном упрощении схемы источника электропитания и снижения габаритов дросселя, ключевой элемент выполнен на транзис торах по мостовой схеме, диагональ постоянного тока которого зашунтирована цепью из последовательно соединенного стабилитрона и резистора, в диагональ переменного тока включен дроссель фильтра, а управляющие входы транзисторов через введенные резисторы подключены к соответствующим дополнительно введенным выходам усилителя мощности, входом питания подключенного к второму выводу первого конденсатора фильтра, управляющими входами подключенного непосредственно к выходам задающего генератора, вспомогательный выпрямитель выходом подключен к дополнительному входу питания задающего генератора, дополнительный вход управления которого соединен с первым выводом первого конденсатора фильтра, второй конденсатор фильтра первым выводом подключен к второму выводу цепи из последовательно соединенных стабилит рона и резистора, а вторым выводом— к входу питания усилителя мощности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 609115, кл. 0 05 F 1/64, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 597055, кл. Н 02 М 3/335, 1976.

961069

Составитель О.Мещерякова

Редактор А.Шандор Техредй .Рейвес Корректор Г Реыетник

Заказ 7310/72 Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4