ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ С БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫМ ВХОДОМ Российский патент 1994 года по МПК H02M7/5375 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника вторичного электропитания с бестрансформаторным входом для питания напряжением постоянного тока разного рода потребителей.

Известен источник питания на высоковольтных транзисторах, содержащий ключевой регулятор и преобразователь постоянного тока в переменный ток, в котором питание схемы управления осуществляется от специального маломощного низкочастотного трансформатора, подключенного к сетевому напряжению. Недостатком известного устройства являются низкие удельные массогабаритные показатели вспомогательного узла питания, которые приводят к низким массогабаритным показателям устройства, особенно при малой выходной его мощности.

Известен источник питания постоянного напряжения с бестрансформаторным входом, содержащий входной выпрямитель, высоковольтный транзисторный преобразователь, подключенный к выходу выпрямителя и формирующий выходное напряжение устройства, тактовый генератор для запуска схемы управления преобразователем, подключенный к выходу выпрямителя через токозадающий двухполюсник (гасящее устройство). Импульсы с выхода тактового генератора, гальванически не связанные с питающей сетью, обеспечивают питание генератора импульсов схемы управления, который в свою очередь управляет силовыми транзисторами преобразователя. К недостаткам такого устройства следует отнести достаточно большие габариты гасящего устройства, а также низкий КПД тактового генератора.

Известен статический преобразователь, содержащий входной выпрямитель сетевого напряжения, входной конденсатор низкочастотного фильтра, соединенный с выходом сетевого выпрямителя через нелинейную зарядную цепь, состоящую из тиристора и параллельно ему включенной цепи, содержащей последовательно соединенные токоограничивающий резистор, диод и параллельно соединенные накопительный конденсатор и стабилитрон, высокочастотный преобразователь, силовым входом подключенный к конденсатору низкочастотного фильтра, схему управления преобразователем, задающий генератор которой соединен по цепи питания с накопительным конденсатором, цепь самопитания задающего генератора, состоящую из соединенных последовательно высокочастотного выпрямителя, подключенного к дополнительной обмотке силового трансформатора преобразователя, и дросселя, цепь управления тиристором, состоящую из соединенных последовательно высокочастотного выпрямителя, подключенного к другой дополнительной обмотке силового трансформатора, и параллельно соединенных сглаживающего конденсатора и резистора, подключенных между катодом и управляющим электродом тиристора. Несмотря на достаточную простоту организации начального питания схемы управления, известное устройство обладает следующими недостатками: достаточно большие потери в цепи управления тиристором из-за постоянной мощности, подаваемой в цепь управления; снижение надежности устройства из-за возможности возникновения достаточно большого броска тока дозарядки входного конденсатора при первом отпирании тиристора при больших его напряжениях анод-катод, что в ряде случаев может приводить к выходу из строя как тиристора, так и входного электролитического конденсатора низкочастотного фильтра.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является источник вторичного электропитания с бестрансформаторным входом, который устраняет недостатки устройства и содержит входной сетевой выпрямитель, входом подключенный к входным выводам устройства для подключения сетевого напряжения, входной конденсатор низкочастотного фильтра, соединенный с выходом сетевого выпрямителя через нелинейную зарядную цепь, состоящую из тиристора, анодом соединенного с положительным выводом входного выпрямителя, и параллельно включенной тиристору цепи, содержащей параллельно соединенные токоограничительный резистор и цепь, содержащую последовательно соединенные диод, анодом соединенный с анодом тиристора, зарядный резистор и параллельно соединенные зарядный конденсатор и стабилитрон, анодом соединенный с катодом тиристора, высокочастотный преобразователь с силовым выходным трансформатором, силовым входом подключенный параллельно конденсатору низкочастотного фильтра, выходной выпрямитель, входом подключенный к вторичной обмотке силового трансформатора, выходной сглаживающий LC-фильтр, соединенный входом с выходом выходного выпрямителя, а выходом - с выходными выводами устройства для подключения нагрузки, схему управления высокочастотным преобразователем, получающую питание от зарядного конденсатора, цепь самопитания схемы управления, состоящую из соединенных последовательно дополнительного высокочастотного выпрямителя, подключенного к дополнительной обмотке силового трансформатора, и дросселя, включенного между положительным выводом дополнительного высокочастотного выпрямителя и катодом стабилитрона, формирователь импульсов запуска тиристора, входная цепь которого включена параллельно тиристору, вспомогательный однополупериодный выпрямитель, подключенный к вспомогательной обмотке силового трансформатора и состоящий из последовательно соединенных выпрямительного диода и сглаживающего резистора, накопительный конденсатор, подключенный к выходу однополупериодного выпрямителя, формирователь импульсов запуска тиристора получает питание от накопительного конденсатора, и разрядную цепь, подключенную параллельно входному низкочастотному конденсатору, устройство управления осуществляет управление силовыми транзисторами преобразователя и разрядной цепью. Формирователь импульсов запуска тиристора выполнен по известной схеме.

Недостатком такого устройства является его достаточная сложность, связанная с необходимостью применения вспомогательного канала для обеспечения питанием формирователя импульсов запуска тиристора, состоящего из вспомогательного однополупериодного выпрямителя, подключенного к вспомогательной обмотке силового трансформатора, и накопительного конденсатора.

Изобретение направлено на решение задачи упрощения конструкции устройства и тем самым повышения его КПД путем исключения из состава известного устройства вспомогательного канала для питания формирователя импульсов запуска тиристора.

Это достигается тем, что в устройстве, содержащем входной сетевой выпрямитель, входом подключенный к входным выводам устройства, входной низкочастотный конденсатор, соединенный с выходом сетевого выпрямителя через нелинейную зарядную цепь, состоящую из тиристора, анодом соединенного с положительным выводом выпрямителя, и параллельно включенной тиристору цепи, содержащей параллельно соединенные токоограничительный резистор и последовательно соединенные развязывающий диод, анодом соединенный с анодом тиристора, зарядный резистор и параллельно соединенные зарядный конденсатор и стабилитрон, анодом соединенный с катодом тиристора, высокочастотный преобразователь с выходным силовым трансформатором, подключенный своим силовым входом параллельно входному низкочастотному конденсатору. Выходной выпрямитель, подключенный к вторичной обмотке силового трансформатора, выходной сглаживающий LC-фильтр, входом соединенный с выходом выходного выпрямителя, а выходом - с выходными выводами устройства для подключения нагрузки, схему управления высокочастотным преобразователем, получающую питание от зарядного конденсатора, цепь самопитания схемы управления, состоящую из дополнительного выпрямителя, подключенного своим входом к дополнительной обмотке силового трансформатора, и дросселя, включенного между положительным выводом дополнительного выпрямителя и катодом стабилитрона, формирователь импульсов запуска тиристора, состоящий из входной цепи, содержащей последовательно соединенные входной резистор и входной стабилитрон и включенной параллельно тиристору, анод входного стабилитрона соединен с катодом тиристора, запускающего транзистора типа n-p-n, управляющего транзистора типа p-n-p, дифференцирующей цепи, состоящей из последовательно соединенных конденсатора и резистора, включенной между общей точкой соединения резистора и стабилитрона входной цепи и базой запускающего транзистора, резистор дифференцирующей цепи соединен с базой запускающего транзистора, цепи положительной обратной связи, состоящей из последовательно соединенных конденсатора и резистора и включенной между коллектором управляющего транзистора и базой запускающего транзистора, конденсатор цепи положительной обратной связи соединен с коллектором управляющего транзистора, между эмиттером и базой запускающего транзистора включен резистор, база управляющего транзистора соединена с коллектором запускающего транзистора через резистор, эмиттеры транзисторов соединены через резистор, вспомогательный однополупериодный выпрямитель, подключенный своим входом к вспомогательной обмотке силового трансформатора и состоящий из последовательно соединенных сглаживающего резистора и диода, анодом соединенного с одним из выводов вспомогательной обмотки, накопительный конденсатор, включенный между эмиттером запускающего транзистора, соединенным с другим выводом вспомогательной обмотки, и выводом сглаживающего резистора, управляющий резистор, включенный между эмиттером управляющего транзистора и общей точкой соединения накопительного конденсатора и сглаживающего резистора, причем коллектор управляющего транзистора соединен с управляющим электродом тиристора, а между катодом и управляющим электродом тиристора включен резистор, разрядную цепь, подключенную параллельно входному низкочастотному конденсатору и управляемую с одного из выходов схемы управления, исключен вспомогательный канал, содержащий вспомогательную обмотку силового трансформатора, однополупериодный выпрямитель и накопительный конденсатор, а вывод управляющего резистора соединен с общей точкой соединения зарядного конденсатора и зарядного резистора через динистор, подключенный катодом к выводу управляющего резистора.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения выражается в упрощении конструкции устройства и повышении его КПД за счет исключения вспомогательной обмотки силового трансформатора, вспомогательного однополупериодного выпрямителя, состоящего из последовательно соединенных резистора и диода, и накопительного конденсатора.

На чертеже представлена электрическая схема источника питания.

Устройство содержит входной сетевой выпрямитель 1, входной низкочастотный конденсатор 2, соединенный с выходом выпрямителя через нелинейную зарядную цепь, состоящую из тиристора 3, токоограничительного резистора 4 и цепи, состоящей из последовательно соединенных развязывающего диода 5, зарядного резистора 6 и параллельно соединенных зарядного конденсатора 7 и стабилитрона 8, высокочастотный преобразователь 9 с силовым трансформатором 10, получающий питание от конденсатора 2, выходной выпрямитель 11, подключенный ко вторичной обмотке трансформатора 10, выходной сглаживающий LC-фильтр 12, соединенный с нагрузкой 13, устройство 14 управления, цепь самопитания устройства управления, содержащую дополнительный выпрямитель 15, подключенный к дополнительной обмотке силового трансформатора 10, и дроссель 16, формирователь импульсов запуска тиристора, содержащий входные резистор 17 и стабилитрон 18, дифференцирующую цепь, состоящую из конденсатора 21 и резистора 22, схему одновибратора на транзисторах 19 и 20, которая состоит из цепи положительной обратной связи (конденсатор 23 и резистор 24), включенной между базой запускающего транзистора 19 и коллектором управляющего транзистора 20, и резисторов 25, 26 и 27, катод стабилитрона 8 соединен с эмиттером транзистора 20 через динистор 30 и управляющий резистор 28, между управляющим электродом и катодом тиристора 3 включен резистор 29, и разрядную цепь 31, предназначенную для быстрого разряда конденсатора 2 после выключения источника питания.

Устройство работает следующим образом.

При подключении сетевого напряжения на вход выпрямителя 1 начинается заряд конденсатора 2 через токоограничительный резистор 4 и зарядную цепь диод 5 - резистор 6 - конденсатор 7. В процессе заряда конденсатора 2 происходит накопление энергии в конденсаторе 7. В это время на стабилитроне 18 образуется трапецеидальное напряжение, ограниченное по амплитуде на уровне напряжения стабилизации стабилитрона, которое поступает на дифференцирующую цепь 21 - 22. При этом на вход одновибратора (на базу транзистора 19) будет поступать узкий синхронизирующий импульс, совпадающий с моментом начала формирования очередного импульса зарядного тока конденсатора 2. Таким образом, именно в начале подъема положительного напряжения на тиристоре кратковременно открывается базовая цепь транзистора 19. Однако при напряжении на конденсаторе 7, меньшем напряжения пробоя динистора 30, формирования импульса запуска тиристора не происходит, поскольку питающее напряжение не поступает на одновибратор (транзистор 20 закрыт). По мере заряда конденсатора 7, который заряжается в режиме, близком к режиму холостого хода, при достижении напряжения на нем некоторого установленного порогового уровня в устройстве управления 14 открывается пороговый элемент, и через некоторое установленное время задержки формируется импульс запуска автогенератора по схеме Ройера устройства управления. Происходит запуск автогенератора устройства управления, формируются все необходимые вспомогательные напряжения для питания узлов и элементов устройства управления и запускается преобразователь 9. Поскольку в течение установленного времени задержки от момента открывания порогового элемента до момента формирования импульса запуска автогенератора устройства управления режим заряда конденсатора 7 изменяется незначительно, напряжение на нем продолжает увеличиваться. При достижении напряжения на конденсаторе 7 величины, большей напряжения пробоя динистора 30, на формирователь импульсов запуска тиристора начинает поступать питающее напряжение от заряженного конденсатора 7. Поэтому в ближайший полупериод сетевого напряжения при минимальном напряжении анод-катод тиристора 3 происходит его включение. При этом очередной синхронизированный (с сетью) импульс открывает транзистор 19 и срабатывает схема одновибратора: вначале через открытый транзистор 19 начинает протекать небольшой базовый ток транзистора 20, затем, благодаря действию цепи положительной обратной связи (конденсатор 23 - резистор 24), ток базы транзистора 19 возрастает, что приводит к еще большему открыванию транзистора 29, развивается регенеративный процесс, длительность которого определяется постоянной времени цепи положительной обратной связи. В результате такого процесса транзистор 20 выходит на режим насыщения и происходит подключение конденсатора 7 к управляющему переходу тиристора через динистор 30 и управляющий резистор 28. После включения тиристора 3 происходит быстрая дозарядка конденсатора 2. После запуска тиристора диод 5 закрывается и конденсатор 7 оказывается подключенным только к цепи самопитания. Открытый тиристор шунтирует зарядную цепь, напряжение самопитания в это время пока отсутствует, поэтому после первого включения тиристора рост напряжения на конденсаторе 7 ограничивается на уровне, соответствующем значению напряжения конденсатора, достигнутому в момент первого включения тиристора. Таким образом, в отличие от прототипа, в предлагаемом устройстве дозарядка конденсатора 2 происходит до момента начала работы преобразователя 9. Далее после формирования импульса запуска автогенератора устройства 14 управления, напряжение на конденсаторе 7 уменьшается на некоторую установленную величину до момента появления напряжения на выходе выпрямителя 15 цепи самопитания устройства управления. Параметры устройства выбраны таким образом, что до момента появления напряжения в цепи самопитания конденсатор 7 не успевает разрядиться до минимально допустимого напряжения, при котором автогенератор схемы управления еще сохраняет работоспособность. В течение времени разряда конденсатора 7 напряжение на нем некоторое время будет меньше напряжения пробоя динистора 30. Поэтому тиристор в это время закрыт, что приводит к некоторому уменьшению напряжения на конденсаторе 2. Однако, так как его дозарядка уже была осуществлена, такое уменьшение напряжения не приводит к срыву процесса запуска устройства. При появлении напряжения в цепи самопитания конденсаторы 7 и 2 дозаряжаются и устройство переходит в стационарный режим работы. Стабилитрон 8 ограничивает напряжение питания устройства 14 управления на уровне напряжения стабилизации стабилитрона при увеличении напряжения на конденсаторе 7, связанном с изменением длительности импульсов работающего преобразователя 9. В стационарном режиме работы устройства каждый раз, когда начинает возрастать положительное напряжение на переходе анод-катод тиристора формирователь импульсов запуска обеспечивает его устойчивое включение, так как напряжение на конденсаторе 7 будет всегда больше напряжения пробоя динистора 30. Таким образом, в предложенном устройстве в отличие от известного зарядный конденсатор 7 выполняет три функции: является запускающим, выполняет роль конденсатора сглаживающего LC-фильтра цепи самопитания устройства управления и является источником напряжения для работы формирователя импульсов запуска тиристора. (56) Патент США N 3914679, кл. Н 02 М 5/453, 1976.

Авторское свидетельство СССР N 586445, кл. Н 02 М 3/155, 1977.

Авторское свидетельство СССР N 696583, кл. Н 02 М 7/00, 1979.

Эраносян С. А. Сетевые блоки питания с высокочастотными преобразователями. Л. : Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1991, с. 63, рис. 2.11.

Использование: в качестве источника вторичного электропитания с выходом на постоянном токе для питания разного рода потребителей. Сущность изобретения: устройство содержит высокочастотный преобразователь /9/, через токоограничительный резистор /4/, зашунтированный тиристором /3/, подсоединенный к входному низкочастотному конденсатору /2/. Узел управления /14/ подсоединен к цепи самопитания, состоящей из дополнительного выпрямителя /15/, дросселя /16/ и дополнительной обмотки силового трансформатора /10/. Зарядный конденсатор /7/ является запускающим, выполняет роль конденсатора сглаживающего LC-фильтра цепи самопитания узла управления /14/ и является источником напряжения для работы формирователя импульсов запуска тиристора /3/. 1 ил.

ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ С БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫМ ВХОДОМ, содержащий входной сетевой выпрямитель, входом подключенный к входным выводам, входной низкочастотный конденсатор, соединенный с выходом входного выпрямителя через зарядную цепь, состоящую из тиристора, анодом соединенного с положительным выводом выпрямителя, и параллельно включенной тиристору цепи, содержащей параллельно соединенные токоограничительный резистор и последовательно соединенные развязывающий диод, анодом подключенный к аноду тиристора, зарядный резистор и параллельно соединенные зарядный конденсатор и стабилитрон, анодом подключенный к катоду тиристора, высокочастотный преобразователь с выходным силовым трансформатором, подключенный своим силовым входом параллельно входному конденсатору, выходной выпрямитель, входом соединенный с вторичной обмоткой силового трансформатора, выходной сглаживающий LC-фильтр, входом подключенный к выходу выходного выпрямителя, а выходом - к выходным выводам для подключения нагрузки, узел управления высокочастотным преобразователем по выходному напряжению, цепь самопитания узла управления, состоящую из дополнительного выпрямителя, подключенного своим входом к дополнительной обмотке силового трансформатора, и дросселя, включенного между положительными выводами дополнительного выпрямителя и катодом стабилитрона, формирователь импульсов запуска тиристора, состоящий из входной цепи, включенной параллельно тиристору и содержащей последовательно соединенные входной резистор и входной стабилитрон, анод которого соединен с катодом тиристора, запускающего транзистора типа n-p-n, управляющего транзистора типа p-n-p, дифференцирующей цепи, включенной между общей точкой соединения входного резистора и входного стабилитрона и базой запускающего транзистора и состоящей из последовательно соединенных конденсатора и резистора, причем резистор дифференцирующей цепи соединен с базой запускающего транзистора, цепи положительной обратной связи, включенной между коллектором управляющего транзистора и базой запускающего транзистора и состоящей из последовательно соединенных резистора, и конденсатора, который соединен с коллектором управляющего транзистора, эмиттер запускающего транзистора соединен с анодом входного стабилитрона, резистора, включенного между эмиттером и базой запускающего транзистора, резистора, включенного между базой управляющего транзистора и коллектором запускающего транзистора, и резистора, соединяющего между собой эмиттеры транзисторов, коллектор управляющего транзистора соединен с управляющим электродом тиристора, резистор, включенный между катодом и управляющим электродом тиристора, разрядную цепь, включенную параллельно входному конденсатору и управляемую с одного из выходов устройства управления, управляющий резистор, соединенный одним своим выводом с эмиттером управляющего транзистора, отличающийся тем, что другой вывод управляющего резистора соединен с общей точкой соединения зарядного конденсатора и зарядного резистора через введенный динистор, катод которого соединен с выводом управляющего резистора.