ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ С ЗАЩИТОЙ Российский патент 1994 года по МПК G05F1/567 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электропитания стабилизированным напряжением различных устройств радиоэлектронной аппаратуры.

Известен вторичный источник электропитания с защитой, содержащий источник питания, в силовую цепь которого включен датчик тока, усилитель, компаратор и блок защиты по току, причем выход датчика тока через усилитель соединен с одним из входов компаратора, выход которого через блок защиты по току соединен с входом блокировки источника питания (1). Недостатком такого устройства является отсутствие защиты схемы источника, учитывающей снижение допустимых значений электрических параметров компонентов устройства (полупроводниковые элементы, конденсаторы, моточные узлы) в зависимости от температуры окружающей среды или саморазогрева, что снижает надежность устройства.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому по достигаемому эффекту и технической сущности является источник электропитания (2), содержащий преобразователь напряжения - сдвоенный однотактный конвертор, схему управления, подключенную входом обратной связи к выходу преобразователя напряжения, а выходом - к управляющему входу преобразователя напряжения, датчик тока, подключенный своими силовыми выводами к выводам токовой цепи преобразователя напряжения, узел защиты по току и узел термозащиты, подключенные своими выходами к входу защиты схемы управления, источник опорного напряжения, включенный выходными выводами между первым выходным выводом датчика тока и первыми входами узлов защиты по току и термозащиты, резистивный делитель напряжения, подключенный первым свободным выводом к второму выходному выводу датчика тока, средним выводом - к второму входу узла защиты по току, вторым свободным выводом - к первому выходному выводу датчика тока и к первому выводу терморезистора, второй выход которого подключен к второму входу узла термозащиты и через ограничительный резистор - к выходу дополнительного источника питания (фиг. 1). В данном устройстве кроме защиты по току предусматривается его защита (прекращается работа преобразователя напряжения) при превышении температуры окружающей среды или при саморазогреве благодаря использованию схемы термозащиты. Однако поскольку термозащита осуществляется при одном фиксированном значении температуры, то в данном устройстве не учитывается зависимость допустимой полезной мощности (допустимой мощности, отдаваемой устройством в нагрузку) от температуры. Так как значение допустимой полезной мощности при повышении температуры, определяемое тепловыми параметрами компонентов устройства, не изменяется до определенного ее значения t_о^о, а с дальнейшим ее повышением снижается практически по линейному закону до своего минимального значения (при температуре t^о_мах), то в интервале температур от значения t_о^о до значения t^о_защ, при котором происходит срабатывание термозащиты (фиг. 2), устройство критично даже к кратковременному превышению допустимой полезной мощности (динамический режим работы нагрузки, скачкообразное изменение входного напряжения и т. п. ), что снижает его надежность. Рассчитывать же термозащиту таким образом, чтобы значение t^о_защ. было меньше значения t_о^о, нецелесообразно так как это не позволяет использовать устройство в режиме пониженного потребления полезной мощности при температурах выше значения t_о^о, т. е. сужается область применения устройства.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности устройства при повышенной температуре эксплуатации.

Указанная цель достигается тем, что в источник электропитания, содержащий преобразователь напряжения с входными и выходными выводами, узел защиты по току, схему управления преобразователем напряжения, подключенную входом обратной связи к выходным выводам преобразователя напряжения, выходом - к управляющему входу преобразователя напряжения, входом защиты - к выходу узла защиты по току, датчик тока, подключенный силовыми выводами к выводам токовой цепи преобразователя напряжения, источник опорного напряжения, подключенный выходными выводами между первым выходным выводом датчика тока и первым входом узла защиты по току, резистивный делитель напряжения, подключенный средним выводом к второму входу узла защиты по току, первым свободным выводом - к второму выходному выводу датчика тока, введен термозависимый двухполюсник пороговой проводимости, подключенный между вторым свободным выводом резистивного делителя напряжения и первым выходным выводом датчика тока.

Совокупность отличительных от прототипа признаков (введение термозависимого двухполюсника пороговой проводимости и подключение его) с другими существенными признаками заявляемого технического решения дает новый положительный эффект, заключающийся в повышении надежности устройства при повышенной температуре его эксплуатации.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства-прототипа; на фиг. 2 - температурная зависимость допустимой полезной мощности прототипа; на фиг. 3 - функциональная схема заявляемого устройства; на фиг. 4 - принципиальная схема одного из возможных вариантов заявляемого источника электропитания с защитой; на фиг. 5 - принципиальная схема термозависимого двухполюсника пороговой проводимости; на фиг. 6 - зависимость проводимости двухполюсника от температуры.

Заявляемое устройство содержит (фиг. 3) преобразователь 1 напряжения с входными и выходными выводами 2, 3; датчик 4 тока, подключенный силовыми выводами к выводам токовой цепи преобразователя 1; схему 5 управления преобразователем 1 напряжения, подключенную входом обратной связи к выходным выводам 3, выходом - к управляющему входу преобразователя 1; узел 6 защиты по току; источник 7 опорного напряжения, включенный выходом между первыми выводами датчика 4 тока и узла 6 защиты по току; термозависимый двухполюсник 8 пороговой проводимости; резистивный делитель 9 напряжения, подключенный первым свободным выводом к второму выходному выводу датчика 4 тока, вторым свободным выводом - к первому выходному выводу датчика 4 тока через термозависимый двухполюсник 8, средним выводом - к второму входу узла 6 защиты по току, выход которого подключен к входу защиты схемы 5 управления.

Устройство может представлять собой как источник питания с непрерывным, так и с импульсным регулированием, причем, во втором случае преобразователь 1 напряжения может представлять собой однотактный или двухтактный конвертор, схема 5 управления может представлять собой схему широтно-импульсной модуляции, имеющую вход защиты, при изменении потенциала на котором блокируется выработка выходных управляющих импульсов схемы 5 управления; узел 6 защиты может представлять собой компаратор с самоблокировкой. Все указанные узлы могут соответствовать узлам схемы устройства-прототипа (2) или, например, схемы источника вторичного электропитания (3).

Терморезистор двухполюсника 8 для эффективности может быть закреплен в месте максимального разогрева, например, на радиаторе выпрямительных диодов преобразователя 1. Схема двухполюсника может отличаться от схемы на фиг. 5, например, базовый резистор можно подключить вместо терморезистора, а терморезистор (с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления) - вместо базового.

Источник электропитания с защитой работает следующим образом (фиг. 3). Входное напряжение U_вх. поступает через входные выводы 2 на преобразователь 1 напряжения, где происходит его преобразование и стабилизация по сигналу обратной связи, поступающему с выхода 3 преобразователя 1 на его управляющий вход через схему 5 управления. На первый вход узла 6 защиты по току поступает опорное напряжение U_оп, на второй вход узла 6 поступает и сравнивается с опорным напряжение U_т., выражающееся соотношением:
U_т= J_д(R_д+ ) где I_д - ток резистивного делителя 9;
R_д - выходное сопротивление резистивного делителя 9;
G_тп - проводимость термозависимого двухполюсника 8.

Поскольку ток I_д представляет собой выходной ток датчика 4 тока и пропорционален току нагрузки I_н, то напряжение U_т будет выражаться соотношением:
U_т= kJ_н(R_д+ ) где K - коэффициент пропорциональности.

При превышении напряжением U_т уровня опорного напряжения U_оп узел 6 защиты по току воздействует на схему 5 управления и блокирует работу преобразователя 1.

Так как проводимость двухполюсника G_тп имеет зависимость от температуры, указанную на фиг. 6, то и напряжение U_т, которое определяет момент срабатывания защиты по току нагрузки (а значит и по полезной мощности устройства), будет зависеть следующим образом: при повышении температуры до значения t_о^о напряжение U_т будет постоянным, а в интервале от t_о^о до t^о_мах будет повышаться, причем при соответствующем выборе параметров резистивного делителя 9 и термозависимого двухполюсника 8 зависимость напряжения U_т от температуры будет точно отображать зависимость от нее допустимой полезной мощности устройства (фиг. 2).

Таким образом, в заявляемом устройстве защита устройства по току нагрузки (блокировка работы преобразователя напряжения) обеспечивается в зависимости от температуры эксплуатации компонентов устройства, зависящей как от температуры внешней среды, так и от их саморазогрева, вызванного в конечном счете повышением мощности, потребляемой нагрузкой. (56) Авторское свидетельство СССР N 1555703, кл. G 05 F 1/569, 1990.

Блок электропитания В260 2.2007130 РД7. Руководство по ремонту. Киев, ПО "Электронмаш", 1990.

Использование: источник электропитания с защитой. Цель - повышение надежности устройства при повышенной температуре эксплуатации. Сущность изобретения: устройство содержит преобразователь напряжения 1, входные выходы 2, выходные выводы 3, датчик тока 4, схему управления 5, узел защиты по току 6, источник опорного напряжения 7, термозависимый двухполюсник пороговой проводимости 8, резистивный делитель напряжения 9. Положительный эффект: надежная работа источника электропитания при повышенной температуре эксплуатации. 1 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ С ЗАЩИТОЙ, содержащий преобразователь напряжения с выходными выводами, к которым подключена схема управления, выход которой подключен к управляющим входам преобразователя, узел защиты по току, выходом подключенный к входу защиты схемы управления, а входом к одному из выходов источника опорного напряжения, датчик тока, включенный силовыми выводами в цепь токовой защиты преобразователя напряжения, причем первым выходным выводом подключенный к другому выходу источника опорного напряжения, а вторым выходным выводом - к первому свободному выводу резистивного делителя, средний вывод которого подключен к второму входу узла защиты по току, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности устройства при повышенной температуре эксплуатации, в него введен термозависимый двухполюсник пороговой проводимости, подключенный между вторым свободным выводом резистивного делителя напряжения и первым выходным выводом датчика тока. 2. Источник по п. 1, отличающийся тем, что термозависимый двухполюсник пороговой проводимости состоит из транзистора, терморезистора с положительным температурным коэффициентом сопротивления, базового резистора и балластного резистора, соединенного первым выводом с эмиттером транзистора, база и коллектор которого шунтированы терморезистором, база транзистора соединена через базовый резистор с вторым выводом балластного резистора, причем коллектор транзистора и второй вывод балластного резистора образуют выводы термозависимого двухполюсника.