ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК G05F1/56 H02M3/337 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в блоках питания устройств преобразовательной технике, автоматики и вычислительной техники.

Известны источники питания в виде импульсных стабилизаторов понижающего типа, содержащих последовательно включенные в одну из силовых шин регулирующий транзистор и дроссель [1].

Недостатком подобных импульсных стабилизаторов понижающего типа является гальваническая связь между напряжением на выходных выводах стабилизаторов и напряжением на их входных выводах. Для обеспечения гальванической развязки питание таких импульсных стабилизаторов производят обычно через выпрямитель, подключаемый к питающей сети через понижающий трансформатор. Это существенно ухудшает массогабаритные показатели стабилизаторов. Недостатком известных стабилизаторов является также наличие только одного уровня выходного напряжения, иначе говоря такие стабилизаторы являются одноканальными.

Известен источник стабилизированного напряжения, содержащий соединенные последовательно импульсный стабилизатор постоянного напряжения и преобразователь постоянного напряжения в виде ключевого управляемого преобразователя с трансформатором, при этом импульсный стабилизатор содержит включенные в одну из силовых шин регулирующий транзистор, дроссель и пусковой конденсатор, соединенный одним выводом с общей шиной источника, блок управления в виде соединенных между собой формирователя импульсов в виде ключевого пускового блока, включающего первый и второй транзисторы и первый, второй, третий резисторы, и цепочки из диода и резистора, соединяющей одну из вторичных обмоток трансформатора преобразователя с формирователем импульсов [2]. В этом источнике питания число уровней выходного напряжения ограничено только числом вторичных обмоток трансформатора преобразователя, при этом все выходные напряжения гальванически развязаны и между собой и от входного напряжения.

Недостатки известного источника питания заключаются в том, что, во-первых, подача отпирающего базового тока к регулирующему транзистору при использованном в источнике способе управления возможна только от другой шины источника через балластный резистор. При повышенной величине входного напряжения источника потери мощности в балластном резисторе велики, что существенно снижает КПД источника. Во-вторых, реализованный в известном источнике способ управления регулирующим транзистором однополярными импульсами не может обеспечить работоспособности регулирующего транзистора при высоких входных напряжениях источника, так как в этом случае требуется подача двухполярных импульсов, т.е. непосредственно по окончании отпирающего импульса тока в базу регулирующего транзистора необходимо подать запирающее напряжение на его переход база-эмиттер для снижения динамических потерь мощности в транзисторе и обеспечения его устойчивости к высоким напряжениям на коллекторном переходе. По этой причине известный источник может работать только при невысоких напряжениях на входе, для чего необходимо его подключение к сети производить через понижающий трансформатор. Наличие двух трансформаторов в источнике существенно ухудшает его массогабаритные показатели. Кроме того, в известном источнике на этапе запуска переключение регулирующего транзистора управляющим узлом производится только в функции выходного напряжения. При емкостной нагрузке источника на первых интервалах проводимости регулирующего транзистора это приводит к перегрузке последнего и может вывести его из строя.

Целью изобретения является улучшение массогабаритных показателей источника при одновременном повышении КПД и надежности за счет расширения вверх рабочего диапазона входного напряжения и реализации режима мягкого пуска.

Цель достигается за счет того, что управляющий узел выполнен в виде импульсного модулятора, в формирователь импульсов введены дополнительные транзистор, диод и два конденсатора, а преобразователь постоянного напряжения выполнен на основе полумостового инвертора с силовым и управляющим трансформаторами, вследствие чего при связях между указанными узлами источника и между элементами этих узлов, реализованных в заявляемом источнике, обеспечивается двухполярное управление регулирующим транзистором, что обеспечивает повышение его пробивного напряжения. Кроме того, на этапе запуска источника обеспечивается уменьшение частоты и длительности управляющих импульсов, чем исключается перегрузка регулирующего транзистора при пуске его на емкостную нагрузку.

Предложенное решение имеет отличительные от прототипа признаки, следовательно, соответствует критерию изобретения "новизна".

Схема предложенного источника представлена на чертеже и содержит преобразователь 1 постоянного напряжения (конвертор), дроссель 2, включенный в одну из силовых шин источника, регулирующий транзистор 3, пусковой конденсатор 4, соединенный одним выводом с общей шиной источника, а другим выводом через пусковой резистор 5 с шиной источника, подключенной к дросселю, и через выпрямитель 6 конвертора с одной из вторичных обмоток силового транзистора 7 конвертора. Устройство содержит также блок 8 управления, выполненный в виде импульсного модулятора 9 и формирователя 10 импульсов. Конвертор 1 состоит из полумостового инвертора 11, силового 7, управляющего 12 трансформаторов и выпрямителей 6 и 13 во вторичных обмотках силового трансформатора (число этих выпрямителей определяется числом выходов источника). Конденсаторы 14 и 15 полумостового инвертора 11 включены последовательно между выводом дросселя 2 и коллектором регулирующего транзистора 3. Коллектор первого транзистора 16 формирователя 10 импульсов соединен с базой второго транзистора 17, а через диод 18 и разделительный конденсатор 19 с базой третьего транзистора 20 формирователя. Анод диода 18 через первый резистор 21 соединен с плюсовым выводом пускового конденсатора 4, коллектор второго транзистора 17 соединен с первым выводом формирующего конденсатора 22 и через второй резистор 23 с коллектором третьего транзистора 20 формирователя. Второй вывод формирующего конденсатора 22 соединен через третий резистор 24 с базой регулирующего транзистора 3, эмиттер которого соединен с общей шиной источника, с которой соединены эмиттеры первого 16 и третьего 20 транзисторов формирователя. Эмиттер второго транзистора 17 формирователя соединен с плюсовым выводом пускового конденсатора 4. Коммутирующий диод 25 подключен к выводам дросселя 2.

Импульсный модулятор 9 может быть выполнен по схеме любого уравляемого по частоте генератора импульсов, например по схеме широкого распространеного генератора на базе однопереходного транзистора (см., например, Техн. справочник. Тиристоры./Под ред. В.А.Лабунцова, Энергия, 1971, с.112).

Источник работает следующим образом.

При подаче напряжения на вход источника через резистор 5 происходит заряд пускового конденсатора 4, напряжение на котором используется в качестве питающего для формирователя 10 импульсов и импульсного модулятора 9. С появлением первого импульса на выходе импульсного модулятора открываются транзисторы 16 и 17 и в течение длительности импульса происходит заряд конденсатора 22 через транзистор 17 по цепи, включающей базовую цепь транзистора 3 и конденсатор 4. Этим обеспечивается открытое состояние транзистора 3. Диод 18 на этом интервале открыт, транзистор 20 закрыт. Через последовательно включенные дроссель 2, конденсаторы 14, 15, транзистор 3 протекает ток, которым заряжаются конденсаторы 14, 15. В момент окончания импульса транзисторы 16 и 17 закрываются, начинается заряд конденсатора 4 через резистор 21 и базовый переход транзистора 20. Транзистор 20 открывается и конденсатор 22, заряжавшийся на предшествующем интервале, начинает разряжаться по цепи, включающей открытый транзистор 20, базовый переход транзистора 3, резистор 24. Этим обеспечивается подача отрицательного (запирающего) тока в базу транзистора 3, т.е. реализуется режим активного запирания регулирующего транзистора 3, что способствует повышению значения его пробивного напряжения. В паузе между импульсами модулятора транзистор 3 закрыт, энергия, накопленная в дросселе 2, рассеивается на диоде 25. Напряжение на конденсаторах 14, 15 является питающим для конвертора 1. С началом его работы появляется выпрямленное напряжение на выходах выпрямителей 6 и 13. От выпрямителя 6 напряжение поступает на пусковой конденсатор 4 и является питающим для формирователя 10.

Технико-экономические преимущества видны из сравнения с прототипом.

Подключение входных выводов конвертора между выводом дросселя и коллектором регулирующего транзистора, а также выполнение формирователя импульсов в виде составного транзисторного усилителя импульсов с разделительной и формирующей частями, выходом соединенного с базой регулирующего транзистора, а входом - с частотно-импульсным модулятором, позволило реализовать экономичное двухполярное управление регулирующим транзистором, вследствие чего регулирующий транзистор источника работоспособен при высоких входных напряжениях, т.е. его питание можно производить без применения входного понижающего трансформатора, резко ухудшающего массогабаритные показатели источника. В формирователе одновременно с исключением входного трансформатора исключаются и вносимые им потери мощности, что повышает КПД источника. Цепь питания базы регулирующего транзистора в стационарном режиме работы не связана с его входным напряжением, вследствие чего отсутствуют потери в балластных резисторах, что также повышает КПД источника.

Повышение надежности источника обусловлено тем, что на этапе запуска частота переключения и длительность импульсов задаются величиной управляющего напряжения на входе импульсного модулятора, чем исключается перегрузка регулирующего транзистора при пуске на емкостную нагрузку.

Использование: в блоках питания устройств преобразовательной техники, автоматики и вычислительной техники. Сущность изобретения: источник питания содержит преобразователь 1 постоянного напряжения, дроссель 2, включенный в одну из силовых шин источника, регулирующий транзистор 3, пусковой конденсатор 4, включенный между одним из выходных выводов и общей шиной, пусковой резистор 5 и блок 8 управления, выполненный в виде импульсного модулятора 9 и формирователя 10 импульсов. Преобразователь 1 напряжения состоит из полумостового инвертора 11, силового 7, управляющего 12 трансформаторов и выпрямителей 6 и 13, подключенных к вторичным обмоткам силового трансформатора 7. Диод 25 необходим для рассеивания энергии, накопленной дросселем 2. Пусковой резистор 5 обеспечивает заряд конденсатора 4 на этапе запуска источника. Формирователь 10 импульсов обеспечивает подачу в базу регулирующего транзистора 3 двуполярного управляющего сигнала. При этом повышается пробивное напряжение транзистора 3 и становится возможной его работа при прямой подаче входного напряжения. Это позволяет исключить входной трансформатор и таким образом улучшить массогабаритные показатели, повысить КПД и надежность источника. 1 ил.

ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ, содержащий регулирующий транзистор, дроссель, первый вывод которого подключен к первому выводу коммутирующего диода, преобразователь постоянного напряжения, выходы которого соединены с соответствующими выходными выводами, последовательно соединенные пусковые резистор и конденсатор, блок управления, включающий управляющий узел и формирователь импульсов, состоящий из первого транзистора, эмиттером подключенного к общей шине, второго транзистора, база которого через первый резистор соединена с коллектором первого транзистора, второго и третьего резисторов, и четвертый резистор, первый вывод которого подключен к базе регулирующего транзистора, отличающийся тем, что формирователь импульсов снабжен третьим транзистором, диодом, разделительным и формирующим конденсаторами, управляющий узел выполнен в виде импульсного модулятора, выход которого соединен с управляющим входом первого транзистора, а преобразователь постоянного напряжения выполнен на основе полумостового инвертора с силовым и управляющим трансформаторами, причем вторичные обмотки силового трансформатора подключены к входам соответствующих выпрямителей, выходы которых использованы в качестве выходов преобразователя постоянного напряжения, при этом пусковой конденсатор включен между одним из выходных выводов и общей шиной, свободный вывод пускового резистора и первый вывод дросселя соединены с входным выводом, второй вывод дросселя подключен к второму выводу коммутирующего диода, а через конденсаторы полумостового инвертора соединен с коллектором регулирующего транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине, эмиттер второго транзистора соединен с выходным выводом, а коллектор подключен к первым выводам формирующего конденсатора и второго резистора, второй вывод второго резистора соединен с коллектором третьего транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине, а база через разделительный конденсатор соединена с первыми выводами диода и третьего резистора, вторые выводы которых подключены соответственно к точке соединения коллектора первого транзистора с первым резистором и к выходному выводу, а второй вывод формирующего конденсатора соединен с вторым выводом четвертого резистора.