ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ С БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫМ ВХОДОМ Российский патент 1996 года по МПК H02M3/335 H02M7/04 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания.

Известен источник электропитания, содержащий выпрямитель, фильтр, инвертор, выходной выпрямитель, фильтр и схему управления, в которой стабилизация осуществляется путем управления углом включения управляемого выпрямителя [1]
Недостатком устройства являются большие масса и габариты за счет фильтра, сглаживающего низкочастотное напряжение управляемого выпрямителя.

Известен источник электропитания с бестрансформаторным входом, содержащий соединенные последовательно выпрямитель, фильтр, преобразователь, трансформатор, транзисторный регулятор, выпрямитель, фильтр и мультивибратор [2]
Недостатками данного устройства являются низкие надежность и КПД из-за наличия потерь мощности в транзисторах преобразователя на интервалах времени включения и выключения транзисторов.

Наиболее близким к изобретению являются источник электропитания с бестрансформаторным входом, содержащий соединенные последовательно сетевые выпрямитель и фильтр, полупроводниковый преобразователь постоянного напряжения, выполненный на силовых коммутирующих транзисторах, силовых высокочастотном трансформаторе и выпрямителе, транзисторный регулятор, сглаживающий фильтр и схему управления, содержащую мультивибратор, узел временной задержки, первую и вторую схемы согласования, цепь отрицательной обратной связи, причем вход узла временной задержки подключен к выходу мультивибратора, первая схема согласования выходом подключена к силовым коммутирующим транзисторам полупроводникового преобразователя постоянного напряжения, вторая схема согласования выходом подключена к транзисторному регулятору, а входом к выходу цепи отрицательной обратной связи, один вход которой подключен к выходу источника электропитания [3]
Достоинствами данного решения являются высокие надежность и КПД за счет сдвигов во времени моментов включения и выключения транзисторов преобразователя постоянного напряжения и регулятора и снижения потерь энергии при переключениях транзисторов.

Недостатками этого решения являются сложность схемотехнического решения, низкая технологичность, критичность к параметрам элементной базы, ее временной и температурной нестабильности. Обусловлено это необходимостью введения регулировочных операций временного сдвига фронта и среза сигнала управления транзисторным регулятором, критичностью к параметрам периодов и длительностей импульсов выходных сигналов мультивибраторов.

Повышение эффективности за счет упрощения схемотехнического решения, повышения технологичности, снижения критичности к технологическому разбросу элементной базы, температурному и временному уходу ее параметров достигается тем, что в источник электропитания с бестрансформаторным входом, содержащий соединенныe последовательно сетевые выпрямитель и фильтр, полупроводниковый преобразователь постоянного напряжения, выполненный на силовых коммутирующих транзисторах, силовых высокочастотном трансформаторе и выпрямителе, транзисторный регулятор, сглаживающий фильтр и схему управления, содержащую мультивибратор, узел временной задержки, первую и вторую схемы согласования, цепь отрицательной обратной связи, причем вход узла временной задержки подключен к выходу мультивибратора, первая схема согласования выходом подключена к силовым коммутирующим транзисторам полупроводникового преобразователя постоянного напряжения, вторая схема согласования выходом подключена к транзисторному регулятору, а входом к выходу цепи отрицательной обратной связи, один вход которой подключен к выходу источника электропитания, введены диодный коммутатор на двух диодах первом и втором, два согласующих резистора первый и второй, два компаратора первый и второй, при этом выход мультивибратора через первый диод коммутатора подключен к входу первого компаратора, а через второй диод коммутатора к входу второго компаратора, входы первого и второго компараторов, кроме того, подключены к выходу узла временной задержки соответственно через первый и второй согласующие резисторы, а выходы компараторов подключены к входам схем согласования: выход первого к входу первой схемы согласования, а выход второго к входу второй схемы согласования.

Анализ известных технических решений показал, что указанные отличия являются существенными.

На фиг. 1 приведена схема источника электропитания с бестрансформаторным входом; на фиг. 2 приведены временные диаграммы на выходе мультивибратора (а), на выходе узла временной задержки (б), на входе первого компаратора (в), на входе второго компаратора (г), на выходе первого компаратора (д), на выходе второго компаратора (е).

Источник электропитания содержит последовательно соединенные сетевой выпрямитель 1, сетевой фильтр 2, полупроводниковый преобразователь 3 постоянного напряжения, выполненный на силовых коммутирующих транзисторах 4, силовых высокочастотном трансформаторе 5 и выпрямителе 6, транзисторный регулятор 7, сглаживающий фильтр 8 и схему 9 управления. Схема управления содержит мультивибратор 10, узел 11 временной задержки, первый 12 и второй 13 согласующие резисторы, диодный коммутатор 14 с первым 15 и вторым 16 диодами, первый 17 и второй 18 компараторы, первую 9 и вторую 20 схемы согласования, цепь 21 отрицательной обратной связи.

Мультивибратор 10 выходом подключен к входу узла 11 временной задержки. Первая схема 19 согласования выходом подключена к входу управления силовыми коммутирующими транзисторами 4 полупроводникового преобразователя 3. Вторая схема 20 согласования выходом подключена к входу транзисторного регулятора 7, а входом к выходу цепи 21 отрицательной обратной связи, один вход которой подключен к выходу источника электропитания, а другой к выходу второго компаратора 18. Выход узла 11 временной задержки через первый согласующий резистор 12 подключен к входу первого компаратора 17 и через второй согласующий резистор 13 к входу второго компаратора 18. Выход первого компаратора 17 подключен к входу первой схемы 19 согласования. Входы первого 17 и второго 18 компараторов подключены соответственно через первый 15 и второй 16 диоды диодного коммутатора 14.

Источник электропитания работает следующим образом.

Мультивибратор 10 схемы 9 управления является автогенератором задающим генератором. Он формирует на выходе напряжение прямоугольной формы (фиг. 2 а). Его частота f и определяет период Т 1/f периодической коммутации силовых коммутирующих транзисторов 4 преобразователя 3 и регулирующего элемента транзисторного регулятора 7. Сигнал с выхода мультивибратора 10 поступает на узел 11 временной задержки, выполненный, например, в виде последовательного соединения резистора и конденсатора. В результате на выходе узла 11 формируется напряжение трапецеидальной формы (фиг. 2б). Это напряжение поступает через согласующие резисторы 12, 13 соответственно на входы компараторов 17, 18. Поскольку на входы указанных компараторов воздействует через диодный коммутатор 14 сигнал с выхода мультивибратора 10, то на входе первого компаратора 17 действует сигнал в виде эпюры фиг. 2в, а на входе второго компаратора 18 в виде эпюры фиг. 2г. Диод 15 коммутатора 14 обеспечивает прохождение на вход компаратора 17 отрицательного импульса с выхода мультивибратора 10, диод 16 положительного на вход компаратора 18. Это обеспечивает формирование на выходах компараторов 17, 18, сигнала прямоугольной формы. При этом на выходе компаратора 17 формируется сигнал (фиг. 2 д), фронт которого совпадает с моментами времени t₀, t₄, t₈, формирования фронта сигнала (фиг. 2а) на выходе мультивибратора 10, а на выходе компаратора 18 формируется сигнал (фиг. 2е), спад которого совпадает с моментами времени t₂, t₆, t₁₀. формирования спада сигнала на выходе мультивибратора 10. Скорость спада, нарастания выходного сигнала (фиг. 2б) влияет на формирование моментов времени фронта (фиг. 2е) и спада (фиг. 2д) выходных сигналов соответственно компараторов 17 и 18. Напряжение на входе компаратора 17 (фиг. 2в) достигает в моменты времени t₃, t₇, t₉. порогового значения U_пор1, и на выходе компаратора 17 формируется спад сигнала. В результате длительность Δt₁=t₃-t₀=t₇-t₄ импульсного сигнала компаратора 17 больше длительности импульсов Δt_M=t₂-t₀=t₆-t₄=t₁₀-t₈
выходного сигнала мультивибратора 10 на величину Δt_c= Δ t₁- Δt_M, зависящую от скорости изменения спада выходного сигнала (фиг. 2б) узла 11 временной задержки. Для компаратора 8 пороговое значение U_пор и крутизна фронта выходного сигнала узла 11 временной задержки определяют сдвиг фронта Δt_ф сигнала на выходе компаратора 8. Фронт выходного сигнала компаратора 8 формируется в моменты времени t₁, t₅, t₉. Длительность Δ t₂ выходного сигнала, равная Δt₂= t₂-t₁=t₆-t₅=5₁₀-t₉. всегда меньше Δt_M на величину Δ t_ф.

Поскольку выходной сигнал первого компаратор 17 (фиг. 2д) через первую схему 19 согласования управляет работой силовых коммутирующих транзисторов 4 преобразователя 3, а выходной сигнал второго компаратора 18 (фиг. 2 е) определяет, воздействуя на каскады 21, 20, максимальную длительность открытого состояния транзисторного регулятора 7, то коммутация транзисторов 4 осуществляется на холостой ход трансформатора 5 при отключенной цепи нагрузки источника. Выходной сигнал второго компаратора 18 (фиг. 2 е) синхронизирует работу цепи 21 отрицательной обратной связи, ограничивая максимально возможную длительность ее выходного сигнала на уровне Δt₂. В зависимости от сигнала, поступающего с выхода источника электропитания (пунктирная линия на фиг. 1), длительность выходного сигнала цепи 21 может изменяться от 0 до Δt₂.

Таким образом, приведенное техническое решение позволяет сдвинуть во времени моменты включения и выключения транзисторов преобразователя и транзисторов регулятора, подключающего нагрузку к источнику электропитания. При этом по сравнению с прототипом достигается упрощение схемотехнического решения (например, используется один мультивибратор вместо трех и один узел временной задержки). Упрощаются регулировочно-настроечные работы: одним органом регулировки может устанавливаться время задержки включения и выключения транзисторов, сохраняется постоянство частоты коммутации транзисторов преобразователя, снижается зависимость от технологического разброса параметров элементов источника электропитания. Устройство может функционировать как в режиме стабилизации, так и в режиме управления по какому-либо закону.

Использование: в источниках вторичного электропитания. Сущность изобретения: устройство содержит преобразователь 3 постоянного напряжения, через трансформатор 5, выпрямитель 6, транзисторный регулятор 7 и фильтр 7 присоединен к выходным выводам, подсоединенным к узлам обратной связи. Введение диодного коммутатора 14, двух компараторов 17, 18 и согласующих резисторов 12, 13 позволяет сдвинуть во времени моменты включения и выключения транзисторов 4 преобразователя 3 и транзисторов регулятора 7, подключаюшего нагрузку к источнику электропитания. 2 ил.

ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ С БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫМ ВХОДОМ, содержащий соединенные последовательно между входными и выходными выводами сетевые выпрямитель, фильтр, полупроводниковый преобразователь постоянного напряжения, выполненный на силовых коммутирующих транзисторах, силовом высокочастотном трансформаторе и выпрямителе, транзисторный регулятор и сглаживающий фильтр, схему управления, содержащую мультивибратор, узел временной задержки, первую и вторую схемы согласования, цепь отрицательной обратной связи, при этом вход узла временной задержки подключен к выходу мультивибратора, первая схема согласования выходом подключена к силовым коммутирующим транзисторам полупроводникового преобразователя постоянного напряжения, вторая схема согласования выходом подключена к транзисторному регулятору, а входом - к выходу цепи отрицательной обратной связи, один вход которой подключен к выходным выводам, отличающийся тем, что в него введены диодный коммутатор на двух диодах, два согласующих резистора, два компаратора, при этом выход мультивибратора через первый диод диодного коммутатора подключен к входу первого компаратора, а через второй диод - к входу второго компаратора, входы первого и второго компараторов подключены к выходу узла временной задержки соответственно через первый и второй согласующие резисторы, выход первого компаратора подключен к входу первой схемы согласования, а выход второго - к входу второй схемы согласования.