НИЗКОВОЛЬТНЫЙ МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК H02M7/155 H01F3/10 

Изобретение относится в электротехнике и может быть использовано в радиоэлектронной аппаратуре как общего назначения, так и в специальной технике, например, в радиоэлектронной аппаратуре, в частности, в бортовых РЛС, где предъявляются особенно жесткие требования к массе и габаритам.

Известны источники электропитания, содержащие в единой конструкции преобразовательные структуры, стабилизаторы и фильтры, обеспечивающие потребителей набором унифицированных и отфильтрованных напряжений на соответствующие мощности. Такие источники электропитания на частоте 400 Гц имеют массогабаритные показатели где-то на уровне 40 Вт/дм³ и 50 Вт/кг (Л.1). Сравнительно низкие показатели обусловлены плохим отводом тепла и низким КПД.

К недостаткам таких централизованных источников можно отнести также наводки в кабельных цепях, вызванных удалением потребителей от источника электропитания и взаимовлиянием разных цепей напряжения друг на друга, причем величина этих помех может значительно превышать собственные пульсации на выходе источников электропитания.

Наиболее близким к заявленному устройству является источник электропитания (Л.2), у которого узлы стабилизации и фильтрации установлены непосредственно на входе функциональных потребителей. Такое построение системы электропитания, например в РЛС, позволяет не только свести к минимуму помехи в кабельных сетях, что, особенно важно в цепях приемника и системах индикации, но также уменьшить количество элементов в схемах электропитания, увеличить КПД и улучшить массогабаритные показатели до уровня 70 - 80 Вт/кг на частоте 400 Гц.

Недостаток таких многоканальных централизованных источников состоит в большом количестве функциональных элементов - трансформаторов, диодов, дросселей фильтров, конденсаторов, что обуславливает сравнительно низкие массогабаритные показатели источников питания, а также сокращает число часов безотказной работы. Такие источники электропитания сложно производить из-за большого объема электромонтажных работ. Возникают трудности и при отыскании неисправностей.

Цель изобретения - улучшение массогабаритных показателей источников электропитания и улучшение показателей их надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в низковольтном многоканальном источнике электропитания, содержащем трансформаторы, диоды и диодные сборки, цепи управления и регулирования, защиты и сигнализации, а также сглаживающие фильтры выпрямителей, осуществлено выполнение трансформаторов, диодов и диодных сборок таким образом, что данные элементы связаны между собой кожухом в единую конструкцию и выполнены в виде отдельного модуля, разъемного с остальными элементами схемы, причем трансформаторы, расположенные внутри кожуха, выполнены в виде объединенной конструкции, магнитопровод которой состоит из двух магнитных цепей, каждая из которых состоит из трех стержней и одного крайнего ярма, а в качестве другого крайнего ярма использовано общее для двух магнитных цепей ярмо. При этом подразумевается, что термин "разъемный" означает, что осуществляется работа модульного источника без потери электрического соединения с нагрузкой во время эксплуатации источника питания.

Один из модульных узлов - трансвентиль, объединяющий трансформаторы и диоды (диодные сборки) в единой разъемной конструкции.

Другой модульный узел выполнен в виде многостержневого многообмоточного дросселя фильтра, объединенного в единой конструкции.

На фиг. 1 приведена структурная схема низковольтного многоканального источника электропитания; на фиг. 2 - конструктивная схема многостержневого многообмоточного дросселя фильтра; на фиг. 3 - конструктивная схема трансформатора с магнитопроводом этажерочной конструкции; на фиг. 4 - модульная конструкция трансвентиля.

Многоканальный источник электропитания в соответствии со структурной схемой фиг. 1 содержит модульный узел трансвентиля. Модуль трансвентиля состоит из двух трансформаторов, диодов и диодных сборок, объединенных с помощью кожуха в единую конструкцию. Кожух помимо функции крепления трансформаторов, диодов и диодных сборок, выполняет также и задачи охлаждения как трансформатора с помощью направленного воздушного потока вдоль оси кожуха, так и в качестве радиаторов для диодов и диодных сборок. На кожухе устанавливаются также и разъемы, позволяющие отделить модуль трансвентиля от остального блока.

Модуль трансвентиля занимает до 30 - 40% от общего объема источника электропитания. Модульное построение источника электропитания позволяет упростить производство, так как модуль трансвентиля и остальную схему электропитания изготавливают, настраивают и испытывают раздельно. Упрощается ремонт и отыскание неисправностей, так как модуль трансвентиля является узлом съемным. Облегчаются электромонтажные работы, так как в источнике электропитания они проводятся до установки трансвентиля. При этом можно повысить плотность компановки элементов схемы и улучшить объемные показатели источника электропитания на 15 - 20% от общего объема. Модуль трансвентиля также представляет разъемную конструкцию, в которой с помощью внутренних разъемов могут быть заменены любой из двух трансформаторов, устанавливаемых на внутренней поверхности кожуха.

В модуле трансвентиля установлены два трансформатора объемной конструкции, магнитопровод каждого из них состоит из трех стержней и двух кольцевых ярм. Разъемы и колодки трансформаторов обращены к внешней поверхности модуля. Как правило, один трансформатор обеспечивает микросхемы для цифровой техники стабильным напряжением 5,0 В. Второй трансформатор обеспечивает набором разных напряжений потребителей для схем индикации и приемника. Малые габариты модуля трансвентиля обеспечиваются использованием воздушного охлаждения в источнике электропитания, направленным вдоль оси модуля, в котором расположены оба трансформатора. Использование такой конструктивной схемы позволяет в общей сложности сократить объемы источника электропитания на 30 - 40% по сравнению с обычной схемой электропитания. Упрощается модульная конструкция трансвентиля при использовании трансформатора с магнитопроводом этажерочной конструкции. В этом случае вместо двух раздельных трансформаторов используется один трансформатор, в котором магнитопровод состоит из 6 стержней и 3 ярм (фиг. 3). В этом случае каждая из двух магнитных цепей состоит из 3 стержней, крайнего ярма и общего ярма для обеих магнитных цепей. Среднее ярмо, как правило, меньше крайних, так как по среднему ярму протекает суммарный магнитный поток, обусловленный разностью магнитных потоков в обоих трансформаторах. Это дает возможность уменьшить вес и трансформатора, и модуля трансвентиля в целом (фиг. 3). Модульные конструкции (см. фиг. 4) решают сразу несколько задач - кожух трансвентиля организует эффективное воздушное охлаждение, так как выполнен в виде полой четырехугольной трубы, обеспечивая в то же время на своей поверхности плотную компановку диодов, диодных сборок и их охлаждение. Конструкция трансвентиля предусматривает также замену в случае необходимости трансформаторов и любого диодного элемента, расположенного на поверхности кожуха. Модуль трансвентиля дает возможность раздельного изготовления, проверки и настройки самих модулей и остального шасси источника электропитания, в котором набор всех необходимых элементов управления, регулирования и защиты.

Мощные каналы выпрямителей согласно схем фиг. 1 уменьшают величину переменной составляющей выпрямленного напряжения с помощь L - C фильтра. Каждый из таких каналов обеспечивает фильтрацию напряжения с помощью обмоток четырехстержневого дросселя фильтра (фиг. 2). Каждая из 2-х секций четырехстержневого дросселя - это магнитно-независимый дроссель фильтра с магнитопроводом, состоящим из 2-х стержней и ярм, верхним и нижним, ограниченных участком между двумя стержнями. Каждый из многообмоточных дросселей может быть использован для сглаживания различных каналов напряжений, особенно в тех случаях, когда схемы выпрямителей одинаковы. Все это позволяет свести число таких дросселей до минимума, как правило, до одного, что существенно для уменьшения объема всего источника электропитания.

Помимо трансвентиля, модульными можно считать и дроссели фильтров с 4-х стержневой конструкцией магнитопровода (фиг. 2). Они также могут быть оформлены конструктивно съемными, выполненными в кожухе, в котором размещаются один или два дросселя многостержневого типа с разъемами. На кожухе могут быть установлены конденсаторы и тогда модуль дросселя превращается в модуль, объединяющий в единой конструкции фильтра дроссель и конденсаторы. Модульная конструкция источника электропитания может быть также представлена трансформатором и дросселем, объединенными единым кожухом, на поверхности которого размещаются диоды, диодные сборки и конденсаторы, в которых с помощью разъемов обеспечивается соединение как внутри модуля, так и соединение такого источника электропитания с нагрузкой.

На нашем предприятии были разработаны и изготовлены два типа централизованных источника электропитания модульного типа на мощность порядка 700 - 900 Вт со стабилизированным напряжением 5 В и током до 80 А и набором выпрямленных напряжений от 10 В до 35 В на трансвентилях модульной конструкции и 4-х стержневых дросселях.

Удельные показатели по весу и объему практически одинаковы и достигают величины порядка 150 Вт/кг и 150 Вт/дм³, что примерно в два раза лучше, чем у прототипа.

В 1994 году ожидается серийное изготовление блоков модульной конструкции.

Низковольтный многоканальный источник электропитания, содержащий трансформаторы, диоды и диодные сборки, цепи управления и регулирования, защиты и сигнализации, а также сглаживающие фильтры выпрямителей, при этом трансформаторы, диоды и диодные сборки связаны между собой кожухом в единую конструкцию и выполнены в виде отдельного модуля, разъемного с остальными элементами схемы, причем трансформаторы, расположенные внутри кожуха, выполнены в виде объединенной конструкции, магнитопровод которой состоит из двух магнитных цепей, каждая из которых состоит из трех стержней и одного крайнего ярма, а в качестве другого крайнего ярма использовано общее для двух магнитных цепей ярмо. 4 ил.

Низковольтный многоканальный источник электропитания, содержащий трансформаторы, диоды и диодные сборки, цепи управления и регулирования, защиты и сигнализации, а также сглаживающие фильтры выпрямителей, отличающийся тем, что трансформаторы, диоды и диодные сборки связаны между собой кожухом в единую конструкцию и выполнены в виде отдельного модуля, разъемного с остальными элементами схемы, причем трансформаторы, расположенные внутри кожуха, выполнены в виде объединенной конструкции, магнитопровод которой состоит из двух магнитных цепей, каждая из которых состоит из трех стержней и одного крайнего ярма, а в качестве другого крайнего ярма использовано общее для двух магнитных цепей ярмо.