БЛОК ПИТАНИЯ С АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО РЕЗОНАНСА Российский патент 1999 года по МПК H02M3/338 H02M7/5383 

Изобретение относится к блоку питания, который содержит автоколебательный преобразователь последовательного резонанса и который функционирует для запитки нагрузки, например, электрической лампы, зарядного устройства, аккумулятора и/или электронного оборудования, при этом преобразователь последовательного резонанса содержит два взаимно подключенных транзистора, каждый из которых возбуждается посредством управляющего трансформатора, и последовательно соединенные катушку индуктивности и конденсатор, при этом каждый транзистор и соответствующий последовательно соединенный емкостный делитель напряжения, принадлежащий этому транзистору, и/или дополнительный транзистор соединены параллельно с упомянутыми катушкой индуктивности, конденсатором и управляющим трансформатором, а нагрузка включена параллельно конденсатору.

Блок питания вышеупомянутого типа известен в технике и раскрыт, например, в патенте Швеции N 7512267-1. Этот блок питания работает в соответствии с принципом последовательного резонанса и обеспечивает много преимуществ над другими известными блоками питания. Эти преимущества заключаются в низких потерях при переключении на высоких рабочих частотах, когда можно пренебречь радионаводками или помехами.

Один из недостатков блока питания, который работает в соответствии с принципом последовательного резонанса, состоит в том, что он требует наличия сложного управляющего электронного оборудования. Это выливается в высокую общую стоимость при изготовлении такого блока питания. Поскольку имеется высокий спрос на блоки питания, которые могут использоваться в недорогом оборудовании, желательно сделать схему возбуждения блока питания как можно дешевле.

Эти недостатки отсутствуют в заявленном блоке питания, как заявлено в пункте 1.

Варианты выполнения заявленной конструкции указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

В дальнейшем изобретение поясняется подробнее на конкретном варианте воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает принципиальную схему блока питания, работающего в соответствии с принципом последовательного резонанса, согласно изобретению;
фиг. 2 изображает кривую, иллюстрирующую соотношение между напряжением и током в блоке питания, согласно изобретению;
фиг. 3 изображает принципиальную схему блока питания, которая позволяет регулировать или настраивать магнитный поток через управляющий трансформатор, согласно изобретению;
фиг. 4 изображает вид сверху управляющего трансформатора блока питания согласно изобретению;
фиг. 5 изображает электрическую схему варианта выполнения блока питания согласно изобретению.

Работа блока питания, представленного на фиг. 1, осуществляется следующим образом.

Когда блок питания подключен к сети напряжением 220 вольт, напряжение выпрямляется с помощью четырех выпрямительных диодов D1-D4, включенных по мостовой схеме. Сетевое напряжение после двухполупериодного выпрямления фильтруется за диодным мостом с помощью первого конденсатора C1. Прямое напряжение на конденсаторе C1 достигает 310 вольт. Ток, который заряжает конденсатор C2, проходит через резистор R1. Когда напряжение на этом последнем конденсаторе C2 становится выше порогового напряжения симметричного диодного тиристора D5, симметричный диодный тиристор зажигается или возбуждается и проводит ток к базе первого транзистора TR1. Диод D6 предназначен для предотвращения срабатывания симметричного диодного тиристора D5, когда ток находится в автоколебательном режиме. Когда транзистор TR1 находится в проводящем состоянии, конденсатор C3 разряжается через дополнительный резистор. Напряжение на транзисторе TR1 достигнет примерно 310 вольт перед тем, как транзистор включится. Когда транзистор TR1 включается, ток проходит через трансформатор T1, катушку L1 индуктивности и конденсатор C4. Ток, проходящий через первичную обмотку P трансформатора T1, вызывает рост магнитного потока в сердечнике K трансформатора T1. В свою очередь, этот поток наводит напряжение во вторичной обмотке S1 трансформатора T1, что вызывает переход первого транзистора TR1 в проводящее состояние. Ток, проходящий через трансформатор T1, будет нарастать, пока работает первый транзистор TR1. Сердечник K трансформатора T1 насыщается после заданного интервала времени, как показано на фиг. 2. Это заставляет первый транзистор TR1 перестать проводить. Из-за обратной электродвижущей силы, генерируемой катушкой L1 индуктивности, напряжение в общей точке A соединения первого транзистора TR1 и второго транзистора TR2 перебрасывается с низкого потенциала на высокий потенциал. Ток, проходящий через трансформатор T1, с этого момента изменяет направление, вызывая повторение ранее описанной последовательности. В свою очередь это заставляет транзисторы TR1, ТR2 проводить в обратную сторону. Когда составляющие компоненты подобраны правильно, частота переключения рассматриваемой схемы будет в обычном состоянии выше, чем резонансная частота катушки L1 индуктивности и конденсатора C4. Напряжение на конденсаторе C4 определяется тем, как близко лежит резонансная частота катушки L1 индуктивности и конденсатора C4 к частоте переключения. Как показано на чертежах, нагрузка может подключаться в параллель к конденсатору C4. Диоды D9 и D10 антипараллельны транзисторам TR1 и ТР2.

Представленное устройство имеет таким образом очень простую конструкцию. Однако эта конструкция имеет серьезный недостаток, а именно то, что невозможно просто подстраивать или управлять выходным напряжением. Согласно изобретению предлагается устройство, которое с помощью внешнего магнитного поля позволяет сердечнику K трансформатора T1 насыщаться быстро, когда внешнее магнитное поле возрастает, и насыщаться медленнее, когда внешнее магнитное поле убывает. Это достигается благодаря блоку питания, изображенному на фиг. 3, который является усовершенствованием устройства, показанного на фиг. 1, и который работает в соответствии с указанным выше принципом. Напряжение на конденсаторе C4 зависит от частоты колебаний транзисторов TR1, TR2. Параллельно конденсатору C4 подключен трансформатор T2, который преобразует напряжение конденсатора к приемлемому уровню. Это напряжение выпрямляется диодами D7, D8. Выпрямленное напряжение затем фильтруется посредством катушки L2 индуктивности и конденсатора C5. Когда выходное напряжение возрастает, то стабилитрон Z1, помещенный в цепь средства T3 для изменения частоты колебаний транзисторов, в качестве которого использован электромагнит T3, начинает проводить, ток будет проходить через стабилитрон и, кроме того, через обмотку W1 представленного электромагнита Т3. Ток, проходящий через обмотку W1, создает рост магнитного потока, что ускоряет насыщение сердечника K трансформатора T1, что в свою очередь вызывает возрастание частоты колебаний и ее удаление от резонансной части катушки L1 индуктивности и конденсатора C4. В результате напряжение на конденсаторе С4 снижается, как и выходное напряжение блока питания. Таким образом, получается блок питания с управляемым или подстраиваемым выходным напряжением.

На фиг. 4 показаны трансформатор и устройство намагничивания трансформатора. Трансформатор T1 работает как обычный ферритовый трансформатор, в котором первичная обмотка P наводит знакопеременный поток в кольцевом сердечнике K. В свою очередь, поток, наведенный в кольцевом сердечнике, наводит напряжение во вторичных обмотках S1, S2. Частота колебаний в этом случае регулируется скоростью, с которой насыщается кольцевой сердечник K трансформатора T1 /фиг. 2/.

Объединение поступающего снаружи потока с потоком, поступающим от первичной обмотки P трансформатора T1, приведет к тому, что кольцевой сердечник K трансформатора T1 насытится быстрее. Таким образом, частота колебаний увеличится. Магнитный поток, наведенный снаружи через электромагнит T3 в кольцевом сердечнике K, добавляется к потоку от первичной обмотки P трансформатора T1. Кольцевой сердечник K трансформатора T1 может, таким образом, насыщаться быстрее или медленнее путем изменения тока в обмотке W1 электромагнита Т3.

Электромагнит T3, использованный в заявленном устройстве, содержит ярмо О, выполненное из трансформаторной пластины известным образом. Как отмечено выше, намагничивание ярма О посредством тока в обмотке P электромагнита T3 будет также изменять поток в кольцевом сердечнике K трансформатора T1. Стальное ярмо О установлено снаружи от кольцевого сердечника K, охватывая сердечник с противоположных сторон, между центральной точкой первичной обмотки P и пространством между вторичными обмотками S1, S2.

Устройство, показанное на фиг. 3, относится к так называемому полумосту, в котором емкостные делители C6, C7 напряжения подключены параллельно с соответствующими транзисторами TR1, TR2. Естественно, делители C6, C7 напряжения могут быть заменены транзисторами TR3, TR4 так, чтобы получить так называемый полный мост, изображенный на фиг. 5.

Цепь обмотки электромагнита T3 соединена с выходом блока питания /фиг. 3 и 5/.

Блок питания для электрической лампы, зарядного устройства аккумулятора, электронного оборудования и т.п. содержит автоколебательный преобразователь последовательного резонанса. Преобразователь содержит два взаимно подключенных транзистора, каждый из которых возбуждается управляющим трансформатором, и дополнительно содержит катушку индуктивности и конденсатор, соединенные последовательно. Каждый транзистор и соответствующий последовательно соединенный емкостный делитель напряжения, связанный с транзисторами, и/или дополнительный транзистор подключены параллельно катушке индуктивности, конденсатору и управляющему трансформатору. Нагрузка запитывается от конденсатора. На магнитный поток через управляющий трансформатор воздействует магнитный поток, приложенный снаружи через магнит или соответствующее средство, так что изменяется частота колебаний транзисторов, а тем самым и выходное напряжение блока питания. Технический результат - повышение экономичности при изготовлении. 6 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Блок питания, содержащий автоколебательный преобразователь последовательного резонанса и предназначенный для запитки нагрузки, например, электрической лампы, устройства заряда аккумулятора и/или электронного оборудования, причем преобразователь последовательного резонанса содержит два транзистора (TR1, TR2), подключенных друг к другу, каждый из которых возбуждается управляющим трансформатором (T1), соединенные последовательно катушку (L1) индуктивности и конденсатор (С4), причем каждый из транзисторов (TR1, TR2) и последовательно соединенный емкостный делитель (С6, С7) напряжения или дополнительные транзисторы (TR3, TR4) соединены параллельно с катушкой (L1) индуктивности, конденсатором (С4) и управляющим трансформатором (Т1), а нагрузка подключена параллельно конденсатору (С4), отличающийся тем, что магнитный поток через управляющий трансформатор (Т1) подвергается воздействию магнитного потока, приложенного снаружи через средство (Т3) для изменения частоты колебаний транзисторов (TR1, TR2) и тем самым выходного напряжения блока питания. 2. Блок по п.1, отличающийся тем, что в качестве средства Т3 использован электромагнит, который подключен таким образом, что осуществляет воздействие снаружи на магнитный поток через управляющий трансформатор. 3. Блок по п. 2, отличающийся тем, что ток через цепь (W1) обмотки электромагнита (Т3) управляется посредством выходного напряжения блока питания. 4. Блок по п.3, отличающийся тем, что цепь (W1) обмотки содержит стабилитрон (Z1) для детектирования выходного напряжения. 5. Блок по любому из пп. 2 - 4, отличающийся тем, что управляющий трансформатор (Т1) содержит ферритовый кольцевой сердечник (К). 6. Блок по п.5, отличающийся тем, что дополнительно к первичной обмотке (Р) управляющий трансформатор (Т1) содержит две вторичные обмотки (S1, S2), соединенные с базами соответствующих транзисторов (TR1, TR2). 7. Блок по п. 6, отличающийся тем, что ярмо (О) электромагнита (Т3), содержащее трансформаторную пластину, установлено снаружи от кольцевого сердечника, охватывая сердечник с противоположных сторон между центральной точкой первичной обмотки и пространством между вторичными обмотками трансформатора.