ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ САМОВОЗБУЖДАЮЩЕГОСЯ ТИПА С ЗАЩИТОЙ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ ПО ТОКУ Российский патент 2000 года по МПК H02M7/5383 H02H9/02 

Область техники
Изобретение относится к импульсному блоку питания самовозбуждающегося типа с функцией защиты от перегрузки по току.

Предпосылки создания изобретения
Импульсный блок питания самовозбуждающегося типа по своей сущности является самовозбуждающимся генератором, который может использоваться в качестве высокочастотного нагревательного средства с выходом непосредственно от самовозбуждающейся катушки колебаний и в качестве блока питания постоянного тока после выпрямления, с выходом от выпрямителя. Импульсный блок питания самовозбуждающегося типа имеет преимущества, заключающиеся в простоте схемного решения, малых размерах, невысокой стоимости и т.д., но из-за отсутствия простого и эффективного способа защиты от перегрузки по току, он имеет низкую стабильность и надежность работы, что делает импульсный блок питания самовозбуждающегося типа неспособным выполнять роль надежного и практичного блока питания.

Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание импульсного блока питания самовозбуждающегося типа с защитой от перегрузки по току, в котором легко и эффективно могут быть преодолены недостатки в отношении стабильности и надежности существующих импульсных блоков питания самовозбуждающегося типа.

Задача этого изобретения решается следующим образом. На фиг. 1 показана схема общего импульсного блока питания самовозбуждающегося типа, содержащего: источник 1 энергии, усилитель 2, самовозбуждающуюся колебательную катушку 3 и схему положительной обратной связи. Самовозбуждающаяся колебательная катушка 3 содержит основную колебательную катушку La, катушку положительной обратной связи Lb и выходную катушку Lc. На фиг. 2 изображена схема импульсного блока питания самовозбуждающегося типа, к которому относится настоящее изобретение и который от базовой схемы, показанной на фиг. 1, отличается тем, что к общему выводу A входа и выхода усилителя 2 подключено сопротивление 4 отрицательной обратной связи по току, которое может обеспечить дополнительный путь для постоянного тока и содержит последовательную компоненту сопротивления, причем произведение величины указанного сопротивления 4 отрицательной обратной связи по току и заранее заданной величины тока уровня защиты от перегрузки близко к напряжению положительной обратной связи катушки Lb положительной обратной связи в самовозбуждающейся колебательной катушке 3. Если, по некоторым причинам, ток усилителя 2 превысит заранее заданную величину тока, напряжение отрицательной обратной связи на сопротивлении 4 отрицательной обратной связи по току увеличится соответственно до уровня, когда оно станет близким к напряжению положительной обратной связи катушки Lb положительной обратной связи, из-за уменьшения сигнала положительной обратной связи колебания в колебательной цепи прекращаются, и, таким образом, достигается цель защиты от перегрузки по току.

В настоящем изобретении синтетическая функция положительной обратной связи по напряжению и отрицательной обратной связи по току и характеристика задержки между прекращением колебаний и возбуждением колебаний перевозбужденного генератора самовозбуждения с отрицательной обратной связью по току используются для построения импульсного блока питания самовозбуждающегося типа, в соответствии с настоящим изобретением, который имеет вполне правильную, надежную и заранее определенную характеристику остановки колебаний при перегрузке по току. Для упрощения понимания дальнейшие пояснения будут сделаны при рассмотрении конкретного импульсного блока питания, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, который используется в качестве примера.

В качестве конкретных характеристик импульсного блока питания самовозбуждающегося типа, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, приняты следующие параметры.

Номинальное выходное напряжение: 10 В.

Номинальный ток нагрузки: 1 А (Ток возникновения колебаний).

Ток нагрузки, при котором происходит срыв колебаний: 1.2 А.

Общеизвестно, что наиболее типичной причиной, приводящей к перегрузке блока питания, является перегрузка или короткое замыкание выводов нагрузки. Когда ток нагрузки блока питания меняется от 0 до 1 А (эквивалентное сопротивление нагрузки, изменяется от бесконечности до 10 Ом), устройство работает стабильно и запускается под нагрузкой (возбуждаются колебания) стабильно. В случае возникновения перегрузки, если ток нагрузки меньше, чем 1.2 А, устройство все еще может продолжать стабильно и нормально работать. Когда ток перегрузки увеличивается до величины 1.2 А (эквивалентное сопротивление нагрузки равно, приблизительно, 8.3 Ом), в устройстве прекращаются колебания, и в этот момент общий ток всего устройства снижается до уровня меньшего, чем ток устройства в состоянии без нагрузки, а выходное напряжение и ток нагрузки падают при этом практически до нуля. В устройстве поддерживается такое состояние отсутствия колебаний до тех пор, пока сопротивление нагрузки не увеличится от величины 8.3 Ом (состояние перегрузки) до величины 10 Ом (состояние устранения перегрузки), в устройстве вновь возбуждаются колебания и возобновляется нормальная работа источника питания, ток нагрузки в это время равен 1 А, и только в случае, когда ток перегрузки вновь увеличивается до величины 1.2 А или превысит 1.2 А, в устройстве вновь прекращаются колебания.

Из характеристик описываемого устройства можно видеть, что между током нагрузки 1.2 А, когда прекращаются колебания и током нагрузки 1 А (номинальном токе нагрузки), когда колебания возбуждаются вновь, существует разность 0.2 А, эта разность представляет собой вышеупомянутую характеристику задержки между прекращением колебаний и повторным их возбуждением. Номинальный ток нагрузки 1 А указывает на то, что в описываемом устройстве возможно повторное возбуждение колебаний (начало работы) при нагрузках, при которых величина тока составляет 1 А. Ток нагрузки в момент прекращения колебаний задан на уровне 120% от номинального тока нагрузки (в данном примере), в случае необходимости эта величина может быть выбрана 150% или на несколько сот процентов выше 100%, что может быть получено достаточно просто изменением параметров цепи. В то же время, можно видеть, что прекращение колебаний в описываемом устройстве основывается на величине тока нагрузки, а возбуждение колебаний основывается на величине сопротивления нагрузки, подобная характеристика является наиболее идеальной характеристикой защиты от перегрузки по току импульсного блока питания.

Настоящее изобретение состоит только в том, что в существующем устройстве к общему выводу входа и выхода усилителя добавляется и подсоединяется сопротивление отрицательной обратной связи по току, при этом полностью решается проблема защиты от перегрузки по току, а стоимость устройства практически не увеличивается и оно значительно не усложняется.

Описание чертежей
Ниже приводится описание чертежей, и дальнейшее описание выполняется с рассмотрением подробной схемы и условий работы устройства в соответствии с настоящим изобретением в сочетании с вариантами воплощения.

На фиг. 1 изображена блок-схема известного импульсного блока питания самовозбуждающегося типа.

На фиг. 2 представлена блок-схема блока питания самовозбуждающегося типа в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 3 представлена схема одного из вариантов воплощения импульсного блока питания самовозбуждающегося типа в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 4 изображена принципиальная схема другого варианта воплощения импульсного блока питания самовозбуждающегося типа в соответствии с настоящим изобретением.

Лучший вариант осуществления настоящего изобретения
Рассматривая фиг. 3, на которой представлен импульсный блок питания, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, можно видеть, что указанный блок содержит: источник 1 энергии, усилитель 2, самовозбуждающуюся колебательную катушку 3, сопротивление 4 отрицательной обратной связи по току, схему положительной обратной связи, цепь 6 возбуждения колебаний и вторичную цепь 7 выпрямителя.

В качестве источника энергии 1 выбран источник питания переменного тока с напряжением 110 В, которое выпрямляется и фильтруется. Усилитель 2 выполнен по мостовой схеме из двух пар дополнительных усилителей или по полумостовой схеме из двух последовательно соединенных конденсаторов и пары дополнительных усилителей, при этом сопротивления 4 отрицательной обратной связи по току подключены к общим входам и выходам дополнительных усилителей. Колебательная катушка 3 состоит из основной колебательной катушки La, катушки Lb положительной обратной связи и выходной катушки Lc. В схеме положительной обратной связи используется емкостная связь 5, при этом схема положительной обратной связи выполняется таким образом, что катушка Lb положительной обратной связи присоединяется к выводу В возбуждения мостовой схемы через емкостную связь 5. Цепь 6 возбуждения колебаний устроена таким образом, что от источника питания переменного тока к выводу B возбуждения мостовой схемы через сопротивление, ограничивающее ток, подводится переменное напряжение. Выход выходной катушки Lc используется в качестве выхода блока питания постоянного тока после выпрямления вторичной цепью 7 выпрямления.

В целом мостовой усилитель не имеет смещения по постоянному току, и при условии отсутствия цепи возбуждения колебаний в такой мостовой схеме сами по себе колебания возбуждаться не могут. Для того, чтобы возбудить колебания в мостовой схеме, она подсоединяется к выводу B возбуждения мостовой схемы от источника переменного напряжения через сопротивление, ограничивающее ток цепи 6 возбуждения колебаний. Переменное напряжение в точке B постоянно изменяется, что заставляет напряжение на двух выводах основной колебательной катушки La изменяться в соответствии с функцией усиления мостовой схемы усилителя, это возбуждает колебания всей мостовой схемы, благодаря положительной обратной связи через катушку Lb положительной обратной связи. После возникновения колебаний мостовой схемы, она больше не зависит от источника переменного тока и вырабатывает колебания собственной частоты мостовой схемы.

Конденсатор емкостной связи 5 выполняет функцию дифференцирующей цепи, с помощью которой улучшается форма импульсов тока возбуждения, что приводит к уменьшению потерь на переключение усилителя, при этом повышается эффективность всего импульсного блока питания.

В случае, когда увеличившийся по ряду причин ток усилителя 2 превысит заранее заданную величину, напряжение положительной обратной связи катушки Lb положительной обратной связи нейтрализуется, поскольку величина отрицательной обратной связи по току через сопротивление 4 отрицательной обратной связи делает величину положительной обратной связи недостаточной, при этом колебания прекращаются, так что достигается цель защиты по перегрузке. После того, как причина неисправности будет устранена, в мостовой схеме вновь возбудятся колебания, благодаря работе цепи возбуждения колебаний, и возобновится нормальная работа устройства.

После выпрямления вторичной выпрямляющей цепью 7, выход выходной катушки Lc самовозбуждающейся колебательной катушки 3 может быть использован как выход постоянного тока блока питания.

На фиг. 4 представлен другой вариант воплощения настоящего изобретения, в котором пара дополнительных усилителей состоит из усилителей на полевом транзисторе с каналом P-типа и полевом транзисторе с каналом N-типа, которые используются в виде полумостовой схемы, вторая полумостовая схема заменена на два последовательно включенных конденсатора 8, принцип работы этой схемы идентичен схеме, представленной на фиг. 3.

В этом устройстве установлена простая и надежная цепь защиты от перегрузок по току в виде отрицательной обратной связи, которая согласуется с цепью дополнительного моста с целью положительной обратной связи через емкостное соединение без смещения по постоянному току, цепью возбуждения колебаний от источника питания переменного тока и т.д. таким образом, что импульсный самовозбуждающийся блок питания может стать практичным блоком питания с простой схемой, небольшими размерами и низкой стоимостью. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Импульсный блок питания самовозбуждающегося типа с защитой от перегрузки по току, содержащий источник энергии, усилитель, самовозбуждающуюся колебательную катушку и схему положительной обратной связи, состоящую из катушки положительной обратной связи, отличающийся тем, что содержит сопротивление отрицательной обратной связи по току, которое обеспечивает путь для постоянного тока, содержит последовательную составляющую сопротивления и подключено между общим выводом входа и выхода усилителя, причем произведение величины указанного сопротивления отрицательной обратной связи по току и заранее заданной величины тока защиты от перегрузки по току близко к напряжению положительной обратной связи катушки положительной обратной связи в самовозбуждающейся колебательной катушке. 2. Блок питания по п.1, отличающийся тем, что источник энергии представляет собой источник питания с выпрямлением переменного тока, усилитель выполнен по мостовой схеме из двух пар дополнительных усилителей или по полумостовой схеме из двух последовательно соединенных конденсаторов и пары дополнительных усилителей, при этом сопротивление отрицательной обратной связи по току подключены к общим входам и выходам дополнительных усилителей, катушка положительной обратной связи подключена к выводу возбуждения мостовой схемы через емкостную связь, блок питания дополнительно содержит цепь возбуждения колебаний, причем указанная цепь выполнена таким образом, что к выводу возбуждения колебаний мостовой схемы через сопротивление, ограничивающее ток, подключен источник питания переменного тока.