РЕГУЛИРУЕМЫЙ ИНВЕРТИРУЮЩИЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК H02M3/07 

Изобретение в целом относится к усовершенствованию источников питания и, в частности, к источникам питания, которые используют переключаемые конденсаторы для генерации отрицательных выходных напряжений от источников положительного напряжения.

Инвертирующие источники питания, которые генерируют отрицательные напряжения от источника положительного питания, используются для различных целей, и в течение долгого времени было известно, что отрицательное напряжение может быть получено, используя конденсатор, который переключается между источником питания, который выдает положительное напряжение по отношению к "земле" системы, и выходным выводом, на котором должно поддерживаться отрицательное напряжение по отношению к "земле" системы. Однако было обнаружено, что обычные инвертирующие источники питания, сконструированные в соответствии с таким подходом, имеют недостатки, которые ограничивают их использование в частных приложениях или требуют нежелательных затрат на адаптирование их к конкретным приложениям.

Проблема, которая возникает при использовании магниторезистивных считывающих головок в дисководах, запоминающих компьютерные файлы, выдвигает на первый план эти недостатки. Магниторезистивные головки воспринимают магнитные поля близко расположенных поверхностей вращающихся дисков дисковода с помощью измерения напряжения, необходимого для поддержания постоянного тока через магниторезистивный элемент головки. Магнитные поля производятся измерением потока намагниченности, соответствующим логическим "1" в данных, хранимых на дисководе, вдоль дорожек данных в намагничиваемых поверхностных слоях, образованных на дисках. Таким образом, посредством детектирования пиков в магнитном поле близко расположенной поверхности диска запомненные данные могут быть восстановлены.

Проблема, которая возникает при использовании этих головок в дисководах, заключается в том, что поддержание тока через магниторезистивный элемент может привести к возникновению электростатического заряда на головке, и этот электростатический заряд может привести к искрению между головкой и поверхностью диска. Искрение испаряет небольшое количество поверхностного покрытия, и испаренный материал может собраться на головках, препятствуя считыванию данных с дисков.

Увеличение электростатического заряда возникает при относительном движении между дисковыми поверхностями и головкой и использует энергию, выдаваемую компьютером, в котором этот дисковод используется. Эта энергия, обычно подаваемая при напряжении 5 вольт по отношению к общей "земле" и для компьютера и для дисковода, помещает магниторезистивную головку в положительное напряжение по отношению к дискам, которые обычно являются заземленными. Следовательно, из-за относительного движения между дисками и головкой на головке может возникнуть заряд почти так же, как возникает заряд в генераторе Ван дер Граафа или машине Уимхерста (Wimhurst).

Проблема, связанная с возникновением электростатического заряда на головках дисководов такого типа, может быть преодолена посредством использования инвертирующего источника питания, который выдает напряжение, являющееся отрицательным по отношению к системной "земле" и возвращающее ток через магниторезистивный элемент к отрицательному выходному выводу, на котором это отрицательное напряжение появилось. Таким образом, магниторезистивный элемент может поддерживаться по существу с потенциалом, равным потенциалу "земли", для предотвращения заряда головок.

К сожалению, как отмечено выше, обычные источники питания имеют недостатки, которые, хотя и не делают источники неприемлемыми, ограничивают их ценность при компенсации проблем, описанных выше. Таким образом, например, на временной шкале, соответствующей прохождению головкой считывания изменения потока намагниченности на дорожке данных, регулировка напряжения в обычных инвертирующих источниках питания происходит медленно, так что возникновение некоторого заряда имеет место, несмотря на использование инвертирующего источника питания. Кроме того, пульсация отрицательного напряжения, подаваемого инвертирующим источником питания, приводит к появлению шумов в канале считывания с дисковода, элементом которого является магниторезистивный элемент, и такой шум может генерировать ошибки при считывании компьютерных файлов с диска. Хотя эти проблемы могут быть скомпенсированы использованием конденсаторов большой емкости между отрицательным выводом инвертирующего источника питания и "землей" системы, применение больших, а следовательно, объемных конденсаторов в дисководах является противоположным к другим желательным характеристикам дисковода, в особенности малому размеру, что позволяет дисководу занимать малое пространство в корпусе компьютера, в котором дисковод может быть использован. Такой размер может иметь важное значение, например, для дорожных (lap top) компьютеров. Таким образом, недостатки обычных инвертирующих источников питания требуют выбора (компромисса) между размерами, при которых преодолевается проблема образования дуги, и другими желательными характеристиками дисковода. Следовательно, хотя обычные инвертирующие источники питания могут быть использованы для минимизации проблемы образования дуги, они увеличивают стоимость, которая ограничивает их пригодность для этой цели.

Настоящее изобретение предлагает инвертирующий источник питания, который использует только малые конденсаторы для выдачи хорошо стабилизированного, в значительной степени свободного от пульсаций отрицательного напряжения, которое может быть использовано не только для решения выше перечисленных проблем образования дуги в дисководах, использующих магниторезистивные головки, но и к тому же могут быть использованы фактически в любом приложении, в котором хорошо стабилизированное, в значительной степени свободное от пульсаций отрицательное напряжение может быть преимуществом. По этим причинам источник напряжения в соответствии с настоящим изобретением содержит первый и второй заряжающиеся конденсаторы, которые заряжаются от источника питания, который выдает положительное напряжение в чередующиеся половины периода двухфазного генератора тактовых импульсов для последовательного разряда в другую половину периода для каждого конденсатора на отрицательный вывод источника питания, к которому может быть подключена нагрузка. Переключение конденсаторов от положительного источника питания на отрицательный вывод осуществляется с помощью переключающей схемы, которая содержит схему управления передачи заряда, которая воспринимает напряжение на отрицательном выводе и регулирует скорость передачи разряда между заряжающимися конденсаторами и отрицательным выводом в зависимости от напряжения на отрицательном выводе для поддержания напряжения на отрицательном выводе на желаемом уровне. Небольшой фильтрующий конденсатор между отрицательным выводом и системной "землей" ликвидирует пульсации, которые встречаются во время переключения заряжающихся конденсаторов между режимами заряда и разряда.

Важным аспектом изобретения является то, что регулировка напряжения на отрицательном выводе и подавление пульсаций достигаются с помощью управления передачей заряда между заряжающимися конденсаторами и отрицательным выводом, к которым может быть подключена нагрузка, например магниторезистивная головка. Таким образом, будут быстро скомпенсированы не только дрейф напряжения на отрицательном выводе, но и заряжающиеся конденсаторы могут быть заряжены до положительного напряжения, которое значительно больше, чем отрицательное напряжение на отрицательном выводе, для минимизации размеров заряжающихся конденсаторов. Кроме того, так как электрический заряд передается между отрицательным выводом и заряжающимися конденсаторами фактически все время, то будет достаточно только небольшого фильтрующего конденсатора для ликвидации пульсаций напряжения на отрицательном выводе. Следовательно, настоящее изобретение, по существу, предлагает хорошо стабилизированное, фактически лишенное пульсаций отрицательное подаваемое напряжение, которое является подходящим для использования не только для преодоления выше перечисленных проблем возникновения искрения в дисководах, использующих магниторезистивные головки, но и к тому же хорошо подходят для практически любого приложения, в котором отрицательное напряжение может быть получено от источника питания, который выдает энергию при положительном напряжении по отношению к "земле" системы.

Кроме того, источник питания по настоящему изобретению сам по себе придает даже большую степень стабилизации напряжения и минимизацию пульсаций. В частности, инвертирующий источник питания по настоящему изобретению является хорошо адаптированным для выдачи хорошо стабилизированного, фактически лишенного пульсаций отрицательного напряжения в схемы, в которых ток через нагрузку, подсоединенную к отрицательному выводу, подвержен разнообразным изменениям. Поэтому в дополнительном аспекте изобретения скорость передачи заряда может быть воспринята и использована для оказания влияния на схему управления передачей заряда, так чтобы схема управления передачей заряда необходима была только для компенсации небольших изменений отрицательного напряжения, подаваемого на отрицательный вывод. С точки зрения скорости регулирования, обеспечиваемого управлением передачи заряда между заряжающимися конденсаторами и отрицательным выводом, которое было отмечено выше, эта добавочная возможность опять приведет к усиленному регулированию отрицательного подаваемого напряжения для расширения пределов применений, в которых может быть использован источник питания по настоящему изобретению.

Специфической целью настоящего изобретения является предложение хорошо стабилизированного, фактически свободного от пульсаций инвертирующего источника питания, который может преимущественно использоваться для выдачи отрицательного напряжения для канала считывания дисковода, использующего магниторезистивные головки.

Другой целью настоящего изобретения является предложение инвертирующего источника питания, которое может быть использовано в широком разнообразии приложений, требующих хорошо стабилизированного, фактически лишенного пульсаций отрицательного напряжения.

Другой целью изобретения является предложение многостороннего инвертирующего источника питания, который может быть легко адаптирован для удовлетворения практически любых требований, которые могут быть навязаны приложениями, в которых может быть использован инвертирующий источник питания.

Другие цели, возможности и преимущества настоящего изобретения станут очевидны из последующего подробного описания, рассматриваемого совместно с чертежами и прилагаемой формулой изобретения.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретными вариантами его воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает схему инвертирующего источника питания согласно настоящему изобретению,
фиг. 2 изображает схему управления передачей заряда источника питания, изображенного на фиг. 1 согласно изобретению.

Обратимся теперь к чертежам, в частности к фиг. 1, обозначенной общим ссылочным номером 10 и изображающей инвертирующий источник питания, сконструированный в соответствии с настоящим изобретением. Во время работы источник питания 10 выдает электрическую энергию от источника энергии 12, который выдает положительное напряжение на вывод 14 относительно вывода 16 "земля", который соединен с "землей" источника питания 10, для выдачи отрицательного напряжения относительно "земли" источника питания, на отрицательный выходной вывод 18, к которому может быть подключена нагрузка, например магниторезистивная головка дисковода. В таком применении выводы 14 и 16 должны быть контактами электрического соединителя, посредством которого дисковод может быть подсоединен к компьютеру, а источник электроэнергии 12 должен быть источником питания компьютера.

Как будет описано ниже, работа источника питания 10 осуществляется, используя синхросигналы, которые могут быть получены с помощью любого подходящего двухфазного генератора 20. Например, синхрогенератор 20 может быть кварцевым генератором, используемым для подачи синхросигналов на микропроцессор, который содержится в дисководе, и частотным делителем, который уменьшает частоту генератора до подходящих пределов для управления работой источника питания 10. Как будет рассмотрено ниже, частота генератора 20 может быть выбрана в зависимости от значений компонентов, применяемых в источнике питания 10 для оптимизации работы источника питания 10.

Источник питания 10 состоит из первого заряжающегося конденсатора 22 и второго заряжающегося конденсатора 24, каждый имеет одну пластину, рассматриваемую как отрицательную пластину, которая подсоединена через диод и резистор к "земле" источника питания. Особенностью является то, что отрицательная пластина первого заряжающегося конденсатора 22 подсоединена к аноду диода 26, отрицательная пластина второго заряжающегося конденсатора 24 подсоединена к аноду диода 28, а катоды диодов 26 и 28 подключены к одному выводу резистора 30. Другой вывод резистора 30 заземлен.

Как можно видеть из приведенного выше соединения заряжающихся конденсаторов 22 и 24 к "земле" источника питания, заряжающиеся конденсаторы 22 и 24 могут быть заряжены посредством подсоединения других пластин, рассматриваемых как положительные пластины конденсаторов 22, 24, к положительному выводу 14 источника энергии 12. Конкретнее, при таком соединении положительные пластины заряжающихся конденсаторов 22, 24 станут положительно заряженными, в то время как отрицательные пластины станут отрицательно заряженными, что следует из их назначения.

Как отмечено выше, частота двухфазного генератора может быть выбрана в соответствии с компонентами, используемыми в конструкции источника питания, и общим критерием для выбора частоты генератора, состоящего в том, чтобы постоянная времени RC-цепочки, образованной одним из заряженных конденсаторов и резистором 30, была величиной того же порядка, что и период генератора 20. Такой выбор заставит каждый заряжающийся конденсатор заряжаться фактически до напряжения положительного вывода 14 во время работы источника питания 10, что будет описано ниже, в то же время ограничивая время разряда другого конденсатора через нагрузку.

В дополнение к заряжающимся конденсаторам 22, 24 источник питания 10 содержит схему переключения 32, которая, в свою очередь, содержит нормально открытые электронные переключатели 34 и 36, включенные между положительными пластинами заряжающихся конденсаторов 22 и 24 соответственно и положительным выводом 14 источника энергии 12. Одна фаза генератора 20 подается на управляющий вход переключателя 34 по линиям 38 и 40, а вторая фаза генератора 20 подсоединена к управляющему входу переключателя 36 по линиям 42 и 44 так, чтобы во время работы источника питания 10 заряжающиеся конденсаторы 22 и 24 были соединены через выводы источника энергии 12 в течение чередующихся половин периодов работы генератора 20.

Схема переключения 32 содержит также переключающий транзистор 46 n-p-n-типа, коллектор которого подсоединен к положительной пластине первого заряжающегося конденсатора 22, а эмиттер заземлен через резистор 48, и второй переключающий транзистор 50 n-p-n-типа, имеющий коллектор, подсоединенный к положительной пластине второго заряжающегося конденсатора 24, а эмиттер аналогично заземлен через резистор 48. Как будет рассмотрено ниже, первый переключающий транзистор 46 выдает ток для контролируемого разряда положительной пластины первого заряжающегося конденсатора 22 на "землю" системы во время половины цикла генератора, в которой переключатель 34 открыт, а второй переключающий транзистор 50 аналогично выдает ток для контролируемого разряда положительной пластины второго заряжающегося конденсатора 24, когда открыт переключатель 36. Диоды 52 и 54, чьи катоды подключены к отрицательным пластинам заряжающихся конденсаторов 22 и 24 соответственно и чьи аноды подсоединены к отрицательному выводу 18, обеспечивают прохождение тока между отрицательным выводом 18 и отрицательными пластинами заряжающихся конденсаторов 22, 24. Таким образом, передача электрического заряда между заряжающимися конденсаторами 22, 24 и отрицательным выводом 18 для поддержания постоянного отрицательного напряжения на отрицательном выводе может быть управляема посредством управления разрядом положительных пластин заряжающихся конденсаторов 22, 24.

Схема переключения 32 также содержит схему управления передачей заряда 56, которая выдает контролируемый ток база-эмиттер в переключающие транзисторы 46 и 50 во время полупериодов генератора, в которые переключающие транзисторы 46 и 50 разряжают положительные пластины заряжающихся конденсаторов 22, 24, в то же время выключая переключающие транзисторы 46 и 50 во время других полупериодов. Таким образом, во время каждого полупериода генератора, в котором заряжающиеся конденсаторы 22, 24 подключены к положительному выводу 14 источника энергии 12, переключающий транзистор 46 или 50, чей коллектор подключен к положительной пластине заряжающегося конденсатора, должен быть в непроводящем состоянии для разрешения накопления заряда заряжающегося конденсатора. В течение другой половины цикла, в которой заряжающийся конденсатор отсоединен от положительного вывода 14 источника энергии, переключающий транзистор, подключенный к положительной пластине заряжающегося конденсатора, разряжает эту пластину со скоростью, которая определяется значением тока база-эмиттер, принятым от схемы управления передачей заряда 56.

Схема управления передачей заряда 56, более подробно показанная на фиг. 2, принимает электрическую энергию при положительном напряжении от источника энергии 12 по линии 58, показанной на фиг. 1 и являющейся входящей на фиг. 2. Обе фазы генератора 20 по линиям 38 и 42 передаются на схему управления передачей заряда 56, и эти линии также являются входящими на фиг. 2. Дополнительно, напряжение с отрицательного вывода 18 подается на схему управления передачей заряда 56 по линии 60, и в необязательном воплощении источника питания 10, которое будет рассматриваться ниже, напряжение в узле между эмиттерами переключающих транзисторов 46, 50 и резистором 48 передается в схему управления передачей заряда 56 по линии, обозначенной пунктирной линией 62 на фиг. 1 и которая является входящей для фиг. 2. Как должно быть понятно специалистам, такое напряжение предоставляет средство измерения тока через один из переключающих транзисторов 46, 50 в те моменты времени, когда такой транзистор является проводящим, в свою очередь обеспечивая измерение скорости, с которой электрический заряд передается в нагрузку, подсоединенную к отрицательному выводу, какой бы из заряжающихся конденсаторов 22, 24 ни подавал питание в данное время в нагрузку.

На фиг. 2 напряжение на отрицательном выводе 18 линии 60 принимается схемой сдвига уровня напряжения, обозначенной общим номером 64 и содержащей резистор 66, соединенный последовательно с диодами 68, 70 и 72 между проводником 58 от положительного вывода источника энергии 12 и линией 60 от отрицательного выходного вывода 18, а делитель напряжения содержит резисторы 74 и 76, которые подсоединены параллельно с диодом 68. Выбирая количество диодов, которое содержит схема сдвига уровня 64, и подходящие значения резисторов 74 и 76, напряжение на отрицательном выходном выводе 18 источника питания 10 может быть сдвинуто к значению, равному значению напряжения на отрицательном выходном выводе 18 плюс прямые падения напряжения на диодах, которое является положительным по отношению к "земле" источника питания. Таким образом, выходное напряжение схемы сдвига уровня 64 в узле между резисторами 74 и 76 будет обеспечивать измерение напряжения на отрицательном выходном выводе 18, которое может быть использовано в качестве входного сигнала на усилитель, который работает между положительным напряжением, подаваемым от напряжения источника энергии 12, и общей "землей" источника энергии 12 и источника питания 10. (Как будет очевидно для специалистов, количество диодов, которые содержатся в схеме сдвига уровня 64, может быть выбрано для обеспечения любого положительного напряжения в узле между резисторами 74, 76 в зависимости от напряжения, которое должно поддерживаться на отрицательном выходном выводе 18. Таким образом, хотя показаны только три диода, ясно, что это количество не ограничено. Поэтому любое количество диодов может быть использовано в схеме сдвига уровня 64).

Выходной сигнал схемы сдвига уровня 64 подается на один вход суммирующего усилителя 78, который работает, используя питание, подаваемое источником энергии 12 на положительный вывод питания усилителя 78 по электрическому проводнику 58 и проводнику 80. Отрицательный вывод питания суммирующего усилителя 78 подсоединен к "земле", которая, как указано выше, является общей для источника питания 10 и источника энергии 12.

Опорное напряжение подается на второй вход суммирующего усилителя 78 так, чтобы выходной сигнал суммирующего усилителя 78 был равен сумме сдвинутого отрицательного выходного напряжения вывода 18 и опорного напряжения. Опорное напряжение выбирается для поддержания выбранного тока через резистор балласта 82 (фиг. 1), включенный между отрицательным выводом терминала 18 и "землей" источника питания в те моменты времени, когда напряжение на отрицательном выводе 18 является значением, которое должно быть подано в нагрузку, подключенную к выводу 18.

Дополнительно, третий вход суммирующего усилителя 78 может быть предоставлен для включения смещения в выходной сигнал суммирующего усилителя, который будет выбирать ток, который должен быть принят, на отрицательный вывод 18 в те моменты времени, когда напряжение на этом выводе является отрицательным, которое должно быть подано источником питания 10. Это смещение и схема, посредством которой оно достигается, будут рассмотрены ниже. Выход суммирующего усилителя 78 подсоединен ко входам управляющих усилителей 84 и 86, которые управляют токами база-эмиттер через переключающие транзисторы 46 и 50, соответственно через проводники 88 и 90, показанные на фиг. 2 и являющиеся входящими в схему на фиг. 1. Так же, как суммирующий усилитель 78, управляющие усилители 84 и 86 работают от положительного напряжения источника энергии 12 на проводнике 58, ведущем к положительному выводу источника энергии 14, как показано на фиг. 1.

Однако в отличие от суммирующего усилителя 78 управляющие усилители 84 и 86 работают попеременно. Более конкретно, питание подается на управляющие усилители 84 и 86 через p-n-p-транзисторы 92 и 94 соответственно, на чьи базы приходят сигналы фаз от генератора по линиям 38 и 42 соответственно так, что управляющие усилители 84 и 86 будут выключаться в течение половины периода генератора 20. Следовательно, переключающий транзистор 46 должен быть выключен в течение половины периода, когда фаза генератора на линии 38 является высокой, т.е. в те моменты, когда фаза генератора на линии 38 закрывает переключатель 34, который соединяет положительную пластину заряжающегося конденсатора 22, также подсоединенного к коллектору переключающего транзистора 46, к положительному выводу 14 источника питания 12. Таким образом, в те моменты, когда первый заряжающийся конденсатор подсоединен к источнику питания 12, первый переключающий транзистор 46 является выключенным для разрешения накопления заряда на пластинах первого заряжающегося конденсатора 22.

В те моменты, когда фаза генератора на линии 38 является низкой, т.е. когда переключатель 34 открыт, управляющий усилитель 84 принимает энергию через транзистор 92 для управления током база-эмиттер через первый переключающий транзистор 46 в зависимости от амплитуды сигнала, принятого от суммирующего усилителя 78. Второй переключающий транзистор 50 аналогично является выключенным, пока переключатель 36 между вторым заряжающимся конденсатором 24 и положительным выводом 14 источника энергии является закрытым высокой фазой 2 сигнала генератора на линии 42 и принимает ток база-эмиттер, пропорциональный выходному сигналу суммирующего усилителя 78, когда фаза 2 сигнала генератора является низкой. Таким образом, в течение одной фазы генератора 20 первый заряжающийся конденсатор 22 является подсоединенным параллельно источнику энергии 12, в то время как переключающий транзистор 46 является выключенным для разрешения заряда первого заряжающегося конденсатора, в то время как отрицательная пластина второго заряжающегося конденсатора 24 разряжается на отрицательный вывод 18 со скоростью, которая определяется скоростью, с которой положительный заряд протекает от положительной пластины второго заряжающего конденсатора 24 через второй переключающий транзистор 50.

В течение второй фазы генератора 20 второй заряжающийся конденсатор 24 подсоединен параллельно источнику энергии 12, в то время как переключающий транзистор 50 является выключенным для разрешения заряда второго заряжающегося конденсатора, в то время как отрицательная пластина первого заряжающегося конденсатора 22 разряжается на отрицательный выход 18 со скоростью, которая определяется скоростью, с которой положительный заряд протекает от положительной пластины первого заряжающегося конденсатора 22 через первый переключающий транзистор 46. Таким образом, за исключением коротких промежутков времени во время перехода между фазами генератора, требующихся для образования тока через переключающие транзисторы 46, 50, электрический заряд передается с управляемой скоростью между одним из заряжающихся конденсаторов 22, 24 и отрицательным выводом 18 для поддержания выбранного отрицательного напряжения на отрицательном выводе 18, в то время как другой заряжающийся конденсатор заряжается от источника энергии 12. Изменения напряжения на отрицательном выводе 18, имеющие место во время переходов переключающих транзисторов 46, 50 между непроводящим и проводящим состояниями, могут быть легко подавлены небольшим фильтрующим конденсатором 100, включенным между отрицательным выходным выводом 18 и "землей" источника питания.

Работа источника питания
Как описано выше, во время работы источника питания 10 каждый из заряжающихся конденсаторов 22, 24 заряжает одну половину периода генератора 20, в то время как заряд передается между другим заряжающимся конденсатором 22, 24 и отрицательным выходным выводом 18 для поддержания напряжения на отрицательном выводе при заданном значении напряжения. Функции заряжающихся конденсаторов затем изменяются на противоположные во время другой половины периода. Таким образом, отрицательный вывод может обеспечивать отрицательное напряжение, которое может быть приложено к подсоединенной к нему нагрузке.

Во время использования источника питания 10 электрический заряд должен быть принят от нагрузки, которая подсоединена к отрицательному выходному выводу 18 так, чтобы в сущности каждый из заряжающихся конденсаторов 22, 24 представлял собой приемник тока и напряжения для нагрузки в течение каждой половины периода работы источника питания 10. Для того чтобы обеспечить полную оценку изобретения, полезно будет рассмотреть способ, которым достигается этот эффект приема тока.

Вначале предполагается, что нагрузка может быть подключена между отрицательным выходным выводом 18 и "землей" источника питания, как показано пунктирной линией 102 на фиг. 1, так, чтобы источник питания 10 мог быть использован для разнообразных обычных применений инвертирующих источников питания. Однако, как показано номером ссылки 104 на фиг. 1, нагрузка может быть также успешно подключена между положительным выводом 14 источника энергии и отрицательным выходным выводом 18 так, чтобы, например, источник питания 10 мог выдавать отрицательное напряжение, которое может быть использовано для ликвидации проблем возникновения искрения в дисководах, использующих магниторезистивные головки, что было описано выше. Конкретнее, предусилитель (не показан) для магниторезистивной головки должен быть подключен между положительным выводом источника энергии 12 и отрицательным выходным выводом 18, как изображено нагрузкой 104. Полезно будет описать работу источника питания применительно к этому приложению. В таком применении питание должно появиться между выводами 14 и 16 источника энергии, источника питания компьютера, с которым используется дисковод, в то время, когда компьютер включен. Одновременно генераторы в дисководе или компьютере должны начать работу для обеспечения двухфазного синхросигнала, показанного на фиг. 1.

Когда компьютер включен, конденсаторы 22, 24 и 100 будут обычно разряжены и напряжение на отрицательном выводе должно быть равно нулю, т.е. потенциалу общей "земли" источника питания 10 и источника энергии 12. Таким образом, схема сдвига уровня 64 будет выдавать напряжение на суммирующий усилитель 78, которое превышает положительное напряжение, которое должно поддерживать желаемое отрицательное напряжение на отрицательном выходном выводе 18 для малого тока, который должен протекать через балластный резистор 82 при этом напряжении. Следовательно, суммирующий усилитель 78 будет выдавать большой по амплитуде сигнал на управляющие усилители 84 и 86, который заставит один из усилителей 84, 86, тот, который в данный момент принимает питание (энергию) от источника энергии 12 через один из p-n-p-транзисторов 92, 94, пропускать большой ток база-эмиттер к одному из переключающих транзисторов 46, 50. Пусть, например, этим переключающим транзистором будет первый переключающий транзистор 46. Так как перед этим никакого заряда на первом заряжающемся конденсаторе не было, то ток база-эмиттер в первом переключающем транзисторе 46 не будет оказывать влияния на напряжение на отрицательном выводе 18.

Однако, как описано выше, первый переключающий транзистор 46 принимает ток база-эмиттер во время второй фазы генератора 20 так, что, когда питание принимается от источника энергии 12, переключатель 36 должен быть закрыт, и второй переключающий транзистор 50 будет выключен. Таким образом, заряд должен будет накапливаться на пластинах второго заряжающегося конденсатора 24.

Так как отсутствие предыдущего заряда на первом заряжающемся конденсаторе 22 не оказывает влияния на напряжение на отрицательном выводе 18, то амплитуда сигнала на выходе суммирующего усилителя будет оставаться высокой в течение половины периода генератора, когда заряжается второй заряжающийся конденсатор. Таким образом, когда меняется фаза генератора, второй переключающий транзистор 50 приводится в состояние высокой проводимости, что приводит к быстрому протеканию заряда от положительной пластины второго заряжающегося конденсатора 24. Такое протекание разрешает передачу заряда между отрицательным выводом и отрицательной пластиной второго заряжающегося конденсатора 24, что приведет к тому, что отрицательная пластина второго заряжающегося конденсатора 24, обеспечивая сток для тока от нагрузки 104, в то же время изменяет напряжение на отрицательном выводе 18 до напряжения, которое является отрицательным по отношению к "земле" источника питания.

Так как заряжающиеся конденсаторы 22, 24 заряжены до напряжения, имеющего большую величину, чем желаемое отрицательное напряжение, то использование даже относительно малых емкостей для заряжающихся конденсаторов 22, 24 позволит таким емкостям принимать ток от нагрузки 104 без полного разряда так, что в конце первого цикла работы источника питания 10 отрицательный вывод будет иметь значение отрицательного напряжения между этим желательным напряжением и "землей". Это напряжение должно поддерживаться во время переключения заряжающихся конденсаторов между режимами заряда и разряда фильтрующим конденсатором 100, который также может иметь только малую емкость. (Экспериментально было найдено, что подходящими значениями для заряжающихся конденсаторов 22, 24, фильтрующего конденсатора 100 и резистора 30, которые будут удовлетворять приему тока в 80 мА при частоте 125 кГц без полного разряда заряжающихся конденсаторов 22, 24 и фильтрующего конденсатора 100, являются 1 мкФ, 1 мкФ, 2,2 мкФ и 5 Ом соответственно).

Одновременно с передачей заряда между вторым заряжающимся конденсатором 24 и отрицательным выводом 18 первый заряжающийся конденсатор 22 заряжается с помощью закрытия переключателя 34 и отключенного состояния усилителя управления 84 в ответ на относительно высокое напряжение в течение первой фазы генератора 20. Таким образом, когда имеет место следующая фаза генератора 20, отрицательная пластина первого конденсатора 22 будет обеспечивать сток для тока нагрузки и одновременно управлять напряжением на отрицательном выводе, изменяя напряжение до желаемого отрицательного напряжения, которое должен иметь отрицательный вывод нагрузки. Кроме того, большее различие между этим желаемым отрицательным напряжением и реальным напряжением на отрицательном выводе 18 вынудит первый переключающий транзистор 46 быть жестче управляемым для передачи заряда между первым заряжающимся конденсатором 22 и отрицательным выводом 18 и нагрузкой 104.

Когда эти циклы повторяются, заряжающиеся конденсаторы 22, 24 будут поочередно обеспечивать сток для нагрузки 104, в то же время согласуя напряжение на отрицательном выводе 18 с отрицательным напряжением, желаемым для работы нагрузки. Кроме того, т.к. амплитуда выходного сигнала суммирующего усилителя 78 находится в зависимости от разницы между реальным напряжением на отрицательном выводе 18 и желаемым напряжением, то переключающие транзисторы 46, 50, которые разряжают положительную пластину заряжающегося конденсатора 22, 24, разрешая протекать току от нагрузки 104, должны будут сильно приводиться в действие, в то же время осуществляя согласование с желаемым отрицательным напряжением, имеющем место, таким образом, что напряжение на отрицательном выводе 18 будет быстро приведено к желаемому отрицательному напряжению. С этого времени переключающие транзисторы 46, 50 будут принимать токи база-эмиттер, которые будут нужной величины, чтобы разрешить сток тока от нагрузки 104 к заряжающимся конденсаторам, когда отрицательный вывод 18 будет иметь желаемое отрицательное напряжение.

Когда напряжение на отрицательном выводе отклоняется от желаемого напряжения во время устойчивого состояния работы источника питания для приема токов заряжающихся конденсаторов 22, 24, амплитуда выходного сигнала суммирующего усилителя будет быстро изменяться для регулирования тока база-эмиттер переключающего транзистора 46, 50, который в данный момент служит для разряда заряжающегося конденсатора 22, 24 для регулирования разряда этого заряжающегося конденсатора и, следовательно, будет обеспечивать большую или меньшую возможность стока тока для заряжающихся конденсаторов 22, 24, которые будут возвращать напряжение на отрицательном выводе 18 к желаемому значению напряжения для тока нагрузки, принимаемого в данный момент на отрицательный вывод.

Как отмечено выше, источник питания 10 может быть легко адаптирован для компенсации больших изменений тока нагрузки, принимаемого заряжающимися конденсаторами 22, 24. С этой целью источник питания 10 может также содержать схему управления током 106, которая изображена пунктирной линией на фиг. 2. Схема управления током 106 содержит схему выборки и хранения 108, которая принимает напряжение с вывода резистора 48 с высоким напряжением на линии 62 и выбирает это напряжение, в то время как один из транзисторов 46, 50 осуществляет перетекание заряда от положительной пластины заряжающегося конденсатора 22, 24 и выдает сигнал, который пропорционален протекающему току, а поэтому - скорости передачи заряда на отрицательный вывод 18, на дополнительный вход суммирующего усилителя 78 через фильтр 110. Таким образом, схема управления током выдает смещение, которое передается на управляющие усилители 84 и 86 для увеличения токов база-эмиттер, подаваемых на переключающие транзисторы 46 и 50, когда требуется больший ток от источника питания 10.

Для обеспечения выборки протекающего тока, т.е. тока коллектора открытого в настоящий момент переключающего транзистора 46, 50, к одной фазе генератора 20, например второй фазе, подсоединены два устройства формирования одного импульса 109, 111, как изображено на фиг. 2, посредством подсоединения входов устройств формирования одного импульса 109, 111 к линии 42 сигнала от генератора через сигнальную линию 112. Одно устройство формирования одного импульса 111 имеет инвертирующий вход, так что он должен срабатывать от перехода от низкого уровня к высокому второй фазы генератора, в то время как устройство формирования одного импульса 109 срабатывает от перехода от высокого уровня к низкому второй фазы генератора. В соответствии с этими переходами устройство формирования одного импульса 109, 111 каждое выдает мгновенный положительный импульс на инвертирующий вход вентиля И 114 так, что этот вентиль И 114 должен быть мгновенно недоступен в начале каждой половины цикла работы генератора 20. Выход вентиля И подсоединен к схеме выборки и хранения 108 для инициации периода выборки каждый раз, когда выходной сигнал вентиля И выдает высокий уровень. Следовательно, во время передачи заряд между отрицательной пластиной одного из заряжающихся конденсаторов, который разряжает положительную пластину заряжающегося конденсатора, последовательно выбирается, и эта выборка хранится, пока имеет место переход фаз генератора. Таким образом, схема выборки и хранения 108 выдает сигнал на суммирующий усилитель, пропорциональный задаваемому нагрузкой току от источника питания 10, причем нагрузка управляется источником питания 10 для обеспечения смещения на управляющие усилители 84 и 86, которые будут заставлять переключающие транзисторы разряжать положительные пластины заряжающихся конденсаторов 22, 24 со скоростью, необходимой для поддержания тока нагрузки, принимаемого заряжающимися конденсаторами 22, 24. Следовательно, регулирование, обеспечиваемое передачей напряжения на отрицательный вывод 18, на схему сдвига уровня 64 и, следовательно, на суммирующий усилитель 78, требует компенсации только для изменений напряжения на отрицательном выводе 18 от желаемого напряжения для обеспечения быстрой коррекции таких изменений.

Должно быть очевидно, что настоящее изобретение является хорошо адаптированным для достижения указанных целей и преимуществ. В то время как описанные воплощения приведены с целью раскрытия изобретения, специалистами самостоятельно могут быть сделаны многочисленные изменения, которые находятся в рамках раскрытого изобретения и определяются прилагаемой формулой изобретения.

Источники информации
1. Материальная часть стрелкового оружия. Кн. 2/под ред. А.А. Благонравова. М.: Оборонгиз, 1946, с. 721-730.

Инвертирующий источник питания имеет первый и второй заряжающиеся конденсаторы, которые поочередно подсоединяются к положительному источнику энергии и отрицательному выводу, на котором должно поддерживаться отрицательное напряжение по отношению к общей "земле" источника питания и источника энергии. Переключатели подсоединяют положительную пластину каждого заряжающегося конденсатора к положительному выводу источника питания во время чередующихся полупериодов двухфазного генератора, и протекание заряда от положительных пластин осуществляется переключающими транзисторами во время другой половины цикла, чтобы сделать возможным передачу заряда через диоды от отрицательного вывода к отрицательной пластине заряжающихся конденсаторов во время другой половины периода. Токи база-эмиттер переключающих транзисторов управляются схемой управления передачи заряда в зависимости от напряжения на отрицательном выводе для регулирования напряжения на отрицательном выводе с помощью управления скоростью передачи заряда к отрицательному выводу. Дополнительное регулирование может быть обеспечено с помощью схемы управления током, которая регулирует токи база-эмиттер переключающих транзисторов в зависимости от коллекторных токов переключающих транзисторов. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Источник питания, работающий от двухфазного генератора (20) и источника энергии (12), который выдает положительное напряжение относительно "земли" источника питания на положительном выводе (14) источника энергии, для подачи регулируемого отрицательного напряжения питания по отношению к указанной "земле" источника питания на отрицательной выходной вывод (18) источника питания, содержащий первый заряжающийся конденсатор (22), имеющий положительную и отрицательную пластины, второй заряжающийся конденсатор (24), имеющий положительную и отрицательную пластины, фильтрующий конденсатор (100), подключенный между "землей" источника питания и отрицательным выходным выводом, и средства переключения (34,36), восприимчивые к сигналам, принятым от указанного генератора, причем средства переключения содержат средство (56) управления передачей заряда восприимчивое к напряжению на отрицательном выходном выводе источника питания, для управления скоростью передачи заряда между отрицательным выходным выводом и указанным другим заряжающимся конденсатором так, чтобы поддерживать, по существу, постоянным отрицательное напряжение на отрицательном выходном выводе источника питания, первый и второй переключающие транзисторы (46, 50), подсоединенные к положительным пластинам первого и второго заряжающихся конденсаторов, для обеспечения пути разряда на "землю" для разряда, хранимого на положительных пластинах первого и второго заряжающихся конденсаторов, причем средство управления передачей заряда
дополнительно выполнено с возможностью управления токами базаэмиттер первого и второго переключающих транзисторов, обеспечивая тем самым альтернативное подключение одного заряжающегося конденсатора между положительным выводом источника энергии и "землей" источника питания для заряда отрицательным зарядом отрицательной пластины указанного одного заряжающегося конденсатора, а в то же время для передачи заряда от отрицательного выходного вывода к отрицательной пластине другого заряжающегося конденсатора, отличающийся тем, что содержит диоды (52,54), подключенные между отрицательным выходным выводом и отрицательными пластинами первого и второго заряжающихся конденсаторов для обеспечения однонаправленного пути тока от отрицательного выходного вывода к отрицательным пластинам первого и второго заряжающихся конденсаторов, нагрузку (104), подключенную непосредственно между положительным выводом источника энергии и отрицательным выходным выводом, тем, что указанная нагрузка представляет собой магниторезистивную головку в дисководе, и тем, что нагрузка может быть подключена между положительным выводом источника энергии и отрицательным выходным выводом. 2. Источник питания по п.1, отличающийся тем, что средство управления передачей заряда дополнительно содержит средство (106) управления током для регулирования скорости передачи заряда между отрицательным выходным выводом и заряжающимися конденсаторами в зависимости от коллекторных токов переключающих транзисторов.