ИСТОЧНИК ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ Российский патент 2002 года по МПК H02M7/217 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразователям переменного напряжения в постоянное с электрической изоляцией входного и выходного напряжений, и может быть использовано в качестве источника вторичного электропитания электронных или электротехнических приборов различного назначения.

Известны источники вторичного электропитания, у которых переменное напряжение выпрямляется диодным мостом, сглаживается конденсаторным фильтром, а затем полученное постоянное напряжение преобразуется импульсным преобразователем, обеспечивающим электрическую изоляцию напряжений (Сергеев Б. С. Схемотехника источников вторичного электропитания. - М. : Радио и связь, 1992. - С. 196, рис. 10.33). Недостатками подобных источников вторичного электропитания являются сложность схемы, невысокая энергетическая эффективность и низкая надежность работы, что обусловлено высоким питающим напряжением импульсного преобразователя.

Более простыми являются источники вторичного электропитания, у которых напряжение питания импульсного преобразователя снижено, однако отсутствует электрическая изоляция напряжений (Сергеев Б. С. Предельные и оптимальные возможности применения конденсаторных ИВЭП // Электросвязь. - 1994, 2. - С. 25, рис. 1). Недостатком таких источников вторичного электропитания является трудность обеспечения первоначального пуска импульсного преобразователя, что вызвано относительно большим внутренним (выходным) сопротивлением конденсаторного источника электропитания.

Наиболее близким по схемотехнике и сущности происходящих в схеме процессов является источник вторичного электропитания, у которого для обеспечения надежного первоначального пуска импульсного преобразователя используется пороговое устройство, состоящее из стабилитрона, транзистора и тиристора, которое подключает напряжение питания на вход импульсного преобразователя только при достижении им заданного уровня (Пат. РФ 2123755. Источник вторичного электропитания. Публ. БИ 1998, 35. МКИ Н 02 М 7/155, 7/217 / Сергеев Б. С. , Курченкова Н. Б. ).

Недостатком этого источника вторичного электропитания является невысокая энергетическая эффективность, что обусловлено наличием тока для управления пороговой схемы, который существует и после пуска преобразователя, то есть в установившемся режиме работы устройства. Это обусловливает потери мощности схемы и снижает его КПД.

Целью изобретения является устранение этих недостатков, а именно увеличение энергетической эффективности источника вторичного электропитания.

Указанная цель достигается тем, что последовательный ключевой элемент, подключающий напряжение питания на вход импульсного преобразователя, выполнен в виде тиристора, который безвозвратно открывается коротким импульсом управления, а управление тиристором осуществляется от устройства управления, формирующего также короткий импульс от схемы с управляющим конденсатором, который заряжается в момент времени достижения напряжения на выходе конденсаторного источника электропитания заданного порога. В установившемся режиме работы схема управления тиристором потребляет существенно меньший ток.

На чертеже приведена схема источника вторичного электропитания.

Источник содержит диодный выпрямительный мост 1, входные выводы которого через входной конденсатор 2 подключены к сети переменного напряжения 3. Положительный выходной вывод моста 1 подключен к аноду тиристора 4, первому выводу фильтрующего конденсатора 5 и к эмиттеру управляющего транзистора 6, коллектор которого через управляющий резистор 7 соединен с управляющим электродом тиристора 4, а база - с катодом стабилитрона 8. Отрицательный выходной вывод моста 1 подключен ко второму выводу конденсатора 5, отрицательному входному выводу импульсного преобразователя 9 и через параллельную цепочку, состоящую из разрядного резистора 10 и управляющего конденсатора 11, - с первым выводом зарядного резистора 12, вторым выводом соединенного с анодом стабилитрона 8.

Источник вторичного электропитания работает следующим образом.

После подключения переменного напряжения сети 3 фильтрующий конденсатор 5 заряжается через диодный мост 1, а ток его заряда и время установления напряжения зависят от емкости входного конденсатора 2. При этом управляющий транзистор 6, стабилитрон 8 и тиристор 4 заперты и не проводят тока.

По мере заряда конденсатора 5 напряжение на нем увеличивается и, когда оно достигнет напряжения включения стабилитрона 8, включится транзистор 6. Длительность его включенного состояния определяется постоянной времени заряда конденсатора 11 и резистора 12. После прекращения тока заряда конденсатора 11 транзистор 6 выключится. Включенное состояние транзистора 6 вызывает появление тока управляющего электрода тиристора 4, амплитуда которого определяется сопротивлением управляющего резистора 7. Тиристор 4 включается, обусловливая появление питающего напряжения на входах импульсного преобразователя 9. Преобразователь 9 запускается, что вызывает появление "провала" напряжения определенной длительности на фильтрующем конденсаторе 5. Однако это не приводит к каким-либо изменениям в работе схемы, так как тиристор является прибором одноразового включения и напряжение на входах импульсного преобразователя не отключается.

Разрядный резистор 10 разряжает конденсатор 11 после отключения напряжения сети 3 для приведения устройства в исходное состояние. Если величина этого резистора выбрана достаточно большой, то ток, протекающий по нему в установившемся режиме работы, будет достаточно мал и не окажет, с одной стороны, влияния на работу схемы, с другой - практически не ухудшит энергетических характеристик источника вторичного электропитания.

Следовательно, применение тиристора 4 и импульсного способа управления им исключают энергопотребление схемы управления в установившемся режиме работы, что дает возможность применять элементы меньшей рассеиваемой мощности для реализации предложенного устройства в виде монолитной интегральной схемы.

Таким образом, применение предложенного источника вторичного электропитания повышает его КПД и создает предпосылки для выполнения его в микроминиатюрном исполнении.

Устройство относится к классу конденсаторных источников вторичного электропитания с последовательным включением ограничивающего конденсатора со стороны первичной сети переменного напряжения. Источник вторичного электропитания содержит выпрямительный мост, на входе которого последовательно с первичной сетью включен ограничивающий конденсатор, осуществляющий снижение напряжения. К выходу источника подключен импульсный преобразователь постоянного напряжения, питание к которому подключается при помощи тиристора. До тех пор пока напряжение на фильтрующем конденсаторе не достигнет заданного уровня, определяемого напряжением стабилизации стабилитрона, транзистор будет заперт, что приводит к отсутствию тока через управляющий электрод тиристора. После включения стабилитрона включается транзистор, а затем и тиристор, подавая напряжение на питающие входы преобразователя. Применение изобретения позволяет свести до минимума ток, потребляемый схемой управления тиристором в установившемся режиме работы. Этим снижается мощность потерь, рассеиваемая элементами схемы, повышается КПД устройства и расширяются функциональные возможности его применения, что является техническим результатом. 1 ил.

Источник вторичного электропитания, содержащий импульсный преобразователь постоянного напряжения, стабилитрон, управляющий резистор и разрядный резистор, управляющий транзистор, тиристор, входной конденсатор, фильтрующий конденсатор и управляющий конденсатор, а также диодный мост, входные выводы которого через входной конденсатор соединены с сетью переменного напряжения, положительный выходной вывод диодного моста подключен к первому выводу фильтрующего конденсатора, а отрицательный - к второму выводу фильтрующего конденсатора и отрицательному входному выводу импульсного преобразователя постоянного напряжения, отличающийся тем, что с положительным выводом диодного моста соединены анод тиристора, подключающего напряжение питания на вход импульсного преобразователя постоянного напряжения, и эмиттер управляющего транзистора, коллектор которого через управляющий резистор подключен к управляющему электроду тиристора, а база - к катоду стабилитрона, причем отрицательный вывод диодного моста через параллельную цепочку, состоящую из разрядного резистора и управляющего конденсатора, соединен с первым выводом зарядного резистора, вторым выводом подключенного к аноду стабилитрона.