Источник питания для электронной аппаратуры Российский патент 2024 года по МПК H02H9/04 H02M7/217 

Настоящее изобретение относится к устройствам питания для электронной аппаратуры, а в частности к источникам питания для светодиодных светильников, для применения в области освещения.

Источники питания для электронной аппаратуры должны обеспечивать ограничение тока и в некоторой степени выполнять управление током. Управление током светодиода включает две задачи: ограничение тока с целью не допустить теплового выхода из строя в связи с повышенной температуры светодиода, и регулирование тока для поддержания тока светодиода в определенном диапазоне, чтобы учитывать колебания параметров светодиода и колебания входного напряжения источника питания светодиодного светильника.

Известна полезная модель по патенту № 193906 (МПК Н02H 9/04, G01R 19/165, 12.07.19), где решаются задачи повышения надежности работы устройства защиты электронных устройств за счет использования высоковольтного высокоскоростного электронного ключа, который включается последовательно в разрыв плюсовой шины питания и работает в режиме высоковольтного импульсного стабилизатора напряжения, отсекая короткие высоковольтные импульсы и обеспечивая бесперебойную работу жизненно важных для ТС блоков управления. Данное устройство обеспечения непрерывной работоспособности электронных устройств при перенапряжениях и коротких высоковольтных импульсах в бортовой сети ТС, характеризующееся тем, что содержит блок защиты элементов электронного устройства от коротких высоковольтных импульсов, высоковольтный высокоскоростной электронный ключ с управляющим входом, фильтр низких частот, блок отслеживания номинального напряжения и выработки сигнала обратной связи, блок управления электронным ключом, при этом выход блока защиты элементов электронного устройства от коротких высоковольтных импульсов соединен с входом высоковольтного высокоскоростного электронного ключа, выход которого соединен со входом фильтра низких частот, выход которого в свою очередь соединен со входом блока отслеживания номинального напряжения и выработки сигнала обратной связи, управляющий выход которого соединен с управляющим входом блока управления электронным ключом, выход которого соединён с управляющим входом высоковольтного высокоскоростного электронного ключа.

Недостатками данного решения по сравнению с заявляемым изобретением является возможность отсекать только короткие высоковольтные импульсные воздействия, а также возможность работы только в бортовой сети ТС.

Техническим результатом является создание источника питания для электронной аппаратуры с функцией защиты от продолжительного воздействия повышенного напряжения.

Технический результат достигается тем, что источник питания для электронной аппаратуры, содержит плату, на которой установлен модуль защиты от продолжительного воздействия повышенного напряжения, состоящий из узла защиты от помех большой энергии, узла подавления электромагнитных помех, узла питания схемы анализа, а также схема анализа и отключения нагрузки, при этом узел защиты от помех большой энергии выполнен в виде многокаскадного фильтра электромагнитных помех, состоящего из нескольких каскадов защиты, первый из которых включает последовательное включение разрядника и варистора между фазой и нейтралью, параллельно первому каскаду защиты включен делитель из варисторов, верхнее плечо которого подключено к фазе, нижнее плечо подключено к нейтрали, а средняя точка соединена с землёй через разрядник, второй каскад защиты, выполненный в виде последовательного соединения варисторов, третий каскад защиты, выполненный в виде последовательного соединения термистора и варистора, соединённых параллельно с защищаемой нагрузкой, узел подавления электромагнитных помех выполнен в виде многокаскадного устройства, состоящего из индуктивного дифференциального высокочастотного фильтра, среднечастотного фильтра второго порядка в виде СLC-контура, включающего первый комплект последовательно соединённых конденсаторов и параллельно включенных высокоомных резисторов, синфазный дроссель средних частот, второй комплект последовательно соединённых конденсаторов и параллельно включённых высокоомных резисторов, узел питания схемы анализа и отключения нагрузки выполненный в виде линейного стабилизатора напряжения малой мощности состоящего из диодного моста, подключенного к фазному и нейтральному проводу, совмещенному с диодным мостом источника питания, выпрямительного диода, подключённого анодом к положительному контакту диодного моста, а катодом - к последовательно соединённым конденсаторам, включенным параллельно высокоомным резисторам, при этом положительный контакт конденсаторов подключен к последовательно соединённым резисторам с силовым транзистором, а выходные контакты узла питания схемы анализа подключены к схеме анализа и отключения нагрузки, состоящей из схемы сравнения значения напряжения с источником опорного напряжения и содержащей ключевой элемент, отключающий нагрузку от входного напряжения при продолжительном воздействии напряжения, превышающего установленное значение.

Кроме того, узел подавления электромагнитных помех дополнительно содержит высоковольтные конденсаторы, соединённые с одной стороны с проводом фазы и проводом нейтрали, а с другой стороны соединенные с заземлением, причем провод фазы и нейтрали подключены к входным контактам высокочастотного синфазного дросселя, а выходные контакты соединены с нагрузкой в виде узлов питания, анализа и отключения нагрузки.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг. 1 – представлена структурная схема источника питания для электронной аппаратуры;

на фиг. 2 – представлен узел защиты от помех большой энергии модуля защиты от продолжительного воздействия повышенного напряжения;

на фиг. 3 – представлен узел подавления электромагнитных помех модуля защиты от продолжительного воздействия повышенного напряжения;

на фиг. 4 – представлен узел питания схемы анализа модуля защиты от продолжительного воздействия повышенного напряжения;

на фиг. 5 – представлен узел анализа и отключения нагрузки модуля защиты от продолжительного воздействия повышенного напряжения.

Схема источника питания для электронной аппаратуры включает следующие элементы, размещенные на печатной плате (см. фиг. 1).

Модуль защиты от продолжительного воздействия повышенного напряжения, состоящий из узла подавления электромагнитных помех, представляющего собой многокаскадный фильтр электромагнитных помех, состоящий из узла защиты от помех большой энергии, узла питания схемы анализа, а также схемы анализа и отключения нагрузки, представляющей собой схему сравнения значения напряжения с источником опорного напряжения и ключевой элемент отключающий нагрузку от входного напряжения при продолжительном воздействии напряжения превышающего установленное значение.

Узел 1 защиты от помех большой энергии модуля защиты от продолжительного воздействия повышенного напряжения, представляет собой многокаскадное устройство, предназначенное для защиты от импульсных помех большой энергии (МКС-помех) отличительной особенностью которого, является сохранение работоспособности при воздействии продолжительного повышенного напряжения.

Узел 1 защиты от помех большой энергии модуля защиты от продолжительного воздействия повышенного напряжения, состоит из нескольких каскадов защиты, первый из которых включает последовательное включение разрядника 2 и варистора 3 для защиты от помех большой энергии между фазой 4 и нейтралью 5, параллельно первому каскаду защиты включен делитель из варисторов, верхнее плечо 6 которого подключено к фазе 4, нижнее плечо 7 подключено к нейтрали 5, средняя точка соединена с землёй через разрядник 8 (см. фиг. 2). Кроме того, для защиты от помех большой энергии между фазой и защитным заземлением, нейтралью и защитным заземлением, следующий каскад защиты включен через последовательную резистивную или индуктивную нагрузку 9 и представляет собой последовательное соединение варисторов 10, суммарное напряжение открытия которых меньше суммарного напряжения открытия варисторов предыдущего каскада. Следующий каскад защиты включает последовательное соединение термистора 11 с положительным температурным коэффициентом сопротивления и варистора 12, соединённого параллельно с защищаемой нагрузкой, при этом напряжение открытия варистора 12 последнего каскада меньше суммарного напряжения открытия предыдущего каскада, но больше напряжения срабатывания защиты от продолжительного воздействия повышенного напряжения. При этом выходные контакты узла защиты соединены с нагрузкой в виде узла питания, анализа и отключения нагрузки.

Узел 13 подавления электромагнитных помех модуля защиты от продолжительного воздействия повышенного напряжения, представляет собой многокаскадный фильтр электромагнитных помех отличительной особенностью которого является сохранение работоспособности при воздействии продолжительного повышенного напряжения (см. фиг. 3). Он состоит из индуктивного дифференциального высокочастотного фильтра 14, среднечастотного фильтра второго порядка в виде СLC-контура, включающего 1-й комплект последовательно соединённых одного или нескольких конденсаторов 15 для увеличения суммарного рабочего напряжения и параллельно включенных конденсаторам одним или нескольких высокоомных резисторов 16, для выравнивания падения напряжений на конденсаторах и предотвращения пробоя при прохождении помехи высокой энергии, синфазный дроссель 17 средних частот, 2-й комплект последовательно соединённых одного или нескольких конденсаторов 18 и параллельно включённых конденсаторам высокоомных резисторов 19.

Дополнительно узел 13 подавления электромагнитных помех содержит высоковольтные конденсаторы 20 соединённые с одной стороны с проводом фазы и проводом нейтрали, с другой стороны соединены с заземлением, затем провод фазы и нейтрали подключены к входным контактам высокочастотного синфазного дросселя 21, а выходные контакты соединены с нагрузкой в виде узлов питания, анализа и отключения нагрузки.

Далее по схеме расположен узел 22 питания схемы анализа модуля защиты от продолжительного воздействия повышенного напряжения, который представляет собой линейный стабилизатор напряжения малой мощности, отличительной особенностью которого является работоспособность при расширенном диапазоне питания сети и обеспечение стабильного выходного напряжения при воздействии продолжительного повышенного напряжения питания сети (фиг. 4).

Узел 22 питания схемы анализа модуля защиты от продолжительного воздействия повышенного напряжения состоит из диодного моста 23, состоящего из диодов с высоким значением рабочего напряжения, подключенного к фазному и нейтральному проводу, который может быть совмещён с диодным мостом источника питания защищаемого устройства. Из выпрямительного диода 24, необходимого для предотвращения разрядки конденсаторов, подключённого анодом к положительному контакту диодного моста 24, катод которого подключен к последовательно соединённым одним или нескольким конденсаторам 25, включенным параллельно высокоомным резисторам 26 для выравнивания напряжения на конденсаторе. При этом положительный контакт группы конденсаторов подключен к последовательно соединённым резисторам 27 с силовым транзистором 28, выступающим линейным стабилизатором напряжения, который может быть как биполярным, так и полевым. Транзистор, который управляется элементом 29, следящим за уровнем выходного сигнала с помощью делителя напряжения 30, и конденсатора 31, дополнительно сглаживающего выходное напряжения узла питания схемы анализа. Выходные контакты узла питания 22 подключены к узлу анализа и отключения нагрузки 32.

Кроме того, источник питания для электронной аппаратуры содержит схему 32 анализа и отключения нагрузки модуля защиты от продолжительного воздействия повышенного напряжения. Она представляет собой схему сравнения значения напряжения с источником опорного напряжения и ключевой элемент, отключающий нагрузку от входного напряжения при продолжительном воздействии напряжения, превышающего установленное значение, отличительной особенностью является работоспособность при длительном воздействии повышенного напряжения (фиг. 5).

Схема 32 анализа и отключения нагрузки модуля защиты от продолжительного воздействия повышенного напряжения состоит из схемы анализа, включающей элемент 33 сравнения напряжений на опорном источнике 34 питания и напряжения, полученного через делитель напряжения, верхнее плечо которого выполнено в виде последовательного соединения высокоомных резисторов 35, подключенного к положительному контакту диодного моста источника питания защищаемого устройства, нижнее плечо делителя 36 подключено к отрицательному контакту диодного моста источника питания защищаемого устройства. Соотношение номиналов резисторов обеспечивает равенство напряжений на средней точке делителя и на источнике опорного напряжения при превышении входным напряжением установленного порогового значения для отключения нагрузки. При этом средняя точка делителя опорного напряжения 37 подключена к элементу 33 сравнения через диод 38 и параллельно включенную RC-цепь 39. Элемент 33 сравнения имеет гистерезис для исключения работы защищаемого устройства при промежуточных значениях напряжения и вырабатывает импульсный выходной сигнал для открытия силового транзистора 40, разрывающего цепь отрицательного контакта диодного моста источника питания защищаемого устройства от самого защищаемого устройства.

Подключенные таким образом элементы, работающие в соответствии с порядком работы, приведённом ниже, позволяют достичь технического результата - защиты от продолжительного воздействия повышенного напряжения.

Источник питания для электронной аппаратуры работает следующим образом.

Переменное напряжение сети поступает на вход узла защиты от МКС помех большой энергии, который защищает дальнейшие схемы от воздействия импульсных помех путём ограничения максимального напряжения и рассеяния этой энергии на внутренних элементах узла защиты. Далее переменное напряжение с узла защиты приходит на узел подавления электромагнитных помех, основная функция которого является фильтрация помех, исходящих от источника питания в сеть, данный узел необходим для соответствия требованиям стандартизации. Далее напряжения поступает на вход узла питания схемы анализа. В данном узле переменное напряжение выпрямляется до постоянного, от которого питается сам источник питания. Отдельным ответвлением сделана схема питания микросхем, которая представляет собой маломощный линейный стабилизатор на транзисторе. Данная схема обеспечивает узел анализа и отключения нагрузки опорным напряжением при любом входном напряжении. Далее выпрямленное постоянное напряжение и опорное напряжение от узла питания схемы анализа подключается к схеме анализа и отключения нагрузки. В схеме анализа специальная микросхема осуществляет сравнение входного постоянного напряжения, преобразованного через высоковольтный делитель, и опорного напряжения, сформированного через делитель. В случае повышения входного переменного напряжения выпрямленное напряжение повышается соответствующим образом. При превышении предела, заданного делителями в схеме сравнения, микросхема вырабатывает сигнал, поступающий на управляющий электрод ключевого элемента и отключает отрицательную линию питания. Данное состояние сохраняется до тех пор, пока входное напряжение не вернётся в допустимые пределы. Постоянное выпрямленное напряжение и переменное напряжение, необходимое для функционирования, поступают на вход схемы источника питания, где напряжение преобразовывается для питания светодиодного модуля. Все элементы и схемотехника модуля защиты рассчитаны на работу в условиях продолжительного воздействия повышенного напряжения.

При этом следует отметить, что комбинация расположения узлов модуля защиты от продолжительного воздействия повышенного напряжения и их количество может быть различным.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам питания для электронной аппаратуры, а именно к источникам питания для светодиодных светильников. Техническим результатом является защита электронной аппаратуры от продолжительного воздействия повышенного напряжения. Источник питания для электронной аппаратуры содержит плату, на которой установлен модуль защиты от продолжительного воздействия повышенного напряжения, состоящий из узла защиты от помех большой энергии, узла подавления электромагнитных помех, узла питания схемы анализа, а также схемы анализа и отключения нагрузки. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Источник питания для электронной аппаратуры, содержащий плату, на которой установлен модуль защиты от продолжительного воздействия повышенного напряжения, состоящий из узла защиты от помех большой энергии, узла подавления электромагнитных помех, узла питания схемы анализа, а также схема анализа и отключения нагрузки, при этом

узел защиты от помех большой энергии выполнен в виде многокаскадного фильтра электромагнитных помех, состоящего из нескольких каскадов защиты, первый из которых включает последовательное включение разрядника и варистора между фазой и нейтралью, параллельно первому каскаду защиты включен делитель из варисторов, верхнее плечо которого подключено к фазе, нижнее плечо подключено к нейтрали, а средняя точка соединена с землёй через разрядник, второй каскад защиты, выполненный в виде последовательного соединения варисторов, третий каскад защиты, выполненный в виде последовательного соединения термистора и варистора, соединённых параллельно с защищаемой нагрузкой,

узел подавления электромагнитных помех выполнен в виде многокаскадного устройства, состоящего из индуктивного дифференциального высокочастотного фильтра, среднечастотного фильтра второго порядка в виде СLC-контура, включающего первый комплект последовательно соединённых конденсаторов и параллельно включенных высокоомных резисторов, синфазный дроссель средних частот, второй комплект последовательно соединённых конденсаторов и параллельно включённых высокоомных резисторов,

узел питания схемы анализа и отключения нагрузки, выполненный в виде линейного стабилизатора напряжения малой мощности, состоящего из диодного моста, подключенного к фазному и нейтральному проводу, совмещенному с диодным мостом источника питания, выпрямительного диода, подключённого анодом к положительному контакту диодного моста, а катодом - к последовательно соединённым конденсаторам, включенным параллельно высокоомным резисторам, при этом положительный контакт конденсаторов подключен к последовательно соединённым резисторам с силовым транзистором, а выходные контакты узла питания схемы анализа подключены к схеме анализа и отключения нагрузки, состоящей из схемы сравнения значения напряжения с источником опорного напряжения и содержащей ключевой элемент, отключающий нагрузку от входного напряжения при продолжительном воздействии напряжения, превышающего установленное значение.

2. Источник питания по п. 1, отличающийся тем, что узел подавления электромагнитных помех дополнительно содержит высоковольтные конденсаторы, соединённые с одной стороны с проводом фазы и проводом нейтрали, а с другой стороны соединенные с заземлением, причем провода фазы и нейтрали подключены к входным контактам высокочастотного синфазного дросселя, а выходные контакты соединены с нагрузкой в виде узлов питания, анализа и отключения нагрузки.