ИСТОЧНИК ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ Российский патент 2024 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах вторичного электропитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники.

В статье авторов Bijeev NV, Anju Malhotra, Vasant Jani под названием Exploring Magnetic Feedback Circuits for On-Board Electronic Power Conditioners, опубликованной в INTERNATIONAL JOURNAL OF ICT RESEARCH & DEVELOPMENT (IJICTRD) | VOL-2 ISSUE-5 | MAY 2016 было описано применение изолированного генератора обратной связи (Texas Instruments UC1901) совместно с ШИМ-контроллером. Входные выводы генератора UC1901 подключены к выходному напряжению источника питания, а выходные к импульсному трансформатору, чьи выводы связаны с входом ШИМ-контроллера через демодулятор, представленный в виде диода подключенного между выводом обмотки импульсного трансформатора и резистором, параллельно которому включен конденсатор, а выходные выводы ШИМ-контроллера подключены к затвору полевого транзистора, подключенного к выводам силового трансформатора, соединенного с входным напряжением.

Также в техническом описании на изолированный генератор обратной связи (Texas Instruments UC1901) рассмотрена подобная схема включения. Входные выводы генератора UC1901 подключены к выходному напряжению источника питания, а выходные к импульсному трансформатору, чьи выводы связаны с входом ШИМ-контроллера через демодулятор, представленный в виде диода подключенного между выводом обмотки импульсного трансформатора и резистором, параллельно которому включен конденсатор.

Недостатком известных устройств является применение микросхемы генератора UC1901, с высокой рабочей частотой, необходимой для обеспечения скорости реакции обратной связи по току и напряжению, что плохо сказывается на электромагнитной совместимости, а так же снижающей надежность в связи с тем, что при выходе из строя данной микросхемы управляющий сигнал на входных выводах ШИМ-контроллера перестает соответствовать изменению выходного напряжения, что может привести к пробою выходных конденсаторов и переключающего транзистора однотактного преобразователя постоянного напряжения или отключению источника питания.

Наиболее близкий аналог описан в статье Design of A New Type of Magnetic Isolated Feedback for Forward Sampling Feedback Signal. В ней источник вторичного электропитания, содержащий однотактный преобразователь постоянного напряжения, включающий выходной трансформатор, конденсатор фильтра, выпрямительный диод и силовой транзистор, ШИМ-контроллер управления, содержащий генератор, опорный элемент, первый резистор и компаратор ШИМ, при этом, выпрямительный диод подключен анодом к первому выходному выводу, соединенному через конденсатор фильтра с точкой соединения второго выходного вывода и концом вторичной обмотки выходного трансформатора, начало которой, присоединено к катоду выпрямительного диода, исток силового транзистора подключен к первому входному выводу, сток - к концу первичной обмотки выходного трансформатора, а затвор - к выходному выводу ШИМ-контроллера управления, начало первичной обмотки выходного трансформатора подсоединено ко второму входному выводу, первый вывод компаратора подключен к первым выводам второго резистора и первого конденсатора, шунтированного выходными выводами генератора, вторые выводы второго резистора и первого конденсатора подключены, соответственно, ко второму входному выводу и к первому входному выводу, второй вывод компаратора соединен через первый резистор с выходом опорного элемента и с коллектором регулирующего транзистора, эмиттер которого подключен к первому входному выводу и к концу вторичной обмотки трансформатора обратной связи, а база, шунтированная вторым конденсатором и третьим резистором, соединена через четвертый резистор с катодом диода обратной связи, анод которого подключен к началу вторичной обмотки трансформатора обратной связи, база коммутирующего транзистора подключена к первому выводу пятого резистора, вход усилителя обратной связи подключен к первому и второму выходным выводам.

Недостатком представленного выше устройства является большая емкость конденсатора в цепи обратной связи, из-за чего увеличивается время реакции на изменение выходного напряжения или тока нагрузки.

Задачей изобретения является повышение надежности и увеличение скорости отклика на изменение входного напряжения и тока нагрузки источника питания.

Для выполнения поставленной задачи в источнике вторичного электропитания, содержащем однотактный преобразователь постоянного напряжения, включающем выходной трансформатор, конденсатор фильтра, выпрямительный диод и силовой транзистор, ШИМ-контроллер управления, содержащий генератор, опорный элемент, первый резистор и компаратор ШИМ, при этом, выпрямительный диод подключен анодом к первому выходному выводу, соединенному через конденсатор фильтра с точкой соединения второго выходного вывода и концом вторичной обмотки выходного трансформатора, начало которой, присоединено к катоду выпрямительного диода, исток силового транзистора подключен к первому входному выводу, сток - к концу первичной обмотки выходного трансформатора, а затвор - к выходному выводу ШИМ контроллера управления, начало первичной обмотки выходного трансформатора подсоединено ко второму входному выводу, первый вывод компаратора подключен к первым выводам второго резистора и первого конденсатора, шунтированного выходными выводами генератора, вторые выводы второго резистора и первого конденсатора подключены, соответственно, ко второму входному выводу и к первому входному выводу, второй вывод компаратора соединен через первый резистор с выходом опорного элемента и с коллектором регулирующего транзистора, эмиттер которого подключен к первому входному выводу и к концу вторичной обмотки трансформатора обратной связи, а база, шунтированная вторым конденсатором и третьим резистором, соединена через четвертый резистор с катодом диода обратной связи, анод которого подключен к началу вторичной обмотки трансформатора обратной связи, база коммутирующего транзистора подключена к первому выводу пятого резистора, вход усилителя обратной связи подключен к первому и второму выходным выводам, предлагается согласно изобретению, выход усилителя обратной связи присоединить к коллектору коммутирующего транзистора, эмиттер которого подключить к началу первичной обмотки трансформатора обратной связи, конец которой подсоединить к первому выходному выводу, при этом второй вывод пятого резистора подключить к началу вторичной обмотки выходного трансформатора.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Источник вторичного электропитания на фиг. 1 содержит однотактный преобразователь постоянного напряжения 1, включающий выходной трансформатор 2, конденсатор фильтра 3, выпрямительный диод 4 и силовой транзистор 5, ШИМ-контроллер управления 6, содержащий генератор 7, опорный элемент 8, первый резистор 9 и компаратор ШИМ 10, при этом, выпрямительный диод 4 подключен анодом к первому выходному выводу 11, соединенному через конденсатор фильтра 3 с точкой соединения второго выходного вывода 12 и концом вторичной обмотки выходного трансформатора 2, начало которой, присоединено к катоду выпрямительного диода 4, исток силового транзистора 5 подключен к первому входному выводу 13, сток - к концу первичной обмотки выходного трансформатора 2, а затвор - к выходному выводу ШИМ-контроллера управления 6, начало первичной обмотки выходного трансформатора 2 подсоединено ко второму входному выводу 14, первый вывод компаратора 10 подключен к первым выводам второго резистора 15 и первого конденсатора 16, шунтированного выходными выводами генератора 7, вторые выводы второго резистора 15 и первого конденсатора 16 подключены, соответственно, ко второму входному выводу 14 и к первому входному выводу 13, второй вывод компаратора 10 соединен через первый резистор 9 с выходом опорного элемента 8 и с коллектором регулирующего транзистора 17, эмиттер которого подключен к первому входному выводу 13 и к концу вторичной обмотки трансформатора обратной связи 18, а база, шунтированная вторым конденсатором 19 и третьим резистором 20, соединена через четвертый резистор 21 с катодом диода обратной связи 22, анод которого подключен к началу вторичной обмотки трансформатора обратной связи 18, база коммутирующего транзистора 23 подключена к первому выводу пятого резистора 24, оба входа усилителя обратной связи 25 подключены, соответственно, к первому 11 и второму 12 выходным выводам, выход усилителя обратной связи 25 присоединен к коллектору коммутирующего транзистора 23, эмиттер которого подключен к началу первичной обмотки трансформатора обратной связи 18, конец которой подсоединен к первому выходному выводу 11, при этом второй вывод пятого резистора 24 подключен к началу вторичной обмотки выходного трансформатора 2.

На фиг. 2 приведены диаграммы напряжений:

- на коллекторе регулирующего транзистора 16-26;

- на втором входе компаратора ШИМ 14-27;

- на выходе контроллера управления 10-28;

- на выходных выводах 4, 6 источника вторичного электропитания - 29;

Источник вторичного электропитания работает следующим образом.

Рассмотрим работу устройства в установившемся режиме. Допустим в начальный момент времени на интервале от t₀ до t₁ (фиг. 2) на выходе компаратора ШИМ 6 формируется последовательность импульсов, скважность которых обеспечивает заданную величину напряжения на выходных выводах 11, 12 источника вторичного электропитания. Допустим в момент времени t₁ происходит увеличение входного напряжения, при этом величина напряжения на выходных выводах 11, 12 источника вторичного электропитания начинает расти и превосходит напряжение на опорном элементе усилителя обратной связи 25, напряжение на выходе которого начинает увеличиваться. Одновременно начинает увеличиваться напряжение на конденсаторе 19 и базе регулирующего транзистора 17, что приводит к увеличению его выходного тока и более быстрому снижению напряжения на входе компаратора ШИМ 10, при этом скважность импульсов на выходе ШИМ-контроллера управления 10 падает и величина выходного напряжения на выходных выводах 11, 12 источника вторичного электропитания снижается до первоначальной величины.

Изменение тока регулирующего транзистора 17 в каждом такте позволяет увеличить скорость отклика на изменение входного напряжения и тока нагрузки источника вторичного электропитания и тем повысить надежность функционирования устройства.

Таким образом, заявлен источник вторичного электропитания, содержащий однотактный преобразователь постоянного напряжения, включающий выходной трансформатор, конденсатор фильтра, выпрямительный диод и силовой транзистор, ШИМ-контроллер управления, содержащий генератор, опорный элемент, первый резистор и компаратор ШИМ, при этом, выпрямительный диод подключен анодом к первому выходному выводу, соединенному через конденсатор фильтра с точкой соединения второго выходного вывода и концом вторичной обмотки выходного трансформатора, начало которой, присоединено к катоду выпрямительного диода, исток силового транзистора подключен к первому входному выводу, сток - к концу первичной обмотки выходного трансформатора, а затвор - к выходному выводу ШИМ контроллера управления, начало первичной обмотки выходного трансформатора подсоединено ко второму входному выводу, первый вывод компаратора подключен к первым выводам второго резистора и первого конденсатора, шунтированного выходными выводами генератора, вторые выводы второго резистора и первого конденсатора подключены, соответственно, ко второму входному выводу и к первому входному выводу, второй вывод компаратора соединен через первый резистор с выходом опорного элемента и с коллектором регулирующего транзистора, эмиттер которого подключен к первому входному выводу и к концу вторичной обмотки трансформатора обратной связи, а база, шунтированная вторым конденсатором и третьим резистором, соединена через четвертый резистор с катодом диода обратной связи, анод которого подключен к началу вторичной обмотки трансформатора обратной связи, база коммутирующего транзистора подключена к первому выводу пятого резистора, оба входа усилителя обратной связи подключены, соответственно, к первому и второму выходным выводам. Отличительная особенность устройства заключается в том, что выход усилителя обратной связи присоединен к коллектору коммутирующего транзистора, эмиттер которого подключен к началу первичной обмотки трансформатора обратной связи, конец которой подсоединен к первому выходному выводу, при этом второй вывод пятого резистора подключен к началу вторичной обмотки выходного трансформатора.

Техническим результатом заявленного устройства является повышение надежности и увеличение скорости отклика на изменение входного напряжения и тока нагрузки источника питания.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах вторичного электропитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники. Источник вторичного электропитания, содержащий однотактный преобразователь постоянного напряжения, включающий выходной трансформатор, конденсатор фильтра, выпрямительный диод и силовой транзистор, ШИМ-контроллер управления, содержащий генератор, опорный элемент, первый резистор и компаратор ШИМ, первый вывод компаратора подключен к первым выводам второго резистора и первого конденсатора, шунтированного выходными выводами генератора, вторые выводы второго резистора и первого конденсатора подключены, соответственно, ко второму входному выводу и к первому входному выводу, второй вывод компаратора ШИМ соединен через первый резистор с выходом опорного элемента и с коллектором регулирующего транзистора, эмиттер которого подключен к первому входному выводу и к концу вторичной обмотки трансформатора обратной связи, а база, шунтированная вторым конденсатором и третьим резистором, соединена через четвертый резистор с катодом диода обратной связи, анод которого подключен к началу вторичной обмотки трансформатора обратной связи, база коммутирующего транзистора подключена к первому выводу пятого резистора, входы усилителя обратной связи подключены к первому и второму выходным выводам, выход усилителя обратной связи присоединен к коллектору коммутирующего транзистора, эмиттер которого подключен к началу первичной обмотки трансформатора обратной связи, конец которой подсоединен к первому выходному выводу, при этом второй вывод пятого резистора подключен к началу вторичной обмотки выходного трансформатора. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и увеличение скорости отклика на изменение входного напряжения и тока нагрузки источника питания. 2 ил.

Источник вторичного электропитания, содержащий однотактный преобразователь постоянного напряжения, включающий выходной трансформатор, конденсатор фильтра, выпрямительный диод и силовой транзистор, ШИМ-контроллер управления, содержащий генератор, опорный элемент, первый резистор и компаратор ШИМ, при этом выпрямительный диод подключен анодом к первому выходному выводу, соединенному через конденсатор фильтра с точкой соединения второго выходного вывода и концом вторичной обмотки выходного трансформатора, начало которой присоединено к катоду выпрямительного диода, исток силового транзистора подключен к первому входному выводу, сток - к концу первичной обмотки выходного трансформатора, а затвор - к выходному выводу ШИМ контроллера управления, начало первичной обмотки выходного трансформатора подсоединено ко второму входному выводу, первый вывод компаратора подключен к первым выводам второго резистора и первого конденсатора, шунтированного выходными выводами генератора, вторые выводы второго резистора и первого конденсатора подключены, соответственно, ко второму входному выводу и к первому входному выводу, второй вывод компаратора соединен через первый резистор с выходом опорного элемента и с коллектором регулирующего транзистора, эмиттер которого подключен к первому входному выводу и к концу вторичной обмотки трансформатора обратной связи, а база, шунтированная вторым конденсатором и третьим резистором, соединена через четвертый резистор с катодом диода обратной связи, анод которого подключен к началу вторичной обмотки трансформатора обратной связи, база коммутирующего транзистора подключена к первому выводу пятого резистора, оба входа усилителя обратной связи подключены, соответственно, к первому и второму выходным выводам, отличающийся тем, что выход усилителя обратной связи присоединен к коллектору коммутирующего транзистора, эмиттер которого подключен к началу первичной обмотки трансформатора обратной связи, конец которой подсоединен к первому выходному выводу, при этом второй вывод пятого резистора подключен к началу вторичной обмотки выходного трансформатора.