Источник питания с защитой от перегрузок Советский патент 1984 года по МПК H02H7/12 H02M3/335 

, Изобретение относится к электрорадиотехникв, в частности, к источникам питания, и может быть использ вано в системах питания устройств .а томатики и вычислительной техники, Известен источник питания со схе мой защиты преобразователя от перегрузок, содержащий блок управления, ВЫХОДкоторого через усилитель мощности, входной трансформатор тока, выпрямитель и фильтр соединен с выходными клеммами и через резистор с входом усилителя сигнала рассогласования, второй вход которого под ключен к источнику опорного напряжения, вторичная обмотка трансформа тора тока через нагрузочный резисто выпрямитель, и транзистор подсоедине на непосредственно к первому входу усилителя сигнала рассогласования СП. Недостатком указанного устройств является возрастание Тока по вторич ной обмотке выходного трансформатора в режиме, близком к короткому замыканию, до величины в 1,5-2 раза превышающей его номинальное значение. Объясняется это тем, что канал ограничения выходного тока .работает в следящем режиме и не обеспечивает полного ограничения выходного тока вследствие конечного коэффициента . усиления систем. стабилизации. С целью исключения перегрева выходного трансформатора Б таком режиме приходится увеличивать его габа ритную мощность, что увеличива ет габариты и вес источника питания . Недостатком устройства является также трудность диагностики наличия перегрузки на выходе источника пи:.ания, так как снижение величины вы ходного напряжения наблюдающееся в таком режиме, может происходить и при некоторых .неисправностях блока управления. Наиболее близким техническим ретиеннем к изобретению является источ ник-питания с защитой от перегрузок содержащий блок управления, выход которого через усилитель мощности подключен к первичньчм обмоткам транс форматора тока и выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и фильтр подключе на к выходным клеммам и через цепь обратной связи к управляющему входу блока управления, второй вход которого подсоединен к источнику опорного напряжения, причем эг-1иттер транзистора через эмиттерное сопротивление подключен к общему проводу база через резистор и вьтпрямитель к вторичной обмотке трансформатора тока, параллельно которой включен нагрузочный резистор, а коллектор через коллекторный резистор - к не- точнику питающего напряжения и через диод - к первому входу блока управления, а между базой транзистора и выходными клеммами источника питания включен резистор 21. Р едостатком известного устройства является некоторая зависимость среднего значения величины управляю щего напряжения, снимаемая с трансформатора трка, от входного напряжения. Объясняется это тем, что амплитуда токовых и.мпульсов через обмотки трансформатора отделяется только .параметрами дроссе.п.ч фильтра и величиной нагрузки, в то время как скважность импульсов в таком режиме пропорциональна величине входного напряжения. При этом происходит изменение порога срабатывания схемы защиты. Целью изобретения является повышение надежности путем исключения зависимости порога срабатывания схемы -защиты от входного напряжения. Поставленная цель /достигается тем, что в источник питания с защитой от перегрузок, содержащий усилитель мощности, выходом подключенный к последовательно соединеннглм первичны.1 обмоткам трансформатора тока и выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через зыпрямитель Г фильтр подключена к выходным выводам источника, блок управле:ния, выходом подключенный к упранля.югдему Уходу, усилителя мощности, цепь обратной связи, входом подключенную к выходным выводам источника, а вкходом К первому входу блока управления, второй вход которого подсоединен к источнику опорного .напряжения ( первый транзистор, база которого подключена к интегрирующему конденсатору и через первый резистор к выходным выводам источника, эмиттер через второй резистор подключен к общей шине, а коллектор через третий резистор подсоединен к входному выводу источника питания и через диод - к первому входу блока управления, а вторичная обмотка тра}1сформатора тска с параллельно включенным -нагрузочным резистором подсоединена к входу вспомогательного выпрямителя, введены инвертор, первая и вторая дифференцирующие цепочки, первый и второй конденсаторЕзТ, первый и второй суммиругощие резисторы, второй и третий транзисторы, причем вход инвертора подключен к выходу блока управления, входы второго и третьего транзисторов подключены к выходу вспомогательного выпрямителя, выходы второго и третьего транзисторов соответ.ственно через первый к

второй конденсаторы подключены к общей шине и через первый и второй суммирующие резисторы - к базе первого транзистора, управляющий вход второго транзистора через первую дифференцирующую-цепочку подключен к выходу инвертора, а управляющий вход третьего транзистора через вторую дифференцирующую цепочку - к выходу блока управления.

Указанное включение позволяет исключить влияние питающего напряжения на порог срабатывания схемы защиты путем выделения номинального значения тока нагрузки,

На фиг. 1 представлена функциондльная схема источника питания; на ,фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Устройство содержит усилитель 1 мощности через выходной трансформатор 2, выпрямитель 3 и фильтр 4 подсоединенный к выходньм выводам 5, блок б управления, первым входом подключенный через цепь 7 обратной связи к выходным KnetJUMBM, BTOpt vi - к входу опорного элемента 8, а выходами - к входу усилителя мощности. Вторичная обмотка трансформатора 9 тока подключена через нагрузочный резитор 10 к выпрямителю 11. Первый транзистор 12 базой через первый резистор 13 подключен к выходным выводам,- а через интегрирующий конденсатор 14 - к общей шине, .эмиттером через второй резистор 15 - к общей шине, коллектором через третий резистор 16 - к выводам для подключения источника питания, между базой первого транзистора и выводом для подключения источника питания включен четвертый резистор 17, а между базой и общей шиной - .пятый резистор 18. Коллектор первого транзистора через диод 19 подключен к первому входу блока 6 управления. Второй транзистор 20 и третий транзистор 21 выходами через первый 22 и второй 23 конденсаторы подключены к общей шине, а через первый 24 и второй 25 сум мирующие резисторы - к базе первЪго транзистора 12 .Управляющий вход. втгрого транзистора 20 через первую дифференцирующую цепочку 26 подключе.н к выходу инвертора 27, а управля ющий вход третьего транзистора 21 через вторую дифференцирующую цепочку 28 подключен к выходу блока 6 управления..

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии на выходе источника питания перегрузки или короткого замыкания блок 6 управления производит постоянный контроль величины выходного напряжения и сразнение

его с напряжением опорного элемента 8 .

Усиленная разность этих напряжений осуществляет выработку импульсов напряжения с переменной скважностью (диaгpaм.1a о, , имеющихся по закону ШИМ или любому другому с целью постоянного поддерживания выходного напряжения в допусти1«ых пределах. Импульсы с переменной скважностью через усилитель 1 мощности и выходной трансформатор 2 поступают на выпрямитель 3 и фильтр 4, где происходит выделение постоянной составляющей напряжения, которая подается на выходные выводы 5.

Учитывая, что величина дросселя фильтра является величиной конечной, форма импульсов на выходе трансформатора 9 тока после вьп-трямления имеет вид трапеч идального напряжения ..диаграмма г) . При этом минимальное h максимальное значения трапецеидаль.ного напряжения, а также длительност iимпульса, зависят от величины питающего напряжения, в то время как полусуг.чма . переднего и заднего фронтов трапецеидального напряжения равна величине тока нагрузки.

С целью исключения указанной зависимости по переднему и заднему фроту управляющего .импульса дифференцирующими цепочкам 26 и 27 формируются импульсы (диаграммы б, в), которые на короткое время открывают траа зисторы 20 и 21. Конденсаторы 22 23 заряжаются до соответствующей величины мгновенного значения импульсного напряжения и в дллькейщем разряжаются по экспоненциальному закону ( диаграммы д, е). Учитывая, что площадь экспоненциального импульса в общей случае равна Р vC. ,, где t постоянная времени цепи, а v - напряжение на заряженном конденсаторе в начальный момент времени, то площади импульсов на- конденсаторах- 22, 23 будут S.., и 3(j . Так как период следования импульсов постоянен и равен Т, после суммирования экспоненциональных импульсов и их интегрирования конденсатором 14 случаем.

v -I- (v + х-г )

Выбирая t , получаем v

-(v,f Vj) или равно величине тока черезнагрузку источника питания; Удг V(IK) и не зависит от измерения питающего напряжения (диаграмма жу.

Увеличение тока нагрузки вьсие допустимой величины, задаваемой параметрами cxeNM, приводит к величению напряжения на выходе выпрямител 11, которое своим минусом через резисторы 24, 25 запирает транзистор 12. Повышение коллекторного напряжения ПРИВОДИТк открытию диода 19 и повьаиению напряжения на первом выходе блока б управления. Выходное напряжение источника питания снижается, чем обеспечивается ограничение тока через нагрузку. Формирование требуемой нагрузочной характеристики обеспечивает путем введения положи.геяьной обратной связи с выхода источника питания на .базу транзистора через резистор 13. Путем подбора яарамет ров элементов-схемы входнуи) характеристику токовой защиты удается получить желаемой формы вплоть до снижения тока нагрузки до нуля в режиме короткого замыкания. Резистор 17 предназначен для надежного насыщения транзистора 12 в момент включения источника питания с целью обеспечения его запуска, резистор 18 служит для улучшения температурной стабильности нагрузочной характеристики. Исходя из баланса токов в базовой цепи и учитывая, что суммарная вели- 25 чина коэффициента усиления схег-р-а управления в обшем случае 1, найдем зависимость тока .срабатывания защита от параметров схемы К- 4. Ss 5t30 .- -KV«,W, -v.-|lfl « |;-падение напряжения на ди- -ас оде 19s -падение напряжения на вы, прямителе 11;f . :ИЛИ щег раж ста .хар ник габ что исто возн коро колл 12, щего ния Veg - падение на пряжения на базо-эмиттерном переходе транзистора 12 - сопротивление резистора 17; э - сопротивление резистора 15; к - сопротивление резистора 16; RfD - сопротивление резисторов 24 и 25j /й - сопротивление резистора 10; - суммарное сопротивление всех параллельно включен, ных базовых резисторов; KT - суммарный коэффициент трансформации силового трансформатора и трансформатора тока. случае равенства Е величина питаюэнапряжения Е исключается из выия и не оказывает влияния на льность параметров выходной теристики токовой защиты. пользование предлагаемого источпитания позволяет уменьшить иты выходного трансформатора, нижает габариты и вес самого ника питания, контролировать кновение режима, перегрузки или кого замыкания путем контроля кторного напр.яжения транзистора также исключить влияние питаюнапряжения на порог срабатывахемьз токовой зацщты.

ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ С ЗАЩИТОЙ ОТ ПЕРЕГРУЗОК, содержащий усилитель мощности, выходом подключенный к последовательно соединенным первичным обмоткам трансформатора тока и выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и фильтр подключена к выходным выводам источника, блок управления, выходом подключенный к управляющему входу усилителя мощности, цепь обратной связи, входом подключенную к выходным выводам источника, а выходом к первому входу блока управления, второй вход которого подсоединен к источнику опорного напряжения, первый транзистор, база которого подключена к интегрирующему конденсатору и через первый резистор к выходным выводам источника, эмиттер через второй резистор подключен к общей шине, а коллектор через третий резистор подсоединен к входному выводу источника питания и через диод - к первому входу блока управления, а вторичная обмотка трансформатора тока с параллельно включенным нагрузочным резистором подсоединена к входу вспомогательного выпрямителя, отличающийся тем, что, с целью повьлиения надежности путем исключения влияния питающего напряжения на порог срабатывания схемы , в него введены инвертор, первая и вторая дифференцирукяцие цепочки, первый и второй конденсаторы, первый и второй суммирующие резисторы, второй и третий, транзисторы, причем вход инвертора подключен к (Л выходу блока управления, входы второго и третьего транзисторов подключены к выходу вспомогательного выпрямителя, выходы второго и третьего транзисторов соответственно через первый и второй конденсаторы подключены к общей шине и через первый и второй суммирующие резисторы - к ба зе первого транзистора, управляющий 05 вход второго транзистора через первую; СО дифференцирующую цепочку подключен к выходу инвертора, а управляющий вход третьего транзистора через втоел рую дифференцирующую цепочку - к высо ходу блока управления.