Способ защиты от перегрузок и коротких замыканий стабилизированного источника питания и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК G05F1/58 

2. Стабилизированный источник питания с защитой от перегрузок и коротких замыканий, содержащий последовательно включенные ключевой элемент и выходной LCD-фильтр, блок управления, входом подключенный к выходу фильтра, селектор импульсов, состоящий из схемы совпадения и времязадающей цеци, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения потерь энергии и повышения надежности, первый вход схемы совпадения подключен к диоду LCD-фильтра, второй ее вход - к выходу блока управления, входы времязадающей цепи щэдключены к дросселю liCO -фильтра, а ее выход подключен к третьему входу схемы совпадения , выход которой подключен к входу ключевого элемента.

1. Способ защиты от перегрузок 1Л коротких замыканий стабилизированного источника питания на основе ключевого элемента и выходного.CD фильтра, в котором защиту осуществляют за счет ограничения длительности импульсов управления ключевьм элементом посредством установления момента его выключения в зависимости от параметра выходного напряжения, о т л ич а ю щи и с я тем, что, с целью снижения потерь энергии и повышения нести, подачу импульсов на включение ключевого элемента осуществляют при достижении тока в дросреле LCD фильтра нулевого значения, измеряют напряжение на дросселе tCD -фильтра, которое и Используют в качестве указанного параметра вьрсодного напряжения.V С

Изобретение.относится к электротехнике, а именно к источникам питания автономной радиоэлектронной аппаратуры, например, малогабаритных переносных телевизионных камер.

Известен способ защиты стабилизатора, основанный на измерении сигнала, пропорционального току нагрузки, сравнении его с напряжением, пропорцибнальным токовой перегрузке, и формировании управляющего воздействия j

Недостатком способа являются значительные потери энергии, обусловленные необходимостью измерения сигнала пропорционального току нагрузки.

Известно устройство, реализующее этот способ на основе импульсного стабилизатора напряжения, содержащее включенный в одну из силовых шин транзисторный регулирующий элемент, к управляющему входу которого подключен выход управляющего узла, входом соединенного с измерительно-усилительным узлом. Выходной силовой вывод регулирующего элемента через последовательно соединенные сглаживающий дроссель и защитный узел подключен к одному из выходных выводов стабилизатора ij .

Недостатком стабилизатора являются значительные потери энергии, обусловленные потерями энергии в последовательно соединенном с силовым выводом регулирующего элемеИта и сглаживающим дросселем защитном узле.

Наиболе.е близким по технической сущности к предлагаемому является способ защиты от перегрузок и коротких замыканий стабилизированного источника питания на основе ключевого элемента и выходного LCD -фильтра, в котором защиту осуществляют за-сче ограничения длительностн импульсов управления ключевым элементом посредством установления момента его выключения в зависимости от параметра выходного напряжения 2.

Недостатками способа являются большие потери энергии и невысокая н дежность устройства из-за больших импульсных токов 4eipe3 ключевой элемент при перегрузках или коротком замыкании, а также вследствие зна-. чительной потребляемой стабилизатором мощности при коротком замьжании. Недостатки обусловлены тем, что выявление сигнала, пропорционального току нагрузки, осуществляется по временным параметрам импульсов управления, в частности по их ширине. При этом выявляется не абсолютное значение тока нагрузки, а только его дифференциальная составляющая. Поэтому импульсшле токи через регулятор при перегрузке или коротком замыкании могут достигать значительной величи ны. Возрастание инвтульсиь1х Токов и увеличение падения напряжения на стабилизаторе при коротком замыкании приводят к значительным потерям энергии при перегрузке или коротком за алсании, а также снижают надежность работы стабилизированного источника.

Наиболее близким к предлагаемому является стабилизированный источник питания с защитой от перегрузок и коротких замыканий, содержащий последовательно включенный ключевой элемент и выходной ЬСП -фильтр, блок управления, входом подключенный к выходу фильтра, селектор импульсов, 3n состоящий из схемы совпадения и времязадающей цепи 2. Недостатками известного устройства являются большие потери энергии и невысокая надежность работы из-за больших импульсных токов через силовой ключ при перегрузках или коротко замыкании, а также вследствие значительной потребляемой стабилизаторо мощности при коротком замыкании. Недостатки обусловлены тем, что отключается стабилизированный источник от питающей сети по сигналу с выхода се лектора, выделяющего разность между импульсами управления и импульсами, определяемыми времязадающей цепью. Поскольку ток, протекая через дроссель 1 С D -фильтра, зависит не только от времени коммутации силового ключа,.но и от тока в момент начала коммутации, импульсные токи через ключевой элемент при перегрузке или коротком замьжании могут достигать значительной величины. Возрастание импульсных токов и увеличение падения напряжения на стабилизированном источнике при коротком замыкании приводят к увеличению потребляемой мощности. Цель изобретения - снижение потер энергии и повышение надежности стабилизированного источника питания. Поставленная цель достигается тем что согласно способу защиты от перегрузок и коротких замыканий стабилизированного источника питания на основе ключевого элемента и выходного LCD фильтра, в котором защиту осуществляют за счет ограничения длительности импульсов управления ключе вым элементом посредством установления момента его выключения в зависимости от параметра выходного напряже ния, подачу импульсов на включение ключевого элемента осуществляют при достижении тока в дросселе LCD-фильт ра нулевого значения, измеряют напряжение на дросселе LCD-фильтра, ко торое и используют в качестве указанного параметра выходного напряжения . В стабилизированном источнике питания с защитой от перегрузок и коротких замыканий, содержащем последо вательно включенные ключевой элемент и выходнойL СО-фильтр, блок управления, входом подключенный к выходу .фильтра, селектор импульсов, состоя64щий из схемы совпадения и времязадающей цепи, первый вход схемы совпадения подключен к диоду LCD-фильтра, второй ее вход.- к выходу блока управЛенин,входы времязадающей цепи подключены к дросселю LCD-фильтра, а ее выход подключен к третьему входу схемы совпадения, выход которой подключен к входу ключевого элемента. При этом максимальная длительность импульсов ключевого элемента определяется напряжением на дросселе и, так как ток в индуктивном элементе начинает нарастать от нулевого значения, это приводит к ограничению импульсных токов через регулятор и, соответственно, потребляемой при коротком замыканий мощности. Поскольку резистивный датчик тока для непосредственного иэмерения тока нагрузки в устройстве отсутствует, а импульсные токи через ключевой элемент ограничены, потери энергии в стабилизированном источнике постоянного напряжения уменьшаются с повышением надежности его работы. На фиг.1 приведена структурная схема стабилизированного источника с защитой от перегрузок и короткого замыкания i на фиг.2 - диаграммы напряжений и токов в характерных точках стабилизированного источника. Одновременный способ защиты от перегрузок и короткого замыкания стабилизированного источника постоянного напряжения, в котором стабилизацию напряжения осуществляют воздействием на регулятор импульсами управления, формируемыми в функции величины выходного напряжения, например, путем их широтно-импульсной модуляции, закш)чается в следующем. При перегрузке или коротком замыкании длительность импульсов управления начинает увеличиваться, поэтому для ограничения импульсов тока через регулятор ограничивают длительность очередного импульса управления. После этого, при нулевом токе в дросселе фильтра, включают ключевой элемент. Для определения нулевого значения тока в дросселе измеряют напряжение на диоде 1,С1)-фильтра. Поскольку- .при увеличении напряжения на дросселе скорость нарастания тока в нём Также увеличивается, ограничение длительности импульсов управления осуществляют обратно-пропорционально напряжению на дросселе, для чего измеряют напряжение на нем, и . по значению этого напряжения изменяют длительность импульса ограничения. Стабилизированный источник посто- янного напряжения (фигЛ) содержит блок I регулирования, состоящий из - 5 последовательно соединенных ключевого элемента 2 и UCO -фильтра-диода 3., ;дросселя 4, конденсатора 5. Селектор 6 импульсов содержит схему 7 совпадения и времязадающую цепь, например 0 управляемый одновибратор 8. Один вход схемы 7 совпадения соединен с диодом 3 LCD -фильтра, например с его катодом Второй вход схемы,7 совпадения подключен к выходу блока 9 5 упражнения. Входы времязядающей цепи 8соединены с выводами дросселя 4, а выход времязядакицей цепи соединен с третьим входом элемента 7 совпаде-, ния. Выход схемы совпадения подклю- 20 чен к ключевому элементу 2. Стабилизированный источник работает следующим образом. В режиме номинальной нагрузки им- 2 пульсы управления Uu с выхода блока 9управления определяют длительность импульсов на выходе схемы 7 совпадения Ug., и, следовательно, длительность открытого состояния I ключевого эле- ЗО мента 2. Длительность импульсов ограничения на выходе времязадающей цепи в режиме номинальной нагрузки больше длительности импульсов на выходе блока 9 управления и не оказывает влияния на работу устройства. Параметры дросселя 4 и конденсатора 5 выбираются таким образом, чтобы ток через дроссель i прекращался до прихода очередного импульса управления Uu . в этом случае напряжение на входе LCD -фильтра Unj в момент прихода импульса управления имеет высокий уровень, что вызьюает открывание ключевого элемента 2. В режиме перегрузки или коротко- го замыкания на выходе блока 9 управ леНия находится постоянный высокий логический уровень. В этом случае длительность открытого состояния ключевого элемента 2 будет определяться длительностью импульсов ограничения (jg|.p времязадающей цепи 8, а длительность закрытого состояния временем спада тока i ц через дроссель 4 до нулевого значения. Максимальная величина тока черезй в этом случае равна .где про где ност П полу т.е рез ключ или и оп Р коро мент дe S гдеЦ 45 П 5Q жени пЬлу tofp - длительность импульсов ограничения времязадающей цепи; U(« - напряжение на дросселе; U - индуктивность индуктивного элемента. . Время ограничения iorp обратно порционально напряжению Уц огр U k - коэффициент пропорциональн. одставляя выражение (2) в (l) , чаем eT- COn9ij . максимальное значение тока че- дроссель, а следовательно,и ток евого элемента при перегрузке коротком замыкании ограничен ределяется выражением (З). ассеиваемая при перегрузке или , тком замыкании wa ключевом элее мощность Р, гу .Ч|пах„ W r U«it ог,р аакр j - падение напряжения на ключевом элементе; aicp- время закрытого состояния силового ключа, равное АЧ„а,М , в,,- выходное напряжение стаби- ; лизированного источника постоянного напряжения;Цд - напряжение на диоде ЗЦСОфильтра.. . одставляя выражение (4) в вырая (2), f(3) и (5) и учитывая,что ,,,, чаем Р .Л... ) 2ь(е-и,д.

7n

Из этого видно, что при уменьшении выходного напряжения при перегрузке или коротком замыкании уменьшается также и рассеиваемая мощность на ключевом элементе. Поскольку мощность на диоде остается примерно постоянной вследствие постоянства среднего тока через него , суммарные потери энергии при перегрузке или коротком а&1ллкаяш1 уменьщаются.

176168

- Уменьшение потерь энергии в стабилизированном источнике питания с защитой от,перегрузок и короткого замыкания повьш1ает надежность его

5 работы, позволяет использовать способ и устройство для питания переносных передакяцих малогабаритных телевизионных камер, в которых, вслествие их автомоощости, особые тр.е10 бования предъявляются к КПД и надежности источника питания.

ЕЛ

Фиг,2