Источник вторичного электропитания Советский патент 1986 года по МПК H02M3/335 

1246274

ке вольт-амперной характеристики, на котором при увеличении выходного напряжения допустимый максимальный вьпсодной ток уменьшается. Наклон этой характеристики выбирается та-1

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для исполь- зования при построении мощных пи- , тающих систем путем набора маломо1Д- ных источников вторичного электро- питания.

.Целью изобретения является снижением массы и габаритов источника за счет исключения завьшения выходной мощности Сверх требуемой величины при нелинейной нагрузке с постоянной потребляемой мощностью.

На фиг.1 представлена функциональная схема; предлагаемого источника вторичного электропитания; на фиг,2 его выходная вольт-амперная характеристика.

Устройство содержит регулируемый преобразователь 1 (фиг.Г) напряжения, блок 2 выбора режима, измери- тельные усилители 3 и 4, масштабирующий делитель 5 напряжения, источник 6 опорного напряжения, масштабирующий делитель 7 напряжения, не

линейный элемент 8, например диод, выполненный ..« виде транзистора с соединенными между собой базой и коллектором, генератор 9 тока., масштабирующий делитель 10 напряжения, генератор 11 тока и дополнительньй транзистор 12. Позициями 13 и 14 на схеме обозначены клеммы для подключения первичного источника электропитания, а позициями 15 и 16 - клеммы для подключения нагрузки. В состав преобразователя 1 напряжения условно введен датчик (не по- казан) его выходного тока. Питающий вход преобразователя 1 напряжения соединен с клеммами 13 и 14, а выход через датчик тока - с клеммами 15 и 16. Вход блока 2 выбора режима подключен к управляющему входу преобразователя 1 напряжения. Масштабируюким, при пониженном выходном напряжении источник отдавал в нагрузку такую же максимальную мощность, как и при номинальном. 2 ил.

20

1$

щий делитель 5 напряжения включен между клеммой 15 и первым вьшодом источншса 6 опорного напряжения. Первый крайний вывод масштабирующего 5 дегаителя 7 напряжения подключен к первому вьшоду датчика тока. Потенциальный вывод инвертирующего входа измерительного усилителя 3 соединен с промежуточным выводом масщтабиO р пощего делителя 5 напряжения, по тенциальный вьгоод неинвертирующего входа - с клеммой 16 и вторым вьгоо- дом источника 6 опорного напряжения, а ш,1ход - с одним из входов блока 2 выбора режима. Потенциальньй вьгоод инвертирующего входа измерительного yci-шителя 4 подключен к промежуточному выводу масштабирующего делителя 7 напряжения, потенциальный вьюод неинвертирующего входа - к второму выводу датчика тока, а выход - к другому входу блока 2 выбора режима. Нелинейный элемент 8 и генератор тока 9 соединены последовательно мегоду вторым крайним выводом- масштабирующего делителя 7 напряжения и первым вьшодом источника 6 опорного напряжения. Масштабирующий де литель 10 напряжения включен между клеммами 15 и 16, генератор 11 тока - между пр|омежуточным выводом масштабирующего делителя 10 напряжения и первьм вьшодом источника 6 опорного напряжения. Эмиттер транзистора 12 соединен с общим вьтодом нелинейного элемента 8 и генератора 9.тока, коллектор - с вторым вьшодом источника 6 опорного напряжения, а база - с промежуточным вьшо0 дом масштабирующего делителя 10 нап- ряя:ения.

Устройство работает следуяицим образом.

5

0

5

Измерительный усилитель 3 сравнивает выходное напряжение регулируемого преобразователя 1 с опорным напряжением источника 6 с помощью масштабирующего делителя 5 и вырабатывает сигнал управления преобразователем 1 . Измерительный усилитель 4 воспринимает сигнал датчика тока преобразователя 1- с помощью второго масштабирующего делителя 7 и также вырабатывает сигнал управления преобразователем 1.

Если величина выходного тока J, преобразователя 1 меньше максимального порогового значения Лц , ; (фиг.2 ), то блок 2 выбора режима запирает выход измерительного усилителя 4 и подключает выход усилителя 3 к управляющему входу преобразователя 1 . При этом обеспечивается стабилизация напряжения на выходе источника питания на уровне номинального значения U

6Ь1Х.НОМ

в режиме

стабилизации выходного напряжения генераторы 9 и II тока вырабатьшают одинаковые по величине стабилизированные токи. За счет тока генератора 1 на выходе масштабирующего делителя 10 имеет место напряжение, при котором транзистор 12 находит- 30 ся в линейном режиме. При этом ток генератора 9 разветвляется в узле, образованном общим соединением нелинейного элемента 8 и эмиттера транзистора 12, Часть тока генерато- 35 ра 9 течет через элемент 8 и масштабирующий делитель 7, другая часть - через транзистор 12, Напряжение на нижнем выводе масштабирующего делителя 7 оказывается равным выходно- 40 му напряжению масштабирующего делителя 10,

Таким образом, при стабилизации ниже Ц напряжения ,, на выходе устройства опорным напряжением, относительно 45 н.макс2« которого сравнивается сигнал датчика тока преобразователя 1, является выходное напряжение масштабирующего делителя 10,

При достижении током нагрузки 50 максимального порогового значения напряжение на выходе масштабирующего делителя 7 становится равным напряжению на неинвертирующем входе измерительного усилите- 55 ля 4,

При увеличении тока нагрузки больше максимального порогового зна-

тель 4 при кот запирае лителя рительн му вход этом ис в режим При тивлени на выхо выходе напряже порцион на выхо делител жения о относит ника 6 водит к напряже 12, а с лению т зисторо 8, При напряже бирующе до уров третьег т,е, ув ного на рого ср датчика ния вых ряжения тания о

и.ых.но«Д

сопрово

н-макс.-

При жения Ug

бЬ Х

остаетс

жения Лн. масштаб ся наст оказьша чина от нижнем теля 7 ния, от ется си вится п током г соответ

выходном

46274

чения J

н мцкс- 1

измерительный усили10

15

20

30 35 40

тель 4 вырабатьшает напряжение, при котором блок 2 выбора режима запирает выход измерительного усилителя 3 и подключает выход измерительного усилителя 4 к управляющему входу преобразователя I , При этом источник питания переходит в режим ограничения выходного тока. При дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузки напряжение Ug, на выходе устройства уменьшается. На выходе масштабирующего делителя 10 напряжение также уменьшается пропорционально уменьшению напряжения на выходе устройства, т,е, на выходе делителя 10 растет величина напряжения отрицательной полярности относительно второго вывода источника 6 опорного напряжения. Это приводит к увеличению отрицательного напряжения на эмиттере транзистора 12, а следовательно, к перераспределению тока генератора 9 между транзистором 12 и нелинейным элементом 8, При этом величина отрицательного напряжения на нижнем вьшоде масштабирующего делителя 7 увеличивается до уровня выходного напряжения : третьего масштабирующего делителя 10, т,е, увеличивается величина опор- ного напряжения, относительно которого сравнивается сигнал токового датчика. Поэтому в режиме ограничения выходного тока уменьшение напряжения и g,. на выходе источника питания от номинального значения

и.ых.но«Д° величины и

вых.мин - бых-ном

сопровождается увеличением тока от

н-макс.- н-ппкс.-г

При уменьшении выходного напряжения Ugbix под действием перегрузки

«

бЬ Х мин

величина выходного тока

ниже Ц н.макс2«

остается неизменной и равной

При уровне выходного напряжения Лн.мокс а напряжение на выходе масштабирующего делителя 10 понижается настолько, что транзистор 12 оказьшается запертым. При этом величина отрицательного напряжения на нижнем выводе масштабирующего делителя 7 (величина опорного напряжения, относительно которого уравнивается сигнал датчика 1 тока) становится постоянной и определяется током генератора 9, Эта величина соответствует предельно максимальном

выходному току JH

,j При дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузки вплоть до короткого замыкания величина выходного тока Л источника питания сравнивается относительно тока генератора 9 и поэтому остается на уровне „.

Таким образомJ предлагаемое устройство имеет нагрузочную выходную вольт-амперную характеристику (фиг.2) . В установившемся режиме стабилизации выходного напряжения и...- предлагаемый источник питания

работает на участке тока нагрузки от О до Зн.иакс.1 При параллельном соединении источников питания с целью наращивания мощности, а также резервирования данное устройство в установишемся, режиме работает также на участке

тока нагрузки от О до н,./

В переходном режиме при включении на нагрузку, для которой характерна постоянная мощность потребления в диапазоне нгпряжений .ы.ном t t uU (например, на систему вторичного электропитания с пиротно-им- пульсным регулированием), предлагаемое устройство работает при больших токах нагрузки на участке от „..I Я° - н MQKC 1 Зтот участок характерен тем, что по мере увеличения напряжения на вьпсоде источника допустимый максимальный выходной ток умень шается, а также еще тем и (это самое главное ; , что наклон вольт- амперной характеристики на этом участке.выбирается таким, чтобы при пониженном выходном напряжении источник отдавал в нагрузку такую же максимальную мощность, как и при номинальном напряжении ,, „д, при ,,, Вьшолнение этого условия обеспечивает при 100%-ной загрузке(и,„ O.J надежное введение устройства, нагруженного на систему источников питания с таирот- но-импульсным регулированием, в режим стабилизации выходного напря- жения Ugj,, без дополнительного увеличения выходной мощности.

Формула изобретения

Источник вторичного электропитания, содержащий регулируемый преобразователь напряжения, питающий вход

5

0

с

- 0

5

0

5 0 5 0

5

которого соединен с клеммами для подключения первичного источника электропитания, а выход через датчик тока - с клеммами для подключения нагрузки, блок выбора режима, выход которого подключен к управляющему входу преобразователя напряжения, первый масштабирующий делитель напряжения, включенный между первой клеммой для подключения нагрузки и первым выводом источника опорного напряжения, второй масштабирующий делитель напряжения, первый крайний вывод которого подключен к первому вьгаоду датчика тока, первый измерительный усилитель 5 потенциальный вывод инвертирующего входа которого соединен с промежуточным выводом первого масштабирующего делителя напряжения, потенциальный вывод неинвертирующего входа - с второй клеммой для подключения нагрузки и вторым вьгоодом источника опорного напряжения,, а выход - с одним из входов блока выбора режима, второй измерительный усилитель, потенциальный вывод инвертирующего входа которого подключен к промежуточному выводу второго масштабирующего делителя напряжения, потенциальный вьшод неинвертирующего входа - к второму вьюоду датчика тока, а выход - к другому входу блока выбора режима, отличающийся тем, что, с целью снижения массы и габаритов за счет исключения завышения выходной мощности сверх требуемой величины при нелинейной нагрузке с постоянной потребляемой мощ - ностью,, в него введены нелинейный элементр транзистор, два генератора тока и третий масштабирующий делитель напряжения, причем нелинейный элемент и первый генератор тока соединены последовательно между вторым крайним выводом второго масштабирующего делителя напряжения и nepEibiM выводом источника опорного напряжения, третий масштабирующий делитель напряжения включен между клемма ми для подключения нагрузки, второй генератор тока - между проме- жуточньм вьшодом третьего масштабирующего делителя напряжения и первым выводом источника опорнсгго напряжения, эмиттер транзистора соединен с общргм вьгоодом нелинейного элемента

и первого генератора тока, коллектор - с вторым выводом источника опорного напряжения, а база - с

(

i

-j промежуточным выводом третьего масштабирующего делителя напряжения.

H.fWM.J Ун-имсг Фиг. 2

Изобретение может найти примене- яие в электротехнике, в частности для включения в состав мощного источника питания, состоящего из ряда однотипных устройств 4 Цель изобретения - снижение массы и габаритов за счет исключения завьшения выходной мощности сверх требуемой величины при нелинейной нагрузке с постоянной потребляемой мощностью. Цель достигается тем, что при стабилизации напряжения на выходе опорным напряжением является выходное напряжение третьего масщтабирующего делителя 10. При увеличении тока нагрузки выше максимального значения источник переходит в режим его ограничения. Выходное напряжение уменьшаетсяJ ток нагрузки увеличивается. При дальнейшем уменьшении выходного напряжения выходной ток остается неизменным, так как напряжение на выходе делителя 10 рает транзистор 12. Теперь выходной ток не изменится даже при коротком замыкании в нагрузке. В переходном режиме источник работает при больших токах нагрузки на том участi СЛ ю 4 О 1C 1