Вторичный источник питания постоянного напряжения Советский патент 1987 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к статическим устройствам для преобразования постоянного тока в постоянный, и может быть использовано для питания нагру- , эок различного типа, в том числе импульсных, от сети постоянного тока ограниченной мощности.

Целью изобретения является уменьшение возмущающего воздействия на (о первичную питающую сеть во время формирования фронтов нарастания и спада потребляемого тока соответственно в начале и в конце цикла зарядки накопительного конденсатора, j

На фиг. 1 изображена функциональная схема вторичного источника пита- Ния постоянного напряжения (ВИЛ); на фиг. 2 - принципиальная схема Триггера; на фиг. 3 - схема второго 20 импульсного усилителя-инвертора; на фиг. 4 - второй транзисторный ключ совместно с дополнительным генератором импульсов; на фиг. 5 - стабилизатор напряжения; на фиг. 6 - диаграм- 25 мы, поясняющие работу ВИП в период начала цикла зарядки накопительного конденсатора;-на фиг. 7 - диагра1м- мь1, поясняющие работу ВИП в период окончания цикла зарядки и начала ста-jQ билизации напряжения на накопительном конденсаторе,

ВИП (фиг. 1) содержит цепочку из Последовательно соединенных токоог- раничивающего дросселя 1 и накопительного конденсатора 2, шунтированную диодом 3, которая подключена к входным клеммам через бесконтактный ключ 4, входной LC-фильтр 5 и датчик 6 тока (шунт), включенный в рассеч- д ку общей шины питания устройства, первьй 7, второй 8, третий 9 и чет-- вертый 10 релейные усилители, первый импульсный усилитель-инвертор 11, первый 12, второй 13, третий 14 и четвертый 15 источники опорного напряжения, генератор 16 пусковых импульсов, дополнительный генератор 17 импульсов и первый резистивный елитель 18 напряжения, подключен- „ ный первым входом к точке соединения: токоограничивающего дросселя 1 и накопительного конденсатора 2, а выхоом - к первым входам третьего 9 и етвертого 1 О релейных усилителей, ,. ричем выход второго релейного усиителя 8 соединен с питающим входом енератора 16 пусковых импульсов, выод четвертого релейного усилителя

35

,

о

0 5 Q

.

5

10 - с управляющим входом первого усилителя-инвертора 11, выход датчика 6 тока - с первыми входами первого 7 и второго 8 релейных усилителей, вторые входы второго 8, третьего 9 и четвертого 10 релейных усилителей - соответственно с первьм 12, вторым 13 и третьим 14 источниками опорных напряжений.

Кроме того, ВИП содержит пятый 19 релейный усилитель, первый 20 и второй 21 транзисторные ключи, второй 22 и третий 23 импульсные усилители- инверторы, первый 24, второй 25, третий 26 и четвертый 27 элементы ИЛИ, триггер 28, второй резистивный делитель 29 напряжения, выходом подключенный ко второму входу первого релейного усилителя 7, конденсатор 30 и стабилизатор 31 напряжения, при этом общая шина соединена со вторым входом первого резистивного делителя 18 напряжения, выходом подключенного к первому входу пятого релейного усилителя 19, второй вход которого подключен к четвертому источнику 15 опорного напряжения, выход первого релейного усилителя 7 соединен с выходом первого транзисторного ключа 20 и первым входом первого элемента ИЛИ 24, второй вход которой соединен с первым выходом генератора 16 пусковых импульсов, а выход - с управля- югцим входом первого импульсного усилителя-инвертора 11, выходом подключенного к управляющему входу бесконтактного ключа 4, выход второго релейного усилителя 8 соединен с управляющими входами первого 20 и второго 21 транзисторных ключей, а выход последнего - с управляющим входом дополнительного генератора 17 импульсов, выход третьего релейного усилителя 9 соединен с управляющим входом второго импульсного усилителя-инвертора 22, выходом додклю- ченного к первому входу второго элемента ШШ 25 5 второй вход которой соединен со вторым выходом генерато- - ра 15 пусковых импульсов, а выход - с первым управляющим входом триггера 28, выход пятого релейного усилителя 19 подключен к питающему входу дополнительного генератора 17 импульсов и первому входу третьего элемента ИЛИ 26, второй вход которой соединен со вторым выходом второго импульсного усилителя-инвертора 22, выходом подключенного к первому четвертого элемента ИЛИ 27, второй выход которого соединен с выходом дополнительного генератора 17 импульсов, а выход - со вторым управляющим входом триггера 28, выходом подключенного через цепочку, состоящую из параллельно соединенных второго резистивного делителя 29 напряжения, конденсатора 30 и стабилизатора 31 напряжения, к общей шине.

Триггер 28 может быть построен на транзисторах 32 и 33 (фиг. 2). Выход 34 триггера образуют резисторы 35-37 и диоды 38-40. Цепь из элементов 35 и 40 служит для зарядки ко денсатора 30 (фиг. 1) при выключении транзистора 33 (фиг. 2), а цепь из элементов 37 и 39 - дпя разрядки конденсатора 30. С помощью резистора 36 устанавливается минимальный оста- точный уровень напряжения, до которого разряжается ко нденсатор 30 при включении транзистора 33. Выводы 41 и 42 являются соответственно первым и вторым управляющим входами триг- гера.

Второй импульсный усилитель-инвертор 22 может быть выполнен на транзисторе 43 (фиг. 3). Вывод 44

является управляющим входом. Выводы

45 и 46 - соответственно первым и вторым выходами. У первого 11 и третьего 23 импульсных усилителей-инверторов отсутствует второй выход, в остальном они могут быть выполнены а:н алогично.

Второй транзисторный ключ 21 и дополнительный генератор 17 импуль- сов могут быть выполнены соответственно на транзисторах 47 и 48 (фиг.4 Вывод 49 является управляющим входом транзисторного ключа 21, вывод 50 - выходом второго транзисторного ключа 21 (управляющим входом дополнительного генератора 17 импульсов), выводы 51 и 52 - соответственно питающим входом и выходом дополнительного генератора 17 импульсов. Генератор 16 пусковых импульсов может быть построен по аналогии с дополни- тельным генератором 17 импульсов, а первый транзисторный ключ 20 - по аналогии со вторым транзисторным ключом 21 .

Соотношение частот генератора 16 пусковых импульсов и дополнительного генератора 17 импульсов-определяется выражением ,

, o

5 0 5

Q

л

5

5

Стабилизатор 31 напряжения (фиг.5) может быть выполнен на стабилитроне 53 и диоде 54, включенных последовательно. Вывод 55 предназначен для подключения стабилизатора напряжения к вьпсоду триггера 28. Питание стабилизатора напряжения осуществляется через резистор 56. Диод 54 предназначен дпя разделения стабилитрона 53 и конденсатора 30 (фиг. 1) в период, когда напряжение на последнем меньше напряжения стабилизации.

Любой из источников опорных напряжений может быть выполнен в виде резистивного делителя напряжения, подключенного к источнику стабилизиро- ванн ого напряжения.

Соотношение напряжений опорных источников 13-15 определяется выражением .

Гистерезис первого релейного усилителя 7 устанавливается, исходя из допустимой величины пульсаций тока, потребляемого устройством из первичной сети.

Гистерезис dUg второго релейного усилителя 8 устанавливается по соотношению |jUj|7|U,j|, где и, - напряжение опорного источника 12.

Гистерезис третьего 9 и пятого 19 релейных усилителей устанавливается ПО выражению aUg dlI,,,-U,-.

Величина гистерезиса iU;)Q четвертого релейного усилителя 10 устанавливается в соответствии с заданной точ- ностью стабилизации напряжения на накопительном конденсаторе 2 и с учетом неравенства

Второй 25, третий 26 и четвертый 27 элементы ИЛИ могут быть выполнены по аналогии с первьш (фиг. 1) элементом ИЛИ 24.

На фиг. 6 приведены диаграммы напряжений :

57- на выходе второго релейного

усилителя;

58- на выходе генератора 16 пусковых импульсов;

59- на выходе дополнительного

генератора 17 импульсов;

60- на выходе первого релейного

усилителя 7; .

61- на выходе первого импульсного усилителя-инвертора 11;

62- на выходе первого транзисторного ключа 20;

63- ток через шунт 6;

64- на выходе второго резистивного делителя 29 напряжения.

На фиг.. 7 приведены диаграммы напряжений:

65- на накопительном конденсатере 2;

66- на выходе пятого релейного

усилителя I9;

59- на выходе дополнительного

генератора 17 импульсов;

67- на выходе третьего релейного усилителя 9;

68- на выходе четвертого релейного усилителя 10;

60- на выходе первого релейного

усилителя 7}

63- тока через шунт 6;

64 на выходе второго резистивного делителя 29 напряжения, На диаграммах 63 (фиг, 6), 64 (фиг. 6 и 7) и 65. (фиг. 7) приведены пороговые величины:

69- тока шунта 6, при котором

происходит переключение второго релейного усилителя 8 и пуск устройства после подачи питающего напряжения;

70и 71 - соответственно минимахсь ная и максимальная величины напряжб1 ния на выходе второго резистивного делителя 29 напряжения;

72 и 73 - пороговые величины, при зо Д дополнительного генератора 17 импульсов переключает триггер 28 в положение, обеспечивающее подключение

которых происходит переключение соответственно пятого 19 и третьего 9 релейных усилителей; 74 и 75 - пороговые величины, при которых переключается четвертый релейный усилитель 10.

В период начала цикла зарядки накопительного конденсатора 2 устройство работает следующим образом.

пульсов переключает триггер 28 в положение, обеспечивающее подключение

35

его нагрузкой цепи к питающему напряжению. При этом напряжение 64, снимаемое с выхода второго резистивного делителя 29 напряжения, начинает линейно нарастать с заданной скоростью от минимальной величины 70 до максимальной стабилизированной .; величины Пусть напряжение, питающее устрой- Q 71, вызывая плавное .формирование пе- ство, монотонно нарастает от иачаль- реднего фронта тока 63 через шунт 6

кого нулевого значения (фиг, 6).

При этом отпирающий сигнал 60 с выхода релейного усилителя 7 блокируется через транзисторный ключ 20 (сигнал 62) выходным напряжением 57 релейного усилителя 8 и ключ 4 закрыт.

Далее предположим, что в начальный период после подачи указанного напряжения триггер 28 установился в положение, когда его нагрузочная цеп (параллельно соединенные второй ре- зистивньй делитель 29 напряжения, конденсатор 30 и стабилизатор 31 напряжения) подключена к питающему напряжению через элементы 40 и 35 (фиг. 2). Тогда в момент времени Т (фиг. 6) пусковой импульс 58 переключает триггер 28 в обратное чсход- ное положение и отпирает ключ 4, При этом через шунт 6 течет ток 63, однако переключение релейного усилителя 8 (сигнал 57) и пуск устройства не происходят, так как ток 63 не успевает увеличиться до пороговой величины 69 вЪиду малой длительности пус кового импульса 58 и недостаточной

величины напряжения, питающего устройство в момент времени Т .

Появление пускового импульса 58 при напряжении питания устройства, близком к номинальному значению, вызывает увеличение тока 63 до пороговой величины 69 (момент времени «) и переключение релейного усилителя 8 (сигнфт 57). При этом генератор 16 пусковых импульсов устанавливается в

ждуп(ий режим (сигнал 58), а транзисторные ключи 20 и 21 запираются. Причем запирание транзисторного ключа 21 обеспечивает включение дополнительного генератора 17 импульсов

(фиг. 59), а при запирании транзисторного ключа 20 (сигнал 62) снимается блокировка отпирающего напряжения 60 с выхода релейного усилителя 7, Импульсное напряжение 59 с выхопульсов переключает триггер 28 в положение, обеспечивающее подключение

5

0

5

и последующую зарядку накопительного конденсатора 2 под контролем напряжения 60 с выхода релейного усилителя 7.

В период окончания цикла зарядки и начала стабилизации напряжения на накопительном конденсаторе 2 устройство работает следующим образом.

В момент времени Т (фиг. 7),когда напряжение 65 на накопительном конденсаторе 2 достигнет порогового значения 72, переключается релейный усилитель 19. При этом генератор 17 импульсов устанавливается в ждущий режим (диаграмма 59), а импульсный усилитель-инвертор 23 запирается и его выходное напряжение поступает на второй управляющий вход три ггера

28 взамен исчезнувшего импульсного, напряжения 59. Теперь положение . триггера 28 будет определяться состоянием импульсных усилителей-инверторов 22 и 23, которыми управляет релейньй усилитель 9, в функции напряжения 65 на накопительном конденсаторе 2,

Таким образом, с момента Т устройство готово к работе в режиме стабилизации напряжения на указанном конденсаторе.

В момент времени Т. , когда напряжение ,65 на накопительном конденсаторе 2 достигает порогового значе- НИН 73 переключается релейный усилитель 9 (сигнал 67). Это приводит к переключению триггера 28 в положение когда его нагрузочная цепь отключена от питающего напряжения. При этом напряжение 64 (фиг. 7), снимаемое с выхода резистивного делителя напряжения 29, начинает линейно уменьшаться с заданной скоростью от максимальной

стабилизированной величины 71 до ми- 25 зарядки накопительного конденсатора.

имальной величины 70, вызывая плавное формирование заднего фронта тока 63 через шунт 6.

Во время формирования заднего фронта тока 63 напряжение 65 на накопи- тельном конденсаторе продолжает увеичиваться и в момент времени Т, достигает порогового значения 74. При этом переключается релейный усилитель 10 (сигиал 68), что вызывает запирание бесконтактного ключа 4 и прекращение зарядного цикла.

При уменьшении напряжения 65 на накопительном конденсаторе 2 до пороговой- величины 75 в результате саморазряда конденсатора 2 (фиг. 7 в момент времени Т4) релейный усилитель 10 переключается в исходное на- чальное состояние (сигнал 68) и раз35

40

Вторичный источник питания постоянного напряжения, содержащий цепочку из последовательно соединенных токоограничивающего дросселя и накопительного конденсатора, шунтированную диодом, которая подключена к вход

jр ёшает работу бесконтактного ключа 4 под,5 ным клеммам через бесконтактный ключ.

контролем напряжения 60 с выхода релейного усилителя 7. Начинается подзарядка накопительного конденсатора 2 минимальным током, величина которого определяется опорным напряжением 70 с выхода резистивного делителя 29 напряжения.

Увеличение напряжения 65 на накопительном конденсаторе 2 до порогововходной LC-фильтр и датчик тока, включенный в рассечку общей шины питания, четыре релейных усилителя, первый импульсный усилитель-инвертор, 50 четыре источника опорных напряжений, генератор пусковых импульсов, дополнительный генератор импульсов и первый резистивный делитель напряжения, подключенный первым входом к точке

го уровня 74 (момент времени Tj) вновь5 соединения токоограничивающего дроссеприводит к переключению релейного усилителя 10 (сигнал 68) и запиранию бесконтактного ключа 4. Таким образом, процесс будет повторяться, подцержиля и накопительного конденсатора, а выходом - к первым входам третьего и четвертого релейных усилителей, выход второго релейного усилителя соедивая среднее значение напряжения 65 с заданной точностью до момента разрядки накопительного конденсатора 2.

В процессе разрядки накопительного конденсатора 2 релейные усилители 10, 9 и 19 последовательно переключаются в исходное состояние. При этом разрешается работа дополнительного генератора 17 импульсов, а импульсные усилители-инверторы 22 и 23 включают- .ся (этим устраняется их влияние на работу триггера 28 во время цикла зарядки) . Импульсное напряжение 59 (фиг. 6) с выхода дополнительного генератора 17 импульсов Лереключает триггер 28 в положение, обеспечивающее подключение его нагрузочной цепи к питающему напряжению, и начинается очередной цикл зарядки емкостного накопителя 2.

Таким образом, устройство позволяет увеличить длительность фронтов нарастания и спада потребляемого тока соответственно в начале и конце цикла

причем длительность указанных фронтов может быть установлена любая. Это обеспечивает вторичному источнику питания 1меньшёе возмущающее воздействие на первичную питающую сеть, так как увеличивается равномерность потребления тока во время цикла зарядки на копительного конденсатора, а следовательно, уменьшаются уровни пульсаций напряжения в питающей сети и помех, идущих по цепи питания.

Формула изобрете ни я

Вторичный источник питания постоянного напряжения, содержащий цепочку из последовательно соединенных токоограничивающего дросселя и накопительного конденсатора, шунтированную диодом, которая подключена к вход

ным клеммам через бесконтактный ключ.

входной LC-фильтр и датчик тока, включенный в рассечку общей шины питания, четыре релейных усилителя, первый импульсный усилитель-инвертор, четыре источника опорных напряжений, генератор пусковых импульсов, дополнительный генератор импульсов и первый резистивный делитель напряжения, подключенный первым входом к точке

ля и накопительного конденсатора, а выходом - к первым входам третьего и четвертого релейных усилителей, выход второго релейного усилителя соеди9 132543 нен с питающим входом генератора пусковых импульсов,, выход четвертого релейного усилителя - с управляющим входом первого импульсного усилителя- инвертора, выход датчика тока - с пер- выми входами первого и второго репейных усилителей, вторые входы второго, третьего и четвертого релейных усилителей - с соответствующигми источниками опорных напряжений,-- о т л и ч а- (О выход третьего релейного усилителя

ю щ и и с я тем, что, с целью уменьшения возмущающего воздействия на первичную питающую сеть во время формирования фронтов нарастания и спада потребляемого тока соответственно в начале и в конце цикла зарядки накопительного конденсатора, в него введены конденсатор, стабилизатор напряжения, пятый релейный усилитель, два

транзисторных ключа два импульсных усилителягинвертора, четыре элемента ИЛИ, триггер, второй резистивный делитель напряжения, выходом подключенный к второму входу первогб релейного усилителя, при этом общая ши-25 равляющим входом третьего импульсно 0

9

ход - с управляющим входом первого импульсного усилителя-инвертора, выходом подключенного к управляющему входу бесконтактного ключа, выход второго релейного усилителя соединен с управляющими входами первого и второго транзисторньпс ключей, выход последнего - с управляющим входом дополнительного генератора импульсов.

соединен с управляющим входом второго импульсного усилителя-инвертора, первым выходом подключенного к первому входу второго элемента ИЛИ, второй

вход которой соединен с вторым выходом генератора пусковых импульсов, а выход - с первым управляющим входом триггера, выход пятого релейного усилителя подклзочен к питающему входу

дополнительного генератора импульсов и первому входу третьего элемента ИЛИ, второй вход которой соединен с вторым выходом второго импульсного усилителя-инвертора, а выход - с упна соединена с вторым входом первого резистивного делителя напряжения, выходом подключенного к первому входу пятого релейного усилителя, второй вход которого подключен к соответствующему источнику опорного напряжения, выход первого релейного усилителя соединен с выходом первого транзисторного ключа и первым входом первого элемента ИЛК, второй вход кйторой соединен с первым выходом генератора пусковых импульсов, а выS

го усилителя-инвертора, выходом подключенного к первому входу четвертого элемента ИЛИ, второй вход которой соединен с выходом дополнительного генератора импульсов, а выход - с вторым управляющим входом триггера, выходом подключенного через цепочку, состоящую из параллельно соединенных второго резистивного делителя напряжения, конденсатора и стабилизатора напряжения к общей шине.

иг /

п

2

п

Z8 35 t

Н

Зв

37 5J 585

(::

С

И

22

-f- -о

5 57 5J

V5

Ф«г.2

Фиг.

Изобретение относится к вторичным источникам питания радиоаппаратуры. Целью изобретения является уменьшение возмущающего воздействия на первичную питающую сеть во время формирования фронтов нарастания и спада потребляемого тока соответственно в начале и в конце цикла зарядки накопительного конденсатора. Цель достигается за счет того, что устройство позволяет увеличить длительность фронтов нарастания и спада потребляемого тока соответственно в начале и в конце цикла зарядки накопительного конденсатора. Длительность этих фронтов может быть установлена любая. При этом увеличивается рав;номерность потребления тока во время цикла зарядки накопительного конденсатора. В результате уменьшаются .уровень пульсаций напряжения в питающей сети и уровень помех, идущих по цепи питания. 7 ил. S

+ -о

55

7Я

t

bf

Фиг. 5

k..kkK

59 $7 68

BO

ВНИШ1И Заказ 3108/43

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг. 6

Тираж 863 Подписное