Стабилизированный источник питания Советский патент 1988 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть исползовано в системах стабилизированного вторичного электропитания.

Целью изобретения является повьш ние надежности путем снижения пульсаций выходного напряжения в режиме ограничения тока.

На фиг. 1 представлена функциональная схема стаби;шзированного источника питания; на фиг. 2 и 3 - принципиальная электрическая схема формирователя распределителя импульсов управления; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Стабилизированный источник питания содержит мостовой инвертор 1 с входными выводами 2 и 3 для подачи напряжения -питания Un и с нагрузочными выводами 4 и 5,, формирователь- распределитель 6 импульсов управления J задающий генератор 7, трансфор матор 8, датчик 9 тока, выходной выпрямитель 10, выходной фильтр 11, выпрямитель 12 сигналов датчика 9 тока, балластный резистор 13, генератор 14 пилообразного напряжения, опорный ограничитель 15 напряжения, выполненный на резистивном делителе 16 напряжения и диоде 17, широтно- импульсный модулятор (ШИМ) 18,. усилитель 19 обратной связи, подклю- ченньй одним из входов к источнику 20 опорного напряжения, блок 21 защиты по минимуму и максимуму выходного напряжения, входом соединенный с выходным выходом 22 относительно общей шины 23, блок 24 вспомогательных напряжений, предназначенный для питания функциональных узлов стабилизированного источника питания.

Первичные обмотки трансформатора 8 и трансформатора датчика 9 тока включены последовательно и подключены к нагрузочным выводам 4 и 5 инвертора 1; вторичная обмотка транформатора В через выходной выпрямитель 10 и выходной фильтр 11 подключена к выходным выводам 22 и 23. Формирователь-распределитель 6 импульсов управления подключен выходами к базовым цепям транзисторов мостового инвертора 1 и к выводам 2 3 и 4,5 инвертора. Усилитель 19 обратной связи подключен другим входо к выходному выводу 22, а вьпсодом -

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

выходу опорного ограничителя 15 напряжения и к одно из входов ШИМ 18, другой вход которого соединен с выходом генератора 14 пилообразного напряжения, а выход - с управляющим входом формирователя 6. Управляющий вход генератора 14 пилообразного напряжения соединен с выходом задающего генератора 7, который подключен к первому тактовому входу формирователя 6, второй тактовый вход которого соединен с инверсным выходом задающего генератора 7. Выпрямитель 12 сигналов датчика 2 тока подключен ..входом к выходу датчика тока (вторичной обмотке трансформатора тока), одним выходным выводом к общей шине 23, а другим - через балластный резистор 13 - к сигнальному входу генератора 14 пилообразного напряжения. Блок 21 защиты по минимуму и максимуму выходного напряжения подключен выходом к входу формирователя 6. Выходы блока 24 подключены к питающим выводам функциональных узлов устройства.

Формирователь-распределитель 6 импульсов управления состоит (фиг.2,3) из трех D - триггеров 25-27 1К-триг- гера 28, шести групп - 29-34 из двух последовательно соединенных элементов И-НЕ, четырех КС-цепей 35-38 задержки двух преобразователей-усилителей мощности 39 и 40 с трансформаторами 41 и 42 с входными обмотками 41.1,41.2 и 42.1 и 42.2 и выходными 41.3-41.6 и 42.3-42.6, четырех мостовых диодно-резистивных коммутаторов 43 - 46 с диагональным включением вторичных обмоток указанных трансформаторов и четырех диодов 47- 50 связи коммутаторов 43-46 с коллек- торами соответствующих четырех транзисторов инвертора 1..

Управляющий, первый и второй тактовые и защитный входы формирователя 6 подключены внутри данного узла соответственно к первому входу первой группы И-НЕ 29, строб-входу второго D-триггера, к объединенным строб-входу первого D-триггера и второму входу группы И-НЕ и R-входу третьего D-триггера. RC-цепи 35-38 подключены своими средними выводам соответственно к S-входу триггера 27, к промежуточному входу первой группы И-НЕ 29, к R-входу триггера 27 и к второму входу второй группы

И-НЕ 30. Выходы триггера 25 - прямой и инверсный соединены с первыми входами fpynn И-НЕ 31,32 соответственно. Выходы триггера 28 - прямой и инверсный - соединены с первыми входами групп И-НЕ 34,33 соответственно. Выход второй группы И-НЕ 30 соединен с вторыми входами групп И-НЕ

31-34, а вход группы И-НЕ 30 соединен с прямым выходом триггера 27. Прямой выход триггера 26 соединен с -входом триггера 28, инверсный выход триггера 26 соединен с D-входом данного триггера, с D-входом триггера 25 и с К-входом триггера 28. 8,К-входы триггеров 25,26,28 подключены к цепям установа 1. В,С-входы триггера 27 подключены к цепи установа О. Выходы групп И-НЕ 31-34 по отдельности соединены с базами транзисторов преобразователей 39 и 40. Выходные обмотки 41.3-41.6, 42.3- -42.6 включены соответствующим образом в диодно-резистивных коммутаторах 43-46, выходы которых подключены к соответствующим выводам мостового инвертора 1.

Диаграммы напряжения (фиг.4) 51- -63 иллюстрируют работу узлов устройства. Индексы при обозначении напряжения соответствуют позициям узлов или обозначениям выводов.

Стабилизированный источник питания работает следующим образом.

При подключении к устройству питающего напряжения U транзисторы инвертора 1 заперты и вступают в работу при подаче служебного напряже- ния и, на блок 24, так как при этом обеспечивается электропитание всех функциональных узлов устройства. Начинает работать задающий генератор 7, вырабатывая прямоугольные импульсы удвоенной частоты

фиг. 4; 51, 52), которые поступают на тактовые входы Т, Т формирователя 6. Длительность импульсов с прямого выхода генератора 7 соответстует минимальному времени паузы межу включенными состояниями транзисторов одной стойки мостовой cxeNfibi инвертора 1, что обеспечивает отсутствие сквозных токов, т..е. повышает надежность. Одновременно в узле 14 ормируется пилообразное напряжение, на которое накладывается выпрямленное напряжение сигнала датчика 9 тока и которое сравнивается в ШИМ 18

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

с сигналом выхода усилителя 19 (фиг. 4; 53,54). С выхода ШИМ 18 прямоугольные импульсы (фиг.4; 55) поступают на управляющий выход формирователя 6. Логически обработанные сигналы в виде прямоугольных импульсов (фиг. 4; 56,57) поступают на входы преобразователей-усилителей 39 и 40 мощности, в результате чего формируются напряжения на выходных обмотках трансформаторов 41 и 42- (фиг.4; 58,59). Дальнейшая обработка напряжений происходит в коммутаторах 43-46, так что на управляющие входы инвертора 1 поступают двупо- лярные сигналы (фиг.4; 60,61), обеспечивающие управление транзисторами инвертора 1. В результате в обмотках трансформатора 8 формируются двупо- лярные прямоугольные напряжения с паузами между положительными и отрицательными импульсами (фиг. 4; 62,63). Далее переменное напряжение выпрямляется выпрямителем 10 и фильтруется фильтром 11, вследствие чего на выходах 22 и 23 выходное напряжение постоянно с учетом компенсации дестабилизирующих воздействий (изменения питающие напряжения Up и тока нагрузки).

При увеличении тока нагрузки сверх определенного значения сигнал с датчика тока увеличивается и суммарный сигнал (фиг.4, 54) начинает достигать значения уровня ограничения, сформированного узлом 15, вследствие чего ограничивается время от- .крытого состояния транзисторов инвертора 1, что приводит к снижению выходного напряжения U ц, ; при определенном его минимальном значении срабатывает компаратор минимума блока 21 защиты и переключает триггер 27, с выхода которого сигнал О обеспечивает запрет (через группу И-НЕ 30) прохождения управляющих сигналов через входы группы И-НЕ 31-34, что вызывает срыв работы преобразователей 39, 40 и соответствующее запирание транзисторов инвертора 1. Перегрузка по току и короткое замыкание нагрузки ведут к аналогичному срабатыванию заищты. КС-цепи 35, 37, 38 обеспечивают необходимые исходные состояния логических элементов при включении Up, . RC-цепь 36 совместно с группой И-НЕ 29 обеспечивает, во-первых, формирование минимального времени

паузы, во-вторых, импульсньп режим управления во всем даапазоне скважности.

Во время режима отсечки по току BitjncoflHoe напряжение снижается так, что на внешней характеристике отсутствует вертикальный участок, что соответствует более устойчивой работе устройства в режиме стабилизации напряжения. Этот режим работы эквивалентен снижению опорного напряжения в контуре стабилизации напряжения за счет увеличивающегося сигнала с датчика тока. Такое формирова- нИе процессов сопровождается существенно сниженными значениями пульсаций выходного напряжения в данном режиме

Таким образом, введение новых средств и новых связей позволяет снизить пульсации выходного напряжения в режиме, граничном с перегрузкой по току, что обеспечивает устойчивую работу в этом режиме, вследствие чего повышается надежность устройства.

Формула изобретения

1. Стабилизированный источник питания, содержащий мостовой инвертор к; выходным выводам которого подключены последовательно соединенные Первичная обмотка трансформатора и Измерительный элемент датчика тока, в1ыходной выпрямитель, подключенный к вторичной обмотке трансформатора, Выходной фильтр, включенный между выходным выпрямитет: ем и выходными Выводами, один из которых является сЗбщим, формирователь-распределитель Импульсов подключенной выходами к Управляюпхим входам инвертора, усили- обратной связи, подключенный входами по отдельности к выходному выводу и к источнику опорного напряжения, широтно-импульсньй модулятор, Подключенный выходом к управляющему входу формиров ат еля-р а спр еделит еля, одним входом - к выходз усилителя обратной связи, а другим к выходу генератора пилообразного напряжения, управляющий вход которого соединен с выходом задающего генератора, вы- гфямитель сигналов датчика тока, подключенный входом к выходу датчика тока, в одном из своих выходных выводов к общему выводу, блок защиты по минимуму и максимуму выходно

0 5

0

5

0

5

0

5

го напряжения, подключенный входом и -выходом соответственно к выходному выводу и входу форьт.рователя-распре- делителя, и блок вспомогательных напряжений, отличающийся тем, что, с целью повьшения надежности путем снижения пульсаций выходного напряжения в режиме ограничения тока, в него введены балластный резистор и ограничитель напряжения, выполненный на резистивном делителе напряжения, подключенном между общим выводом и выходным выводом блока вспомогательных напряжений, и разделительном диоде, включенном между средним выводом указанного делителя и выходом усилителя обратной связи, генератор пилообразного напряжения снабжен сигнальным входом, который соединен с другим выходным выводом выпрямителя сигналов датчика тока, через включенный между ним и o6mjiM выводом балластный резистор, задающий генератор снабжен инверсным выходом, а формирователь-распределитель импульсов снабжен первым и вторым тактовыми входами , к которым по отдельности подключены соответственно прямой и инверсный выходы задающего генератора

2, Источник питания по п.1, о т - л и чающийся тем, что формирователь-распределитель импульсов содержит три D-триггера, JK-триггер, шесть групп из двух последовательно соединенных элементов И-НЕ, четыре последовательные RC-цепи, два преобразователя-усилителя мощности с трансформаторами и четьфе мостовых диодно-резистивных коммутатора с диагональным включением вторичных обмоток указанных трансформаторов, при этом управляющим, первым и вторым тактовыми и. защитными входами формирователя-распределителя являются соответственно первый вход первой группы И-НЕ, строб-вход второго D-триггера, объединенные строб-вход первого D-триггера и второй вход первой группы И-НЕ и R-вход третьего D-триггера, а выходами данного узла - разнополярные выводы указанных вторичных обмоток двух трансформаторов преобразователей-усилителей мощности, причем S-, R-входы первого и второго D-триггеров, S-, К-вхо- ды и один из К-входов JK-триггера

подключены на установ 1, первая, четвертая и третья RC-цепи включены между питающим и общим выводами, а к средним их выводам подключены по отдельности соответственно S-, R-BXO ды третьего D-триггера и второй вход второй группы И-НЕ, первый вход которой соединен с выходом третьего D-триггера, а выход - с вторыми входами третьей-шестой групп И-НЕ, вторая RC-цепь включена между вторым входом первой группы И-НЕ и общим вьгоодом, а средний вывод ее с межэлементным выводом данной группы И-НЕ, D- и строб-входы третьего D- .триггера подключены на установ О, D-входы первого и второго D-тригге907368

ров объединены и соединены с другим К-входом JK - триггера и инверсным выходом второго D-триггера, прямой выход которого соединен с J-входом JK-триггера, строб-вход которого соединен с выходом первой группы И-НЕ, прямой и инверсный выходы первого D-триггера и инверсный и прямой выходы JK-триггера соединены через соответственно третью, четвертую, пятую и шестую группы И-НЕ с базами транзисторов соответственно первого и второго преобразователей-усилителей мощности выходные обмотки трансформаторов которых включены попарно в диагонали мостовых диодно-резистивных коммутаторов.

5

10

15

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах стабилизированного вторичного электропитания. Целью изобретения является повышение надежности путем снижения пульсаций выходного напряжения в режиме ограничения тока. Стабилизированный источник питания ...j4 as . а содержит инвертор 1, трансформатор 8, выпрямитель 10, фильтр 11, усилитель .19 обратной связи, компаратор 18 широтно-импульсного модулятора, за- даюЕций генератор 7, генератор 14 пилообразного напряжения, опорный ограничитель 15 напряжения, формирователь- распр еделитель 6 импульсов управления, блок 21 защиты. При возникновении перегрузки по току введенный опорный ограничитель 15 вызывает через cooTBeTCTByroiipie узлы управления уменьшение длительности импульсов тока через транзисторы инвертора 1, что приводит к снижению выходного напряжения без увеличения пульсаций. При определенном минимальном уровне выходного напряжения срабатывает защита по минимуму, обеспечивая выключение транзисторов инвертора.. 1 з.п. ф-лы. 4 ил. 22