Источник питания с бестрансформаторным входом Советский патент 1988 года по МПК H02M7/04 H02H7/10 

Ug,

--tftt

(Л

технике. Целью изобретения является пювьппение надежности путем снижения токовых перегрузок усилителя мощности в стационарных режимах. При определенной величине тока нагрузки напряжение на выходе усилителя 3 достигает своего максимального значения, и выходное напряжение при дальнейшем увеличении тока нагрузки начинает чижаться. Это влечет за собой сниже- rie напряжения на выходе делителя 4 1гнала рассогласования из-за дейст- в:ия узла 22 коррекции по принципу Положительной обратной связи, что, в|.свою очередь, приводит к снижению

величины тока, отдаваемого устройством в нагрузку, так как длительность управляющих импульсов начинает уменьшаться. При понижении сетевого напряжения ниже определенного значения срабатывает датчик 16 сетевого напряжения и выключает вспомогательный источник 15 питания. Напряжение от последнего начинает снижаться и при достижении им определенного значения включается узел 23 блокировки .модулятора через блок 8 согласующих резисторов, блокируя передачу импульсов управления на усилитель 2 .мощности. 4 ил.

Изобретение относится к электро

: Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано п1ри создании источникой питания, с бестрансформаторным входом для радиоэлектронной аппаратуры и средств В ычислительной техники.

Цель изобретения - повышение надежности путем снижения токовых перегрузок усилителя мощности в нестационарных режимах.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, на фиг. 2 и 3 временные диаграммы, поясняющие работу соответственного узла блокировки модулятора и узла коррекдаи сигна л:а рассогласования, на фиг. 4 - электрическая принципальная схема одного из возможных вариантов источника питания.

Источник питания (фиг. ) содержит соединенные последовательно между входом и выходом сетевой вьтрями- тель 1 с фильтром и усилитель 2 мощности, усилитель 3 сигнала обратной связи, вход которого соединен с выходом источника питания, а выход подключен через соединенные последовательно делитель 4 сигнала рассогласования, вьтолненный в виде резис- т ивного делителя - резисторы 5 и 6, въшод свободного плеча которого (резистора 5) образует вход, а средняя точка - выход делителя 4, через модулятор 7 длительности управляющих импульсов, блок 8 согласующих резисторов состоящий из последовательной цепи двух резисторов 9 и 10, через

0

5

0

0

5

узел I1 управляющих транзисторов и управляющий трансформатор 12 подключен к управляющему выводу усилителя 2 мощности, дополнительный вьшод которого подключен к входу вспомогательного выпрямителя 13 с фильтром. . Источник питания содержит также трансформатор 14 запуска с выпрямителем, входом подключенный к входу ис точника питания, а выходом - к входу вспомогательного источника 15 питания, к выходу вспомогательного выпрямителя 13 с фильтром и к входу датчика 16 сетевого напряжения, выполненного в виде моста, одно плечо которого представляет собой резис- тивный делитель - резисторы 17 и 18, другое - соединенные последовательно балластньм резистор 19 и стабилитрон 20, а в диагональ моста включен база-эмиттерный переход транзистора 21, коллектор,которого образует выход датчика 16, соединенного с управляющим входом вспомогательного источника 15 питания,, вы- ход которого подключен к питающим выводам усилителя 3 сигнала обрат- ной связи, модулятора 7 длительности управляющих импульсов и узла 11 управляющих транзисторов.

В источник питания введены узел 22 коррекции сигнала рассогласования и узел 23 блокировки модулятора, причем узел 22 коррекции сигнала рассогласования вьшолнен в виде резис- тивно-емкостного делителя - резистор 24, ковденсатор 25, общая точка

3

которого образует выход узла, свободный вьшод резистора 24 - потенци- альньй вход узла, узел 23 блокировки модулятора выполнен в виде транзистора 26 р-п-р-типа, трех резисторов 27-29 и диода 30, при этом эмиттер транзистора 26 подключен к первому входу узла 23, база черезсрезистор 27 подключена к второму входу узла 23, коллектор через резистор 28 подключен к выходу узла 23, вьшоды базы и эмиттера транзистора 26 зашун- тированы резистором 29 и диодом 30, включенным в обратном направлении между базой и эмиттером, а датчик 16 сетевого напряжения снабжен вьшодом опорного источника, подключенного к общей точке балластного резистора 19 и стабилитрона 20, делитель 4 сигнала рассогласования снабжен выводом коррекции, подключенным к средней точке этого делителя, блок 8 согласующих резисторов снабжен вьтодом блокировки, подключенным к общей точке резисторов 9 и 10, а управляющий трансформатор 12 снабжен вьтодом дополни- те льного питания, подключенным к свободному выводу первичной обуо.тки этого трансформатора, причем узел 22 коррекции сигнала рассогласования подключен входом к выходу источника питания, а выходом - к вьшоду коррекции делителя 4 сигнала рассогласования, узел 23 блокировки модулятора подключен первым входом к вьгооду опор ного источника датчика 16 сетевого напряжения, вторым входом к выходу вспомогательного источника 15 питания, выходом к выводу блокировки блока В согласующих резисторов, а вьшод дополнительного питания управляющего трансформатора 12 соединен с выходом вспомогательного выпрямителя 13, с фильтром.

Сетевой выпрямитель 1 фильтром (фиг. 4) может состоять из выпрямителя 3, собранного по мостовой схеме, и емкостных фильтров (конденсаторы 32-34) Усилитель 2 мощности может состоять из силового ключа на транзисторах 35 и 36, силового трансформатора 37, а также вьшрямителя (диоды 38 и 39) и LC-фильтра (дроссель 40 и конденсатор 41). Усилитель 3 сигнала обратной связи может построен на операционном усилителе 42, опорном элементе (стабилитрон

29253

43) и делителе обратной связи (резисторы 44 и 45).

Делитель 4 сигнала рассогласования состоит из двух последовательно соединенных резисторов 5 и 6, один из которых может быть переменный. Модулятор 7 длительности импуль.сов может состоять из генератора прямо10 угольных импульсов, собранного на операционном усилителе 46, из компаратора с запомш-.лнием входного сигнала, собранного на операционном усилителе 47, а также из узла обну15 ления компаратора на транзисторе 48, узел 1 1 управляющих транзисторов может быть построен на управляющем транзисторе 49, коллектор которого нагружен на управляющий трансфор20 матор 12, а база соединена с коллекторами двух транзисторов 50 и 51, образующих элемент И-НЕ. Вспомогательный выпрямитель 13 с фильтром может состоять из выпрямителя (диоды

25 52 и 53) и LC-фильтра (дроссель 54 и конденсатор 55), трансформатор 14 запуска с фильтром - из сетевого трансформатора 56 и вьшрямите- ля 57, собранного по мостовой схеме,

30 вспомогательный источник 15 питания- из стабилитрона 58, запитанного от стабилизатора тока, собранного на транзистоое 59.,

1-4 приняты следующие обо35

На фиг. значения:

и

бх

и

Bbix

40

и

А on

45

и

On

nU

&t)IX

50

ли.

55

и,

соответственно напряжения переменного и постоянного токов на входе и выходе устройс тва 1, напряжение дополнительного выхода силового трансформатора усилителя МОЩНОСТИ ,

опорное напряжение датчика сетевого напряжения ,

выходное напряжение узла коррекции сигнала рассогласования; выходнве.напряжение усилителя сигнала об- ратной связи (напряжение рассогласования ) V

выходное напряжение делителя сигнала рас, согласования;

и

в AW

6

АИ

и

FM

и - напряжение управле- ния узлом управляющих транзисторов; U(. - напряжение управле- ° ния узлом управляющих транзисторов при отсутствии узла блокировки модулятора , Е - выходное напряжение

вспомогательного ис- точника питания;

Е - входное напряжение tt

вспомогательного источника питания; и.. - напряжения включения и отключения чика сетевого напряжения;

- напряжения включения и отключения узла блокировки модулятора ;

и , - выходное напряжение делителя сигнала рас согласования без узла коррекции;

Ij. - токи силового ключа усилителя мощности соответственно при наличии и отсутствии узла коррекции сигнала рассогласования ;

t, - суммарное время, определяемое инерционностью работы модулятора длительности управляющих импульсов, узла управляющих транзисторов и временем рассасьша- ния неосновных носителей транзисторов усилителя мощности. Источник питания с бестрансформаорным входом работает следующим обазом.

После включения источника питания

апряжение Е на выходе трансформатоа 14 (фиг. 1) нарастает, как показао на фиг. 2. В момент времени ti на ск

пряжение Е достигает значения U

АЙЗ

что соответствует наименьшему рабочему входному напряжению U, устройства. В это время срабатьшает датчик 16 (фиг. ) и включает вспомогательный источник 15 питания. Так как

29253

нарастание Е„ вспомогательного источника 15 происходит не мгновенно, а длится конечное время, в течение ко- 2 торого узлы источника питания получают питание Е, которое по своей величине ниже минимально допустимого для их нормальной .работы, то импульсы напряжения управления UN могут иметь 10 различную форму и длительность

(фиг. 2), что может привести к длительной работе силовых транзисторов 35 и 36 усилителя 2 мощности в линейном режиме и выходу их из строя.

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Поэтому, пока напряжение Е вспомогательного источника 15 не достигнет определенного уровня, необходимого для работы узлов, и определяемого значения , узел 23 блокировки модулятора блокирует подачу импульсов управления Uu на узел 11 управляющих транзисторов. При достижении напряжения Е уровня (момент t) на усилитель 2 мощности через узел 11 управляющих транзисторов начинают поступать управляющие импульсы и на выхоДе источника появляется нарастающее за счет заряда конденсаторов выхода усилителя 2 мощности напряжение U-. Модуляо ut л

тор 7 формирует управляющие импульсы по принципу сравнения пилообразно- то напряжения с изменяющимся уровнем сигнала рассогласования - напряжением ЛИд. В период времени нарастания выходного напряжения Ug до значения, при котором входное напряжение усилителя 3 становится равным напряжению на его опорном элементе, напряжение ЛЪ ,, принимает свое максимальное значение, а напряжение

Л ид в этот период времени определяется напряжением nUgyj- , поступающим

от узла 22, и плавно нараста е т

(фиг. З), повторяя по форме напряжение -Uj,j,|y . Поэтому ширина управляющих импульсов, начиная с минимально возможной, плавно увеличивается от импульса к импульсу до необходимого значения,.определяемого зарядом выходных конденсаторов усилителя 2 мощности до напряжения 11,,,„ . При

D Dl А

заряде конденсаторов в источнике питания значительно уменьшена амплитуда импульсов тока 1,,. да счет уменьшения времени их нарастания по сравнению с I. , так как время нарастания импульсов тока определяется времением t,, и уровнем напряжения

А . «

Д ка I

, время нарастания импульса то- определяется временем t и уровнем S уровень А U. за счет дейстгзия узла 17 всегда меньше уров- ня А и .

С началом работы усилителя 2 мощнсти связано появление на дополнительном выходе его силового трансформатора напряжения которое после вьшрямления и фильтрации на вспомогательном выпрямителе 13 поступает на управляющий трансформатор 12 и на вход вспомогательного источника 15, блокируя действие маломощного транс - форматора 14 при превьппении его выходного напряжения. В дальнейшем формирование питающих напряжений Е, и Е происходит только при помощи вспомогательного выпрямителя 13 с фильтром, а трансформатор 14 запуска может включаться в работу только лшпь при кратковременных сбоях сетевого напряжения , когда происходит повторное включение источника питания.

При стационарной работе источника питания, когда изменение выходного напряжения Ugb, незначительно и определяется в основном лишь пульсациями за счет заряда и разряда его выходных конденсаторов, узел 22 коррекции сигнала рассогласования на работу источника питания практически действия не оказьшает. Однако-величина емкости конденсатора 25, содержащегося в узле 22 коррекции, выбирается такой, при которой сверхкороткие высокочастотные помехи отфильтровываются и, таким образом, устраняются сбои в работе модулятора 7 и повышается устойчивость работы источника питания.

Для уменьшения динамических потер на силовых транзисторах 35 и 36 усилителя 2 мощности предусмотрено их пропорционально токовое управление, заключающееся в том, что при увеличении тока нагрузки, когда длительность управляющих импульсов возрастает, увеличивается напряжение Е на вспомогательном вьшрямителе 13 с фильтром, а значит, увеличивается амплитуда напряжения и тока импульсов управления на выходе управляющего трансформатора 12, непосредственно управляющих силовыми транзисторами усилителя 2, и наоборот при уменьшении тока нагрузки источника питания

0

5

0

5

0

5

0

5

силовые транзисторы усилителя 2 управляются импульсами меньшими напряжением и током.

Защита источника питания от перегрузки его по току организована следующим образом.

Так как напряжение рассогласования AO oc зависит от величины выходного тока источника питания, отдаваемого в нагрузку, при определенной величи- не тока нагрузки напряжение на выходе усилителя 3 достигнет своего максимального значения (например, напряжения насыщения операционного усилителя) и .выходное напряжение Ug, при дальнейшем увеличении тока нагрузки начнет снижаться. Снижение выходного напряжения Ug,j, повлечет за собой снижение напряжения на выходе делителя 4 сигнала рассогласования из-за действия узла 22 коррекции по принципу положительной обратной связи, что, в свою очередь, приведет к снижению величины тока, отдаваемого источником питания в нагрузку, так как длительность управляющих импульсов начнет у 1еньшаться. Величину тока нагрузки, при которой происходит срабатьшание защиты от перегрузки, можно установить изменив коэффици- циент деления делителя 4 сигнала рассогласования. Указанная защита эф- . фективна как при кратковременных, так и при длительных перегрузках по току.

Выключение источника питания про- . исходит следующим образом (фиг. 2),

При понижении сетевого напряжения Ug Ниже определенного значения, пропорционального уровню идц (момент t,), срабатывает датчик 16 сетевого напряжения и выключает вспомогательный источник 15. Напряжение Е начинает снижаться и при достижении им уровня Uuf; (момент t) включается узел 23 блокировки модулятора через блок 8, блокируя передачу импульсов управления Uu на усилитель 2 мощности. При этом исключается управление силовыми транзисторами усилителя 2 импульсами Ui, имеющими произвольную форму и длительность.

Таким образом, в предлагаемом источнике питания благодаря структурному построению и функциональным связям достигается блокировка работы силового ключа в запрещенных для него переходных режимах при помощи несложного компаратора, использующего ,непосредственно в качестве входных сигналов имеющееся выходное напряжение источника питания и напряжение опорного источника датчика сетевого напряжения, обеспечивается допустимый режим работы силового ключа во время пуска источника питания и при I токовых перегрузках при помощи про- Iстого узла/коррекции сигнала рассогласования и перераспределения вспомогательного питания для получения пропорционально токового управления I силовым ключом и упрощения вспомо- 1гательного источника. При этом дан- i ный узел коррекции существенно улуч- щает СВ.ОЙСТВО усилителя сигнала об- ратной связи выполнять функции за- 1 щиты по току ограничения выходного I сигнала в случае соответствующей под ; стройки делителя сигнала рассогласо- i вания.

Таким образом, улучщается работа силового ключа усилителя мощности -в нестационарных режимах при сравнительно небольших аппаратурных затратах, что повьппает надежность источника питания.

Формула изобретения

Источник питания с бестрансформаторным входом, содержащий соединенные последовательно между входными и выходными вьшодами сетевой выпрямитель с фильтром и усилитель мощности, имеющий входной, выходной, управляющий и дополнительный выходной вьшоды, усилитель сигнала обратной связи, вход которого соединен с выходом источника питания, а выход через соединенные последовательно делитель сигнала рассогласования, выполненный в виде резистивного делителя, вьшод свободного плеча которого образует вход, а средняя точка - выход делителя сигнала рассогласования, через модулятор длительности управляющих импульсов, блок согласующих резисторов, состоящий из последовятельной цепи двух резисторов , через узел управляющих транзисторов и управляющий трансформатор подключен к управляющему вьшоду усилителя мощности, дополнительный выходной вывод которого подключен к входу вспомогательного выпрямителя с фильтром, трансформа-

10

29253 0

тор запуска с выпрямителем, входом подключенный к входу источника питания, а выходом - к входу вспомогательного источника путания, к выходу вспомог ательного выпрямителя с фильтром и к входу датчика сетевого напряжения, вьшолненного в виде моста, одно плечо которого представляет собой резистивный делитель, другое - соединенные последовательно балластный резистор и стабилитрон, а в диагональ моста включен база-эмит- терный переход ,транзистора, коллектор которого образует выход датчика , соединенного с управляющим входом вспомогательного источника питания, выход которого подключен к питающим вьшодам усилителя сигнала обратной связи, модулятора длительно - сти управляющих импульсов и узла - управляющих транзисторов, отличающийся тем, что, с целью повьшения надежности путем снижения токовых перегрузок усилителя мощно15

20

25

0

5

5

0

5

сти в нестационарных режимах, введены узел коррекции сигнала рассогласования и узел блокировки модулятора, причем узел коррекции сигнала рассогласования выполнен в виде , резистивно-емкостного делителя, общая точка которого образует выход узла, свободный вьшод резистора - потенциальный вход узла, узел блокировки модулятора вьшолнен в виде транзистора р-п-р-типа, трех резисторов и диода, при этом змиттер транзистора подключен к первому входу данного узла, база через первый резистор подключена к второму входу этого узла, коллектор через второй резистор подключен к выходу этого же узла, вьгооды базы и эмиттера транзистора зашунтированы третьим резистором и диодом, включенным в обратном направлении между базой и эмиттером, а датчик сетевого напряжения снабжен вьшодом опорного источника, подключенного к общей точке балластного резистора и стабилитрона моста этого датчика, делитель сигнала рассогласования снабжен выводом коррекции, подключенным к средней точке этого делителя, блок согласующих резисторов снабжен выводом блокировки, подключенным к общей точке двух резисторов блока, а управляю- щий трансформатор снабжен выводом дополнительного питания, подключенным к свободному вьгооду первичной обмотки этого трансформатора, причем узел коррекции сигнала рассогласования подключен входом к выходу источника питания, а выходом - к выводу коррекции делителя сигнала рассогласования, узел блокировки модулятора подключен первым входом к выводу опор5312

ного источника датчика сетевого напряжения, вто{)ым входом к выходу вспомогательного источника питания, выходом к вьшоду блокировки блока согласующих резисторов, а вьгоод дополнительного питания управляющего трансформатора соединен с выходом вспомогательного выпрямителя с фильтром.

Фиг.з

ВНИИПИ Заказ 5139/53

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

04

9u,z/iТираж 666 Подписное