Источник питания постоянного напряжения с защитой Советский патент 1989 года по МПК G05F1/569 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано по вторичных источниках электропитания.

Цель - расширение Аункциональньгх возможностей при сохранении эффективной защиты.

На чертеже приведена функциональная схема источника питания постоянного напряжения с защитой.

Источник содержит выпрямитель I сетевого напряжения с Фильтром, выход KOTopoi o подключен к преобразователю 2 постояшюго напряжения в переменное высокочастотное, выход кото- рого подключен к последовате.пьно соединенным первичным обмоткам с.илпвого высокочастотного трансформатор 3 и трансформатора ( тока, шшрямители 5 высокочастотного напряжения с сЬиль - трами, подкдвдченные к вторичньм обмоткам силового высокочастотпог о трансформатора 3, стибатизаторы 6 разнополярных напряжений, один выходной вывод которьгх соединен с корпу- сом, а входы подклкзчепы к выходам соответствующих выпрямителей 5 высокочастотного напряжения, I paHCctiopMaTop 7, один из выводов первичной обмотки которого подключен к первому выводу Первого резистора 8, вторичная обмотка соединена с BxoitoM вьпрямитедя 9, выход которого подключен к первому накопительному конденсатору 1 О и входу релаксапионного генератора 11, выходы которого подключены к катоду и управляющему электроду первого тириг- тора 12, анод которого соединен с общей шиной,задающий генератор 13, вход которого подключен к стабилитрону 14 анод которого соединен с общей imuoi: а выход - с вышеуказанным преобразователем, вьтрямитель 15 с Лильтром и регулятором уровня напряжения, вход которого подключен к вторичной обмот- ке трансформатора 4 тока, а выходы - к коллектору и эмиттеру первого транзистора 16, второй тиристор 17, катод и управляющий электроды которого соединены соответственно с эмиттером и коллектором первого транзист(зра 16 первый диод 18, катод которого соединен с катодом стаби:п1трона 14, анод с анодом второго тиристора 17 и первым выводом второго резистора 19, второй вывод которог о соединен с катодом второго диода 20, анод которого соединен с положительным вьшодом пер вог о накопительного .К1 нде11сатора I О

Q

0 5 Q .

5

0

0

и коллектором.второго транзистора 21, эмиттер которого соединен с общей шиной, база - с первып выводом третьего ::: ПС тс. р,1 22, третий диод 23, анод когорого coeдш eн г. первым выводом четнертого резисто - .4, второй вьгоод которого соединен с катодом первого тиристора 12, пяты11 ;11: истор 25, сое- дипе1П Ы 1 nep)ibiM иыао. г базой пер- ijoro транзистора 16. -чмиттер которого соединен с оПщой иги.чой, второй конденсатор 26 и и остсп резистор 27, соединенные пос ледовательно и подключенные резистором 27 и конденсатором 26 с оответственно к по.тожительному и отрипательному выводам nei)Boro накопительного конденсатора 10, высоко- члстотныГ pi-iripHMiiTcji, 28 разнополяр- ных напряжений с фильтрами, входы ко- торогс (.оединены с дополнительной

ЯЧ ОрИЧНОЙ обмоткой СИ.ЧС1ПОГО ВЫСОКОчаст 1тиого трансформатора 3, положительный ИЫХОД1Ю1 - с вторым вы- вoдo третьего резистора 22, отрицательный выходной нывод - с катодом третьего диода 23, общий вывод - с общей шиной, первый 29 и второй 30 переклзочатели, подвижные контакт которых соединены ; .ь гпетственно с положите лг.Н ЗЙ п о грицательной входными KJKJMf-; ;;.ii )к 7очиика питания, нреоб- разс ватель Л постоянного питающего напряжения в ,1сокочлстотное переменное, в:;олнь С выводы которого соединены с первыми неподвижны1-1и контактами первого 29 и второго 30 переклю- чателей и задающим генератором 13, первый выходной вывод соединен с подвижным контактом третьего переключателя 32, второй выходной вьюод соединен с неподвижным контактом четвертого перек:ж)чате.ля 33 и первым входным выводом выпрямителя I сетевого напряжения с фильтром, второй входной вывод которого coeди} eн с не юдвижными контактами третьего 32 и пятого 34 переключателей, третий транзистор 35, эмиттер которого соединен с общей шиной и первым неподвижным контактом второго переключателя 30, второй не- поднижный контакт которого соединен с вторым выводом первичной обмотки трансформатора 7 и подвижным контактом четвертого переключателя 33, , седьмой резистор 36, первый вывстд , которого соединен с базой третьего транзистора 35, вторили - с- перным вы-. водом третьего конденс-атора 47, второи вывод которого соединен с эмиттером третьего транзистора 35, восьмой резистор 38, первый вывод которого соединен с вторым выводом седьмого резистора 36, второй - с первым не- подвижнь м контактом первого переключателя 29, второй неподвижный контакт которого соединен с подвижным контактом пятого переключателя 34 и вторьм выводом первого резистора 8, девятый резистор 39, первый которого соединен с вторым выводом восьмого резистора 38, второй вывод - с коллектором третьего транзистора 35 и анодом четвертого диода 40, катод которого соединен с вторым выводом пятого резистора 25 и катодом пятого диода А1, анод которого соединен с точкой соединения второго конденсатора 26 и шестого резистора 27, шестой диод 42, анод которого соединен с первым выводом девятого резистора 39, катод - с .катодом второго диода 20 и катодом седьмого диода 43, анод которого соединен с вторым выводом третьего резистора 22, четвертый конденсатор 44, включенный между базой и эмиттером второго транзистора 21, пятый конденсатор 45, подключенный между общей шиной и корпусом.

Источник питания постоянного напряжения с защитой работает следующим образом,

Для обеспечения возможности включения источника питания постоянного напряжения с защитой в сеть перемен- ного напряжения необходимо переключатели 29 и 30 перевести в положение, при котором их подвижные контакты замкнуты со своими вторыми неподвижными, переключатели 33 и 34 - в положение, при котором их подвижные конхакты замкнуты со своими неподвижными, переключатель 32 - в положение, при котором его подвижный контакт не замкнут со своим неподвижным. При таком положении контактов переключате- лей 29, 30, 32 - 34 переменное напряжение питающей сети через переключатели 29, 30, 33 и 34 поступает на выпрямитель I, выпрямляется, фильтруется и подводится на вход преобразователя 2 напряжения, который на включается, так как не работает задающий генератор 13. Напряжение питающей сети через резистор 8 поступает также на первичную обмотку трансформатора 7. Снимаемое с вторичной обмотки

5

0

5

0

5

0

5

0

5

трансформатора 7 напряжение выпрямляется выпрямителем 9 и начинает заряд конденсаторов 10 и 26. Когда они зарядятся до требуемого напряжения, включаются релаксационньш генератор 11 и тиристор 12. Напряжение с конденсатора 10 через диоды 20 и 18, резистор 19, тиристор 12 подается на стабилитрон 14 и задающий генератор 13, который начинает работу.

Напряжение с конденсатора 26 через диод 41 и резистор 25 поступает на базу транзистора 16. Он кратковременно открывается и закорачивает защиту преобразователя 2. Преобразователь 2 включается и начинае работу.

Ряд напряжений, снимаемых с вторичных обмоток трансформатора 3, выпрямляются выпрямителями 5, фильтруются и подаются на стабилизаторы 6 напряжения. Напряжение отрицательной полярности, снимаемое с выпрямителя 28, через диод 23 и резистор 24 поступает на тиристор 12 и удерживает его во включенном состоянии. На пряжение положительной полярности, снимаемое с выпрямителя 28, через диод 43, резистор 19, диод 18 поступает на задающий генератор 13, обеспечивая его стационарное питание. Это напряжение через резистор 22 поступает на базу транзистора 21 с незначительной задержкой во времени, определяемой сопротивлением резистора 22 и емкостью конденсатора 44, открывает его. Конденсатор 10 шунтируется. Источник питания включается.

Задержка открывания транзистора 21 необходима для получения устройство включения источника питания.

Если источник питания работает и произошла значительная перегрузка по току или короткое замыкание на вто- ричньк обмотках трансформатора 3 или в выпрямителях 5., или на входах стабилизаторов 6, или на выходах стабилизаторов 6 если они не имеют защиты от перегрузок или их защита неисправна , то возрастает ток через первичную обмотку трансформатора 4 и напряжение на выходе выпрямителя 15, тиристор 17 включается и закорачивает напряжение, питающее задающий генератор 13. Преобразс натсль 2 напряжения прекращает работу, выходные напряжения источника питания уменьшаются до нуля. Источник питания отк гючается на непродолжительное время. Тиристор 12 отключается, транзистор 21 закрьшается. Начинается заряд конденсаторов 10 и 26 и снова происходит запуск источника питания. Если авария устранена, то источник питания включится автоматически. Если авария не устранена, то в момент запуска источника питания транзистор 16 открывается. Защита ггреобразоЬателя отключается на время, достаточное для запуска нормального работающего преобразователя 2 напряжения, т.е. кратковременно. За это время, которое можно регулировать, изменяя сопротивление резистора 27 и емкость конденсатора 26, последний разряжается и транзистор 16 закрывается. Время разряда конденсатора 10 значительно больщее, чем конденсатора 26. Конденсатор 26 не может зарядиться до следующего пускового цикла, так как тиристор 12 включен, а резистор 27 выбран очень высо- коомным. После того, как транзистор 16 закроется, через трансформатор 4 продолжает Протекать аварийный ток и тиристор 17 включается, закорачивая вход задающего генератора 13. Источник питания отключается. Конденсатор 10 разряжается через диод 20, резистор 19, тиристоры 12 и 17. Разряд конденсатора 10 происходит быстрее, чем его подзаряд. Тиристоры 12 и 17 отключаются. Начинается новый цикл заряда-разряда конденсаторов 1 О и 26 и запуска-отключения источника питания, которые продолжаются до тех пор пока есть авария и подается сетевое напряжение. Если описанный аварийный режим имеется в источнике питания в момент подачи на него сетевого напряжения, то запуск-отключение происходят так же, как описано.

Если контакты переключателей 29, 30, 32 - 34 установлены в положение, приведенное на чертеже, то источник питания rotoB к включению в сеть постоянного напряжения.

Постоянное напряжение питающей сети поступает на вход преобразователя 31 постоянного напряжения в высокочастотное переменное, который не включится до тех пор, пока не начнет генерацию задающий генератор 13. Одновременно напряжение питающей сети через диод 42, резистор 19, диод 18 поступает на вход задающего генератора 13. Задающий генератор 13 и пре

5

0

5

0

5

0

5

0

5

образователь 31 включаются и начинают работать. С выхода преобразователя 31 на вход выпрямите;тя 1 поступает такое же по амплитуде переменное напряжение, как и при включении источника питания в сеть переменного напряжения. Переменное напряжение вь:- прямляется, фильтруется и подводится на вход преобразователя 3, который начинает , так как задающий генератор 3 уже работает. Далее источник питания работает так же, как описано.

Постоянное напряжение питающей сети через резистор 39, диод 40, резистор 25 поступает также на базу транзистора 16, который кратковременно открьшается и удерживается в этом состоянии до тех пор, не откроется транзистор 35. При этом отключается защита преобразователя 2. Транзистор 35 открывается с задержкой во времени, которая определяется емкостью конденсатора 37 и сопротивлением резистора 38.

Резисторы 38 и 36, конденсатор 37, транзистор 35 при питании от сети постоянного напряжения выполняют ту же функцию, что и резистор 27, конденсатор 26 при питании от сети переменного напряжения.

При вклн1Чении источника питания в сеть переменного напряжения преобразователь 31, резисторы 36, 38 и 39, конденсатор 37, транзистор 35 в работе участия не принимают.

При включении источника питания в сеть постоянного напряжения трансформатор 7, резистор 8, выпрямитель 9, конденсаторы 10 и 26, тиристор 12 в работе участия не принимают.

Так как шины питания сети постоянного напряжения могут быть не заземлены, возрастает уровень высокочастотных наводок на выходах стабилизаторов бив питающую сеть. Для уменьшения этих наводок до допустимых значений служит конденсатор 45, который щунтирует высокочастотные наводки на корпус.

Диоды 40 - .43 и 20 исключает влияние узлов источника питания друг на друга при работе.

Предлагаемый источник питания, можно включать как в сети переменного напряжения, так и в низковольтные с.- ти постоянного напряжения с заземл ,1- ными и незаземленными сетевыми гаинами. При этом сохраняете-и ш 1СГ1КПЭ()- фективяая защит а и допуст11 -1,1й уронень вмсокочастотпьпч п.чнодпк, что с:ииде тел11ствует о распиреиии гЬуикпионалъпых возможностей источнир а питлния.

Формула изобретения

Источник питания постоянного напряжения с. за;ци ой, содержащей B iTip;)- мнтель сетевого напряжения с (Ъилыром выход которого нодклтчеи к входу преобразователя постоянного напряжйния в переменное высокочастотное, пыход которого подклычен к пос ;1ед эпатг ;1Ы1о соедннеиньм погпичммм обмс1Т.ам сн:;., - вого ныспкоч.л.. 1 с. гно; о i ( к;;)М,гг1. ра и трансфс). |- i rof,-,i , ньш ря,..т иысокочас ( 1 ; ui; -.A- tr a L ,J)ii:i: -i-- рамп, . eMHi.K. к j. . . рпчим;-: обмоткам CMjlOnUi i i i к ОКОЧас i DT-H -TO

трансформа flip,:, ; Лп чми M iopi;i j) iiiio- полярных наиряжС ИиГ, один I KXодной вывод которых сооди-1ен с корпусом, а входы подключены к лиходлм соотнгтст- вующих ныпрямителс/й высакочастотного напряжения, (j;. матор, один лч выводов первичной оС-могки которого подключен к гтерному нмноду первого резистора, вторичная с ймотка соединена с входом вин ря:-г,1 еля , нмход которого подключен к перпому накопительному конденсаюру и входу релаксационного генератора, нмходы которогч) подключен. к катоду и yпpaвля, электроду первого тиристора, задающий 1 енератор, вход ко 1.рого подключен к стабилитрону, анод которого соединен с анодом первого тиристора, а выход - к вышеуказанному преобразователю, выпрямитель с фильтром и регулятором уровня напряжения, вход которого подключен к вторичной обмотке трансформатора тока, а выходы - к коллектору и эмиттеру первого транзистора, BTOpoii тиристор, катод которого соединен с анодом первого т}фистора, первый диод, катод которого соец-ияен с катодом (1а, анод - с анодом BKiporo тиристора и первым выводом второг( po-)i;cToiJa, второй вьюод которого соодиксл с ка; идом второго диода, аис)Л Krrropoi c соединен с по- лож;1гельынм u ino7U)M первого конденсатора и колликгчром второго транзистора, -тмлт г; , к i f Р; .: li С| еди1;си с эмиттером 11( 1:Н;МО I ра , б;Г;.0 - с

первым IJ.M1U i;u). -i т .e i ьлч о чочистор а ,

5

0

5

0

5

0

5

рг.м и

:;i :; - 1 . -. I

и ч а юр 1г; ире ЖГР

гр-- 1 ьо О ретрети диод, аш.- Д к. i е.с-; инг|1 с первым выводом четвертог о резисто- РС , иТир ОЙ вывод Kolk. l- .uo iOi:;:; :;

с катодом иервог о тиристг;,, гигп й ротистор, соед;гне Н1.1Й nei -.i .г лог с базой первого тр.чн -; : Стч р. 1 , чмпп ор которого совлТИртсн с анодом первого тиристора, второй конденсатор и шееТем резистор, СО1ШИИ1Л II /( Т. :.Педо1( Лтольно и подключен I ll. конденсатором cooTH jri жительному и отрииат первого конденсатора, ц и и с я Тем, ч I ll, ( н.1я ()унк шк На.чьных IMS с)Храиении эффе и.-;-; гч) няедены высокоча ; Г;. ; Ь p-i:iiioiio;i ipHbi:.: : :, li. li Т; i., 11ХОЛ1,; i-1 . с , ;1н;о. ;11ител,1;ой trioj

rn. о Т .ЫСОКОЧаГ c l

м Тора, положитj. H hLii: ;-;1Д - с вторым выводи . иистора, отрицательньп выходной вывод - с катодом третьего .ии.ода, общий выходной вывод - с o6mt 0 шиной, .чя соединена с катодом второго 1иристора, управляюц;и11 э;итктр. д ко- ;орого соединен с коллектором первого т 1анзистора, первьи и второй пере к:1ючатели, подвижные онтакты которых соеди 1ены соотве1ч:тне1П1О с жительной и отрииатс.чьной xoдны и .1емг- ами, преобразоватепь пост .чн-ю-- го питающего напряжени 1 в ы-1Сокочас - -j OTHoe переменное, входные Т(:,тодь1 ко торого соединены с первыми еподв1гж- ными контактами первого и второго пе рек почателей и задающим генератором, первый вькодной ьывод соед1п1ен с под вижным контактом введенного третьего перек почателя, второй выходной вывод соединен с неподвиж1 ым контактом чет вертого введенного перек1вочателя и первым входным вывoдo вьятрямителя сетевого напряжения с фильтром,второй входной вывод которого соединен с неподвижными контакгпми третьего и пятого введенного п(реключателей, третий транзистор, эгпм тер которого соединен с общей шиноГ н первым неподвижным контактом вгчэрого переключателя, второй Heno;ii:i .«.n ill контак которого соед1П1ен с Bii }:i. -: 1 ь:водом первичной обмотки П рак.-.фсч матора и под:5ижным контак 1им Mci if ; п. fc- I. Т оча геля, седьмой ; ; ,-, Dcp- fii; вывод которого (ч,едг;1;/ i . . -.i i ч

тьего транзистора, второй - с первым вьшодом введенного третьего конденсатора, второй вывод которого соединен с эмиттером третьего транзистора, восьмой резистор, первый вьшод которого соединен с вторым выводом седьмого резистора, второй - с первым неподвижным контактом первого переключателя, второй неподвижный контакт которого соединен с подвижным контактом пятого переключателя и вторым выводом первого резистора, девятый р езистор, первый вывод которого соединен с вторым выводом восьмого резистора, второй вывод - с коллектором третьего транзистора и анодом

введенного четвертого диода, катод которого соединен с вторьи вьшодом пятого резистора и катодом введенного пятого диода, анод которого соединен с точкой соединения второго конденсатора и шестого резистора, шестой диод, анод которого соединен с первым выводом девятого резистора, катод - с катодом второго диода и катодом введенного седьмого диода, анод которого соединен с вторым выводом третьего резистора, четвертый конденсатор, который включен между базой и эмиттером второго транзистора, и пятый конденсатор, включенный между общей шиной и корпусом,

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания. Цель - расширение функциональных возможностей при сохранении эффективной защиты. Эта цель достигается введением высокочастотного выпрямителя 28 с дополнительной обмоткой силового трансформатора 3, переключателей 29, 30, 32 ÷ 34 напряжения сети, преобразователя 31 постоянного напряжения сети в высокочастотное переменное и дополнительного узла защиты на элементах 35 ÷ 42. При этом обеспечивается работа источника от сетей как переменного, так и постоянного (изолированного и неизолированного от корпуса) напряжения, устойчивое включение, малый уровень помех, снижение потерь мощности, габаритов и массы. 1 ил.