Импульсный источник питания с бестрансформаторным входом Советский патент 1990 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке вторичных источников питания.

Цель изобретения - повышение помехозащищенности и надежности источника питания.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 и 3 - диаграммы напряжений узлов устройства.

Импульсный источник питания с бестрансформаторным входом содержит две входные шины I и 2 и подключенные к ним соединенные последовательно поме- хоподавляющий фильтр 3, сетевой вы- прямьтель 4, сглажив ающий емкостной фильтр 5, узел 6 первого включения и стабилизатор 7 напряжения питающий

цепи управления, полумостовой импульсный преобразователь 8, входом соединенный с выходом сглаживающего емкостного фильтра и управляемый по двум входам 9 и 10 от блока 11 широтно- импульсной модуляции (ШИМ) и плавного запуска через разделительно-согласующие трансформаторы 12 и 13 с первичными обмотками 14 и 15, импульсный силовой трансформатор 16, подключенный к выходу полумостового импульсного преобразователя, выпрямитель 17 основной нагрузки 18 и выпрямитель 19 служебного напряжения, входом подключенные к выходу импульсного силового трансформатора, при этом выход выпрямителя служебного напряжения, выход узла 6 первого включения

сл

Јь

СО

и вход стабилизатора 7 напряжения питающего цепи управления объединены и подключены к первичным обмоткам 14 и 15 разделительно-согласующих трансформаторов 12 и 13, узел 20 оптронной развязки, соединенный своим входом с выходом выпрямителя 17 основной нагрузки, а выходом - с корректирующим звеном 21 и с входом усилителя 22, узел 23 защиты полумостового импульсного преобразователя, подключенный своим входом к датчику 24 тока. При этом блок 1 1 ШИК и плавного запуска содержит управляемый одновибратор 25, вклю чающий двухвкодовый элемент ИЛИ-НЕ 26, времязадающий конденсатор 27, времязадающий регулирующий резистор 28, диод 29, инвертор 30, токоогра- ничивающий резистор 31, транзистор 32 управления, генератор 33, делитель 34 частоты с прямым и инверсным выходом, распределитель 35 импульсов, узел 36 включения полумостового импульсного преобразователя, формирова- гель 37 импульсов запуска одновибра- тора, включающий элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ. ИЛИ 38 и интегрирующую RC-цепь 39, узел 40 плавного запуска, включающий ковденсатор 41, два резистора 42 и

43 и транзистор 44. При этом в импульсный полумостовой преобразователь 8 введены два симметрирующих резистора 45 и 46 и четыре конденсатора 47-50, шесть токоограничивающих резисторов 51-56, четыре ключевых управляющих транзистора 57-60, два корректирующих диода 61 и 62. В узел 23 защиты введены согласующий трансформатор 63, выпрямитель 64 с нагрузочным резистором 65 и помехоподавляющим конденсатором 66, токоограничивающий резистор 67 эмиттерный повторитель 68, регулируемый потенциометр 69, инвертор 70, два генератора 71 и 72 стробирующих им- пульсов, состоящие из задающих RC- цепочек 73 и 74 и элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 75 и 76, узел 77 запрета, интегрирующая RC-цепь 78 и одновибратор 79. Элементы 51-61 и 62 образуют клю- чевые усилители 80 и Я1 мощности. Вхо 82 управляемого одновибратора 25 является дополнительным, вход 83 - управляющим, вход 84 - запускающим.

Силозая часть полумостового импульсного преобразователя 8 выполнена на транзисторах 85 и 86, конденсаторах 87 и 88. Обмотки 89 и 90 трансфорQ 5 Q

..

0

5

маторов 12 и 13 - обмотки положительной обратной связи по току.

На фиг. 1 и 2 приняты следующие обозначения: 91 - напряжение на выходе генератора 33; 92 - напряжение на инверсном выходе делителя 34 частоты; 93 - напряжение на прямом выходе делителя 34 частоты; 94 - напряжение на дополнительном входе 82 управляемого одновибратора; 95 - напряжение на управляющем входе 83 управляемого одновибратора 25; 96 - напряжение на объединенных входах распределителя 35 импульсов; 97 и 98 - напряжения на выходах распределителя 35 импульсов; 99 и I00 - импульсы на коллекторах транзисторов 58 и 60; 101 и 102 - импульсы на базах транзисторов 85 и 86; 103 - импульсы на выходе полумостового импульсного преобразователя 8.

На фиг. 1 и 3 приняты следующие обозначения: 104 - напряжение на объединенных выходах элементов 6,7 и 19; 105 и 106 - импульсы на выходах эмиттерного повторителя 68; 107 и 108 - импульсы на выходах генераторов 71 и 72 стробирующих импульсов; 109 - импульсы на выходе одновибратора 79.

Источник питания работает следующим образом.

Напряжение сети, подключенное к шинам 1 и 2 через помехоподавляющий фильтр 3, выпрямляется выпрямителем 4 и фильтруется сглаживающим емкостным фильтром 5. Напряжение с конденсатора фильтра 5 поступает на узел 6 первого включения, который формирует стартовое напряжение, необходимое для питания ключевых усилителей 80 и 81 мощности полумостового импульсного преобразователя 8 и запитки стабилизатора 7 напряжения. При этом на всех элементах 8, И, 22, 20 и 23 управления появится напряжение +Е, стабилизированное стабилизатором 7, которое должно существовать недолго (десятки миллисекунд), однако последнее не исчезнет, так как возбудившийся от блока I1 ШИМ и плавного запуска импульсный преобразователь 8, за- питанный от выпрямителя 4, сформирует импульсное напряжение, которое через импульсный трансформатор 16 поступит на выпрямитель 19 служебного напряжения, которое подключается вместо стартового напряжения от узла 6 мерного включения. Если произвести включение источника питания и не предусмотреть ограничение подключаемой к источнику питания мощности, или если нагрузка источника питания нелинейна (например, лампа накаливания), то источник питания в момент включения будет работать в режиме короткого замыкания, что может привести к аварийной ситуации как в цепях потребителя выпрямленной мощности, так и в цепях полумостового импульсного преобразователя 8 и выпрямителя 4. Поэтому предусмотрен узел 40 плавного включения, входящий в состав блока 1I ШИМ и плавного запуска, где генератор 33 вырабатывает импульсы 91, которые делителем 34 частоты преобразуются в импульсы 92 и 93 и поступают на входы распределителя 35 импульсов, на объединенные входы которого поступают импульсы 96 ШИМ. ИмпуЛьсы 96 ШИМ вырабатываются управляемым одновибратором 25, у которого длительность импульса будет зависеть от времязадающего конденсатора 27 и от амплитуды управляющего напряжения 95 по обратно пропорциональному закону,

ся дальнейшее воздействие узла плавного запуска на управляемый одновиб- ратор. Время плавного включения определяется постоянной времени RC-цепочки 43 и 41. Резисторы 42 и 43 образуют делитель напряжения, чем ограничивает максимальное напряжение на входе транзистора 44. После окончания в земени плавного запуска управление од- новиб ратором производится только по входу 83. Запуск управляемого одновибрато- ра осуществляется по цепи 84 от фор- мирователя 37 импульсов запуска, вы5 рабатывающего импульсы запуска, синхронизированные с фронтами импульсов 93. Длительность импульсов запуска, запускающих управляемый одновибратор 25, определяется времязадающей ннте0 грирующей цепочкой 39. Импульсы 96 НИШ поступают на объединенные входы распределителя 35 импульсов, с выхода которого импульсы 97 и 98 поступают на вход узла 36 включения импульс5 ного преобразователя 8, причем импульсы 97 и 98 проходят на входы 9 и 10 полумостового импульсного преобразователя 8, если на объединенном входе узла 36 включения будет находиться

Изобретение относится к вторичным источникам питания радиоаппаратуры. Целью изобретения является повышение помехозащищенности и надежности источника питания. Выпрямленное и отфильтрованное напряжение сети поступает на схему включения. Последняя формирует стартовое напряжение для питания элементов импульсного преобразователя и стабилизатора напряжения. После запуска схема продолжает запитываться напряжением от источника служебного напряжения, входом связанного с выходом импульсного преобразователя. При этом схема импульсного преобразователя выполнена таким образом, что после запуска становится нечувствительной к помехам. 3 ил.

при этом для исключения аварийных ре- 30 напряжение малого уровня (нуль), а жимов полумостового импульсного преобразователя 8 минимальная длительность импульсов 96 ограничена резистором 31, а максимальная длительность

потом уровень изменится на единицу, то полумостовой импульсный преобразователь выключится. При поступлени положительных импульсов управления

ограничена время задающим рехулируемым ,. входы 9 и 10 ключевых усилителей 80

резистором 28. Управляемый одновибратор 25 имеет дополнительный вход 82, к которому подключен выход узла 40 плавного запуска. В момент начального пуска, после поступления стабилизированного нацряжения +Е , на входе транзистора 44 сохранится нулевое напряжение, так как напряжение на конденсаторе 41 не может измениться мгновенно. Следовательно, транзистор 44 будет открыт и управляемый одновибратор будет формировать короткие импульсы независимо от напряжения 95, поступаемого на вход 83. По мере заряда конденсатора 41 через резистор

43напряжение на входе транзистора

44будет увеличиваться и транзистор будет запираться, плавно увеличивая свое внутреннее сопротивление, т.е. плавно увеличивая длительность импульса управляемого одновибратора 25 до максимального значения, при достижении которого транзистор 44 полностью закроется, чем исключаети 81 мощности открываются транзисторы 57 и 59 и закрываются транзисторы 58 и 60. Так как транзисторы 58 и 60 до прихода импульсов управления от4С крыты, то индуктивности трансформато ров 12 и 13 накапливают значительную энергию, поскольку время накопления всегда больше времени разряда индуктивности. В момент запирания транэис

45 торов 58 и 60 на их коллекторах возникают положительные импульсы 99 и 100, превышающие напряжение питания в раз . Трансформаторы 12 и 13 с помощью вторичной обмотки согласо50 вывают мощность коллекторной цепи с входным импендансом базовой цепи транзисторов полумостового импульсно го преобразователя и обеспечивают из ляцию цепей управления от высокопо55 тенциальных цепей полумостового импульсного преобразователя 8. Кроме того, конденсаторы 47 и 49 дифференцируют прямоугольные импульсы управления, формируя импульсы 101 и 102 на база

напряжение малого уровня (нуль), а

потом уровень изменится на единицу, то полумостовой импульсный преобразователь выключится. При поступлении положительных импульсов управления на

и 81 мощности открываются транзисторы 57 и 59 и закрываются транзисторы 58 и 60. Так как транзисторы 58 и 60 до прихода импульсов управления открыты, то индуктивности трансформаторов 12 и 13 накапливают значительную энергию, поскольку время накопления всегда больше времени разряда индуктивности. В момент запирания транэисторов 58 и 60 на их коллекторах возникают положительные импульсы 99 и 100, превышающие напряжение питания в раз . Трансформаторы 12 и 13 с помощью вторичной обмотки согласовывают мощность коллекторной цепи с входным импендансом базовой цепи транзисторов полумостового импульсного преобразователя и обеспечивают изоляцию цепей управления от высокопотенциальных цепей полумостового импульсного преобразователя 8. Кроме того, конденсаторы 47 и 49 дифференцируют прямоугольные импульсы управления, формируя импульсы 101 и 102 на базах

грантистороп 85 и 86. Конденсаторы 48 и ЬО выполняют аналогичную функцию ди(}тференцировання прямоугольных нм- пульсоп на базе транзисторов 85 и 86 по принципу ударного возбуждения контура, т.е. выполняют роль резонансных конденсаторов. Дифференцированная форма импульсного напряжения 101 и 102 на базе транзисторов 85 и 86 не- обходима для ускорения процесса отпирания и запирания высоковольтных транзисторов. Симметрирующие резисторы 45 и 46 улучшают форму базовых токов и позволяют симметрировать длитель- ность коллекторных импульсов 103 на выходе полумостового импульсного преобразователя 8. Кроме того, для ускорения фронтов отпирания транзисторов 85 и 86 в разделительно-согласую- щих трансформаторах 12 и 14 предусмотрены обмотки 89 и 90 положительной обратной связи.

Стабилизация напряжения выпрямителя 17 основной нагрузки 18 производится следующим образом.

Параллельно основной нагрузке 18 подключен узел 20 оптронной развязки, выход которого нагружен на корректирующее звено 21, напряжение с которо- го поступает на инверсный вход усилителя 22, запитанного однополярным питанием Е. На прямой вход усилителя подключено регулируемое опорное заста- билизированное напряжение. Корректи- рующее звено 22 формирует оптимальную характеристику ПАХ и ЛФХ. Напряжение с датчика 24 тока, протекающего через импульсный полумостовой преобразователь 8, подключено к первич- ной обмотке согласующего трансформатора 63, на выходе который нагружен выпрямителем 64, с нагрузочным резистором 65 и помехоподавляющей емкостью 66. К выпрямителю через токоограничи- вающий резистор 67 подключен эмиттер- ный повторитель 68 с регулируемым потенциометром 69 в цепи эмиттера для установки уровня отрабатывания узла 23 защиты. Резистор 67 и эмиттерный повторитель 68 ограничивают возможные импульсы 105 до уровня питания +Е. Напряжение установки с потенциометра 69 поступает на вход инвертора 70, выход которого объединен с входом узла 77 запрета (выполненного, например, на элементе ИЛИ-НЕ), а выход узла запрета подключен к входу одновиб- ратора 79 (выполненного, например, на

микросхеме серии КМОЦ). Ксли напряжение установки резистора 69,превысит порог срабатывании инвертора 70, последний установит в нулевой уровень по входу микросхемы узла запрета. Если н втором и третьем входах микросхемы узла запрета будет нулевой уровень то выходной сигнал узла запрета запустит одновибратор 79, который, в свою очередь, положительным уровнем на его выходе отключит полумостовой импульсный преобразователь 8. Однако возможно ложное срабатывание узла 23 защиты в момент переходных процессов н полумостовом импульсном преобразователе, имеющих место в момент начального запуска источника питания или в момент наброса на г рук и.

Для исключения ложных срабатываний в узел 23 защиты введены два генератора 71 и 72 стробирующих импульсов 108 и 109, которые вырабатывают одиночный импульс необходимой длительности в момент начального запуска источника питания 108 или в момент импульсного наброса нагрузки 109, злгре щающий срабатывание узла 23 защиты в течение времени установления переходных процессов.

Использование изобретения позволяет расширить область применения.устройства, работать ему как при постоянных, так и при импульсных нагрузках, в цеховых условиях, насыщенных внешними помехами.

Формула изобретения

Импульсный источник питания с бестрансформаторным входом содержащий две входные шины и подключенные к ним соединенные последовательно помехо- подавляющий фильтр, сетевой выпрямитель, сглаживающий емкостный фильтр, узел первого включения и стабилизатор напряжения питающий цепи управления, полумостовой импульсный преобразователь, включающий разделительно-согласующие трансформаторы, входом соединенный с выходом сглаживающего емкостного фильтра и управляемый по двум входам от блока широтно-импульсной модуляции и плавного запуска, импульсный силовой трансформатор, подключен- ный к выходу полумостового импульсно го преобразователя, выпрямитель основ ной нагрузки и выпрямитель служебного

напряжения, входим подключенные к вы- ходу импульсного силового трангформа- тора, при этом выход выпрямителя служебного напряжения, выход учла мерного пключения и вход стабилизатора напряжения питающего цепи управления объединены и подключены к разделительно-согласующим трансформаторам, учел оптронной развязки, соединенный вхо- дом с выходом выпрямителя основной нагрузки, а выходом - с корректирующим звеном и с входом усилителя, узе защиты полумостового импульсного преобразователя, подключенный входом к датчику тока, отличающийся тем, что, с целью повышения помехозащищенности и надежности, г бчок широтно-импульсной модуляции и плавного запуска введены управляемый одно- вибратор, включающий двухрхсдовый элемент ИЛИ-НЕ, времязадаюишй конденсатор, времязздающий регулирующий резистор, диод, инвертор, токоограчи- чивающий резистор, транзистор управ- ления, генератор, делитель частоты с прямым и инверсным выходами, распределитель импульсов, узел включения полумостового импульсного преобразователя, формирователь импульсов запуска одновибратора, включающий элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и интегрирующую R(l- цепь, узел плавного запуска, включающий конденсатор, два резистора и транзистор, при этом в импульсный полумос товой преобразователь введены два симметрирующих резистора и четыре конденсатора, шесть токоограничиваю- щих резисторов, четыре ключевых управляющих транзистора, два корректирующих диода, в узел защиты введены согласующий трансформатор, выпрямитель с нагрузочным резистором и поме- хоподавляющим конденсатором, токоог- раничивающий резистор, эмиттерный пов торитель, регулируемый потенциометр, инвертор, два генератора стробирую- щих импульсов,состоящие из задающей КС-цепочки и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, узел запрета, интегрирующая КС- цепь и одновибратор, вход узла защиты соединен с первичной обмоткой согласующего трансформатора, к вторичной обмотке которого подключен выпрямитель с нагрузочным резистором и помехоподавляющим конденсатором, выход выпрямителя через токоограни- чивающий резистор подключен к входу эмиттерного повторителя, цепью пита

|дj л25 30дз

35

40

0

5

ния подключенного к выходу стабилизатора напряжения, выходом - к потенциометру, выход которого подключен к входу инвертора, выход которого объединен с входом второго генератора стробирующих импульсов непосредственно, а с входом узла запрета - через интегрирующую НС-цепь, выход узла запрета подключен к входу одно- вибратора, вход задающей КГ-цепочки первого генератора стробирующих импульсов объединен с входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и подключен к выходу стабилизатора напряжения, а выход ее подключен к второму входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход элемента яв- лчется выходом первого генератора стробирующих импульсов и подключен к второму входу узла запрета, второй генератор стробирующих даттульсов выходом подключен к третьему входу узла запрета, а вход его задающей КС- цепочки соединен с. входом генератора, при чтом ныход генератора в блоке пир тно-импульс ной модуляции и плавного запуска подключен к входу делителя частоты, инверсные выходы делителя частоты подключены к двум входам распределителя импульсов, два других входа которого объединены и подкпюченн к выходу управляемого одновибратора , первьл) вход которого подключен к выходу формирователя импульсов запуска одновибратора, внхо- ды распредели теля импульеов подключены к двум входам узла включения полумостового импульсного преобразователя, два других входа которого объединены и подключены к выходу узла защиты, один из выходов узла включения полумостового импульсного преобразователя через первый токоограничивающий резистор подключен к базе первого ключевого транзистора, коллектор которого подключен к базе второго ключевого транзистора и через второй токоограничивающий резистор - к выходу стабилизатора нaпpяжeнияJ коллектор второго ключевого транзистора через третий токоограничивающий резистор, первый корректирующий диод и первичную обмотку одного разделительно-согласующего трансформатора подключен к выходу выпрямителя служебного напряжения, эмиттеры первого и второго ключевых транзисторов объединены и подключены к общей шине, второй выход узла включения полумостового импульсного преобразователя через четвертый токоограничивающий резистор подключен к базе третьего ключевого транзистора, коллектор которого подключен к базе четвертого ключевого транзистора и через пятый токоограничивающий резистор - к выходу стабилизатора напряжения, коллектор четвертого ключевого транзистора через шее- той токоограничивающий резистор, второй корректирующий диод и первичную обмотку другого разделительно-согласующего трансформатора подключен к выходу выпрямителя служебного напря- жения, эмиттеры третьего и четвертого ключевых транзисторов объединены и подключены к общей шине, первый резистор и конденсатор узла плавного запуска включены параллельно между общей шиной и затвором транзистора узла плавного запуска, а через второй резистор подключены к выходу стабилизатора напряжения, к которому также подключены исток и подложка транзис- тора узла плавного запуска, выход двухвходового элемента ИПИ-НЕ управляемого одновибратора подключен к времяза- дающему конденсатору, второй вывод которого объединен с времязадающим pery лируемым резистором, анодом диода, входом инвертора и токоограничиваю- щим резистором, второй вывод которого подключен к стоку транзистора узла плавного запуска и к стоку транзистора управления, а второй вывод время- задающего регулируемого резистора, катод диода, исток и подложка управляемого транзистора объединены и подключены к выходу стабилизатора напряжения, затвор управляемого транзистора подключен к выходу усилителя, а выход инвертора, объединенный с вторым входом элемента ИЛИ-ПЕ, является выходом управляемого одновибратора, прямой выход делителя частоты подключен к времязадающей интегрирующей RC-цепочке и одному из входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ; входящих в состав формирователя импульсов запуска управляемого одновибратора, а второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ. ИЛИ объединен с выходом интегрирующей р,С-Цепочки, кроме того, одна из вторичных обмоток каждого разделительно-согласующего трансформатора подключена положительным выводом к базе соответствующего ключевого транзистора преобразователя через соответствующий симметрирующий резистор, а отрицательным выводом - -к эмиттеру этого транзистора, при этом симметрирующий резистор и база-эмиттер- ный переход защунтированы соответствующими дифференцирующими базовый ток конденсаторами.

ft

Z6eevsi