Источник вторичного электропитания Советский патент 1990 года по МПК H02M3/335 

сд

оо

СП

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке систем вторичного электропитания ,

Целью изобретения является повышение надежности функционирования путем обеспечения устойчивой работы при включении, перегрузке и коротком замыкании .

На чертеже приведена функциональная схема источника вторичного электропитания .

Источник содержит регулируемый имг пульсный преобразователь 1 напряже- с датчиком 2 выходного тока, подключенным к входу усилителя 3 сигнала перегрузки по току и к первому входу первого компаратора 4, соединенного вторым входом с источником 15 опорного напряжения, а выходом через одновибратор 6 - с управляющим вводом первого блока 7 запрета и вхо- Дом обнуляющего ключа 8, соединеннот го выходом с обнуляющим входом ем- Цостного накопителя 9, подключенного Зарядным входом к выходу зарядного элемента 10, Реализацией зарядного э лемента 10 может быть, например, по- qneflosaTenbHoe соединение резистора if источника напряжения. Выход емкоет- i|oro накопителя 9 подключен к первому входу блока 11 выбора режима, оторый может быть выполнен на дио-- . 4ах. Усилитель 12 сигнала нестабильности выходного напряжения, соединенный входом с выходом регулируемого импульсного преобразователя 1 напряжения, управляющий вход которого через первый блок 7 запрета соединен с выходом схемы ИЛИ 13, первый Вход которой соединен с выходом задающего генератора 14 коротких такт тирующих импульсов через второй блок 15 запрета, а второй вход соединен с выходом блока 11 выбора режима через широтно-импульсный модуля- top 16, вход синхронизации которого соединен с выходом задающего генератора 14 коротких тактирующих импульсов, второй компаратор 17, выход которого соединен с управляющим $ходом второго блока 15 запрета, выход первого нелинейного элемента 18 соединен с выходом усилителя 3 перегрузки по току, а выход подключен к второму входу блока 11 выбора .ре- Жима, первому входу второго компара0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

тора 17 и первому токозадающему элементу 19, вход второго нелинейного элемента 20 соединен с выходом усилителя 12 сигнала нестабильности напряжения, а выход подключен к третьему входу блока 11 выбора режима, второму входу второго компаратора 1 7 и второму токозащитному элементу 21,

Источник работает следующим образом.

При подаче напряжения питающей сети напряжения на выходе усилителя 12 сигнала нестабильности выходного напряжения и на выходе усилителя 3 сигнала перегрузки по току устанавливаются некоторое время одинаково предельно максимальными, поскольку напряжения на выходе импульсного преобразователя 1 и на датчике 2 тока ниже опорных пороговых напряжений, относительно которых они сравниваются. Однако напряжения на выходах нелинейных элементов 18 и 20 отличаются друг от друга, а именно выходное напряжение первого нелинейного элемента 18, выполненного, например, на транзисторе типа n-p-п, ниже выходного напряжения второго нелиней- ного элемента 20, выполненного, на- пример, на транзисторе типа р-п-р, на величину, равную суммарному падению напряжения на переходах база- эмиттер транзисторов противоположного типа проводимости за счет протекания через эмиттерные переходы разнополярных транзисторов токов токозадающих элементов 19 и 21. Поэтому второй компаратор 17 вырабатывает сигнал, соответствующий перегрузке по току импульсного преобразователя 1, при котором второй блок 15 запрета заперт и не пропускает импульсы от задающего генератора 14 на управляющий вход импульсного преобразователя 1 напряжения. В результате в переходном режиме включения ИВЭП на управляющий вход импульсного преобразователя 1 напряжения поступают только импульсы широтно-им- пульсного модулятора 16, которые плавно увеличиваются от нуля до номинального значения под действием (через блок 11 выбора режима) плавно нарастающего напряжения емкостного накопителя1 9 за счет заряда его током зарядного устройства 10. В

результате на выходе импульсного преобразователя 1 обеспечивается плавное нарастание тока, которое может быть отслежено ограниченным по быстродействию усилителем 3 сигнала перегрузки по току без срабатывания элементов быстродействующей защиты (первого компаратора 4, одно- вибратора 6 и первого блока 7 запрета). Поэтому при подаче напряжения питающей сети в предлагаемом ИВЭП исключаются условия неустойчивого включения.

В установившемся режиме, когда величина выходного тока импульсного преобразователя I меньше предельно допустимого значения, напряжение на выходе второго нелинейного элемента 20 меньше, чем напряжение на выходе первого нелинейного элемента 18. При этом блок 11 выбора режима обеспечивает управление широтно-импульсным модулятором 16 от усилителя 12 сигнала нестабильности выходного напряжения через второй нелинейный элемент 20. Широтно-импульсный модулято 16 вырабатывает импульсы такой длиг тельности, которая необходима для стабилизации выходного напряжения преобразователя 1.

Управление преобразователем 1 производится широтно-модулированными импульсами через последовательно соединенные схему ИЛИ 13 и первый блок 7 запрета, который в этом режиме работы ИВЭП находится в отпертом состоянии. Частота следования импульсов широтно-импульсного модулятора 16 определяется частотой следования импульсов задающего генератора 14. Передний фронт широтно-модулированных импульсов определяется передним фронтом импульсов задающего генератора 14, длительность которых выбирается существенно меньше периода следования. В результате сравнения выходных напряжений нелинейных элементов 18 и 20 второй компаратор 17 вырабатывает напряжение, отпирающее второй блок 15 запрета. Импульсы задающего генератора 14 поступают на второй вход схемы ИЛИ 13 через отпертьй второй блок 15 запрета.

Поскольку в режиме стабилизации напряжения длительность широтно моду лированных импульсов всегда больше длительности импульсов задающего re-

10

15

20

25

5735116

нератора i4, то последние перекрываются по длительности широтно-модули- ровэнными импульсами и не влияют на их длительность.

Если величина выходного тока преобразователя 1 достигает предельно допустимого значения, то напряжение на выходе первого нелинейного элемента 18 становится меньше, чем напряжение на выходе второго нелинейного элемента 20. При этом блок 11 выбора режима обеспечивает управление широт- но-импульсным модулятором 16 от усилителя 3 сигнала перегрузки по току, через первый нелинейный элемент 18.

При дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузки преобразователя 1 ши- ротно-импульсный модулятор 16 вырабатывает импульсы такой длительности, которая необходима для ограничения (стабилизации) на предельно допустимом уровне выходного тока преобразователя 1. При этом на выходе последнего напряжение уменьшается, а величина тока сохраняется на предельно допустимом уровне. В этом режиме работы ИВЭП блок 7 запрета также находится в отпертом состоянии, Второй комтг. паратор 17, сравнивая выходные сигналы нелинейных элементов 18 и 20, вырабатывает напряжение, запирающее второй блок 15 запрета. В этом режиме ИВЭП импульсы задающего генератора 14 не поступают на второй вход схемы ИЛИ 13 и не влияют на длительность широтно-модулированных импульсов.

При плавном уменьшении сопротивления нагрузки ИВЭП, вплоть до короткого замыкания, длительность широтно-модулированных импульсов стремится к нулю, в результате чего ток на выходе преобразователя 1 остается на уровне предельно допустимой величины.

При мгновенном коротком замыкании на выходе преобразователя 1 на датчике 2 тока образуется перепад напряжения, величина которого превышает напряжение опорного источника 5. При этом на выходе первого компаратора 4 формируется скачок напряжения с крутым фронтом, который запускает одновйбратор 6. Последний формирует импульс заданной длительности, передний фронт которого совпадает с фронтом скачка выходного напряжения первого компаратора 4. Первый блок 7 запрета во время действия импульса одновибратора 6 запрещает поступле30

35

40

45

50

55

nite как широтно-модулированных импупь сов, так и импульсов задающего генератора 14 на вход управления регулируемого импульсного преобразователя 1. В результате достигается безынер- ц онное запирание силовых ключей регулируемого импульсного преобразователя 1 по сигналу перегрузки по то|ку. Длительность импульса одновиб- ра|тора 6 выбирается достаточно большой, чтобы в течение этого импульса ВЬЕХОДНОЙ ток преобразователя умень iin-лся практически до нуля. Одновременно импульс одновибратора 6 посту- пает на управляющий вход обнуляющего кл1юча 8, который разряжает емкостной накопитель 9. Низкий уровень напряжения разряженного емкостного накопителя через блок 1 1 выбора режима поступает на вход широтно-импульсно- rd модулятора 16,

1 При этом напряжения на выходе уси- ли/геля 12 сигнала нестабильности выходного напряжения и на выходе усилителя 3 сигнала перегрузки по току становятся одинаковыми предельно максимальными, поскольку напряжения н выходе импульсного преобразователя 1 и на датчике 2 тока стали ниже опорных пороговых напряжений, относительно которых они сравниваются. Напряжение же на выходе первого нелинейного элемента 18 ниже выходного напряжения второго нелинейного эле мв|Нта 20, Поэтому второй компаратор 171 вырабатывает сигнал, при котором второй блок 15 запрета становится запертым и не пропускает импульсы ot задающего генератора 14 на управляющий вход импульсного преобразователя 1 напряжения. Длительность импульсов широтно-импульсного модулято- pet 16 равна нулю при разряженном емкостном накопителе 9. После оконча- ния импульса одновибратора 6 первый блок 7 запрета отпирается, обнуляющий К1|юч 8 запирается, и напряжение на емкостном накопителе 9 плавно увеличиваетс за счет заряда его током зарядного элемента 10. При этом длительность импульсов широтно-импульсного модулятора 16 плавно увеличивается от ну- , ля. Выходной ток ИВЭП возрастает с ограниченной скоростью, которая отслеживается ограниченным по быстродействию усилителем 3 сигнала перегрузки по току, и стабилизируется на предельно допустимом уровне.

0

5

r Q

д§ ,-

0

5

0

55

После снятия короткого замыкания напряжение на выходе ИВЭП достигает номинального значения, и устройство переходит в режим стаОилиэации напряжения.

При дистанционном вкпючении ИВЭП (при наличии напряжения питающей сети на входе ИВЭП) путем, например, запирания обнуляющего ключа 8 также исключены условия неустойчивого включения, поскольку в этом случае в переходном режиме включения напряжение на выходе первого нелинейного элемента 18 ниже напряжения на выходе второго нелинейного элемента 20, и второй компаратор 17 вырабатывает напряжение, запрещающее подмешивание импульсов задающего генератора 14 к широтно-модулированным импульсам, плавно увеличивающим длительность от нуля до номинального значения.

Таким образом, предлагаемый источник повышает надежность функционирования ИВЭП в переходных режимах: при включении, при перегрузке (коротком замыкании) и при скачкообразном изменении нагрузки.

Формула изобретения

1.Источник вторичного электропитания, содержащий регулируемый импульсный преобразователь напряжения с датчиком выходного тока, который подключен к входу усилителя сигнала перегрузки по току и к первому входу первого компаратора, соединенного вторым входом с источником опорного напряжения, а выходом через одновиб- ратор - с управляющим входом первого блока запрета и входом обнуляющего ключа, соединенного выходом с обну- . ляющим входом емкостного накопителя, подключенного зарядным входом к выходу зарядного элемента, а выходом - к первому входу блока выбора режима, усилитель сигнала нестабильности выходного напряжения, соединенный входом с выходом регулируемого импульсного преобразователя напряжения, управляющий вход которого через первый блок запрета соединен с выходом схемы ИЛИ, первый вход которой соединен с выходом задающего генератора коротких тактирующих импульсов через второй блок запрета, а второй вход

91

соединен с выходом блока выбора режима через широтно-импульсный модулятор, вход синхронизации которого соединен с выходом задающего генератора коротких тактирующих импульсов, второй компаратор, выход которого соединен с управляющим входом второго блока запрета, о т л и - чающийс я тем, что, с целью повышения надежности функционирования путем обеспечения устойчивой работы при включении, перегрузке и коротком замыкании, в него введены два нелинейных и два токозадающих эле- мента, при этом вход первого нелинейного элемента соединен с выходом усилителя перегрузки по току, а выход подключен к второму входу бло11Ю

ка выбора режима, первому входу второго компаратора и первому токозадаю- щему элементу, вход второго нелинейного элемента соединен с выходом усилителя сигнала нестабильности выходного напряжения, а выход подключен к третьему входу блока выбора режима, второму входу второго компаратора и второму токозадающему элементу.

2.Источник по п.1, отличающий с я тем, что первый нелинейный элемент выполнен на транзисторе типа n-p-n-проводимости, а второй нелинейный элемент - на транзисторе типа p-n-p-проводимости, причем базы транзисторов являются входами нелинейных элементов, а эмиттеры - выходами нелинейных элементов.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке систем вторичного электропитания. Цель изобретения - повышение надежности функционирования системы путем обеспечения устойчивой работы при включении, перегрузке и коротком замыкании. Устройство содержит регулируемый импульсный преобразователь напряжения 1 с датчиком 2 выходного тока, усилитель 3 сигнала перегрузки по току, усилитель 12 сигнала нестабильности выходного напряжения, первый 4 и второй 17 компараторы, схему ИЛИ 13, а также нелинейные элементы 18 и 20, токозадающие элементы 19 и 21, широтно-импульсный модулятор 16 и блок 11 выбора режима. При пуске устройства или перегрузке (коротком замыкании) на управляющий вход преобразователя напряжения 1 поступают импульсы от модулятора 16, которые плавно увеличиваются от нуля до номинального значения без аварийного срабатывания элементов быстродействующей защиты по току, устраняя режим неустойчивой работы устройства и повышая его надежность. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.