Стабилизированный источник вторичного электропитания Советский патент 1991 года по МПК H02M3/335 G05F1/56 

MI

Vi

(Л

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках питания телевизионных приемников. Цель изобретения - повышение надежности путем повышения эффективности автоматической защиты от токовых перегрузок в низковольтных выходных цепях. Источник питания содержит сетевой выпрямитель, полупроводниковый ключ, индуктивный накопитель, формирователь сигнала куска, формирователь сигнала о режиме функционирования, узел запуска, цепь питания и устройство управления ключом. Введен узел определения перегрузки в низковольтных выходных цепях, содержащий транзистор, конденсатор 28 и четыре резистора 29-32. Благодаря этому повышается эффективность работы защиты, а следовательно обеспечивается полная надежность источника электропитания. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Bxodt

Пл Цл

Щи г. I

Изобретение относится ; электротехнике и может быть использовано но вторичных источниках питания телевизионных приемников,

Цель изобретения - повышение надежности путем повышения эффективности автоматической защиты от токовых перегрузок в низковольтных выходных цепях.

На фиг. 1 представлена функциональная схема источника питания; на фиг. 2 - принципиальная узпа определения перегрузки в низковольтных выходных цепях; на фиг. 3 - временные диаграммы работы источника питания в режиме возникновения токовой перегрузки в низковольтных г-шходных цспях(э - зависимость напряжения питания устройства управления от времени; б - зависимость напряжения на входе формирователя внешних блокирующих импульсов; в -- изменение сопротивления нагрузки; г -- напряжение на выходе узла стабилизации питающих напряжений; д - напряжение на зыходе формирователя сигнала о режиме функционирования источника питания; Р,- напряжение на базе транзистора узла определения перегрузки в низковольтных выходных цепях; ж- напряжение на эмиттеоетранзистора узла определения перегрузки в низковольтных выходных цепях; з - ток нагрузки низковольтного канала); Hd фиг. 4 - нагрузочная характеристика низковольтного выхода источника; на фиг. 5 - принципиальная электрическая счема источника питания.

Стабилизированный источник питания (фиг. 1) содержит сетевой выпрямитель I с фильтром, полупроводниковый ключ 2, индуктивный накопитель Зс обмоткой 4 намагничивания, обмоткой 5 обратной связи и вспомогательной обмоткой б, выходной ,;ы- соковольтной обмоткой 7 и выходной низковольтной обмоткой 8, фоомирователь 9 сигнала пуска, фоомирователь 10 сигнала о режиме функционирования источника, узел 11 запуска, цепь 12 питания и устройство 13 управления транзисторным ключом, в состав которого входят узел 1-3 стабилизации питающих напряжений, формирователь 15 внешних блокирующих иг/тульсов, схема 16 локальной автоматики, генератор пилообразного напряжения, схема 18 опреде е- ния перегрузки в высоковольтных (ВВ) выходных цепях, усилитель 19 эегупиронэ- ния.и усилитель 2С ТОКЕ. Исгочпмк содержит также узел 21 определения перегрузки в низковольтных (Н В) выходных цепях, зысо- ковольтный (ВВ) выпрямитель 22, низковольтный (ИВ) выпрямитель 23, к В В

выпрямителю 22 подключена нагрузка 24, а к НВ выпрямителю 23 подключена нагрузка 25, В источник входит также емкостной накопитель 26 питающего напряжения,

Узел определения перегрузки в низковольтных цепях содержит (фиг. 2) транзистор 27, конденсатор 28 и четыре резистора 29-32.

Стабилизированный источник питания

0 работает следующим образом.

При подключении источника к напряжению первичной сети положительные полуволны синусоидального напряжения сети подаются на узел 11 запуска, а с его выхода

5 через емкостной накопитель 26 - на узел 14 стабилизации питающих напряжений в устройстве 13. При этом заряжается емкость накопителя 26. Как только напряжение на емкости накопителя 26 достигает порога

0 включения стабилизаторов в узле 14 происходит покаскадное включение опорных напряжений, питающих все узлы устройства 13 управления, а также узел 21 определения перегрузки в НВ выходных цепях. Одновре5 менно напряжение с узла 11 запуска подается на усилитель 20 тока. Включение последнего по очереди стабилизатора в узле 14 вызывает подачу команды со схемы 16 локальной автоматики на включение усили0 теля 20 тока, на выходе которого появляется первый импульс тока, поступающий на силовой транзисторный ключ 2, замыкая его. При этом к обмотке 4 намагничивания прикладывается выпрямленное и отфильтро5 ванное сетевым выпрямителем 1 напряжение сети, вследствие чего в обмотке 4 намагничивания протекает ток. Первый импульс тока в обмотке 4 намагничивания порождает во вспомогательной обмотке 6

0 напряжение, которое подается на вход цепи 12 питания. Далее с выхода цепи 12 питания снимается выпрямленное напряжение, необходимое для поддержания устойчивого питания стабилизаторов в узле 14 и усили5 теле 20 тока.

Во время действия импульса тока с выхода усилителя 20 тока происходит процесс накопления энергии в сердечнике индуктивного накопителя 3, а диоды вторичных вы0 прямителей 22 и 23 заперты. При этом расход энергии на нагрузки 24 и 25лтсутст- вует. После окончания действия импульса тока с выхода усилителя 20 тока диоды вторичных выпрямителей 22 и 23 открываются.

5 и накопленная в сердечнике индуктивного накопителя 3 энергия поступает в нагрузки 24 и 25. Образуемое на обмотке 5 напряжение обратной связи в то время, когда диоды вторичных выпрямителей 22 и 23 открыты, прямо пропорционально выходным напряжениям источника и используется в качество входного сигнала для формирователя 10 сигнала о режиме функционирования источника, а также для формирователя 9 сигнала пуска, который определяет момент окончания отбора энергии в нагрузки 24 и 25 и по этому признаку дает команду схеме 16 локальной автоматики на следующее включение усилителя 20 тока.

Усилитель 19 регулирования и схема 18 определения перегрузки в В В выходных цепях, а также схема 21 определения перегрузки в НВ выходных цепях, которые в качестве входного сигнала используют напряжения соответственно с первого и второго выходов формирователя 10 сигнала о режиме функционирования источника, имеют различный друг от друга порог срабатывания и включаются поочередно в зависимости от величины поступившего на их вход напряжения. Их выходные сигналы поступают на соответствующие входы схемы 16 локальной автоматики (выход узла 21 связан с входом схемы 16 через формирователь 15 внешних блокирующих сигналов) и являются для схемы 16 командой выключения усилителя 20 тока. Таким образом, эти три узла - усилитель 19 регулирования, схема 18 определения перегрузки в ВВ цепях и схема 21 определения перегрузки в НВ цепях через изменения длительности импульса тока с выхода усилителя 20 тока определяют количество энергии, подаваемой в сердечник индуктивного накопителя 3. а значит, управляют режимом работы ВИП.

Генератор 17 пилообразного напряжения необходим для огранизаци.и широтно- импульсной модуляции (ШИМ) в схеме 16 локальной автоматики.

Порог срабатывания схемы 18 определения перегрузки в ВВ цепях выбран таким, что схема реагирует только на очень сильное поглощение энергии высоковольтной нагрузкой 24, либо вторичными цепями (например, при коротком замыкании всех витков обмотки 7 и 8). В практике, однако, часто требуется защитить от перегрузок низковольтные выходы, работающие от обмотки 8 с малым количеством витков. Короткое замыкание в низковольтных выходных цепях вызывает недостаточно большое изменение напряжения на входе схемы .18 определения перегрузки в ВВ цепях и, в этой связи, схема 18 от такого сигнала не срабатывает. Введенная схема 21 определения перегрузки в НВ цепях имеет собственный порог срабатывания, который позволяет выделить те изменения напряжения на выходе формирователя 10 сигнала о режиме функционирования источника, которыо возникают в розу/u,тате короткого замыкания R НВ нагрузке 25 или же в НВ узлах - обмотке 8 и выпрямителе 23.

Временные диаграммы, поясняющие 5 работу источника в режиме токовой перегрузки при коротком замыкании в НВ выходных цепях, показаны на фиг. 3.

Когда сопротивление нагрузки уменьшается до нуля (момент гк.з.) напряжение с 10 выхода формирователя 10 сигнала о режиме функционирования источника резко падает до уровня А, который является порогом срабатывания узла 21 определения перегрузки в НВ выходных цепях, и последняя включа- 15 ется. При этом на ее выходе и соответственно на входе формирователя 15 внешних блокирующих сигналов возникает напряжение достаточной величины, чтобы включился формирователь 15 внешних блокиру- 0 ющих импульсов, который подает сигнал запрета на схему 16 локальной автоматики. Тогда прекращается подача импульсов тока с выхода усилителя 20 тока на силовой транзисторный ключ 2, прекращается накопле- 5 ние энергии в индуктивном накопителе 3 и, как следствие, падают напряжения во всех нагрузках 24 и 25. Напряжение питания на входе узла 14 стабилизации питающих напряжений падает, так как напряжение с вы- 0 хода цепи 12 питания снижается до нуля, и питание стабилизаторов осуществляется только от узла 11 запуска через емкостной накопитель 26, Это приводит к уменьшению напряжения на входе узла 14 стабилизации 5 питающих напряжений до порога выключе- ния стабилизаторов (моменты ti, 13, ts). Таким образом разрушаются условия питания всех узлов устройства 13 управления, а также узла 21 определения перегрузки в НВ- 0 цепях.

Пропадание напряжения питания выводит узел 21 определения перегрузки в НВ цепях из активного состояния. Теперь напряжение на входе формирователя 15 внеш- 5 них блокирующих сигналов начинает расти (интервалы ti-t2, t3-t4. ) за счет импульсов пуска, поступающих на узел 11 запуска от первичной сети, и нако хец, вырастает до .значения, которое является порогом раз- 0 блокировки источника (зона устойчивой работы - моменты т.2, т.4, te). Когда напряжение на входе узла 14 стабилизации питающих напряжений за счет энергии сетевых импульсов пуска увеличивается до определен- 5 ного значения, вновь включается узел 14 стабилизации питающих напряжений, и на-, чинается новый цикл включения источника. Таким образом, при наличии признака короткого замыкания в н;ирузке 25 накачка энергии в индуктивном лштеле 3 лроизводится пачками импульсов, следующими с частотой f 1/Т.

В общем случае средний ток короткого замыкания Ткзо может быть выражен формулой

tK.so J кзм W dt Mo о

где 1Кзм - амплитудное значение тока короткого замыкания;

tM - длительность импульса тока в НВ нагрузке;

Т- продолжительность цикла Включение-выключение конвертора ВИП (фиг. Зз);

N - количество импульсов в цикле.

Схема 21 определения перегрузки в НВ выходных цепях на один вход получает опорное напряжение, вырабатываемое узлом 14 стабилизации питающих напряжений (фиг. 1), размещенным внутри устройства 13 управления. Опорное напряжение возникает независимо от схемы 21 определения перегрузки в НЕ$ выходных цепях как только напряжение питания Ug устройства 13 управления достигает значения Увкл (моменты времени t2, t4,1б на фиг. 3). Нз другой вход схемы 21 подается выпрямленное напряжение Uoc, вы деленноес обмотки 5 обратной связи формирователем 10 сигнала о режиме функционирования источника. В случае короткого замыкания в низковольтной цепи напряжение Uoc: значительно уменьшается.

Как только это напряжение уменьшится ниже порогового значения Unop, заданного от узла 14 стабилизации питающих напряжений схема 21 определения перегрузки в НВ выходных цепях подключает к формирователю 15 блокирующих сигналов напряжение такой величины в зоне блокировки, которое способно вызвать запрет прохождения на полупроводниковый ключ 2 импульсов управления, Это значит, что будет сорван ток во всех вторичных обмотках индуктивного накопителя (в короткозамкну- тых тоже). Как следствие подпитка устройства 13 управления через цепь 12 питания будет прекращена. Поэтому устройство 13 управления через некоторое время выключается (моменты ti, ts, ts на Фиг. 6), Одновременно выключается и узел 14 стабилизации питающих напряжений для устройства 13 управления, пропадает напряжение Ui на входе схемы 21, т.е. будут разрушены условия работы схемы 21, что приводит к снятию запрета прохождения импульсов управления на полупроводниковый ключ 2 от устройства 13 управления. Теперь начинается новый цикл запуска устройства 13 управления через узел 11 запуска.

Количество N импульсов тока в НВ нагрузке 25 определяется двумя факторами: продолжительностью цикла выхода конвертора в режим равновесия энергии, подаваемой в индуктивный накопитель 3 от сетевого выпрямителя 1 и снимаемой с него на нагрузки 24 и 25, а также временем задержки срабатывания схемы 21 определения перегрузки в НВ выходных цепях. Ввиду малого

значения параметра N за период Т среднее значение тока к.з.о короткого замыкания намного ниже максимального значения тока нагрузки в НВ цепи (фиг. 3).

Принципиальная электрическая схема

определения перегрузки в НВ выходных цепях (фиг. 2) состоит из резисторов 29-32, транзистора 27 и конденсатора 28. Транзистор предназначен для подачи напряжения блокировки на вход формирователя 25

внешних блокирующих импульсов в режиме короткого замыкания в НВ выходных цепях. Транзистор 27 размещен на выходе мостовой схемы, одно плечо которой состоит из резисторов 29 и 30 и включенного последовательно им источника напряжения Uoc. величина которого определяет состояние равновесия мостовой схемы. Второе плечо мостовой схемы содержит резисторы 31 и 32 и по существу задает порог срабатывания

самой схем. Пока режим короткого замыкания в НВ выходных цепях отсутствует мостовая схема находится в состоянии равновесия и соблюдается условие: потенциал в точке А р/ равен потенциалу в точке

В(рв

.

При возникновении режима к.з. в НВ выходных цепях изменяется значение напряжения Uoc. Это возмущение нарушает

равновесие мостовой схемы и при условии

РА - (ръ 0,7 В

включается транзистор 27. При этом напряжение, падающее на резисторе 32, появляется на выходе схемы и подается на вход

формирователя 15 внешних блокирующих импульсов.

Формула изобретения 1. Стабилизированный источник вторичного электропитания, содержащий сетевой выпрямитель, к выходу которого через полупроводниковый ключ подключена первичная обмотка индуктивного накопителя, выходные обмотки которого подключены к высоковольтному и низковольтному выпря5 мителям, а обмотка обратной связи подключена к входам формирователей сигнала пуска и сигнала о режиме функционирования источника, узел запуска, входом подключенный к входу сетевого выпрямителя.

цепь питания, входом подключенная к вспомогательной обмотке индуктивного накопителя, устройство управления ключом, включающее в себя узел стабилизации питающих напряжений, генератор пилообраз- ного напряжения, узел определения перегрузки в высоковольтных цепях, усилитель регулирования и формирователь внешних блокирующих импульсов, выходами подключенные к входам схемы локальной автоматики, выходом через усилитель тока подключенной к управляющему входу полупроводникового ключа, причем управляющие входы узла стабилизации питающих напряжений и усилителя тока устройства уп- равления ключом через емкостной накопитель подключены к выходам узла запуска и цепи питания, первый выход формирователя сигнала о режиме функционирования подключен к входам усилителя регулирова- ния и схемы определения перегрузки в высоковольтных цепях устройства управления ключом, а выход формирователя сигнала пуска подключен к запускающему входу схемы локальной автоматики, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем повышения эффективности защиты

от токовых перегрузок в низковольтных цепях, в него введен узел определения перегрузки в низковольтных цепях, первым входом подключенный к второму выходу формирователя сигнала о режиме функционирования, вторым входом - к выходу узла стабилизации устройства управления ключом, а выходом - к входу его формирователя блокирующих импульсов.

22

J

25

23

CN

o

4- 1Л

о to

CJ

Д

1