Ключевой источник вторичного электропитания Советский патент 1992 года по МПК G05F1/56 

vj О 1

S

IOO

Изобретение относится к источникам вторичного злектрспитзни радиоэлектронной аппаратуры. Целью изобретения является повышение надежности и расширение области использования ключевого источника. Напряжение низкого уровня выпрямляется выпрямителем 4, фильтруется фильтром 7 и постоянно поступает нэ выходные выводы. Напряжение высокого уровня, выпрямленное выпрямителем 3. подключается к входу фильтра 7 ключом 6. Выходное напряжение делителя 9 сравнивается с эталонным напряжением источника 8 е блоке 10 упргегения. который формирует сигналы на коммутацию ключа 6 в моменты рзвЈнстьа нулю срогпивземых входных напряжений. Момент равенства нулю входных наг рзже нй определяется блоком 5, синхронизиру си м сэбсгу блока 1C управления 3 ил. КЛ

Фи.1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к ключевым источникам вторичного электропитания, и может быть использовано для электропитания как вычислительных, так и радиоприемных устройств.

Известны вторичные источники электропитания построенные по псинципу управляемых выпрямителей со ступенчатым регулированием выходного напряжения, содержащие входной трансформатор с двумя вторичными обмотками, выпрямительный мост, ключевые элементы и сглаживающий фильтр нагрузки. В начале каждого полупериода входного напряжения до момента подачи сигнала управления ключевые элементы заперты и к фильтру члгрузки через выпрямительный мост приложено выпрямленное напряжение низкого уооекя от одной вторичной обмотки входно- 0 трансформатора. При подаче сигнала уп- i зслен .-д на коммутирующие вентили они открываются и подключают к. фильтру на- рузки напряжение высокого уровня, пол- /чаемое с согласно соединенных с- оричных обмоток входного трансформа- гора Стабилизация выходного напряжения п изв стных вторичных источниках питания осуществляется за счет шмротно-импульс- нсго управления вольтодобавкой,

В иэ естных устройствах динамические потери на ключевых элементах и коммута- щонные помехи частично снижены и определяются Р-12НССТНО напряжений высокого и н. экого уровней, что снижает надежность этих устройств.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемомурезультату является стабилизированный источник питания, содержащий два выпрямительных моста, входу которых подключены к входным выводам для подключения источника переменного напряжения, выделитель нуля входного на- прч + ен ..ч, последовательно соединенные тир-истсрный ключ, фильтр, источник опорного напряжения и делитель напряжения, а Спок управления кпючом, в который входят блоки запуска, усилитель, элемент И и согласующий каскад, Вход выделителя нуля входного напряжения подключен к выходу первого выпрямительного моста, а выход выделителя соединен с первым вводом бло- кп управления ключом, второй вход которого соединен с вторым выходом источника опорного нз-ргжсния, третий вход блока управления ключом подключен к выходу делителя напряжения, а выход блока управления ключом соединен с управляющим входом ключа. Один из выводов делителя

напряжения соединен с плюсовым выходным выводом.

Минусовые контакты выходов выпрямительных мостов, выделитель нуля входного

напряжения, фильтр, источник опорного напряжения, блок управления ключом и минусовой контакт объединены общей шиной.

Снижение динамических потерь и коммутационных помех известного устройства

0 достигается за счет включения тиристорных ключей вблизи нуля переменного входного напряжения.

Но из-за наличия у тиристоров порога включения по уровню коммутируемого на5 пряжения и построения электрической принципиальной схемы таким образом, что управляющие импульсы для включения тиристоров могут быть сформированы только при достижении напряжением на выходе

0 второго выпрямительного моста определенного уровня, в известном устройстве сохра- няются динамические потери в тиристорных ключах и значительный уровень коммутационных помех, что снижает

5 надежность устройства и не позволяет использовать его для питания радиоприемных устройств.

Цель изобретения - повышение надежности и расширение области использования

0 путем уменьшения коммутационных помех и динамических потерь в ключевом элементе.

Цель изобретения достигается за счет коммутации ключевым элементом импуль5 сов выпрямленного напряжения, по амплитуде равных разности напряжений высокого и низкого уровней, причем включение и отключение его осуществляется при нуле коммутируемого напряжения.

0В предлагаемом ключевом источнике вторичного электропитания, содержащем первый и второй выпрямительные мосты, выделитель нуля входного напряжения, последовательно соединенные ключ, фильтр,

5 источник опорного напряжения и делитель напряжения, подключенный одним выводом к плюсовому выходному выводу, а также блок управления ключом, причем вход выделителя нуля входного напряжения подключен к выходу первого выпрямительного

0 моста, а выход - к первому входу блока управления ключом, второй вход которого соединен с вторым выходом источника опорного напряжения, третий вход соединен с выходом делителя напряжения, выход

5 устройства управления ключом соединен с управляющим входом ключа, минусовые контакты выходов выпрямительных мостов, выделитель нуля входного напряжения, фильтр, устройство управления ключом, источник опорного напряжения и минусовой выходной контакт объединены общей шиной, вход первого выпрямительного моста соединен с входными выводами для подключения переменного напряжения сети высокого уровня, вход второго выпрямительного моста соединен с входными выводами для подключения переменного напряжения низкого уровня, плюсовой контакт выхода первого выпрямительного моста подключен к входу ключа, плюсовой контакт выхода второго выпрямительного моста подключен к входу фильтра, ключ выполнен транзисторным, устройство управления ключом содержит RS-триггер, операционный усилитель, диод, четыре резистора, два элемента 2И-НЕ и транзистор, причем прямой вход операционного усилителя соединен с вторым входом устройства управления ключом и через первый резистор - с выходом операционного усилителя. инверсный вход котор: го подключен к третьему входу устройства управпения ключом, первый вход которого соединен с первыми входами элементов 2И НЕ и через второй резистор - с общ ой L ,-нсй, выход операционного усилителя через диод,включенный в проводящем мапрзетгни/. соединен с вторым входом лер&ого элемента 2И-НЕ, входом инвертора и через третий резистор - с общей шиной, выхсд инвертора подключен к второму входу второго элемента 2И-НЕ. выходы .--c-DBoro и второго элемента2И-НЕ псдклкхс ы соответственно к инверсным 5- и R-вхсдам RS-триггера, выход которсго через четвертуй резистор подключен к базе транзистора, коллектор которого соединен с выходом /строй.тва управления ключом, а эмиттер - с шиной, к которой подключен г торой вывод делителя напряжения.

При использовании лредлйг. емсго изобретения обеспечивается повышение кз- дежности в сравнении с прототипом за счет снижения динамических потерь на ключевом элементе путем коммутации импульсов напряжения, по амплитуде равных разности напряжений высокого и низкого уровней, и расширение области использования за счет уменьшения коммутационных помех путем замены тиристорных ключей транзисторным и управления им таким образом, что включение и отключение его происходит при нуле коммутируемого напряжения, что позволяет использовать предлагаемое техническое решение в источниках питания широкого класса устройств.

На фиг.1 и 2 представлены соответственно структурная схема предлагаемого ключевого источника вторичного электропитания и схема блока управления ключом; на фиг.З - диаграммы напряжений, поясняющие работу предлагаемого устройства. На фиг.З даны следующие обозначения: U - напряжение на входе первого выпрямительного моста;

Uo - импульсы напряжения на выходе выделителя нуля;

л U - разность между уровнями выходных напряжений делителя напряжения и источ0 ника опорного напряжения:

UK - сигнал на входе инвертора; Uy - сигнал управления на выходе RS- триггера;

Ue - выпрямленное напряжение, при5 кладываемое к фильтру.

Ключевой источник вторичного электропитания (фиг.1) содержит входные выводы 1 для подключения переменного напряжения высокого уровня, входные выводы 2 для

0 подключения переменного напряжения низкого уровня, первый выпрямительный мост 3,второй выпрямительный мост А, выделитель 5 нуля входного напряжения, поел едовательносоединенные

5 транзисторный ключ 6. фильтр 7, источник 8 спорного напряжения и делитель 9 напряжения, а также блок 10 управления ключом, имеющий три входа: первый 11. второй 12, третий 13, и выход 14 управления.

0Минусовые контакты выходов выпг.ями- тельных мостов 3 и 4 и выхода предлзгэемо- го исто11 ;: 1 ;: электропитания, выделитель 5 нуля входного напряжения, флльтр . источник 8 опорного напряжения, делитель 9 нз5 пряжения, блок 10 управления клчт-ом подключены к общей шине 15. Вывгди делителя 9 напряжения псдкпючень-1 к выходным выводам, а е:з соединен с третьим входом блока 10 правления клю0 чем, с первом входом которого соединен ЕЬ лег выделителя Б нуля входного наг.ряже- , а с вторым входом - второй выход источника 8 опорного напряжения. Выход блока 10 управления ключом соединен с

5 управляющим входом транзисторного ключа 6.

Каждый из перечисленных узлов: выпрямительные мосты 3 и 4, выделитель 5 нуля входного напряжения, транзисторный

0 ключ 6, фильтр 7, источник 8 опорного напряжения, делитель 9 напряжения могут быть выполнены по любой из известных схем, например по схемам, приведенным на фиг.1.

5Входные напряжения высокого 1 и низкого 2 уровней могут быть получены с двух вторичных обмоток одного трансформатора, причем эти напряжения выбираются такими, чтобы наименьшее из возможных

амплитудных значений входного напряжения высокого уровня было не менее, э наибольшее из возможных амплитудных значений входного напряжения низкого уровня было не боге0 уровня выходного напряжения ключевого источника вторичного электропитания.

Блок 10 управления ключом (фиг.2) еы- полиен на операционном усилителе 1G, прямой вход кг.гсрого соединен с пходом 12, инверсный - с входом 13 устройства 10, инверторе 17, элементах 2И-НЕ 18 и 19, RS-триггере 20 с инверсными входами, транзисторе 21, диоде 22 и резистор-.х 23- 2G. Переые вход1.- -лементос 211-НЕ 18 г. 1S соединены с nepEL-- ходом 11 блока 10 и через второй ре. ;тср 24 - с общей шиной 5. Прямой вход операционного усилителя 16 с единен чег-. з первый резистор 23 со

-П СЧ .м г - гдо . котеоь й через д. о;; 22.

-:г 1СЧен-: О В Г. ГГ. Н 5 . рэ L ТС и ИИ .X ДИН Oh С . : чГДОМ ЗЛеМсНТЭ 2 ll Н Е

1В, нчпсртпр.-jM 17 и, третий рсзигтпр 25 - с общей шиной 1 ино:рт ра 17

-ед . ючсч к с ср0 -1; в-оду э . 2И- ; -J г о

бы ход з.е- гн1з Г. - -Н Е 18 сг-едпчсн : инверсны11 с--L од г -триггегз 20. выход зле - OHi.. . -- F. 1 ..-.сединсн с инс -рснь;;. R-еходсм трип en - . ылод кслогсгэ через ет.тертый резистор 25 пэд -.- очен : р.;:н..и.стсрг 2V Ког.. - ор трзн.-с/гсря 1 с . 10, & эг .п. - с сби:сн шн.ной 15.

К ТЮЧГ;ЕС й HCTO - - HX БТСрИЧНОГО ЭЛСП.ТрОпитания работает следующим образом.

При напряжении на выходе депит ля 9. меньшем по уровню нэпояжения нг, ЕЫ..ОДО источника 8 чфиг.3.в), огерацисннь й YCVVTH- тег. ь 16, Е к г-ю ч 2 н н ы и с помощью резнсто. 23 по сх&ме ксм,г 3ра70рэ. устанлз-пг ется с первое ус, си- .е состояние, xap-ji тери- зующееся по;о :птег ным .- ни-; М ну вылрде, которое чор--. д.-зд 22 г р.и;г;:.. ется к втором, 1 хсд;- згемента 16 и г. о-оду инвертор 17 (Фиг.-.г). Выхгдной инвертора урсьмя лсгическс с О при :гадь. - вается к второму входу элемента 19. Поскольку первое вхслы элементов 18 и 19 соединены вместе и через резистро 24 подключаются к оииси LJ..S 15. что сосприни- маетск ими как входной сигнал логи- О, то при отсутствии логического сигнала по линии связи | г-..;. Д I 1 i-a и« выхсдэх услана вливается сигнал л о1 и ческе и 1 и триггер 20 при э ом HF ход и тс н s с с г, т с я нии, определяемом npeniu-jc-riyK;..1/- ситуацией. При появлении нз линии СЕЯ:И (Б;-од 11) импуло- са логическсй Т н приклэдызэет- ся импульс логичен ого О и триггер

устанавливается в состояние 1 по выходу (фиг.З.д) и через резистор 26 включает транзисторный ключ 21, который включает ключ О и к фильтру 7 прикладывается напряжение

высокого уровня с выхода выпрямительного моста 3 (фиг.З.е).

При повышении выходным напряжением делителя 9 уровня опорного напряжения на выходе источника 8 (фиг.З.в) компаратор

на операционном усилителе 16 и резисторе 23 устанавливается в другое устойчивое состояние, характеризующееся отрицательным напряжением на выходе, которое прикладывается к диоду 22 в обратном от

проводимости направлении и запирает его. Таким образом, на втором входе элемента 18 и на входе инвертора 17 через резистор 25 с общей шины 15 устанавливается эквивалент сигнала логического О

(фигЗ.г). а к второму входу элемента 19 при- кг.Д1- 5четс оыходной сигнал инвертора 17 логической 1. При появлении импульса логической 1 линии связи (сход 11) импульс логического С приложится к входу R

триггера 20, что приведет к переключению его в О по вь ходу (Фиг.З д) и к отключению ключей 21 и 6. К фильтру 7 остается год оченнь м рыходное напряжение выпрямительного моста 4 низкого

уровня (фиг.З.г). Напряжение на выходе делителя 9 начинает снижаться и при снижении его уровня опорного напряжения на е ./хсде источника 8 цикл повторяется. Таким образом происходит стабилизация

напряжения нэ выходных контактах ключевого источника вторичного электропитания. В предлагаемом ключевом источнике вторичного электропитания использование двух выпрямительных мостов для выпрямлония входных напряжений высокого и низкого уроэксй и подключение их выходов к фил .тру. соо-сетс Еечнэ первого моста через транзисторный ключ, а второго - непосредственно, позволяет уменьшить перепад

напряжения на транзисторном ключе, а включение и отключение последнего при нуле входного напряжения с помощью блока управления, почти полностью исключает динамические потери на ключе и ком.мутационные помехи, обеспечивает повышение надежности и позволяет использовать предлагаемый источник для питания как вычислительных, так и радиоприемных устройств, что расширяет его область

применения.

Формула изобретения Ключевой источник вторичного электропитания, содержащий первый и второй выпрямительные мосты, выделитель нуля

входного напряжения, последовательно соединенные ключ, фильтр и источник опорного напряжения, который совместно с делителем напряжения подключен первым выводом к плюсовому выходному выводу, и блок управления ключом, причем вход выделителя нуля входного напряжения подключен к выходу первого выпрямительного моста, а его выход соединен с первым входом блока управления ключом, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, третий вход блока управления ключом соединен с выходом делителя напряжения, а выход блока управления ключом подключен к управляющему входу ключа, минусовые выходные выводы выпрямительных мостов, выделитель нуля входного напряжения, фильтр, вторые выводы источника опорного напряжения и делителя напряжения, блок управления ключом и минусовой выходной вывод объединены и соединены с общей шиной, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности и расширения области использования, вход первого выпрямительного мо ста соединен с входными выводами для подключения переменного напряжения высокого уровня, вход второго выпрямительного моста - с входными выводами для подключения переменного напряжения низкого уровня, плюсовой выходной вывод nepsoro

-

выпрямительного моста подключен к входу ключа, плюсовой выходной вывод второго выпрямительного моста подключен к входу фильтра, ключ выполнен транзисторным, а

5 блок управления ключом содержит RS-триг- гер. операционный усилитель, диод, четыре резистора, инвертор, два элемента 2И-НЕ и транзистор, причем прямой вход операционного усилителя использован в качестве

10 второго входа блока управления ключом и через первый резистор соединен с выходом операционного усилителя, инверсный вход которого использован в качестве третьего входа блока управления ключом, первые

15 входы элементов 2И-НЕ использованы в качестве первого входа блока управления ключом и через второй резистор соединены с общей шиной, выход операционного усилителя через диод, включенный в проводящем

20 направлении, соединен с вторым входом первого элемента 2И-НЕ, входом инвертора и через третий резистор - с общей шиной, выход инвертора подключен к второму входу второго элемента 2И-НЕ, выходы перво- 25 го и второго элементов 2И-НЕ подключены соответственно к инверсным S- и R-входэм RS-триггерэ. выход которого через четвертый резистор подключен к базе транзистора, коллектор которого использован в качестве оыхсдэ блока управления ключом, л эмитт -р соединен с общей шиной.

Фигг