Источник питания для меточного измерителя скорости потока газа Советский патент 1992 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в переносных приборах с автономным источником питания, основанных на меточном методе измерения скорости газового потока и работающих во взрывоопасной среде.

Известны транзисторные преобразователи для питания переносных приборов с обратной связью по току нагрузки (Апаров А.Б. и др. Транзисторные преобразователи для низковольтных источников энергии. М.: Энергия, 1978, 96с.).

Недостатком таких преобразователей является невозможность получения двухпо- лярного выпрямленного напряжения.

Наиболее близким к предлагаемому является искробезопасный источник питания 2, содержащий блок аккумуляторов, транзисторный однотрансформаторный преобразователь напряжения с Ьбратнбй связью по току, блок контроля разряда аккумуляторов и позволяющий получать двухполярное выпрямленное напряжение. Однако этот источник имеет низкий КПД при работе на нагрузку с импульсным энергопотреблением.

Особенностью работы приборов, основанных на меточном методе измерения скорости газовых потоков с использованием тепловых меток, является импульсный характер энергопотребления.

VI ю ел

GJ СО

VI

Во время генерации тепловой метки потребляемая от источника питания мощность в несколько раз превышает среднее энергопотребление схемы прибора. Сгладить энергопотребление за счет применения ем- костных или индуктивных накопителей энергии невозможно, так как допустимые по условиям взрывозащиты величины напряжения, а также емкости и индуктивности элементов схемы не позволяют накопить необходимое для создания требуемого теплового импульса количества энергии.

Помимо генератора тепловых меток, от источника питается измерительная часть схемы прибора, требующая для своей рабо- ты стабильного напряжения. Поскольку напряжения, получаемые от транзисторного преобразователя, нестабильны вследствие изменения напряжения аккумуляторного блока по мере его разряда и резкого увели- чения нагрузки во время генерации тепловой метки, коэффициент преобразования входного напряжения транзисторного преобразователя должен выбираться с учетом того, чтобы получаемые от преобразователя напряжения находились в пределах зоны стабилизации выходного стабилизатора. Поскольку длительность импульса генерации метки намного меньше длительности паузы, большую часть времени напряже- ния, вырабатываемые преобразователем, оказываются завышенными по сравнению с необходимыми для работы стабилизатора и источник питания работает в неэкономичном режиме.

Целью изобретения является повышение КПД источника питания путем исключения избыточного входного напряжения стабилизатора напряжения.

Указанная цель достигается за счет to- го, что в схему источника питания введены выполненные по двухполупериодной схеме транзисторные блоки выпрямления с количеством п, равным количеству диодных блоковвыпрямленияи2пдиодно-транзисторных оптронов, а каждая из используемых для выпрямления обмоток трансформатора преобразователя напряжения снабжена двумя группами дополнительных секций, причем ключ установлен в цепи питания последовательно включаемых светодиодов оптронов и соединен управляющим входом с выводами для подключения формирователя сигналов запуска генератора тепловых меток, коллектор - эмиттерные переходы выпрямительных транзисторов включены последовательно с соответствующими дополнительными обмоточными секциями первой группы между выводами соответствующих выпрямительных диодов,

а коллектор - базовые переходы .через фототранзисторы соответствующих оптронов подключены к соответствующим дополнительным обмоточным секциям второй группы.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для числа диодных блоков п, равного 2.

Источник питания содержит аккумуляторный блок 1, выключатель 2, транзисторный преобразователь напряжения с обратной связью по току, включающий в себя транзисторы 3 и 4, трансформатор 5 с обмотками 6-13, выпрямительные диоды 14, 15, 16 и 17, выпрямительные транзисторы 18, 19, 20 и 21, оптроны 22, 23, 24 и 25, фильтрующие конденсаторы 26 и 27. К шинам выпрямленного напряжения подключен двухполярный стабилизатор 28. Излучающие части оптронов 22-25 соединены последовательно и подключены через управляющий транзистор 29 к шинам выпрямленного напряжения. Транзистор 30 со стабилитроном 31 в базовой цепи подключен эмиттером к генератору 32 тепловых меток, а коллектором - к средней точке первичной обмотки трансформатора 5. Базы транзисторов28 и 30 соединены через резисторы с выходом 33 схемы формирования сигнала запуска метки.

Источник питания работает следующим образом.

После включения выключателя 2 преобразователь работает в режиме автоколебаний, поочередно коммутируемые транзисторы 3 и 4 прикладывают напряжение аккумуляторного блока 1 к частям обмотки 6, и во всех ббмотках трансформатора 5 наводится переменное напряжение. Выпрямительные диоды 14, 15 и 16, 17 с фильтрующими емкостями 26 и 27 служат для получения выходных напряжений преобразователя, подаваемых на входдвухполярно- го стабилизатора 28. Параметры обмоток 6, 7,10, 11 трансформатора 5 выбирают исходя из условия, чтобы при минимальном напряжении аккумуляторного блока 1, выпрямленные напряжения не выходили за нижний предел зоны стабилизации стабилизатора 28.

Запуск тепловой метки производится по приходу импульса напряжения положительной.полярности с выхода 33 схемы. В этом случае на базе транзистора 30 формируется импульс напряжения, по амплитуде равный напряжению стабилизации стабилитрона 31 и на генератор 32 тепловых меток, включенный в эмиттерную цепь транзистора 30, также поступает усиленный по мощности импульс стабильного напряжения. Поскольку ток, потребляемый преобразователем от аккумуляторного блока 1 резко возрастает, это приводит к увеличению падения напряжения на добавочном сопротивлении аккумуляторного блока, транзисторах 3 и 4 преобразователя и обмотках трансформатора 5. С целью компенсации этих потерь, на время действия импульса запуска метки увеличивается коэффициент преобразования входного напряжения транзисторного преобразователя путем подключения дополнительных частей обмоток 8 и 12 трансформатора. При этом импульсом напряжения, поданным на клемму 33, открывается транзистор 29 и получают питание излучающие части оптронов 22-25. Напряжения от управляющих обмоток 9 и 13 через открытые фотоприемные части оптронов поступают на базы транзисторов 18-21 и открывают их в соответствующие полупериоды напряжения на обмотках трансформатора. Диоды 14-17 при этом закрыты напряжениями на обмотках 8 и 12, а ток нагрузки протекает через транзисторы 18-21. Тем самым, на время действия импульса запуска тепловой метки, дополнительные потери в преобразователе при уве- личении нагрузки компенсируются дополнительным напряжением, получаемым от обмоток 8 и 12 трансформатора 5. Параметры обмоток 8 и 12 выбираются такими, чтобы выпрямленные напряжения преобразователя не изменялись при формировании тепловой метки.

Источник питания для меточного измерителя скорости потока, использованный в шахтном меточном анемометре AM, содержит трансформатор, намотанный на ферри- товом сердечнике М2000НМ1-17 обмотки имеют следующие числа витков: 6- 10 вит., 7-15 вит., 8 и 12-25 вит., 9 и 13-15 вит., 10-50 вит., типы транзисторов 3 и 4 - КТ819Б, 18 и 19 - КТ817Б, 20 и 21 - КТ816Б, оптроны 22-25 - АОТ127А, стабилизатор 28 -микросхема К142ЕН6с выходными напряжениями+5 В, напряжение аккумуляторного блока 1,2-1,4 В. Применение предлагаемой схемы источника питания позволяет повысить длительность непрерывной работы прибора без подзаряда аккумулятора или при сохранении заданной длительности работы применять аккумулятор меньшей емкости, снизить массу и стоимость прибора. Так, использование предлагаемого источника питания позволило снизить потребление от аккумулятора НКГЦ-3,5-1 ток с 650-700 Ма по известной схеме, до 380-420 мА - по предлагаемой,1 потребление тока при запуске метки для

обеих схем было одинаково и составляло около 1,5 А.

Ф о р м у л а и з о б р е те н и я Источник питания для меточного измерителя скорости потока газа, содержащий

двухтактный транзисторный однотранс- форматорный преобразрватель напряжения с обратной связью по току, питающий вход которого подключен к выходу аккумуляторного блока, соединенному с выводами

для подключения питающей цепи генератора тепловых меток с импульсным энергопотребителем, по крайней мере, один, выполненный по двухполупериодной схеме

диодный блок выпрямления, входы которого соединены с основными секциями соответствующей обмотки /трансформатора преобразователя напряжения, а выход - с выводами для подключения питающей цепи

стабилизатора напряжения измерительного комплекса с равномерным энергопотреб- лением, выводы -для подключения формирователя сигналов запуска генератора тепловых меток, отличающийся

тем, что, с целью повышения КПД путем исключения избыточности входного напряжения стабилизатора напряжения, в него введены выполненные по двухполупериодной схеме транзисторные блоки выпрямления с количеством п, равным количеству диодных блоков выпрямления, и 2п диодно- транзисторных оптронов, а каждая из используемых для выпрямления обмоток трансформатора преобразователя напряжения снабжена двумя группами дополнительных секций, причем ключ установлен в цепи питания последовательно включенных светодиодов оптронов и соединен управляющим входом с выводами для подключения

формирователя сигналов запуска генератора тепловых меток, коллектор - эмиттерные переходы выпрямительных транзисторов включены последовательно с соответствующими дополнительными обмоточными секциями первой группы между выводами соответствующих выпрямительных диодов, а коллектор - базовые переходы через фототранзисторы соответствующих оптронов подключены к соответствующим дополнительным обмоточным секциям второй группы.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания. Цель - повышение КПД путем исключения избыточности входного напряжения стабилизатора. Устройство выполнено с использованием транзисторного преобразователя напряжения с трансформаторным выходом, а также диодных и транзисторных блоков выпрямления. Преобразователь работает в режиме импульсного энергопотребления. С помощью оптронного управления обеспечивается увеличение коэффициента преобразования входного напряжения преобразователя на время генерации тепловой метки и поддержание его на минимально необходимом уровне во время паузы. В интервале действия импульса запуска тепловой метки дополнительные потери в преобразователе компенсируются напряжением от дополнительных секций выходного трансформатора. Параметры этих секций выбираются такими, чтобы выпрямленные напряжения преобразователя не изменялись при формировании тепловой метки. 1 ил. СП с