Регулируемый источник вторичного электропитания Советский патент 1992 года по МПК H02M3/335 H02H7/12 

Изобретение41 отнбсмтся к устройствам управления преобразователями энергии постоянного тока на входе в энергию постоянного тока на выходе, в частности к источникам питания, и может быть использовано в системах питания устройств автоматики и вычислительной техники.

Известен источник питания схемой защиты преобразователя от перегрузок, содержащий блок управления, выход которого через усилитель мощности, входной трансформатор тока, выпрямитель и фильтр соединен с выходными клеммами и через резистор - с входом усилителя сигнала рассогласования, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения. Вторичная обмотка трансформатора тока через нагрузочный резистор, выпрямитель и транзистор подсоединена непосредственно к первому входу усилителя сигнала рассогласования .

Недостатком указанного устройства является возрастание тока по вторичной обмотке выходного трансформатора в режиме, близком к короткому замыканию, до величины в 1, раза превышающей его номинальное значение. Объясняется это тем, что канал ограничения выходного тока работает в следящем режиме и не обеспечивает полного ограничения выходного тока вследствие конечного коэффициента усиления системы стабилизации.

С целью исключения перегрева выходного трансформатора в таком режиме приходится увеличивать его габаритную мощность, что увеличивает габариты и вес источника питания. , Вторым недостатком указанного устройства является трудность диагностики наличия перегрузки на выходе источника питания, так как снижение величины выходного напряжения, наблюдаемое в таком режиме, может происходить и при некоторых неисправностях блока управления.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является источ ник питания с защитой от перегрузок, содержащий блок управления, выход которого через усилитель мощности подключен к первичным обмоткам трансформатора тока и выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и

to

15

20

25

5978

фильтр подключена к выходным клем- мам, и через цепь обратной связи - к управляющему входу блока управле- ния, второй вход которого подсоеди- нен к источнику опорного напряжения, причем эмиттер транзистора через эмиттерное сопротивление подключен к общему приводу, база через резистор и выпрямитель - к вторичной обмотке трансформатора тока, параллельно которой включен нагрузочный резистор, а коллектор через коллекторный резистор - к источнику питающего напряжения и через диод - к первому входу блока управления.

Между базой транзистора и выходными клеммами источника питания введен резистор.

Кроме того, источник содержит инвертор, первую и вторую дифференцирующие цепи, первый и второй конденсаторы, первый и второй суммирующие резисторы, второй и третий транзисторы, причем вход инвертора подключен к выходу блока управления, входы второго и третьего транзисторов подключены к выходу вспомогательного выпрямителя, выходы второго и третьего транзисторов соответственно через первый и второй конденсаторы подключены к общей шине, вход второго транзистора через первую дифференцирующую цепочку подключен к выходу инвертора, а управляющий вход третьего транзистора через вторую дифференцирующую цепочку - к выходу блока управления .

Недостатком известного устройства является узкий диапазон возможных уходов параметров элементов схемы, ч го может ухудшить стабильность порога срабатывания защиты в процессе температурных воздействий и при эксплуатации.

Цель изобретения - расширение области применения за счет уменьшения влияния температурных и временных уходов параметров элементов схемы защиты.

Указанная цель достигается тем, что в источник питания, содержаний задающий генератор, генератор пилообразного напряжения, выход которого подключен к одному входу широтно-им- пульсного модулятора, выход которо- го подключен к входу усилителя мощно-, сти, выходом подключенного к последо вательчо соединенным первичным об30

35

40

45

50

55

моткам трансформатора тока и выходного трансформатора, вторичная обмот ка которого через выпрямитель подключена к фильтру, выход которого через цепь обратной связи подключен к одному входу усилителя сигнала ошибки, другой вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, а выход подключен к другому входу широтно-импульсного модулятора, первый транзисторный ключ, второй транзисторный ключ, входом подключенный к выходу вспомогательного выпрямителя, а выходом - к одному выводу зарядного конденсатора, другой вывод которого подключен к общей шине и к одному выводу конденсатора, интегрирующей цепочки, другой вывод которого подключен к входу источнику опорного напряжения непосредственно, а к выходу второго транзисторного ключа через резистор интегрирующей цепочки, при этом вторичная обмотка трансформатора тока с параллельно включенным резистором подсоединена к входу вспомогательного выпрямителя, введены два элемента И, логический инвертор и двоичный счетчик, причем вход двоичного счетчика подключен к выходу задающего генератора, входу логического инвертора и одному входу первого элемента И, один выход двоичного счетчика подключен к входу генератора пилообразного напряжения, а другой выход двоичного счетчика подключен к другому входу первого элемента И одному входу второго элемента И, выходы первого и второго элементов И подключены к входам соответственно первого и второго транзисторных ключей, выход логического инвертора подключен к другому входу второго элемента И, а первый транзисторный ключ подключен параллельно зарядному конденсатору.

.На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, на фиг. 2 - временные ди аграммы работы.

На диаграмме обозначено: выходные импульсы 1 задающего генератора, напряжение 2 на первом выходе двоичного счетчика, пилообразное напряжение 3 на выходе генератора пилообразного напряжения, импульсы k на выход первого логического элемента И , им- пульсы 5 на выходе второго логическо го элемента И, импульсы 6 на выходе

0

вспомогательного выпрямителя, импульсы 7 на зарядном конденсаторе, напряжение В на выходе интегрирующей цепи , импульсы 9 на первичной и вторичной обмотках выходного трансформатора, выходное напряжение 10 источника питания.

Источник питания содержит задающий генератор 11 через двоичный счетчик 12, генератор пилообразного напряжения 13, широтно-импульсный модулятор 1 и усилитель мощности 15 подключенный к последовательно c соединенным первичным обмоткам 16 и 17 выходного трансформатора 18 и трансформатора тока 19. Вторичная обмотка 20 выходного трансформатора через выпрямитель 21 и фильтр 22 0 подключена к выходным клеммам 23 и через цепь обратной связи 2 к первому входу усилителя 25 сигнала ошибки. Второй вход усилителя сигнала ошибки соединен с выходом источ- 5 ника 26 опорного напряжения, а выход - с вторым входом широтно-импульсного модулятора. Выходы триггеров двоичного счетчика подключены к входам логических элементов И 27 и 28, выходы которых соединены с входами транзисторных ключей 28, 30. На выходах транзисторных ключей установлен зарядный конденсатор 31. который через интегрирующую цепь 32 подключен к входу источника 5 опорного напряжения. Второй вход первого транзисторного ключа соединен с выходом вспомогательного выпрямителя 33, вход которого соединен с резистором датчика 3 тока и вторич0

0

ной обмотки 35 трансформатора тока.

5

Второй вход первого элемента 27 со- един с выходом задающего генератора и через инвертор 36 с входом второго элемента 28,

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии на выходе источника питания перегрузки или короткого замыкания усилитель 25 сигнала ошибки производит постоянный контроль величины выходного напряжения и сравнение его с напряжением источника 26 опорного напряжения.

Усиленная разность этих напряжений 5 осуществляет выработку импульсов напряжения с переменной скважностью на выходе широтно-импульсного модулятора 14 (диаграмма 9), изменяющихся

0

по закону ШИМ или любому другому с целью постоянного поддерживания выходного напряжения в допустимых пре-1 делах. Импульсы с переменной скважностью через усилитель 15 мощности и выходной трансформатор 18 поступают на выпрямитель 21 и фильтр 22, где происходит выделение постоянной составляющей напряжения, которая подает ся на выходные клеммы 23.

Учитывая, что величина дросселя фильтра является величиной конечной, форма имплуьсов не выходе трансформатора тока 19 после выпрямления имеет вид трапецеидального напряжения, изображенного на диаграмме 6. При этом минимальное и максимальное значения трапецеидального напряжения, а также длительность импульса зависят от величины питающего напряжения, в то время как полусумма переднего и заднего Фронтов трапецеидального напряжения равна величине тока нагрузки„

С целью исключения указанной за- висим1 .ти логические элементы И 27 и 28 формируют из последовательности импульсов задающего генератора 11 деа которотких импульса (диаграммы и 5) , причем оба импульса Формируются так, чтобы задний фронт первого импульса и передний Фронт второго импульса совпадали с серединой длительности широтно-модулиро- ванного импульса (момент времени to на диаграмме 6). Как видно из фиг.2, мгновенная величина импульса в этот момент времени равна среднему значению тока через источник питания (показано пунктиром на диаграмме 6) и не зависит от величины питающего напряжения. Выбор временного положения импульсов на выходах логических элементов И осуществляется подключением соответствующих выходов двоииного счетчика 12 к первым входам элементов 27 и 28.

Первый импульс (диаграмма 5) открывает транзисторный ключ 30, через который происходит разряд конденсатора 31 практически до нулевого уровня, второй импульс открывает транзисторный ключ 29, который заряжает конденсатор 31 до уровня напряжения в момент времени tQ. В результате на конденсаторе 31 формируется напряжение, изображенное на диаграмме 7. После сглаживания ин10

17359788

тегрирующей цепью 32 с малой постоянной времени напряжение, изображенное на диаграмме 8, поступает на вход источника опорного напряжения.

Увеличение тока нагрузки выше допустимой величины, задаваемой параметрами схемы, приводит к увеличению величины импульса тока в момент времени t0, увеличению сигнала на конденсаторе 31 и выходе интегрирующей цепи 32, который воздействует на источник 26 опорного напряжения так,что вызывает снижение напряжения на его выходе. Через цепь отрицательной обратной связи и усилитель 25 сигнала ошибки снижение опорного напряжения вызывает снижение величины выходного напряжения, что ограничивает выходной ток источника питания. Указанное регулирование величиной опорного напряжения может осуществляться через транзистор, подключенный параллельно опорному элементу, или другим подобным способом.

Использование предлагаемого изобретения позволяет получить сигнал, пропорциональный току нагрузки, величина которого не зависит от питающего напряжения и имеет меньшие температурные и временные уходы, фиксировать порог срабатывания защиты, из-за отсутствия неоправданных запасов порога срабатывания снижается габаритная мощность выходного трансформатора и дросселя сглаживающего

15

20

25

30

35

45

55

фильтра, снижается ток перегрузки. Формула изобретения

Регулируемый источник вторичного электропитания, содержащий задающий генератор, генератор пилообразного напряжения, выход которого подключен к одному входу широтно-им- пульсного модулятора, выход которого подключен к входу усилителя мощности , выходом подключенного к последовательно соединенным первичным обмоткам трансформатора тока и выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель подключена к фильтру, выход которого через цепь обратной связи подключен к одному входу усилителя сигнала ошибки, другой вход которого под- ключей к выходу источника опорного напряжения, а выход подключен к дру тому входу широтно-импульсного моду

5

5

фильтра, снижается ток перегрузки. Формула изобретения

Регулируемый источник вторичного электропитания, содержащий задающий генератор, генератор пилообразного напряжения, выход которого подключен к одному входу широтно-им- пульсного модулятора, выход которого подключен к входу усилителя мощности , выходом подключенного к последовательно соединенным первичным обмоткам трансформатора тока и выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель подключена к фильтру, выход которого через цепь обратной связи подключен к одному входу усилителя сигнала ошибки, другой вход которого под- ключей к выходу источника опорного напряжения, а выход подключен к дру тому входу широтно-импульсного моду

91

яторэ, первый транзисторный ключ, второй транзисторный ключ, входом подключенный к выходу вспомогательного выпрямителя, а выходом - к одному выводу зарядного конденсатора, другой вывод которого подключен к общей шине v, к одному выводу конденсатора интегрирующей цепочки, другой вывод которого подключен к входу источника опорного напряжения непосредственно, а к выходу второго транзисторного ключа через резистор интегрирующей цепочки, при этом вторичная обмотка трансЛорма- тора тока с параллельно включенным резистором подсоединена к входу вспомогательного выпрямителя, о т- лич эющийся тем, что, с целью расширения области применения,

3597810

в него введены два элемента И, логический инвертор и двоичный счетчик, причем вход двоичного счетчика подключен к выходу задающего генератора, 5 входу логического инвертора и одному входу первого элемента И, один выход двоичного счетчика подключен к входу генератора пилообразного напряжения, а другой выход двоичного счетчика подключен к другому входу первого элемента И и одному входу второго элемента И, выходы первого и второго элементов И подключены к входам соответственно первого и второго транзисторных ключей, выход логического инвертора подключен к другому входу второго элемента И, а первый транзисторный ключ подключен паралелль- но зарядному конденсатору.

10

15

Сущность изобретения: конвертор содержит задающий генератор 11, который через двоичный счетчик 12, генератор пилообразного напряжения 13, широтно-импульсный модулятор 1, усилитель мощности 15, выходной транспортер 16, выпрямитель 21 и фильтр 22 подключен к выходным выводам 23. Стабилизация выходного напряжения осуществляется через цепь обратной связи и усилитель сигнала ошибки 25. Защит от перегрузок осуществляется путем снижения опорного напряжения сигналом, снимаемым с датчика тока ЗА. Для выделения сигнала, пропорционального току нагрузки, служат транзисторные ключи 29, 30, логические элементы 27, 28 и конденсатор 31. 2 ил. 23 (Л с -J оо сд со 1 00

1

2 3

4 5

б 7

8 9

Ю

1пппппппппппппппрпппппппппш/