Источник вторичного электропитания Советский патент 1992 года по МПК H02M3/335 

Фи.1

Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к источникам вторичного электропитания, и может быть использовано, например, при построении устройств электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Известен источник вторичного электропитания, содержащий трансформатор переменного тока, первичные обмотки которого подключены к преобразователю постоянного напряжения в переменное, а вторичные обмотки - к преобразователю переменного напряжения в постоянное. Последний содержит выпрямитель и фильтр.

При помощи трансформатора амплитуда полученного в преобразователе переменного напряжения изменяется, а затем оно выпрямляется и фильтруется для получения постоянного выходного напряжения, Используемый для этого фильтр нижних частот ослабляет переменные составляющие выходного напряжения, обусловленные помехами, распространяющимися по симметричному пути. Путем совершенствования фильтра удается ослабить симметричные помехи (пульсации на выходе фильтра) в необходимой степени.

Известен источник вторичного электропитания, заключенный в первый экран и содержащий трансформатор переменного тока, снабженный вторым и третьим экранами, размещенными между первичными обмотками, подключенными к преобразователю постоянного напряжения в переменное, и вторичными обмотками, подключенными к преобразователю переменного напряжения в постоянное, причем ближайший к вторичным обмоткам третий экран подключен к одному из выходов преобразователя переменного напряжения в постоянное. Последний содержит выпрямители и фильтры. Вход преобразователя постоянного напряжения в переменное подключен к выходу третьего преобразователя переменного сетевого напряжения в постоянное.

Первым недостатком этого источника является то, что в нем не подавляются несимметричные помехи, источником которых являются как вторичные обмотки трансформатора, так и преобразователь переменного напряжения в постоянное, подключенный к вторичным обмоткам трансформатора. Ведь на вторичных обмотках также действуют значительные импульсные напряжения и токи. Кроме того, импульсные напряжения и токи сложной формы действуют на нелинейных элементах этого преобразователя (например, диодах выпрямителя). Вторым недостатком рассматриваемого источника является то, что несимметричные помехи, источником которых является преобразователь постоянного напряжения в переменное, подавляются недостаточно, так как несмотря на то, что экраны трансформатора ослабляют электростатическую связь непосредственно между первичными и вторичными обмотками трансформатора, все же остается сильная паразитная электромагнитная связь между элементами преобразователя постоянного напряжения в переменное и элементами преобразователя переменного.напряжения в постоянное.

Цель изобретения - ослабление несимметричных помех, создаваемых источником

вторичного электропитания, и повышение его надежности.

Указанная цель достигается тем, что в источнике, заключенном в первый экран и содержащем трансформатор переменного

тока, снабженный вторым и третьим экранами, размещенными между первичными обмотками,подключеннымик преобразователю постоянного напряжения в переменное, и вторичными обмотками,

подключенными к преобразователю переменного напряжения в постоянное, причем ближайший к вторичным обмоткам третий экран подключен к одному из выходов преобразователя переменного напряжения в

постоянное, третий экра охватывает вторичные обмотки трансформатора и преобразователь переменного напряжения в постоянное, а первый и второй экраны объединены так, что они отделяют третий экран

от первичных обмоток трансформатора и преобразователя постоянного напряжения в переменное.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема предложенного источника вторичного электропитания; на фиг. 2 -функциональная схема включения предложенного источника вторичного электропитания.

Источник вторичного электропитания

(фиг. 1), заключенный в первый экран 1. содержит трансформатор переменного тока, снабженный вторым 2 и третьим 3 экранами, размещенными между первичными обмотками 4, подключенными к

преобразователю 5 постоянного напряжения в переменное, и вторичными обмотками 6, подключенными к преобразователю 7 переменного напряжения в постоянное. Ближайший к вторичным обмоткам 6 третий

экран 3 подключен к одному из выходов преобразователя 7 переменного напряжения в постоянное. Третий экран 3 охватывает вторичные обмотки 6 трансформатора и преобразователь 7 переменного напряжения в постоянное. Первый 1 и второй 2 экрамы объединены так, что они отделяют третий экран 3 от первичных обмоток 4 трансформатора и преобразователя 5 постоянного напряжения в переменное.

На функциональной схеме (фиг. 2) предложенный источник подключен входом к первичному источнику 8 электропитания (например, сети переменного тока) через преобразователь 9 переменного напряжения в постоянное, а выходом - к нагрузке 10 и осциллографу 11, включенному для наблюдения несимметричных помех. Сопротивление 12 учитывает комплексное сопротивление проводника между общим выводом осциллографа 11 и выходным выводом 13 предложенного источника.

В общем случае элемент 10 может обозначать любо е функциональное устройство, получающее питание от предложенного источника, а элемент 11 - любое устройство, получающее информационный сигнал функционального устройства 10. При некоторых вполне приемлемых допущениях общий случай сводится к частному с нагрузкой 10 и осциллографом 11, включенным в соответствии с фиг. 2. Эти допущения следующие: входное сопротивление устройства 11 много больше выходного сопротивления функционального устройства 10, выходное напряжение последнего равно нулю. Второе допущение вытекает из того, что в соответствии с принципом суперпозиции мы рассматриваем только несимметричные помехи, но не рассматриваем работу функционального устройства 10.

Кроме перечисленных элементов, на фиг. 2 показаны некоторые источники напряжений несимметричных помех, некоторые паразитные элементы схемы и некоторые образованные ими контуры, по которым протекают токи несимметричных помех.

Преобразователь 7 содержит диод 15 выпрямителя, содержащий эквивалентный источник 16 и нелинейное сопротивление 17, а также конденсатор 18 фильтра. Паразитные емкости 19, 20 соединяют выводы генератора 14с экраном 2. Паразитные емкости 21, 22 соединяют выводы диода 15 с экраном 3. Паразитная емкость 23 включена между экранами 2, 3. Комплексные сопротивления 24, 25 соединяют общие выводы элементов 5 и 11 с металлической конструкцией 26. Элемент 26 может быть, например, шиной защитного зануления, тогда элементы 24, 25 соответствуют комплексным сопротивлениям зануляющих проводников, а металлический экран 1 подключен к элементу 26 проводником 27. В общем случае элемент 26 может быть любым металлическим

предметом, например сейфом, тогда элементы 24, 25 соответствуют паразитным емкостям 28, 29, а экран 1 может быть подключен либо к элементу 26 проводником 27, 5 либо к общему выводу (корпусу) осциллографа 11 проводником 30.

Источник работает следующим образом.

Постоянное напряжение преобразова- 0 теля 9 запитывает преобразователь 5. Его эквивалентный выходной источник 14 ЭДС, имеющей вид прямоугольных импульсов, подключен к первичной обмотке 4 трансформатора (его сердечник не показан). На5 пряжение с его вторичной обмотки 6 выпрямляется диодом 15 выпрямителя и подается на выход для питания нагрузки 10. Симметричная помеха отфильтровывается конденсатором 18 фильтра.

0Несимметричная помеха регистрируется осциллографом 11. Она может создаваться не только источником 14 ЭДС прямоугольной формы, но и диодом 15 выпрямителя. В результате воздействия пере5 менной ЭДС вторичной обмотки 6 трансформатора на цепь, содержащую нелинейный элемент - диод, в цепи появляется постоянная составляющая и гармоники переменной ЭДС. При фиксированном зна0 чении этой ЭДС ее совместно с диодом 15 допустимо заменить эквивалентным линейным активным двухполюсником, включенным вместо диода и представляющим собой последовательное соединение источника

5 постоянной ЭДС (на фиг. 2 не показан, так как не представляет интереса для рассматриваемой проблемы), источника 16 ЭДС пульсаций и эквивалентного внутреннего комплексного сопротивления 17.

0.

Источники 14 и 16 помех благодаря наличию в схеме паразитных распределенных элементов создают протекающие через них токи помех. Некоторые из паразитных эле5 ментов показаны на фиг. 2 в виде сосредоточенных емкостей (элементы 19-23,28,29) и комплексного сопротивления 12 проводника. Вообще говоря, каждая точка каждого проводника имеет паразитную емкость по

0 отношению к любой точке любого проводника и каждый отрезок проводника имеет некоторое комплексное сопротивление, не равное нулю, и взаимоиндуктивные связи с другими проводниками. Поэтому выбор па5 разитных элементов, показанных на фиг. 2, в определенной степени произволен: он сделан так, чтобы упростить дальнейшее изложение, не упустив основные эффекты. При желании всегда можно дополнить схему другими паразитными элементами и оценить их влияние на несимметричные помехи.

Составляющие мешающих токов создаются источниками 14 и 16 и, в соответствии с принципом суперпозиции, могут быть рассмотрены раздельно, Если экраны 1-3 выполнены так, что на частотах составляющих спектра несимметричной помехи сопротивления экранов на несколько порядков меньше сопротивлений паразитных емкостей, то эти токи протекают, в основном, по контурам, показанным на фиг, 2 соответственно штриховой и сплошной линиями со стрелками, минуя сопротивление 12. При этом составляющие мешающих токов, ответвляющиеся через паразитную емкость 23 (емкость между экраном 3 и экранами 1, 2) в сопротивление 12, будут уменьшены на несколько порядков. Таким образом, несим- м етричная помеха, поступающая с сопротивления 12 на вход осциллографа 11, уменьшается на несколько порядков. Конечно, источники 14 и 16 создают токи, протекающие по всем возможным контурам, имеющимся в рассматриваемой схеме. В данном случае представляют интерес только те составляющие, которые протекают по экранам 1 - 3 и в отсутствие последних могли бы протекать по сопротивлению 12.

Для экранов 1-3 следует выбирать материал с высокой электропроводимостью. Размеры и направляющие щелей в экранах должны быть выбраны с учетом того, -что экраны из материалов с хорошей проводимостью, благодаря вихревым токам, хорошо экранируют, и высокочастотные магнитные поля возникают в обмотках трансформатора и вокруг всех проводников устройства. Такие экраны разрушают также и пути распространения несимметричных помех через паразитные взаимоиндуктивные связи между всеми проводниками предложенного устройства и осциллографа 11.

Экран 1 может быть подключен к выводу 13. Однако в этом случае может ухудшиться ослабление помех преобразователя 5. Этот вариант неудобен конструктивно.

Экран 1 может охватывать также и преобразователь 9. В этом случае будут ослабляться также несимметричные помехи, возникающие в преобразователе 9.

Часть экрана 1, охватывающая преобразователь 5 может отсутствовать. Это означает, что элементы преобразователя 5 оказываются в открытой пространстве, в котором, в частности, находится осциллограф 11. При этом линии электрического поля источника 14 помех, ранее замкнутые внутри замкнутого пространства, ограниченного

экранами 1 и 2, теперь проходят через любые элементы, размещенные в открытом пространстве, в частности через элементы осциллографа 11. Для ослабления этих паразитных связей придется заключить осциллограф 11 в экран, подключенный к экрану 1.

Может отсутствовать часть экрана 1, охватывающая преобразователь 7, Это мало влияет на распространение помех от преобразователя 7, однако ухудшает ослабление помех преобразователя 5. Кроме того, в окружающем пространстве есть другие, посторонние источники электропомех. Поскольку в предложенном устройстве экран 3 имеет значительную площадь, то его емкость по отношению ко всем посторонним источникам помех увеличена и поэтому увеличен ток, протекающий от них по сопротивлению 12. Для ослабления этого

эффекта придется заключить все посторонние источники помех в экраны, соединенные с экраном 1.

Трансформатор может иметь также- множество первичных и множество вторичных обмоток, а преобразователь 7 может быть выполнен на другой элементной базе.

Формула изобретения Источник вторичного электропитания,

заключенный в первый экран и содержащий трансформатор переменного тока, снабженный вторыми третьим экранами, размещенными между первичными обмотками, подключенными к преобразователю постоянного напряжения в переменное, и вторич- ными обмотками, подключенными к преобразователю переменного напряжения в постоянное, причем третий экран подключен к одному из выходов преобразователя переменного напряжения в постоянное, отл ичающийс ятем, что, с целью повышения надежности путем ослабления создаваемых им несимметричных помех, третий экран охватывает вторичные обмотки трансформатора и преобразователь переменного напряжения в постоянное, а первый и второй экраны объединены так, что они отделяют третий экран от первичных обмоток трансформатора и преобразователя постоянного напряжения в переменное.