Импульсный источник питания Советский патент 1992 года по МПК G05F1/56 

XI

сл

Os

Использование: в импульсных источниках вторичного электропитания, содержащих промежуточное звено высокой частоты. Сущность изобретения: устройство содержит ключевой преобразователь 1. основной 2 и служебный 3 выпрямители, накопительный конденсатор 4, резистор 5, блок управления 6, включающий частотно-импульсный модулятор (ЧИМ) 7, выполненный на одно- вибраторе 19 и пороговом лёменте 18, ре гулятор 10 и блок усилителе импульсов 12, и селектор уровня 13. Устройство отличается простотой при сохранении высокой надежности за счет ограничения тока транзисторов ключевого преобразователя 1 на интервале запуска. При включении источника медленно нарастающее напряжение на накопительном конденсаторе 4 задает темп нарастания частоты выходных импульсов ЧИМ 7, длительность которых увеличивается до штатного значения лишь при появлении на выходе источника напряжения достаточной величины. 2 ил. $ сл

Фие.1

Изобретение относится к импульсным источникам вторичного электропитания, содержащим промежуточное звено высокой частоты, и может быть использовано для питания различной электронной аппаратуры в автоматике, радиоэлектронике и других отраслях техники.

Известен источник питания ключевого типа, содержащий ключевой регулирующий элемент, включенный последовательно в силовую шину, селектор уровня, один из входов которого подключен к выходному выводу, а другой вход через резистмвный делитель подключен к входному выводу, блок управления, входом подключенный к выходному выводу, а выходом - к входу регулирующего элемента, пороговый элемент, входом подключенный к выходу селектора и первому выводу накопительного конденсатора, а также элементы защиты источника. В данном источнике питание блока управления на этапе первоначального запуска осуществляется от накопительного конденсатора с момента, когда напряжение на нем превысит величину напряжения включения порогового элемента. После установления выходного напряжения источника питание блока управления осуществляется с выходного вывода источника, что обеспечивает его экономичность. Недостаток известного источника заключается в низкой надежности за счет большой амплитуды пусковых токов транзистора (регулирующего элемента), связанных с накоплением энергии в реактивных элементах источника и нагрузки на интервале запуска.

Известен импульсный источник питания, содержащий силовой преобразователь ключевого типа в виде полумостового импульсного преобразователя с трансформаторными выходами, подключенный входом к входным выводам, а выходом - к входам основного и следующего выпрямителей, блок управления в виде блока ШИМ и плавного запуска, основой которого является узел импульсной модуляции, регулятора в виде усилителя, соединенного управляющим входом с выходом служебного выпрямителя, блока усилителей импульсов в виде ключевых усилителей импульсов, выход которого соединен с управляющим входом ключевого преобразователя, а управляющий вход - с выходом узла импульсной мо- дуляции. Первый управляющий вход одновибратора блока ШИМ соединен с выходом регулятора, второй управляющий вход одновибратора ШИМ соединен с выходом узла плавного запуска ШИМ, третий запускающий вход одновибратора соединен с выходом формирователя импульсов запуска. Выход служебного выпрямителя и выход узла первого включения соединен с входом стабилизатора напряжения.

В этом источнике питания с помощью

узла плавного запуска обеспечивается подача нарастающего напряжения на второй управляющий вход одновибратора ШИМ, благодаря чему на выходе узла ШИМ формируются стартовые узкие импульсы, подаваемые далее на транзисторные ключи силового преобразователя. Благодаря малой ширине стартовых импульсов ограничивается амплитуда пусковых токов

транзисторных ключей силового преобразователя.

Недостатком известного источника является сложность, обусловленная аппаратурной избыточностью, так как узел

плавного пуска и узел первого включения используются только на интервале запуска источника. Кроме того, узел ШИМ в известном источнике является сложным, так как в одновибраторе, входящем в его состав, необходимо предусматривать два управляющих независимых входа и третий запускающий.

Цель изобретения - упрощение за счет совмещения функций начального питания и

формирования импульсов плавного запуска источника основными элементами блока управления и накопительным конденсатором. Поставленная цель достигается за счет того, что в импульсный источник.питания,

содержащий ключевой преобразователь с трансформаторными выходами, основной и служебный выпрямители, подключенные к выходам ключевого преобразователя, блок управления, состоящий из импульсного модулятора, выполненного на базе времязада- ющей RC-цепи, свободный вывод конденсатора которой подключен к общей шине источника питания, а свободный вывод резистора образует вход импульсного

модулятора, регулятора, соединенного управляющим входом с выходом служебного выпрямителя, а выходом - с входом импульсного модулятора, и блока усилителей импульсов, выход которого соединен с

управляющим входом ключевого преобразователя, а управляющий вход - с выходом импульсного модулятора, введены накопительный конденсатор, первым выводом под- ключенный к общей шине источника

5 питания, а вторым выводом подключенный через первый резистор к входному выводу, селектор уровня, анодом первого диода подключенный к выходу служебного выпрямителя, катодом - к катоду второго диода,

анод третьего диода селектора уровня подключей через резистор к выходному выводу, а катод третьего и анод второго диодов образуют выход селектора уровня, подключенный к входу импульсного модулятора, выполненного в виде частотно-импульсного модулятора (НИМ), в котором общий вывод конденсатора RC-цепи подключен к входу порогового элемента, соединенного после довательно с одновибратором, при этом выходы порогового элемента и одновибратора объединены через развязывающий диод и образуют выход импульсного модулятора, питающий вход блока усилителей импульсов подключен к второму выводу накопительного конденсатора, а питающие входы регулятора и одновибратора НИМ соединены с выходом служебного выпрямителя.

В предлагаемом устройстве подключение выводов порогового элемента и одно- вибратора ЧИМ через развязывающий диод к входу блока усилителей и соединение накопительного конденсатора и питающего входа блока усилителей с выходом служебного выпрямителя позволяют обеспечить низкую начальную частоту и малую длительность стартовых импульсов на интервале запуска. После возрастания выходного напряжения источника до уровня, соответствующего переходу источника в штатный режим, элементы, обеспечивающие режмм запуска, частично меняют свои функции. Накопительный конденсатор начинает выполнять функцию фильтра выходного напряжения служебного выпрямителя, а узкие выходные импульсы порогового элемента ЧИМ используются в качестве запускающих для одновибратора. Таким образом, исключено применение элементов, обеспечивающих только режим плавного запуска, что упрощает устройство.

На фиг. 1 представлена схема импульсного источника питаний; на фиг. 2 - пример выполнения ключевого преобразователя.

Источник (фиг. 1) содержит ключевой преобразователь 1 с трансформаторными выходами, основной 2 и служебный 3 выпрямители, подключенные к выходам ключевого преобразователя 1, накопительный конденсатор 4, первым выводом подключенный к общей шине, а вторым выводом подключенный через резистор 5 к входному выводу, блок 6 управления, состоящий из ЧИМ 7, содержащего времязадающую RC- цепь, свободный вывод конденсатора 9 которой подключен к общей шине, а свободный вывод резистора 8 образует вход ЧИМ 7. Источник содержит также регулятор 10, соединенный входом через резистор 11 с выходом служебного выпрямителя, а выходом - с входом ЧИМ 7,

и блок усилителей импульсов (БУИ) 12, выход которого соединен с управляющим входом ключевого преобразователя 1, а управляющий вход - с выходом ЧИМ 7, а 5 также диодный селектор 13 уровня, анодом диода 14 подключенный к выходу служебного выпрямителя 3, анодом диода 15 через резистор 16 - к входному выводу, катодом диода 15 и анодом диода 17 - к входу ЧИМ 10 7, а катодом диода 17 - к второму выводу накопительного конденсатора 4. Вход последовательно соединенных порогового элемента 18 и одновибратора 19 соединен с общей точкой RC-цепи, выходы порогового 15 элемента 18 и одновибратора 19 объединены через развязывающий диод 20 и образуют выход ЧИМ 7. Питающие входы регулятора 10 и одновибратора 19 ЧИМ 7 соединены с выходом Служебного выпрями- 20 теля 3, питающий вход БУИ подключен к второму входу накопительного конденсатора 4.

Ключевой преобразователь (фиг. 2) состоит из последовательно включенных им5 пульсного прерывателя (ИП) и автономного инвертора (АИ).

Посредством ИП регулируется среднее значение выходного напряжения источника, а АИ преобразует входное напряжение

0 постоянного тока в переменное напряжение высокой частоты, кото рое после трансформации подлежит выпрямлению выходным выпрямитеЯём источника питания. Ключевой преобразователь может быть

5 выполнен и в еиде только автономного инвертора. В этом случае импульсы с выхода БУИ 12 поочередно подаются на поочередно работающие транзисторы АИ. Пороговый элемент 18 ЧИМ 7 может быть выполнен на

0 основе однопереходного транзистора или динистора. Одновибратор 19 выполняет функцию формирователя длительности выходного импульса ЧИМ 7 и может быть выполнен по любой из широко применяемых

5 схем, либо на базе логических элементов, либо на базе операционного усилителя. Блок усилителей импульсов может быть выполнен по любой схеме транзисторного усилителя импульсов.

О Импульсный источник питания работает следующим образом.

При подаче напряжения на выходные выводы начинается медленный заряд конденсатора 4 через резистор 5, что соответ5 ствует интервалу запуска.

На вход ЧИМ 7 через элементы 15 и 16 поступает напряженшг величина которого также медленно повышается, отслеживая значение напряжения на конденсаторе 4

благодаря диоду 17. Из-за медленного парастания входного напряжения НИМ 7 частота его выходных импульсов, формируемы на выходе порогового элемента 18. также медленно повышается. Импульсы на выходе элемента 18 узкие. Из-за отсутствий выходного напряжения источника на интервале запуска (или малой его величины) одновиб- ратор 19, не имея питания с выхода служебного выпрямителя, не работает. На вход БУИ 12 поступают узкие импульсы с малой медленно нарастающей частотой. Так как на питающем входе БУИ 1 присутствует напряжение с конденсатора 4, то с его выхода начинают поступать усиленные по мощности узкие импульсы с малой частотой в базовые цепи транзисторов клЪчевого преобразователя 1. Ток транзисторов ключевого преобразователя благЪдаря низкой частоте работы и малой длительности открытого состояния транзисторов может быть обеспечен значительно меньшим номинального значения при любом характере сопротивления нагрузки.

При достижении выходным напряжением ключевого преобразователя 1 и, сОответ- ственно, служебного выпрямителя 3 значения, при котором начинает работать одновибратор 19, через диод 20 на вход БУИ 12 начинают поступать расширенные (штатные) управляющие импульсы, длительность которых задается одновибратором 19, а частота следования, начиная с момента начала работы регулятора 10, определяется значением выходного напряжения регулятора 10. Напряжение на конденсаторе 4 при этом становится равным выходному напряжению служебного выпрямителя 3, а конденсатор 4 начинает играть роль емкостного фильтра выходного напряжения служебного выпрямителя благодаря диоду 14. Диод 17 будет находиться под обратным напряжением, так как напряжение на конденсаторе 4 будет выше, чем напряжение на выходе регулятора 10, которое является входным для ЧИМ 7.

Таким образом, изобретение упрощает схему блока управления источника и цепей, обеспечивающих его начальный запуск. Медленно нарастающее напряжение на накопительном конденсаторе, подаваемое через диодный селектор на вход ЧИМ, используется как напряжение начального питания БУИ и как управляющее для узла ЧИМ одновременно. Это позволяет исключить уз ел первого включения, а также суще- ственно упростить узел импульсной модуляции, исключив из него узел плавного запуска, и заменить сложный трехвходовый

одновибратор на простейший нерегулируемый..

Формула изобретения

Импульсный источник питания, содержащий ключевой преобразователь с трансформаторными выходами, вход которого соединен с входным выводом, основной и

служебный выпрямители, входами подключенные к соответствующим выходам ключевого преобразователя, а выход основного выпрямителя соединен с выходным выводом, блок управления, состоящий из импульсного модулятора, выполненного на одновибраторе и времязадающей RC-цепи, свободный вывод резистора которой использован в качестве входа импульсного мо- дулятора, регулятора, выходом

соединенного с входом импульсного модулятора, и блока усилителей импульсов, вход которого подключен к выходу импульсного модулятора, а выход - к управляющему входу ключевого преобразователя, отличающийся тем.чтб, с целью упрощения, в него введены накопительный конденсатор, первый резистор и селектор уровня, выполненный на трех диодах и втором резисторе, а импульсный модулятор снабжен пороговым

элементов и выполнен в виде частотно-импульсного модулятора, причем первый вывод накопительного конденсатора подключен к общей шине, а второй вывод через первый резистор соединен с входным

выводом, анод первого диода селектора уровня подключен к выходу служебного выпрямителя, катод - к катоду второго диода, анод третьего диода селектора уровня через второй резистор соединен с входным выводом, а катод третьего диода и анод второго диода объединены и подключены к входу импульсного модулятора, конденсатор вре- мяэадающей RC-цепи которого соединен с общей шиной, а общая точка конденсатора

и резистора времязадающей RC-цепи подключена к входу порогового элемента, выходом соединенного с входом одновибратора, выход которого через введенный развязывающий диод подключен к выходу порогового элемента, использованному в качестве выхода импульсного модулятора, при этом питающий вход блока усилителей импульсов подключен к второму выводу накопи тельного конденсатора, а питающие входы

регулятора и одновибратора соединены с выходом служебного выпрямителя, к которому подключен также управляющий вход регулятора.

1756869

л

ХА-Г

rvx

Выход

-

Фиг. 2