Импульсный источник питания постоянногоНАпРяжЕНия Советский патент 1981 года по МПК G05F1/58 G05F1/64 

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам электропитания радиоэлектронной аппаратуры, и может быть использовано в самых различных областях народного хозяйства.

Известен источник питания постоянного напряжения, содержащий блок защиты, задающий генератор, ключевой элемент 1.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является импульсный источник питания постоянного напряжения, содержащий последовательно включенные между входными и выходными выводами ключевой транзистор, LCD-фильтр, преобразователь постоянного напряжения с триггером со счетным входом, подключенным к обмотке дросселя LCD-фильтра, и трансформатором, выпрямитель, вход которого соединен со вторичной обмоткой трансформатора, а выход - с выходными выводами, щиротно-импульсный модулятор-, вь1ходом соединенный с управляющим входом ключевого транзистора, генератор пилообразного напряжения, вход которого подключен к дополнительной обмотке выходного трансформатора, а выход - к первому входу широтно-импульсного модулятора, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, причем с этим же входом связан выхрд генератора строб-импульсов, по цепям питания соединенного с входными выводами 2.

Недостаток его - больщ я скважность импульсов запирания ключа на этапе пуска.

Целью изобретения является ограничение пускового тока и обеспечение достоверной оценки работоспособности защиты от пускового тока и короткого замыкания по наличию заданного выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в источник питания постоянного напряжения введены дополнительный выпрямитель и преобразователь напряжение-время, запускающий и управляющий входы которого подключены к выходам соответственно генератора строб-импульсов и дополнительного выпрямителя, входом соединенного со второй дополнительной обмоткой трансформаторй, а выход преобразователя напряжение-время связан со вторым входом широтно-импульсного модулятора, причем преобразователь напряжение-время выполнен в виде фантастрона с эмиттерной связью и отсекающим диодом, свободный вывод которого подключен к управляющему входу пре.образователя, при этом полярность дополнительного выпрямителя совпадает с полярностью напряжения питания фантастрона и одним из своих выводов он соединен с шиной коллекторного питания фантастрона, а источник опорного напряжения включен в цепи коллектора нормально открытого транс форматора фантастрона.

На чертеже представлена электрическая схема предлагаемого источника питания.

Между входными и выходными выводами источника включены последовательно соединенные между собой ключевой транзистор 1, LCD-фильтр 2 с дросселем 3, конденсатором 4 и диодом 5, преобразователь постоянного напряжения 6 с триггером 7, счетный вход которого подключен к обмотке дросселя 3 со стороны ключевого транзистора 1, и трансформатором 8 с основными 9, 10 и дополнительными 11, 12 обмотками, а также выпрямитель 13. К базе ключевого транзистора 1 подключен выход широтноимпульсного модулятора 14, а между первой дополнительной обмоткой 11 трансформатора 8 и первым входом широтно-импульс ного модулятора 14 включен генератор пилообразного напряжения 15. Второй вход широтно-импульсного модулятора подключен к источнику опорного напряжения - стабилитрону 16 и к выходу преобразователя напряжение-время - фантастрону 17 с эмиттерной связью, собранному на транзисторах 18, 19, 20 и диоде 21 (отсекающий диод). При этом стабилитрон включен последовательно в коллекторную цепь нормально открытого транзистора 18. Запускающий вход фантастрона подключен к выходу ге нератора строб-импульсов 22 (задающего генератора), а управляющий вход (свободный вывод отсекающего диода 21) - к выходу делителя 23 напряжения, вход которого подключен к дополнительному выпрямителю 24, соединённому своим входом со второй дополнительной обмоткой 12 трансформатора 8. Полярность выпрямителя 24 такая же, как и полярность первичного источника питания (плюс выпрямителя подключен к его .положительной щине).

Источник работает следующим образом.

С момента появления на входных выводах источника первичного напряжения (напряжения сети) начинается генерирование строб-импульсов задающего генератора 22 и заряд конденсатора 4 фильтра 2 через транзистор 1 и дроссель 3. При этом стробимпульсы, снимаемые с генератора 22, каждый раз запускают фантастрон 17, который используется для работы в схеме регулируемой временной задержки импульсов в ждущем режиме. До прихода импульса транзистор 18, в цепь коллектора которого включен стабилитрон 16, открыт, но под его воздействием фантастрон отрабатывает задержку на время tp (3:5) КкС, где RK и С - величины резистора и конденсатора, подключенных к коллектору транзистора, к которому подключен и отсекающий диод (транзистор 20 и диод 21). На протяжении этой выдержки транзистор 18 закрыт и опорное напряжение отсутствует, в результате чего закрыт и ключевой транзистор. Нетрудно подобрать задержку на половину или более периода работы задающего генератора, и тогда будет эффективно осуществляться ограничение пускового тока. По мере нарастания напряжения на конденсаторе 4, а затем и на выходе источника на отсекающий диод будет подаваться увеличивающееся напряжение с обмотки 12 (через выпрямитель 24 и делитель 23), величина задержки (выдержка времени) фантастрона станет уменьщаться и после завершения переходного пускового процесса примет установившееся значение. Соответствующим выбором напряжения обмотки 12 и коэффициента деления делителя 23 его можно привести к требуемой величине (1-5% от длительности периода работы задающего генератора). Очевидно, что от исходной величины задержки (в начале процесса пуска) до этой конечной длительности паузы ключа будут изменяться плавно в соответствии с происходящим нарастанием напряжения на конденсаторе фильтра и уменьшением его зарядного тока.

Вследствие этого время выхода на режим у этого источника окажется меньшим, причем ограничение тока пуска прекратится автоматически в нужный момент независимо от длительности этого процесса.

После пуска источник питания будет работать, как и прототип. Скважность импульсов ключа будет определяться величиной нагрузки и входным напряжением.

В случае короткого замыкания выхода уменьшится и напряжение на обмотке 12, вследствие чего время выдержки фантастрона сразу же увеличится, что приведет к еще большему уменьщению напряжения обмотки и к увеличению времени выдержки фанг тастрона. В результате ток потребления от сети будет уменьщен, причем немедленно, до значения тока пуска, длительное прохождение которого не будет сопровождаться превыщением допустимых режимов эксплуатации каких-либо его элементов. Когда короткое замыкание выхода будет устранено, источник снова выйдет на режим стабили зации выходного напряжения.

В данном импульсном источнике питания достигается ограничение тока пуска и облегчение режима регулирующего транзистора в ходе пуска, своевременность прекращения принудительного включения строго по окончанию процесса пуска, создание условий для наиболее быстрого входа в режим, самозащита от короткого замыкания, восстановление работоспособности после сня тия короткого замыкания выхода, повышение КПД, за счет исключения из силовой цепи резистора-датчика тока, защита от превышения выходного напряжения при пробое ключевого транзистора, уменьшение длительности переходного процесса (спадания напряжения) на выходе источника в момент возникновения неисправности или при выключении стабилизатора в результате немедленной остановки триггера в обоих этих случаях. Важным преимуществом перед известными импульсными стабилизаторами напряжения, в которых производится ограничение пускового тока, является и то, что, если он включился и на выходе появилось номинальное напряжение, да еще при работе на нагрузку, не может быть никаких сомнений относительно работоспособности схемы ограничения пускового тока, т. е. получена возможность совершенно достоверной оценки ее работоспособности по. наличию требуемого напряжения на выходе источника питания. Формула изобретения 1. Импульсный источник питания постоянного напряжения, содержашии последовательно включенные между входными и выходными выводами ключевой транзистор, LCD-фильтр, преобразователь постоянного напряжения с триггером со счетным входом, подключенным к обмотке дросселя LCDфильтра, и трансформатором, выпрямитель, вход которого соединен со вторичной обмоткой трансформатора, а выход - с выходными выводами, широтно-импульсный модулятор, выходом соединенный с управляющим входом ключевого транзистора, генератор пилообразного напряжения, включенный между первой дополнительной обмоткой трансформатора и первым входом широтноимпульсного модулятора, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, генератор строб-импульсов, связанный по цепям питания с входными выводами, отличающийся тем, что, с целью ограничения пускового тока и обеспечения достоверной оценки работоспособности защиты от пускового тока и короткого замыкания по наличию заданного выходного напряжения, в него введены дополнительный выпрямитель и преобразователь напряжение-время, запускающий и управляющий входы которого подключены к выходам соответственно генератора строб-импульсов и дополнительного выпрямителя, входом соединенного со второй дополнительной обмоткой трансформатора, а выход преобразователя напряжение-время связан со вторым входом щиротно-импульсного модулятора. Я. Источник по п. 1, отличающийся тем, что его преобразователь напряжение-время выполнен в виде фантастрона с эмиттерной связью и отсекающим диодом, свободный вывод которого подключен к управляющему входу преобразователя, при этом полярность дополнительного выпрямителя совпадает с полярностью напряжения питания фантастрона и одним из своих выводов он соединен с щиной коллекторного питания фантастрона. 3. Источник по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что источник опорного напряжения включен в цепь коллектора нормально открытого транзистора фантастрона. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 598196, кл. G 05 F 1/58. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2557250, кл. G 05 F 1/64, 1977.