SU1543392A1 - Импульсный источник питани с бестрансформаторным входом - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вторичным источникам питани  радиоаппаратуры. Целью изобретени   вл етс  повышение помехозащищенности и надежности источника питани . Выпр мленное и отфильтрованное напр жение сети поступает на схему включени . Последн   формирует стартовое напр жение дл  питани  элементов импульсного преобразовател  и стабилизатора напр жени . После запуска схема продолжает запитыватьс  напр жением от источника служебного напр жени , входом св занного с выходом импульсного преобразовател . При этом схема импульсного преобразовател  выполнена таким образом, что после запуска становитс  нечувствительной к помехам. 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано при разработке вторичных источников питани .

Цель изобретени  - повышение помехозащищенности и надежности источника питани .

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 и 3 - диаграммы напр жений узлов устройства.

Импульсный источник питани  с бестрансформаторным входом содержит две входные шины I и 2 и подключенные к ним соединенные последовательно поме- хоподавл ющий фильтр 3, сетевой вы- пр мьтель 4, сглажив ающий емкостной фильтр 5, узел 6 первого включени  и стабилизатор 7 напр жени  питающий

цепи управлени , полумостовой импульсный преобразователь 8, входом соединенный с выходом сглаживающего емкостного фильтра и управл емый по двум входам 9 и 10 от блока 11 широтно- импульсной модул ции (ШИМ) и плавного запуска через разделительно-согласующие трансформаторы 12 и 13 с первичными обмотками 14 и 15, импульсный силовой трансформатор 16, подключенный к выходу полумостового импульсного преобразовател , выпр митель 17 основной нагрузки 18 и выпр митель 19 служебного напр жени , входом подключенные к выходу импульсного силового трансформатора, при этом выход выпр мител  служебного напр жени , выход узла 6 первого включени 

сл

Јь

СО

и вход стабилизатора 7 напр жени  питающего цепи управлени  объединены и подключены к первичным обмоткам 14 и 15 разделительно-согласующих трансформаторов 12 и 13, узел 20 оптронной разв зки, соединенный своим входом с выходом выпр мител  17 основной нагрузки , а выходом - с корректирующим звеном 21 и с входом усилител  22, узел 23 защиты полумостового импульсного преобразовател , подключенный своим входом к датчику 24 тока. При этом блок 1 1 ШИК и плавного запуска содержит управл емый одновибратор 25, вклю чающий двухвкодовый элемент ИЛИ-НЕ 26, врем задающий конденсатор 27, врем задающий регулирующий резистор 28, диод 29, инвертор 30, токоогра- ничивающий резистор 31, транзистор 32 управлени , генератор 33, делитель 34 частоты с пр мым и инверсным выходом , распределитель 35 импульсов, узел 36 включени  полумостового импульсного преобразовател , формирова- гель 37 импульсов запуска одновибра- тора, включающий элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ. ИЛИ 38 и интегрирующую RC-цепь 39, узел 40 плавного запуска, включающий ковденсатор 41, два резистора 42 и

43 и транзистор 44. При этом в импульсный полумостовой преобразователь 8 введены два симметрирующих резистора 45 и 46 и четыре конденсатора 47-50, шесть токоограничивающих резисторов 51-56, четыре ключевых управл ющих транзистора 57-60, два корректирующих диода 61 и 62. В узел 23 защиты введены согласующий трансформатор 63, выпр митель 64 с нагрузочным резистором 65 и помехоподавл ющим конденсатором 66, токоограничивающий резистор 67 эмиттерный повторитель 68, регулируемый потенциометр 69, инвертор 70, два генератора 71 и 72 стробирующих им- пульсов, состо щие из задающих RC- цепочек 73 и 74 и элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 75 и 76, узел 77 запрета, интегрирующа  RC-цепь 78 и одновибратор 79. Элементы 51-61 и 62 образуют клю- чевые усилители 80 и Я1 мощности. Вхо 82 управл емого одновибратора 25  вл етс  дополнительным, вход 83 - управл ющим , вход 84 - запускающим.

Силоза  часть полумостового импульсного преобразовател  8 выполнена на транзисторах 85 и 86, конденсаторах 87 и 88. Обмотки 89 и 90 трансфор Q 5 Q

..

0

5

маторов 12 и 13 - обмотки положительной обратной св зи по току.

На фиг. 1 и 2 прин ты следующие обозначени : 91 - напр жение на выходе генератора 33; 92 - напр жение на инверсном выходе делител  34 частоты; 93 - напр жение на пр мом выходе делител  34 частоты; 94 - напр жение на дополнительном входе 82 управл емого одновибратора; 95 - напр жение на управл ющем входе 83 управл емого одновибратора 25; 96 - напр жение на объединенных входах распределител  35 импульсов; 97 и 98 - напр жени  на выходах распределител  35 импульсов; 99 и I00 - импульсы на коллекторах транзисторов 58 и 60; 101 и 102 - импульсы на базах транзисторов 85 и 86; 103 - импульсы на выходе полумостового импульсного преобразовател  8.

На фиг. 1 и 3 прин ты следующие обозначени : 104 - напр жение на объединенных выходах элементов 6,7 и 19; 105 и 106 - импульсы на выходах эмиттерного повторител  68; 107 и 108 - импульсы на выходах генераторов 71 и 72 стробирующих импульсов; 109 - импульсы на выходе одновибратора 79.

Источник питани  работает следующим образом.

Напр жение сети, подключенное к шинам 1 и 2 через помехоподавл ющий фильтр 3, выпр мл етс  выпр мителем 4 и фильтруетс  сглаживающим емкостным фильтром 5. Напр жение с конденсатора фильтра 5 поступает на узел 6 первого включени , который формирует стартовое напр жение, необходимое дл  питани  ключевых усилителей 80 и 81 мощности полумостового импульсного преобразовател  8 и запитки стабилизатора 7 напр жени . При этом на всех элементах 8, И, 22, 20 и 23 управлени  по витс  напр жение +Е, стабилизированное стабилизатором 7, которое должно существовать недолго (дес тки миллисекунд), однако последнее не исчезнет, так как возбудившийс  от блока I1 ШИМ и плавного запуска импульсный преобразователь 8, за- питанный от выпр мител  4, сформирует импульсное напр жение, которое через импульсный трансформатор 16 поступит на выпр митель 19 служебного напр жени , которое подключаетс  вместо стартового напр жени  от узла 6 мерного включени . Если произвести включение источника питани  и не предусмотреть ограничение подключаемой к источнику питани  мощности, или если нагрузка источника питани  нелинейна (например, лампа накаливани ), то источник питани  в момент включени  будет работать в режиме короткого замыкани , что может привести к аварийной ситуации как в цеп х потребител  выпр мленной мощности, так и в цеп х полумостового импульсного преобразовател  8 и выпр мител  4. Поэтому предусмотрен узел 40 плавного включени , вход щий в состав блока 1I ШИМ и плавного запуска, где генератор 33 вырабатывает импульсы 91, которые делителем 34 частоты преобразуютс  в импульсы 92 и 93 и поступают на входы распределител  35 импульсов , на объединенные входы которого поступают импульсы 96 ШИМ. ИмпуЛьсы 96 ШИМ вырабатываютс  управл емым одновибратором 25, у которого длительность импульса будет зависеть от врем задающего конденсатора 27 и от амплитуды управл ющего напр жени  95 по обратно пропорциональному закону,

с  дальнейшее воздействие узла плавного запуска на управл емый одновиб- ратор. Врем  плавного включени  определ етс  посто нной времени RC-цепочки 43 и 41. Резисторы 42 и 43 образуют делитель напр жени , чем ограничивает максимальное напр жение на входе транзистора 44. После окончани  в земени плавного запуска управление од- новиб ратором производитс  только по входу 83. Запуск управл емого одновибрато- ра осуществл етс  по цепи 84 от фор- мировател  37 импульсов запуска, вы5 рабатывающего импульсы запуска, синхронизированные с фронтами импульсов 93. Длительность импульсов запуска, запускающих управл емый одновибратор 25, определ етс  врем задающей ннте0 грирующей цепочкой 39. Импульсы 96 НИШ поступают на объединенные входы распределител  35 импульсов, с выхода которого импульсы 97 и 98 поступают на вход узла 36 включени  импульс5 ного преобразовател  8, причем импульсы 97 и 98 проход т на входы 9 и 10 полумостового импульсного преобразовател  8, если на объединенном входе узла 36 включени  будет находитьс 

при этом дл  исключени  аварийных ре- 30 напр жение малого уровн  (нуль), а жимов полумостового импульсного преобразовател  8 минимальна  длительность импульсов 96 ограничена резистором 31, а максимальна  длительность

потом уровень изменитс  на единицу, то полумостовой импульсный преобразователь выключитс . При поступлени положительных импульсов управлени 

ограничена врем  задающим рехулируемым ,. входы 9 и 10 ключевых усилителей 80

резистором 28. Управл емый одновибратор 25 имеет дополнительный вход 82, к которому подключен выход узла 40 плавного запуска. В момент начального пуска, после поступлени  стабилизированного нацр жени  +Е , на входе транзистора 44 сохранитс  нулевое напр жение , так как напр жение на конденсаторе 41 не может изменитьс  мгновенно . Следовательно, транзистор 44 будет открыт и управл емый одновибратор будет формировать короткие импульсы независимо от напр жени  95, поступаемого на вход 83. По мере зар да конденсатора 41 через резистор

43напр жение на входе транзистора

44будет увеличиватьс  и транзистор будет запиратьс , плавно увеличива  свое внутреннее сопротивление, т.е. плавно увеличива  длительность импульса управл емого одновибратора 25 до максимального значени , при достижении которого транзистор 44 полностью закроетс , чем исключаети 81 мощности открываютс  транзисторы 57 и 59 и закрываютс  транзисторы 58 и 60. Так как транзисторы 58 и 60 до прихода импульсов управлени  от4С крыты, то индуктивности трансформато ров 12 и 13 накапливают значительную энергию, поскольку врем  накоплени  всегда больше времени разр да индуктивности . В момент запирани  транэис

45 торов 58 и 60 на их коллекторах возникают положительные импульсы 99 и 100, превышающие напр жение питани  в раз . Трансформаторы 12 и 13 с помощью вторичной обмотки согласо50 вывают мощность коллекторной цепи с входным импендансом базовой цепи транзисторов полумостового импульсно го преобразовател  и обеспечивают из л цию цепей управлени  от высокопо55 тенциальных цепей полумостового импульсного преобразовател  8. Кроме того, конденсаторы 47 и 49 дифференцируют пр моугольные импульсы управлени , формиру  импульсы 101 и 102 на база

напр жение малого уровн  (нуль), а

потом уровень изменитс  на единицу, то полумостовой импульсный преобразователь выключитс . При поступлении положительных импульсов управлени  на

и 81 мощности открываютс  транзисторы 57 и 59 и закрываютс  транзисторы 58 и 60. Так как транзисторы 58 и 60 до прихода импульсов управлени  открыты , то индуктивности трансформаторов 12 и 13 накапливают значительную энергию, поскольку врем  накоплени  всегда больше времени разр да индуктивности . В момент запирани  транэисторов 58 и 60 на их коллекторах возникают положительные импульсы 99 и 100, превышающие напр жение питани  в раз . Трансформаторы 12 и 13 с помощью вторичной обмотки согласовывают мощность коллекторной цепи с входным импендансом базовой цепи транзисторов полумостового импульсного преобразовател  и обеспечивают изол цию цепей управлени  от высокопотенциальных цепей полумостового импульсного преобразовател  8. Кроме того, конденсаторы 47 и 49 дифференцируют пр моугольные импульсы управлени , формиру  импульсы 101 и 102 на базах

грантистороп 85 и 86. Конденсаторы 48 и ЬО выполн ют аналогичную функцию ди(}тференцированн  пр моугольных нм- пульсоп на базе транзисторов 85 и 86 по принципу ударного возбуждени  контура , т.е. выполн ют роль резонансных конденсаторов. Дифференцированна  форма импульсного напр жени  101 и 102 на базе транзисторов 85 и 86 не- обходима дл  ускорени  процесса отпирани  и запирани  высоковольтных транзисторов . Симметрирующие резисторы 45 и 46 улучшают форму базовых токов и позвол ют симметрировать длитель- ность коллекторных импульсов 103 на выходе полумостового импульсного преобразовател  8. Кроме того, дл  ускорени  фронтов отпирани  транзисторов 85 и 86 в разделительно-согласую- щих трансформаторах 12 и 14 предусмотрены обмотки 89 и 90 положительной обратной св зи.

Стабилизаци  напр жени  выпр мител  17 основной нагрузки 18 производитс  следующим образом.

Параллельно основной нагрузке 18 подключен узел 20 оптронной разв зки, выход которого нагружен на корректирующее звено 21, напр жение с которо- го поступает на инверсный вход усилител  22, запитанного однопол рным питанием Е. На пр мой вход усилител  подключено регулируемое опорное заста- билизированное напр жение. Корректи- рующее звено 22 формирует оптимальную характеристику ПАХ и ЛФХ. Напр жение с датчика 24 тока, протекающего через импульсный полумостовой преобразователь 8, подключено к первич- ной обмотке согласующего трансформатора 63, на выходе который нагружен выпр мителем 64, с нагрузочным резистором 65 и помехоподавл ющей емкостью 66. К выпр мителю через токоограничи- вающий резистор 67 подключен эмиттер- ный повторитель 68 с регулируемым потенциометром 69 в цепи эмиттера дл  установки уровн  отрабатывани  узла 23 защиты. Резистор 67 и эмиттерный повторитель 68 ограничивают возможные импульсы 105 до уровн  питани  +Е. Напр жение установки с потенциометра 69 поступает на вход инвертора 70, выход которого объединен с входом узла 77 запрета (выполненного, например , на элементе ИЛИ-НЕ), а выход узла запрета подключен к входу одновиб- ратора 79 (выполненного, например, на

микросхеме серии КМОЦ). Ксли напр жение установки резистора 69,превысит порог срабатывании инвертора 70, последний установит в нулевой уровень по входу микросхемы узла запрета. Если н втором и третьем входах микросхемы узла запрета будет нулевой уровень то выходной сигнал узла запрета запустит одновибратор 79, который, в свою очередь, положительным уровнем на его выходе отключит полумостовой импульсный преобразователь 8. Однако возможно ложное срабатывание узла 23 защиты в момент переходных процессов н полумостовом импульсном преобразователе , имеющих место в момент начального запуска источника питани  или в момент наброса на г рук и.

Дл  исключени  ложных срабатываний в узел 23 защиты введены два генератора 71 и 72 стробирующих импульсов 108 и 109, которые вырабатывают одиночный импульс необходимой длительности в момент начального запуска источника питани  108 или в момент импульсного наброса нагрузки 109, злгре щающий срабатывание узла 23 защиты в течение времени установлени  переходных процессов.

Использование изобретени  позвол ет расширить область применени .устройства , работать ему как при посто нных , так и при импульсных нагрузках, в цеховых услови х, насыщенных внешними помехами.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Импульсный источник питани  с бестрансформаторным входом содержащий две входные шины и подключенные к ним соединенные последовательно помехо- подавл ющий фильтр, сетевой выпр митель , сглаживающий емкостный фильтр, узел первого включени  и стабилизатор напр жени  питающий цепи управлени , полумостовой импульсный преобразователь , включающий разделительно-согласующие трансформаторы, входом соединенный с выходом сглаживающего емкостного фильтра и управл емый по двум входам от блока широтно-импульсной модул ции и плавного запуска, импульсный силовой трансформатор, подключен- ный к выходу полумостового импульсно го преобразовател , выпр митель основ ной нагрузки и выпр митель служебного

   напр жени , входим подключенные к вы- ходу импульсного силового трангформа- тора, при этом выход выпр мител  служебного напр жени , выход учла мерного пключени  и вход стабилизатора напр жени  питающего цепи управлени  объединены и подключены к разделительно-согласующим трансформаторам, учел оптронной разв зки, соединенный вхо- дом с выходом выпр мител  основной нагрузки, а выходом - с корректирующим звеном и с входом усилител , узе защиты полумостового импульсного преобразовател , подключенный входом к датчику тока, отличающийс  тем, что, с целью повышени  помехозащищенности и надежности, г бчок широтно-импульсной модул ции и плавного запуска введены управл емый одно- вибратор, включающий двухрхсдовый элемент ИЛИ-НЕ, врем задаюишй конденсатор , врем зздающий регулирующий резистор , диод, инвертор, токоограчи- чивающий резистор, транзистор управ- лени , генератор, делитель частоты с пр мым и инверсным выходами, распределитель импульсов, узел включени  полумостового импульсного преобразовател , формирователь импульсов запуска одновибратора, включающий элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и интегрирующую R(l- цепь, узел плавного запуска, включающий конденсатор, два резистора и транзистор , при этом в импульсный полумос товой преобразователь введены два симметрирующих резистора и четыре конденсатора, шесть токоограничиваю- щих резисторов, четыре ключевых управл ющих транзистора, два корректирующих диода, в узел защиты введены согласующий трансформатор, выпр митель с нагрузочным резистором и поме- хоподавл ющим конденсатором, токоог- раничивающий резистор, эмиттерный пов торитель, регулируемый потенциометр, инвертор, два генератора стробирую- щих импульсов,состо щие из задающей КС-цепочки и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, узел запрета, интегрирующа  КС- цепь и одновибратор, вход узла защиты соединен с первичной обмоткой согласующего трансформатора, к вторичной обмотке которого подключен выпр митель с нагрузочным резистором и помехоподавл ющим конденсатором, выход выпр мител  через токоограни- чивающий резистор подключен к входу эмиттерного повторител , цепью пита

   |д j л 25 30 дз

   35

   40

   0

   5

   ни  подключенного к выходу стабилизатора напр жени , выходом - к потенциометру , выход которого подключен к входу инвертора, выход которого объединен с входом второго генератора стробирующих импульсов непосредственно , а с входом узла запрета - через интегрирующую НС-цепь, выход узла запрета подключен к входу одно- вибратора, вход задающей КГ-цепочки первого генератора стробирующих импульсов объединен с входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и подключен к выходу стабилизатора напр жени , а выход ее подключен к второму входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход элемента  в- лчетс  выходом первого генератора стробирующих импульсов и подключен к второму входу узла запрета, второй генератор стробирующих даттульсов выходом подключен к третьему входу узла запрета, а вход его задающей КС- цепочки соединен с. входом генератора, при чтом ныход генератора в блоке пир тно-импульс ной модул ции и плавного запуска подключен к входу делител  частоты, инверсные выходы делител  частоты подключены к двум входам распределител  импульсов, два других входа которого объединены и подкпюченн к выходу управл емого одновибратора , первьл) вход которого подключен к выходу формировател  импульсов запуска одновибратора, внхо- ды распредели тел  импульеов подключены к двум входам узла включени  полумостового импульсного преобразовател , два других входа которого объединены и подключены к выходу узла защиты , один из выходов узла включени  полумостового импульсного преобразовател  через первый токоограничивающий резистор подключен к базе первого ключевого транзистора, коллектор которого подключен к базе второго ключевого транзистора и через второй токоограничивающий резистор - к выходу стабилизатора нaпp жeни J коллектор второго ключевого транзистора через третий токоограничивающий резистор , первый корректирующий диод и первичную обмотку одного разделительно-согласующего трансформатора подключен к выходу выпр мител  служебного напр жени , эмиттеры первого и второго ключевых транзисторов объединены и подключены к общей шине, второй выход узла включени  полумостового импульсного преобразовател  через четвертый токоограничивающий резистор подключен к базе третьего ключевого транзистора, коллектор которого подключен к базе четвертого ключевого транзистора и через п тый токоограничивающий резистор - к выходу стабилизатора напр жени , коллектор четвертого ключевого транзистора через шее- той токоограничивающий резистор, второй корректирующий диод и первичную обмотку другого разделительно-согласующего трансформатора подключен к выходу выпр мител  служебного напр - жени , эмиттеры третьего и четвертого ключевых транзисторов объединены и подключены к общей шине, первый резистор и конденсатор узла плавного запуска включены параллельно между общей шиной и затвором транзистора узла плавного запуска, а через второй резистор подключены к выходу стабилизатора напр жени , к которому также подключены исток и подложка транзис- тора узла плавного запуска, выход двухвходового элемента ИПИ-НЕ управл емого одновибратора подключен к врем за- дающему конденсатору, второй вывод которого объединен с врем задающим pery лируемым резистором, анодом диода, входом инвертора и токоограничиваю- щим резистором, второй вывод которого подключен к стоку транзистора узла плавного запуска и к стоку транзистора управлени , а второй вывод врем - задающего регулируемого резистора, катод диода, исток и подложка управл емого транзистора объединены и подключены к выходу стабилизатора напр жени , затвор управл емого транзистора подключен к выходу усилител , а выход инвертора, объединенный с вторым входом элемента ИЛИ-ПЕ,  вл етс  выходом управл емого одновибратора, пр мой выход делител  частоты подключен к врем задающей интегрирующей RC-цепочке и одному из входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ; вход щих в состав формировател  импульсов запуска управл емого одновибратора , а второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ . ИЛИ объединен с выходом интегрирующей р,С-Цепочки, кроме того, одна из вторичных обмоток каждого разделительно-согласующего трансформатора подключена положительным выводом к базе соответствующего ключевого транзистора преобразовател  через соответствующий симметрирующий резистор , а отрицательным выводом - -к эмиттеру этого транзистора, при этом симметрирующий резистор и база-эмиттер- ный переход защунтированы соответствующими дифференцирующими базовый ток конденсаторами.

   ft

   Z6eevsi