SU762085A1 - Вторичный источник электропитания 1 - Google Patents

Description

Изобретение относится к области электротехники, а именно к силовым преобразовательным устройствам, которые преобразовывают напряжение исходной питающей сети переменного тока в одно или несколько различных напряжений, ⁵ необходимых для обеспечения электропитания радиоэлектронной аппаратуры, аппаратуры вычислительной техники, автоматики и телемеханики, т. е. к вторичным источникам питания (ВЙП).

Известен ВИП с промежуточным преобразованием частоты (ППЧ), состоящий из бестрансформаторного выпрямителя,— ключевого транзисторного стабилизатора» ₎₅ с широтно-импульсной модуляцией, имеющего на выходе конденсатор, транзисторного инвертора, работающего с повышенной частотой и нагруженного на высокочастотный трансформатор И- . 20

Наиболее близким к данному изобретению является вторичный источник электропитания, содержащий выпрямительный

мост к выходным выводам которого под—

²

ключей стабилизатор, состоящий из последовательно включенного в силовую шину силового ключа, параллельно которому подключен датчик включения блока сравнения, и выходного конденсатора, включенных параллельно. выходным выводам стабилизатора,. к которым подключен высокочастотный преобразователь, блок уп — равления, состоящий иэ формирователей управляющих сигналов включения и выключения с выходами, соединенными с управляющими входами силового ключа, вход формирователя управляющего сигнала выключения подключен к выходу блока сравнения и к выходу датчика перегрузки, формирователя управляющих сигналов, выход которого подключен к входу преобразователя и задающего генератора частоты ^2^.

Недостатком известных структур ВИП с ППЧ является наличие значительных пусковых токов при первоначальном подключении к сети, величина которых на два-три порядка выше номинальных. Та—

3 7620;

кое превышение тока снижает надежность работы элементов и цепей, по которым ’ данный ток протекает, а. также является источником помех, способным дезорганизовать работу смежной аппаратуры. ₅

Цель - повышение надежности в пусковом режиме и уменьшение помех работе посторонней аппаратуры.

Это достигается тем, что во вторичном источнике электропитания [д} в ю

блок управления введены триггер включения, триггер подготовки, входной элемент И, стабилизаторный элемент И, инверторный элемент И и формирователь сигнала начальной установки, причем один из вхо- 15 дов входного элемента Й соединен с датчиком включения, один из входов триггера включения соединен с блоком сравнения, выход триггера включения соединен с другим входом входного элемента И 20 и с одним из входов инверторного эле- . мента И, другой вход которого соединен с задающим генератором, выход инверторного элемента И соединен с входом формирователя управляющих сигналов, выход 25 входного элемента И соединен с одним из входов триггера подготовки и с одним из входов стабилизаторного элемента И, выход триггера подготовки соединен с другим входом стабилизаторного 30 элемента И, выход стабилизаторного элемента И соединен с формирователем управляющего сигнала включения, другие входы триггеров включения и подготовки соединены с формирователем сигнала на- 35 чальной установки.

Для повышения надежности работы в условиях искаженной формы синусоидального напряжения питающей сети в блок управления введен формирователь задер* 40 жанного импульса, а к стабилизаторному г элементу И добавлен дополнительный вход, подключенный к выходу формирователя задержанного импульса, вход которого соединен с датчиком включения. 45

Для повышения надежности работы в условиях меняющейся нагрузки к стаби лизаторному элементу И добавлен дополнительный вход, соединенный с блоком сравнения.

Для повышения надежности работы автоматической защиты в аварийных режимах в блок управления введен триггер перегрузки, а к стабилизаторному элементу И добавлен дополнительный вход, подключенный к выходу триггера перегрузки, один из входов которого соединен

с датчиком перегрузки, а другой вход соединен с формирователем сигнала начальной установки.

На фиг, 1 показана функциональная схема вторичного источника электропитания; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы в пусковом периоде.

Вторичный источник питания состоит из диодного моста 1, включаемого в сеть переменного тока, стабилизатора 2, высокочастотного преобразователя (инвертора) 3 и блока управления 4.

Стабилизатор 2 состоит из силового ключа 5, датчика включения 6, соединенного параллельно силовому ключу, выходного конденсатора 7 и блока сравнения (датчика выключения) 8, соединенного параллельно выходному конденсатору 7.

Блок управления 4 содержит формирователь 9 управляющего сигнала включения, формирователь 10 управляющего сигнала выключения, соединенный с датчиком выключения 8, задающий генератор 11, формирователь 12 управляющих сигналов силовыми ключами преобразователя (инвертора) 3.

Для обеспечения заданной программы пуска ВИП блок управления содержит триггер включения 13, триггер подготовки 14, входной элемент И 15, стабилизаторный элемент И 16 и инверторный элемент И 17, формирователь· 18 сигнала начальной установки.

Один из входов входного элемента И 15 соединен с датчиком включения 6.

Один из входов триггера включения 13 соединен с датчиком выключения 8, выход триггера включения 13 соединен с другим входом входного элемента И 15 и с одним из входов инверторного элемента И 17. Другой вход инверторного элемента И 17 соединен с задающим генератором 11. Выход инверторного элемента И 17 соединен с входом формирователя 12 управляющих сигналов силовыми ключами преобразователя (инвертора) 3. Выход входного элемента И 15 соединен с одним из входов триггера подготовки 14 и с одним из входов стабилизаторного элемента И 16. Выход триггера подготовки 14 соединен с другим входом стабилизаторного элемента И 16. Выход стабилизаторного элемента И 16 соединен с входом формирователя 9 управляющего сигнала включения силового ключа 5 стабилизатотора 2. Другие входы триггеров включе762085

ния 13 и подготовки 14 соединены с формирователем 18 сигнала начальной установки.

Схема работает следующим образом. При первоначальном включении питания формируется сигнал начальной установки формирователем 18. Этот сигнал устанавливает триггер включения 13 в такое положение, что выходной сигнал триггера 13, подаваемый на входной элемент И 15 и инверторный элемент И 17, является для этих элементов запрещающим. Таким образом, после включения устройства сигналы датчика включения 6 и задающего генератора 11 к силовым ключам стабилизатора и инвертора не проходят, стабилизатор и инвертор не работают. Сигнал начальной установки с формирователя 18 устанавливает триггер подготовки 14 в Этакое положение, что выходной сигнал триггера 14, подаваемый на стабилизаторный элемент И 16, является запрещающим.

После осуществления начальной установки сигнал с формирователя 18 прекращается и более в данном цикле работы устройства не возникает. Сигнал начальной установки появляется вновь после отключения устройства от исходной сети и последующего очередного включения.

Поскольку силовой ключ· 5 стабилизатора 2 после включения устройства не работает, выходной конденсатор 7 стабилизатора 2 оказывается подключенным к сетевому мосту 1 только через цепь датчика включения 6. Напряжение на выходе сетевого моста показано на фиг. 2а. Относительно слаботочная цепь датчика включения 6 обеспечивает сравнительно медленный заряд выходного конденсатора 7. Напряжение на выходном конденсаторе 7 показано на фиг. 26.

Как только напряжение на конденсаторе 7 достигнет заданного напряжения стабилизации, фиксируемого датчиком выключения (блоком сравнения) 8, последний выдает сигнал, который, «поступив на вход триггера включения 13, переключит этот триггер, к на входы элементов И 15 и 17 поступит разрешающий сигнал. Сигналы с датчика выключения (блока сравнения) 8 показаны на фиг.

2г, а состояние триггера включения 13 показано на фиг. 1д. В дальнейшем до выключения устройства триггер включения будет находиться в состоянии, обес-] печивающем поступление разрешающего

сигнала на входы элементов И 15 и 17. После поступления разрешающего сигна—' ла на вход инверторного элемента И 17 сигналы с задающего генератора 11 про—

5 ходят на формирователь 12 сигналов уп—. равления силовыми ключами преобразователя (инвертора) 3. В дальнейшем обеспечивается нормальная работа инвертора.

10 Изменение состояния триггера включения 13 хотя и разрешает работу входного элемента И 15, с выхода которого поступает сигнал на вход стабилизаторного элемента И 16, однако не приводит

5 к появлению сигнала на выходе элемента ’ И 16, так как на один из входов последнего продолжает поступать запрещающий сигнал с триггера подготовки 14. (Выходной сигнал входного элемента И 15

0 показан на фиг. 2е). В противоположном случае запуск ключевого стабилизатора в произвольной фазе, например в районе максимума очередной полуволны, привел бы к протеканию значительных токов.

5 Состояние триггера подготовки 14 изменится после окончания очередного сигнала датчика включения 6. Сигналы датчика включения 6 показаны на фиг.

2в, а состояние триггера подготовки

О 14 - на фиг. 2ж<. При этом триггер подготовки 14 снимает запрещающий сигнал с входа элемента И 16, однако запуска ключа 5 стабилизатора 2 в этот момент не произойдет, так как отсутст—

5 вует сигнал датчика включения. Триггер подготовки лишь подготавливает возможность такого запуска в дальнейшем. Состояние триггера подготовки после его переключения не меняется до конца работы устройства, з данном цикле.

С увеличением напряжения на переднем фронте очередной полуволны до величины, превышающей величину напряжения

₍ на Конденсаторе 7, срабатывает датчик включения, и его сигнал, пройдя элементы И 15 и 16, запустит? формирователь 9 сигнала включения силового ключа 5 стабилизатора. 2. (Выходной сигнал стабилизаторной схемы И 16 показан на фиг. 2з). Поскольку включение силового ключа 5 стабилизатора 2 произойдет в районе примерного равенства напряжения нарастающей очередной полуволны на выводе моста и на выходном конденсаторе 7, возникающий в цепи ключа 5 стабилизатора 2 ток будет сравнительно невелик и равняться номинальному значению рабочего импульсного тока в стационарном

762085 8

режиме. После достижения заданного значения напряжения на выходном конденсаторе 7 срабатывает датчик выключения 8, сигнал которого обеспечит срабатывание формирователя 10 выключения силового ключа 5 стабилизатора 2. В дальнейшем работа системы будет повторяться с периодом, задаваемым частотой питающей сети.

Таким образом, работа рассмотренной системы обеспечивает переход от сравнительно небольшого тока первоначаль. ного заряда выходного конденсатора 7 в начале работы к номинальному рабочему току, потребляемому ВИП в стационарном режиме. Какие-либо броски тока исключаются.

Для обеспечения нормальной работы в условиях искаженной формы синусоиды сетевого напряжения в блок управления ; вводится формирователь задержанного импульса, который запрещает запуск формирователя 9 сигнала включения силового ключа 5 стабилизатора 2 во время прохождения заднего фронта полувол- ; ны выпрямленного напряжения на выходе моста. Задержка необходима для того, чтобы основной сигнал датчика включения, пройдя элементы И 15 и 16, успел бы осуществить запуск формирователя 9. ;

Длительность импульса, генерируемого формирователем 19, должна составлять

. 70-80% от длительности полупериода сетевого напряжения. Сигнал формирователя 19 задержанного импульса показан _: на фиг. 2и.

Рассмотренная схема управления ВИП способна нормально функционировать, если обеспечивается достаточный ток в нагрузке, подключенной к инвертору 3. Ес- ., ли же особенности нагрузки таковы, что величина тока нагрузки, изменяясь во времени, будет оставаться весьма малой в течение более чем полпериода сетевого напряжения, то блок сравнения 8 ,

вследствие присущего подобным схемам гистерезиса останется в состоянии, соответствующем напряжению на выходном конденсаторе 7 выше заданного, т. е. будет продолжать выдавать непрерывный' сигнал выключения. Такое положение приведет к нарушению работы системы стабилизации, так как формирователь 10 сигнала выключения силового ключа 5, запускаемый обычно по фронту сигнала блока сравнения 8, не сможет в этом ' случае запуститься. Для восстановления работоспособности данного блока управления в условиях меняющейся нагрузки

от номинала до близких к нулю значений необходимо добавить дополнительный вход к элементу И 16, выполнив его четырех— входовым, и завести на этот вход сигнал с

5 с блока сравнения 8. Тогда, если напряжение на выходном конденсаторе 7 достаточно велико к моменту подхода переднего фронта очередной полуволны, запуска формирователя сигнала включения силового ключа стабилизатора не произойдет вследствие запрета, поступающего на дополнительный вход элемента И 16 с блока сравнения. Очередное включение силового ключа стабилизатора в этом случае произойдет с подходом последующего переднего фронта полуволны выпрямленного напряжения, так как формирователь 19 запретит’ запуск в активной части полуволны. Необходимо заметить, что наличие формирователя 19 при существовании связи блока сравнения и элемента И 16 необходимо, так как в ином случае был бы возможен запуск формирователя 9 включения силового ключа р стабилизатора 2 в любой фазе активной части, что привело бы к перетокам в цепи силового ключа стабилизатора. Рассмотренный блок управления ВИП создает предпосылки к использованию силового ключа 5 стабилизатора 2 в качестве автомата защиты. Для реализации функции автомата защиты силовым, ключом .стабилизатора в блок управлёния дополнительно вводится триггер перегрузки 20. Один из входов этого триггера соединяется с формирователем 18 сигнала начальной установки. Другой вход триггера перегрузки .20 соединяется с имеющимся в аппаратуре известным датчиком (или датчиками) перегрузки (перетока, перенапряжения) 21. Датчик перегрузки целесообразно соединить также с. формирователем 10 сигнала выключения силового ключа 5 стабилизатора 2. Выход триггера перегрузки соединен с дополнительным входом элемента И 16. Триггер перегрузки устанавливается сигналом начальной установки в такое состояние,> что на вход элемента И 16 поступает разрешающий сигнал, и таким образом до наступления аварийного состояния триггер перегрузки 20 не оказывает влияния на работу схемы. При срабатывании датчика перегрузки триггер перегрузки 20 опрокидывается и на элемент И 16 поступает запрет, после чего включение силового ключа стабилизатора становится невозможным. В дальнейшем нормальная работа возобновляется после выключения

762085 10

и последующего включения всего устрой-* ства.

В предлагаемом источнике электропитания силовые элементы выбираются по номинальным, а не пусковым токам, ₅ что снижает габариты и вес силовой части и повышает надёжность работы элементов в режиме пуска. Уменьшение помех работе смежной аппаратуры повышает эксплуатационные качества предлагаемо- ,о го источника.

Claims (4)

1. Формула изобретения

   1$

   1, Вторичный источник электропитания, содержащий выпрямительный мост, к выходным выводам которого подключен стабилизатор, состоящий из последовательно включенного в силовую шину силового 20 ключа, параллельно которому подключен датчик включения, блока сравнения и выходного конденсатора, включенных параллельно выходным выводам стабилизатора, к которым подключен высокочастотный 35 преобразователь, блок управления, состоящий из формирователей управляющих сигналов включения и выключения с выходами, соединенными с управляющими входами силового ключа, вход формирователя зо управляющего сигнала выключения подключен к выходу блока сравнения и к выходу датчика перегрузки, формирователя управляющих сигналов, выход которого подключен к выходу преобразователя и задающего генератора, о т л и ч а ю щ я й с я тем, что, с целью повышения надежности в пусковом режиме и уменьшения помех работе посторонней аппаратуры, в блок управления введены триггер включе- ад ния, триггер подготовки, входной элемент И, стабилизаторный элемент И, инвертора ный элемент Ии формирователь сигнала начальной установки, причем Один из входов входного элемента И соединен с дат-ад чиком включения, один из входов триггера включения соединен с блоком сравнения, выход триггера включения соединен с другим входом входного элемента Ии с одним из входов инверторного элемен- ад та И, другой вход которого соединен с

   задающим генератором, выход инверторного элемента И соединен с входом форк мироВателя управляющих сигналов, выход входного элемента И соединен с одним из входов триггера подготовки и с одним из входов стабилизаторного элемента И, выход триггера подготовки соединен с другим входом стабилизаторного элемента И, выход стабилизаторного элемента И соединен с формирователем управляющего сигнала включения, другие входы триггеров включения и подготовки соединены с формирователем сигнала начальной установки.
2. 2. Вторичный источник электропитания по π. 1, отличающийся. Гем, что, с целью повышения надежности работы в условиях искаженной формы синусоидального напряжения питающей" сети, в блок управления введен формирователь задержанного импульса, а к стабилизаторному элементу И добавлен Дополнительный вход, подключенный к выходу формирователя задержанного импульса, вход которого соединен с датчиком включения.
3. 3. Вторичный источник электропитания по пп. 1 и 2, отличающийс я' тем, что, с целью повышения надежности работы в условиях^! меняющейся нагрузки, к стабилиэаторному элементу И добавлен дополнительный вход, соединенный с блоком сравнения.
4. 4. Вторичный источник электропитания по пп. 1 - 3, отличающийс я тем, что, с целью повышения надежности работы автоматической защиты в аварийных режимах, в блок < управления

   ίвведен триггер перегрузки, а к стабилиэаторному элементу И добавлен дополнительный вход, подключенный к выходу триггера перегрузки, один из входов которого соединен с датчиком перегрузки,

   '& другой вход соединен с формирователем сигнала начальной установки.

   ’ :