Способ защиты от перегрузок и коротких замыканий стабилизированного источника питания и устройство для его осуществления

 

1. Способ защиты от перегрузок 1Л коротких замыканий стабилизированного источника питания на основе ключевого элемента и выходного.CD фильтра , в котором защиту осуществляют за счет ограничения длительности импульсов управления ключевьм элементом посредством установления момента его выключения в зависимости от параметра выходного напряжения, о т л ич а ю щи и с я тем, что, с целью снижения потерь энергии и повышения нести, подачу импульсов на включение ключевого элемента осуществляют при достижении тока в дросреле LCD фильтра нулевого значения, измеряют напряжение на дросселе tCD -фильтра, которое и Используют в качестве указанного параметра вьрсодного напряжения .V С

ООЮЗ ССВЕТСНИХ

4« Ю И

РЕСПУБЛИН аа (11) здр Q 05 F 1/58

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЫТИЙ

/„

Ag (k)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / к As TopcRoMY свидатильствм (21) 3538374)24;07 (22) 16.01.83 (46) 07.10;84.:Бюл. У 37 (72) Л.M.Êîâàëåà и А.Б.Смирнов (53) 621.316.722.1(088.8)

: (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ó654941, кл. С 05 Р 1/58, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

11!.542187, кл. С 05 F 1/58» 1975. (54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕГРУЗОК И

КОРОТКИХ 3AMbIKAHK СТАИУБ1ЗИРОЗАННОГо источяикА питАния и устРойство

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ защиты от перегрузок и коротких замыканий стабилизированного источника питания на основе ключевого элемента и выходного 1,С)„ }фильтра, в котором защиту осуществляют за счет ограничения длительности импульсов управления ключевым элементом посредством установления момента его выключения в зависимости от параметра выходного напряжения, о т л и- . ч а ю шийся тем, что, с цельюснижения потерь энергии и повыщения нудежности, подачу. импульсов на включение ключевого элемента осуществляют при достижении тока в дросселе LCD фильтра. нулевого значения, измеряют напряженке на дросселе 1,СЭ -фильтра, которое и используют в качестве указанного параметра выходного напряже- g ния..1117616. 2. Стабилизированный источник пи- ,тания с защитой от перегрузок и коротких замыканий, содержащий последовательно включенные ключевой элемент и выходной1СО "фильтр, блок управления, входом подключенный к выходу фильтра, селектор импульсов, состоящий as схемы совпадения и времязадающей цепи, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью снижения ноt

Изобретение .относится к электротехнике, а именно к источникам питания автономной радиоэлектронной аппаратуры, например, малогабаритных переносных телевизионных камер.

Известен способ защиты стабилизатора, основанный на измерении сигнала, пропорционального току нагрузки, сравнении его с напряжениемр пропорциональным токовой перегрузке, и фо

|1 мироваиии управляющего воздействия (if.

Недостатком способа являются значительные потери энергии, обусловленные необходимостью измерения сигнала, пропорционального току нагрузки. tS

Известно устройство, реализующее этот способ на основе импульсного стабилизатора напряжения, содержащее включенный в одну из силовых шин транзисторный регулирующий элемент, 20 к управляющему входу которого подключен вьыод управляющего узла, входом соединенного с измерительно-усилительным узлом. Выходной силовой вывод регулирующего элемента через 25 последовательно соединенные сглаживающий дроссель и защитный узел подключен к одному из выходных выводов стабилизатора (!) .

Недостатком стабилизатора являют».. щ ся значительные потери энергии, обусловленные потерями энергии в последовательно соединенном с силовым выводом регулирующего элемента и сглаживающим дросселем защитном узле.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ защиты от перегрузок и коротких замыканий стабилизированного источника питания на основе ключево" терь энергии и повышения надежности, первый вход схемы совпадения подклю- чен к диоду 1СО"фильтрар второй ее вход — к выходу блока управления, входы времязадающей цепи нрдключены к дросселю CQ -фильтра, а ее выход подключен к третьему входу схемы совпадения, выход которой подключен к входу ключевого элемента. го элемента и выходного LCD-фйльтра, в котором защиту осуществляют за.счет ограничения длительности импульсов управления ключевым элементом посредством установления момента его выключения в зависимости от параметра выходного напряжения $2) .

Недостатками способа являются большие потери энергии и невысокая надежность устройства иэ-за больших импульсных токов через ключевой элемент при перегрузках или коротком замыкании, а также вследствие зна-. чительной потребляемой стабилизатором мощности нри коротком замыкании.

Недостатки обусловлены тем, что выявление сигнала, пропорционального току нагрузки, осуществляется по временным параметрам импульсов управ-. ления, в частности по их ширине. При . этом выявляется не абсолютное значение тока нагрузки, а только его дифференциальная составляющая. Поэтому импульсные токи через регулятор при перегрузке или коротком замыкании могут достигать значительной величины. Возрастание импульсных токов и увеличение падения напряжения на ста. билизаторе при коротком замыкании приводят к значительным потерям энергии при перегрузке или коротком замыкании, а также снижают надежность работы стабилизированного источника.

Наиболее близким к предлагаемому является стабилизированный источник питания с защитой от перегрузок и коротких замыканий, содержащий последовательно включенный ключевой элемент и выходной 4С9 -фильтр, блок управления, входом подключенный к .выходу фильтра, селектор импульсов, 1117616 состоящий из схемы совпадения и времязадающей цепи (2) .

Недостатками известного устройст- в ва являются большие потери энергии и невысокая надежность работы из-за больших импульсных токов чере= силовой ключ при перегрузках или коротком замыкании, а также вследствие эна" чительной потребляемой стабилизатором мощности при коротком замыкании. Не- 10 достатки обусловлены тем, что отключается стабилизированный источник от питающей сети по сигналу с выхода селектора, выделяющего разность между импульсами управления и импульсами, определяемыми времязадающей цепью.

Поскольку ток, протекая через дроссель LCD -фильтра, зависит не только от времени коммутации силового ключа, но и от тока в момент начала коммутации, импульсные токи через ключевой элемент при перегрузке или коротком замыкании могут достигать значительной величины. Возрастание импульсных токов и увеличение падения напряжения на стабилизированном источнике при коротком замыкании приводят к увеличению потребляемой мощности

Цель изобретения — снижение потерь энергии и повышение надежности стабилизированного источника питания.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу защиты от перегрузок и коротких замыканий стабилизированного источника питания на основе ключевого элемента и выходного

LCQ -фильтра, в котором защиту осуществляют за счет ограничения длительности импульсов управления ключевым элементом посредством установле40 ния момента его выключения в зависимости от параметра выходного напряжения, подачу импульсов на включение ключевого элемента осуществляют при достижении тока в дросселе LCD-фильт-45 ра нулевого значения, измеряют напряжение на дросселе LCD -фильтра, которое и используют в качестве указанного параметра выходного напряжения. 50

В стабилизированном источнике пи"

:тания с защитой от перегрузок и ко" ротких замыканий, содержащем последовательно включенные ключевой элемент ээ и выходной Се -фильтр, блок управления, входом подключенный к выходу ,фильтра, селектор импульсов, состоящий из схемы совпадения и времязадающей цепи, первый вход схемы совпадения подключен к диоду LCD ôèëüòðà, второй ее вход. — к выходу блока управления,входы времязадающей цепи подключены к дросселю LCD-фильтра, а ее выход подключен к третьему входу схемы совпадения, выход которой подключен к входу ключевого элемента.

При этом максимальная длительность импульсов ключевого элемента опреде- . ляется напряжением на дросселе и, так как ток в индуктивном элементе начинает нарастать от нулевого значения, это приводит к ограничению импульсных токов через регулятор и, соответственно, потребляемой при коротком замыкании мощности. Поскольку резистивный датчик тока для непосредственного измерения тока нагрузки в устройстве отсутствует, а импульсные токи через ключевой элемент ограничены, потери энергии в стабилизированном источнике постоянного напряжения уменьшаются с повышением надежности его работы.

На фиг ° 1 приведена структурная схема стаоилиэированного источника с защитой от перегрузок и короткого замыкания, на фиг.2 — диаграммы напряжений и токов в характерных точках стабилизированного источника.

Одновременный способ защиты от перегрузок и короткого замыкания стабилизированного источника постоянного напряжения, в котором стабилизацию напряжения осуществляют воздействием на регулятор импульсами управления, формируемыми в функции величины выходного напряжения, например, путем их широтно-импульсной модуляции, заключается в следующем.

Нри перегрузке или коротком замыкании длительность импульсов управления начинает увеличиваться, поэтому для ограничения импульсов тока через регулятор ограничивают длительность очередного импульса управления. После этого, при нулевом токе в дросселе фильтра, включают ключевой элемент. Для определения нулевого значения тока в дросселе измеряют на- пряжение на диоде1,С2-фильтра.

Поскольку:,при увеличении напряжения на дросселе скорость нарастания тока в нем также увеличивается, ограничение длительности импульсов управления осуществляют обратно-пропорцио,нально напряжению на дросселе, для чего измеряют напряжение на нем, и (S ll17616 6

Х р — = сопв

4 as 7,;. (3) Ь (рр(а„ь 5()(õI) ц g . (5) получаем р (()вь р ((),)

Е (Е-Ц, +(),() о значению этого напряжения изменяют длительность импульса ограничения.

Стабилизированный источник посто- ( янного напряжения (фиг.k) содержит блок 1 регулирования, состоящий иэ последовательно соединенных ключевого элемента 2 и LCD -фильтра-диода 3, дросселя 4, конденсатора 5. Селектор

6 импульсов содержит схему 7 совпавремязадающую gens„ например 10 управляемый одиовибратор 8. Один вход схемы 7 совпадения соединен с диодом 3 LCQ -фильтра, например с его катодом. Второй вход схемы 7 совпадения подключен к выходу блока 9 45 упражнения. Входы времязядающей цепи

8 соединены с выводами дросселя 4, а выход времяэядающей цепи соединен с третьим входом элемента.7 совпаде-, ния, Выход схемы совпадения подклю- 20 чен к ключевому элементу 2..

Стабилизированный источник работает следующим образом.

В режиме номинальной нагрузки им- 25. пульсы управления 0(с выхода блока

9 управления определяют длительность импульсов на выходе схемы 7 совпадения0>>(и,. следовательно, длительность открытого состояния ключевого эле- 30 мента 2. Длительность импульсов ограничения на выходе времязадающей цепи в режиме номинальной нагрузки больше длительности импульсов на выходе блока 9 управления и не оказывает

35 влияния на работу устройства. Параметры дросселя 4 и конденсатора 5 выбираются таким образом, чтобы ток через дроссель прекращался до прихода очередного импульса управле- 40 ния U . В этом случае напряжение на входе LQQ -фильтра 0(р в момент прихода импульса управления имеет высокий уровень, что вызывает открывание ключевого элемента 2.

В режиме перегрузки или коротко го замыкания на выходе блока 9 управ ления находится постоянный высокий логический уровень. В этом случае длительность открытого состояния

50 ключевого элемента 2 будет определяться длительностью импульсов ограничения Ц(7„ времязадающей цепи 8, а длительность закрытого состояния— временем спада тока 1 через дроссель 4 до нулевого значения. Максимальная величина тока черезов(в р))а х этом случае равна О(.Р" L, ) iL ° — р (1)

Я7О(х 4 ,где to(p - длительность импульсов ограничения времязадающей цепи;

Ug — напряжение на дросселе;

- индуктивность индуктивногщ элемента.

Время ограничениями „ обратно пропорционально напряжению U

К о р и > (г)

L р где k — коэффициент пропорциональности.

Подставляя выражение (2) в (1) р получаем т.е. максимальное значение тока че- ° реэ дроссель, а следовательно,н ток ключевого элемента при перегрузке или коротком замыкании ограничен и определяется выражением (3).

Рассеиваемая при перегрузке или коротком замыканин жа ключевом эле" менте мощность Р равна " 4 max „(о гр ррдс k (, g > (4) огр1 1окр

О

Где Ох - падение напряжения на ключевом элементе; Закр - время закрытого состояния силового ключа, равное гдеИ ых- выходное напряжение стаби-: лизированного источника по- . стоянного напряжения; .

ОА - напряжение на диоде 3,С )фильтра.

Подставляя выражение (4) в выражения (2), (3) н (5) и учитывая,что

U4 хА ВЬХ 7

7 ll

Из этого видно, что при уменьшении выходного напряжения при перегрузке или коротком замыкании уменьшается также и рассеиваемая мощность на ключевом элементе. Поскольку мощность на диоде остается примерно постоянной вследствие постоянства среднего тока через него, суммарные потери энергии при перегрузке или коротком замыкании уменьшаютсяя.

17616 8

Уменьшение потерь энергии в стабилизированном источнике питания с защитой от,перегрузок и короткого замыкания повышает надежность его работы, позволяет использовать способ и устройство для питания переносных передающих малогабаритных телевизионных камер, в которых, вследствие нх автомощности, особые тре1О бования предъявляются к ЕПД и надежности источника питания.

ВНИЮИ Заказ 7219/32 Тираж 841 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная,4