Импульсный источник питания с бестрансформаторным входом

 

Изобретение относится к вторичным источникам питания радиоаппаратуры. Целью изобретения является повышение помехозащищенности и надежности источника питания. Выпрямленное и отфильтрованное напряжение сети поступает на схему включения. Последняя формирует стартовое напряжение для питания элементов импульсного преобразователя и стабилизатора напряжения. После запуска схема продолжает запитываться напряжением от источника служебного напряжения, входом связанного с выходом импульсного преобразователя. При этом схема импульсного преобразователя выполнена таким образом, что после запуска становится нечувствительной к помехам. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (192 (1!2 (51)5 G 05 F 1 56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П.(НТ СССР (21 ) 4081193/24 — 07 (22) 02.07.86 (46 ) 15.02.90. Бюл, Р 6 (71 ) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт технологии электротехнического производства (72) П.А,Скорик, A,È,Ðàòóøíûé и П.П,Яценко (53 ) 621 . 3! 6. 722. 1 (088, 8 )

I (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1072026, кл. G 05 F 1/56, 1981.

Блок питания БРУ 9013 ГЛЦИ.

426439.030 ЭЗ, Чебоксары, (54 ) ИМПУЛЬСНЬЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ С

БЕСТРАНСФОРМАТОРНЬИ ВХОДОМ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке вторичных источников питания.

Цель изобретения — повышение помехозащищенности и надежности источника питания, На фиг, 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 и 3 — диаграммы напряжений узлов устройства.

Импульсный источник питания с бестрансформаторным входом содержит две входные шины 1 и 2 и подклоченные к ним соединенные последовательно помехоподавляющий фильтр 3, сетевой выпрямитель 4, сглаживающий емкостной фильтр 5, узел 6 первого включения и стабилизатор 7 напряжения питающий

2 (57) Изобретение относится к вторичным источникам питания радиоаппаратуры. Целью изобретения является повышение помехозащищенности и надежности источника питания. Выпрямленное и отфильтрованное напряжение сети поступает на схему включения. Последняя формирует стартовое напряжение для питания элементов импульсного преобразователя и стабилизатора напряжения. !!осле запуска схема продолжает запитываться напряжением от источника служебного напряжения, входом связанного с выходом импульсного преобразователя. При этом схема импульсного преобразователя выполнена таким об разом, что после запуска с та нов -.тся нечувствительной к помехам. 3 ил. цепи управления, полумостовой импульс" ный преобразователь 8, входом соеди- СЛ ненный с выходом сглаживающего емкост- 2фй ного фильтра и управляемый по двум входам 9 и 10 от блока 11 широтноимпульсной модуляции (ИИМ) и плавного запуска через разделительно-согласующие трансформаторы 12 и 13 с первичными обмотками 14 и 15, импульсный силовой трансформатор 16, подклоченный к выходу полумостового импульсного преобразователя, выпрямитель 17 основной нагрузки 18 и выпрямитель 19 служебного напряжения, входом подключенные к выходу импульсного силового трансформатора, при этом выход выпрямителя служебного напряжения, выход узла 6 первого включения

1543392 и вход стабилизатора 7 напряжения питающего цепи управления объединены и подключены к первичным обмоткам 14 и

15 разделительно-согласующих трансформаторов 12 и 13, узел 20 оптронной

5 развязки, соединенный своим входом с выходом выпрямителя 17 основной нагрузки, а выходом — с корректирующим звеном 21 и с входом усилителя 22, узел 10

23 защиты полумостового импульсного преобразователя, подключенный своим входом к датчику 24 тока. При этом блок 11 IIIHII и плавного запуска содержит управляемый одновибратор 25, вклю-!5 чающий двухв ходовый элемент ИЛИ-НЕ

26, времязадающий конденсатор 27, времязадающий регулирующий резистор

28, диод 29, инвертор 30, токоограничивающий резистор 31, транзистор

32 управления, генератор 33, делитель

34 частоты с прямым и инверсным выходом, распределитель 35 импульсов, узел 36 включения полумостового импульсного преобразователя, формирова- 25 тель 37 импульсов запуска одновибратора, включающий элемент ИСКХИЧАЮ(!!ЕЕ

ИЛИ 38 и интегрирующую RC-цепь 39, узел 40 плавного запуска, включающий конденсатор 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

5l-5б, четыре ключевых управляющих транзистора 57-60, два корректирующих диода 61 и .62, В узел 23 защиты введены согласующий трансформатор 63, выпрямитель 64 с нагрузочным резисто40 ром 65 и помехоподавляющим конденсатором 66, токоограничивающий резистор 67, эмиттерный повторитель 68, регулируемый потенциометр 69, инвертор 70, два генератора 71.и 72 стробирующих импульсов, состоящие из задающих RCцепочек 73 и 74 и элементов ИСКЛЮЧАЮД!ЕЕ ИЛИ 75 и 76, узел 77 запрета, интегрирующая RC-.цепь 78 и одновибратор

79. Элементы 51-61 и 62 образуют ключевые усилители 80 и 81 мощности. Вход

82 управляемого одновибратора 25 является дополнительным, вход 83 — управляющим, вход 84 — з апускающим.

Силовая часть полумостового им55 пульс ного преобразователя 8 выполнена на транзисторах 85 и 86, конденсаторах 87 и 88, Обмотки 89 и 90 трансформаторов !2 и 13 — обмотки положительной обратной связи по току.

На фиг. 1 и 2 приняты следующие обозначения: 91 — напряжение на выходе генератора 33; 92 — напряжение на инверсном выходе делителя 34 частоты; 93 — напряжение на прямом выходе делителя 34 частоты; 94 — напряжение на дополнительном входе 82 управляемого одновибратора; 95 — на- пряжение на управляющем входе 83 управляемого одновибратора 25; 96 — напряжение на объединенных входах распределителя 35 импульсов; 97 и 98 напряжения на выходах распределителя

35 импульсов; 99 и 100 — импульсы на коллекторах транзисторов 58 и 60;

10I и 102 — импульсы на базах транзисторов 85 и 86; 103 — импульсы на выходе полумостового импульсного преобразователя 8.

На фиг. 1 и 3 приняты следующие обозначения: 104 — напряжение на объединенных выходах элементов 6,7 и 19;

105 и 106 — импульсы на выходах эмиттерного повторителя 68; 107 и 108 — импульсы на выходах генераторов 71 и 72 стробирующих импульсов;

109 — импульсы на выходе одновибратора 79, Источник питания работает следующим образом.

Напряжение сети, подключенное к шинам 1 и 2 через помехоподавляющий фильтр 3, выпрямляется выпрямителем

4 и фильтруется сглаживающим емкостным фильтром 5, Напряжение с конденсатора фильтра 5 поступает на узел 6 первого включения, который формирует стартовое напряжение, необходимое для питания. ключевых усилителей 80 и

81 мощности полумостового импульсного преобразователя 8 и запитки стабилизатора 7 напряжения, При этом на всех элементах 8, 11, 22,. 20 и 23 управления появится напряжение +Е, стабилизированное стабилизатором 7, которое должно существовать недолго (десятки миллисекунд), однако последнее не исчезнет, так как возбудившнйся от блока 11 IIIHM и плавного запуска импульсный преобразователь 8, запитанный от выпрямителя 4, сформирует импульсное напряжение, которое через импульсный трансформатор 16 поступит на выпрямитель 19 служебного напряжения, которое подключается вместо стартового напряжения от ys5 15 ла Ь первого включения. Если произ— вести включение источника питания и не предусмотреть ограничение подключаемой к источнику питания мощности, или если нагрузка источника питания нелинейна (например, лампа накаливания), то источник питания в момент

1 включения будет работать в режиме короткого замыкания, что может привести к аварийной ситуации как в цепях потребителя выпрямленной мощности, так и в цепях полумостового импульсного преобразователя 8 и выпрямителя 4.

Поэтому предусмотрен узел 40 плавного включения, входящий в состав блока

11 ШЕ1 и плавного запуска, где генератор 33 вырабатывает импульсы 91, которые делителем 34 частоты преобразуются в импульсы 92 и 93 и поступают на входы распределителя 35 импульсов, на объединенные входы которого поступают импульсы 96 ШИИ. Импульсы

96 ШИМ вырабатываются управляемым одновибратором 25, у которого длительность импульса будет зависеть от времязадающего конденсатора 27 и от амплитуды управляющего напряжения 95 по обратно пропорциональному закону, при этом для исключения аварийных режимов полумостового импульсного преобразователя 8 минимальная длительность импульсов 96 ограничена резистором 31, а максимальная длительность ограничена времязадающим регулируемым резистором 28. Управляемый одновибратор 25 имеет дополнительный вход 82, к которому подключен выход узла 40 плавного запуска. В момент начального пуска, после поступления стабилизированного напряжения +Е, на входе транзистора 44 сохранится нулевое на.пряжение, так как напряжение на конС денсаторе 41 не может измениться мгно венно. Следовательно, транзистор 44 будет открыт и управляемый одновибратор будет формировать короткие импульсы независимо от напряжения 95, поступаемого на вход 83, По мере заряда конденсатора 41 через резистор

43 напряжение на входе транзистора

44 будет увеличиваться и транзистор будет запираться, плавно увеличивая свое внутреннее сопротивление, т. е, плавно увеличивая длительность импульса управляемого одновибратора

25 до максимального значения, при достижении которого транзистор 44 полностью закроется, чем исключает43392 6 ся дальнейшее воздействие узла плавного запуска на управляемый одновибратор. Время плавного включения оп5 ределяется постоянной времени RC- öåпочки 43 и 41. Резисторы 42 и 43 образуют делитель напряжения, чем ограничивают максимальное напряжение на входе транзистора 44. После окончания

10 времени плавного запуска управление одновибратором производится только по входу 83. Запуск управляемого одновибратора осуществляется по цепи 84 от формирователя 37 импульсов запуска, вы15 рабатывающего импульсы запуска, синхронизированные с фронтами импульсов

93. Длительность импульсов запуска, запускающих управляемый одновибратор

25, определяется времяэадающей инте20 грирующей цепочкой 39. Импульсы 96

ШИМ поступают на объединенные входы распределителя 35 импульсов, с выхода которого импульсы 97 и 98 поступают на вход узла 36 включения импульс25 ного преобразователя 8, причем импульсы 97 и 98 проходят на входы 9 и 10 полумостового импульсного преобразователя 8, если на объединенном входе узла 36 включения будет находиться

30 налряжение малого уровня (нуль), а потом уровень изменится на единицу, то полумостовой импульсный преобразователь выключится. При поступлении положительных импульсов управления на

3, входы 9 и 10 ключевых усилителей 80 и 81 мощности открываются транзисторы 57 и 59 и закрываются транзисторы

58 и 60, Так как транзисторы 58 и 60 до прихода импульсов управления от4С крыты, то индуктивности трансформаторов 12 и 13 накапливают значительную ,, энергию, поскольку время накопления всегда больше времени разряда индуктивности. В момент запирания транзис45 торов 58 и 60 на их коллекторах возникают положительные импульсы 99 и

100, превышающие напряжение питания в 3-5 раз . Трансформаторы 12 и 13 с помощью вторичной обмотки согласо5Q вывают мощность коллекторной цепи с входным импендансом базовой цепи транзисторов полумостового импульсного преобразователя и обеспечивают изоляцию цепей управления от высокопо55 тенциальных цепей полумостового импульсного преобразователя 8. Кроме того, конденсаторы 47 и 49 дифференцируют прямоугольныеимпульсы управления, формируя импульсы 101 и 102 на базах

1543392 транзисторов 85 и 86, Конденсаторы

48 и 50 выполняют аналогичную функцию дифференцирования прямоугольных импульсов на базе транзисторов 85 и 86 по принципу ударного возбуждения контура, т.е. выполняют роль резонансных конденсаторов. Дифференцированная форма импульсного напряжения 101 и

102 на базе транзисторов 85 и 86 необходима для ускорения процесса отпирания и запирания высоковольтных транэ 1сторов. Симметрирующие резисторы

45 и 46 улучшают форму базовых токов и позволяют симметрировать длительность коллекторных импульсов 103 на вь1ходе полумостового импульсного преобразователя 8. Кроме того, для ускорения фронтов отпирания транзисторов 85 и 86 в разделительно-согласую- 20 щих трансформаторах 12 и 14 предусмотрены обмотки 89 и 90 положительной обратной связи.

Стабилизация напряжения выпрямителя 17 основной нагрузки 18 производит-25 ся следующим образом.

Параллельно основной нагрузке 18 подключен узел 20 оптронной развязки, выход которого нагружен на корректирующее звено 21, напряжение с которо- 30 го поступает на инверсный вход усилителя 22, эапитанного однополярным питанием Е, На прямой вход усилителя подключено регулируемое опорное эастабилиэированное напряжение. Корректи- 35 рдеющее звено 22 формирует оптимальную характеристику ЛАХ и ПФХ. Напряжение с датчика 24 тока, протекающегО через импульсный полумостовой преобразователь 8, подключено к первичной обмотке согласующего трансформатора 63, на выходе который нагружен выпрямителем 64, с нагрузочным резистором 65 и помехоподавляющей емкостью

66. К выпрямителю через токоограничи- 45 вающий резистор 67 подключен эмиттерный повторитель 68 с регулируемым потенциометром 69 в цепи эмиттера для установки уровня отрабатывания узла

23 защиты. Резистор 67 и эмиттерный повторитель 68 ограничивают возможные импульсы 105 до уровня питания

+Е. Напряжение 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 одновибратора 79 (выполненного, например, на микросхеме серии К1 1011) . Если напряжение установки резистора 69.превысит порог срабатывания инвертора 70, последний установит в нулевой уровень по входу микросхемы узла запрета. Если на втором и третьем входах микросхемы узла запрета будет тоже нулевой уровень, то выходной сигнал узла запрета запустит одновибратор 79, который„в свою очередь, положительньм уровнем на его выходе отключит полумостовой импульсный преобразователь 8, Однако возможно ложное срабатывание узла 23 защиты в момент переходных процессов в полумостовом импульсном преобразователе, имеющих место в момент начального запуска источника питания или в момент наброса нагрузки.

Для исключения 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 питания 108 или в момент импульсного наброса нагрузки 109, запре щающий срабатывание узла 23 защиты в течение времени установления перекодных процессов, Использование изобретения позволяет расширить область применения. устройства, работать ему как при постоянных, так и при импульсных нагрузках, в цеховых условиях, насыщенных внешними помехами.

Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

Импульсный источник питания с áåñтрансформаторным входом содержащий две входные шины и подключенные к ним соединенные последовательно помехоподавляющий фильтр, сетевой выпрямитель, сглаживающий емкостный фильтр, узел первого включения и стабилизатор напряжения питающий цепи управления, полумостовой импульсный преобразователь, включающий разделительно-согласующие трансформаторы, входом соединенный с выходом сглаживающего емкостного фильтра и управляемый по двум входам от блока широтно-импульсной модуляции и плавного запуска, импульсный силовой трансформатор, подключенный к выходу полумостового импульсного преобразователя, выпрямитель основной нагрузки и выпрямитель служебного

1543392 напряжения, входом подключенные к выходу импульсного силового трансформатора, при этом выход выпрямителя служебного напряжения, выход узла перно5 го включения и вход ста6 илиз атора напряжения питающего цепи управления объединены и подключены к разделительно-согласующим трансформаторам, уз ел оптронной развязки, соединенньп входом с выходом выпрямителя основной нагрузки, а выходом — с корректирующим звеном и с .входом усилителя, узел защиты полумос тового импульсного и реобразователя, подключенньпЪ входом к датчику тока, отл ич aющ ийс я тем, что, с целью повышения помехозащищенности и надежности, в блок широтно-импульсной модуляции и плавного запуска введены управляемый одновибратор, включающий двухвходовый элемент ИЛИ-НЕ, времязадающий конденсатор, времязадающий регулирующий резистор, диод, инвертор, токоограничивающий резистор, транзистор управ- 25 ления, генератор, делитель частоты с прямым и инверсным выходами, распределитель импульсов, узел включения полумостового импульсного преобразователя, формирователь импульсов запуска одновибратора, включающий элемент.

ИСКЛОЧЖО ЦЕЕ ИЛИ и интегрирующую RCцепь, узел плавного запуска, включающий конденсатор, два резистора и транзистор, при этом в импульсный полумостовой преобразователь введены два симметрируощих резистора и четыре конденсатора, шесть токоограничивающих резисторов, четыре ключевых управляющих транзистора, два корректирующих диода, в узел защиты введены согласующий трансформатор, выпрямитель с нагрузочным резистором и помехоподавляющим конденсатором, токоограничивающий резистор, эмиттерный пов-45 торитель, регулируемый потенциометр, инвертор, два генератора стробирующих импульсов, состоящие из задающей

RC-цепочки и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, узел запрета, интегрирующая RCцепь и одновибратор, вход узла защиты соединен с первичной обмоткой согласующего трансформатора, к вторичной обмотке которого подключен выпрямитель с нагрузочным резистором и помехоподавляющим конденсатором, выход выпрямителя черкез токоограничивающий резистор подключен к входу эмиттерного повторителя, цепью питания подклп;енного к выходу стабилизатора напряжения, 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 RC- цепь, выход узJld запрета подключен к входу одновибратора, вход з адающей RC- цепочки первого генератора стробирующих импульсов объединен с входом элемента (fCKJLОЧАО (ЕЕ ИЛИ и подключен к выходу стаб илиз атора напряжения, а выход ее подключен к второму входу элемента

ИСКЛЮЧАИЦЕЕ ИЛИ, выход элемента является выходом первого генератора стробирующих импульсов и подключен к второму входу узла запрета, второй генератор строб ирующих импульсов выходом подключен к третьему входу узла запрета, а вход его задающей БСцепочки соединен с входом генератора, при этом выход генератора в блоке широтно-импульсной модуляции и плавного запуска подключен к входу делителя частоты, инверсные выходы делителя частоты подключены к двум входам распределителя импульсов, два других входа которого объединены и подключены к выходу управляемого одновибратора, первый вход которого подключен к выходу формирователя импульсов запуска одновибратора, выходы распредели теля имп ульсов подключены к двум входам узла включения полумостового импульсного преобразователя, два других входа которого объединены и подключены к выходу узла защиты, один из выходов узла включения полумостового импульсного преобразователя через первьп токоограничивающий резистор. подключен к базе первого ключевого транзистора, коллектор которого подключен к базе второго ключевого транзистора и через второй токоограничивающий резистор — к выходу стабилизатора.напряжения коллектор второго ключевого транзистора через третий токоограничивающий ре- зистор, первый корректирующий диод и первичную обмотку одного разделительно-согласующего трансформатора подключен к выходу выпрямителя служебного напряжения, эмиттеры первого и второго ключевых транзисторов объединены и подключены к общей шине, второй выход узла включения полумостово1543392

12 го импульсного преобразователя через четвертый токоограничивающий резистор подключен к базе третьего ключевого транзистора коллектор которого подФ

5 ключен к базе четвертого ключевого транзистора и через пятый токоограничивающий резистор — к выходу стабилизатора напряжения, коллектор четвертого ключевого транзистора через шес- 10 той токоограничивающий резистор, второй корректирующий диод и первичную обмотку другого разделительно-согласующего трансформатора подключен к выходу выпрямителя служебного напряжения, эмиттеры третьего и четвертоГо ключевых транзисторов объединены

fI 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 напряжения, к которому также подключены исток и подложка транзис- 25 тора узла плавного запуска, выход двухвходового элемента ИЛИ-НЕ управляемого одновибратора подключен к времязадающему конденсатору, второй вывод которого объединен с времязадающим регу-30 лируемым резистором, анодом диода, входом инвертора и токоограничивающим резистором, второй вывод которо-!

ro подключен к стоку транзистора узла плавного запуска и к стоку транзистора управления, а второй вывод времязадающего регулируемого резистора, катод диода, исток и подложка управляемого транзистора объединены и подключены к выходу стабилизатора напряжения, затвор управляемого транзистора подключен к выходу усилителя, а выход инвертора, -объединенный с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ, является выходом управляемого одновибратора, прямой выход делителя частоты подключен к в ремяз адающей интег рирующей КС-цепочк е и одному из входов элемента ИСКЛЮ 1АНМЦЕЕ

ИЛИ, входящих в состав формирователя импульсов запуска управляемого одновибратора, а второй вход элемента ИСКЛЮ"

ЧАЮЩЕЕ. ИЛИ объединен с выходом интегрирующей RC- цепочки, кроме того, одна из вторичных обмоток каждого разделительно-согласующего трансформатора подключена положительным выводом к базе соответствующего ключевого транзистора преобразователя через соответствующий симметрирующий резистор, а отрицательным выводом — к эмиттеру этого транзистора, при этом симметрирующий резистор и база-эмиттерный переход зашунтированы соответствующими днфференцирующими базовый ток конденсаторами.

1543392

154339?

Редактор Е.Конча

Заказ 400

Тираж 651

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35„ Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

g1

1Ю

189

1И

f08

Составитель А.Колоколкин

Техред М.Ходанич Корректор Л,Патай