Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения

 

Использование: в электротехнике, в устройствах регулирования и преобразования электрической энергии, в частности в источниках вторичного электропитания, преобразователях напряжения и тока, в устройствах автоматики и вычислительной техники. Сущность: в устройстве, состоящем из усилителя мощности, узла выпрямителя с фильтром и схемы управления применен узел разделения, позволяющий расчленить электропитание усилителя мощности и схемы управления. При этом усилитель мощности питается от внешнего источника, а схема управления - от выходного выпрямителя с фильтром. Такое разделение дает возможность мгновенно обесточивать схему управления и усилитель мощности при перегрузках и коротких замыканиях на выходе, что повышает надежность устройства и уменьшает его габариты. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам регулирования и преобразования электрической энергии, и может использоваться при разработке вторичных источников электропитания, устройств автоматики и вычислительной техники.

Известен источник питания (SU, 1191899A, G 05 F 1/569, 02.07.84, "Источник питания с защитой от перегрузок по току и короткого замыкания"), содержащий пороговый узел, преобразователь с подключенным на выходе конденсатором фильтра, входом управления включением-выключением выходного напряжения и датчиком тока трансформаторного типа с выпрямителем, подключенным к выходной обмотке. Данное устройство имеет ряд сходных с предлагаемым изобретением узлов: усилитель мощности, фильтр с выходной емкостью, выпрямитель. В рассматриваемом устройстве улучшена защита от перегрузок и к.з. за счет снижения времени реакции системы, а также улучшена помехозамещенность. Кроме того, повышена надежность из-за исключения зависимости порога срабатывания защиты от значения входного напряжения сети.

К недостаткам данного устройства следует отнести его схематическую сложность, большие массу и габариты, обусловленные датчиком тока трансформаторного типа, выпрямителем, пороговым узлом и целой системой микросхем защиты.

Известно устройство (авт. св. N 982161, H 02 M 3/335, G 05 F 1/64, 19.09.80, "Двухтактный преобразователь напряжения"), состоящее из двухтактного усилителя мощности с выходным трансформатором, датчика тока намагничивания, подключенного к узлу защиты, связанному с блоком логической обработки управляющих сигналов, соединенным с задающим генератором и широтно-импульсным модулятором; узел защиты выполнен в виде выпрямителя, входом подключенного к выходу датчика тока намагничивания, а выходом через пороговый узел - к блоку логической обработки управляющих сигналов.

Данное устройство имеет ряд сходных с предлагаемым изобретением узлов: двухтактный усилитель мощности, узел выпрямителя, схему управления - блок логической обработки управляющих сигналов. В устройстве повышена надежность за счет уменьшения экстрактов через силовые транзисторы и предотвращения подмагничивания трансформатора.

Недостатками данного устройства являются его сложная схема управления, большие габариты, обусловленные применением датчика тока трансформаторного типа, подгрузочного резистора, выпрямителя, микросхем порогового узла.

Наиболее близким по совокупности признаков и достигаемому результату к данному изобретению является устройство (SU, 1116506 A, H 02 M 3/335, 30.09.84, "Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения"). Устройство включает в себя узел управления, узел динамической коррекции, датчик тока, предварительные усилители, транзисторно-трансформаторный усилитель мощности, вспомогательный источник питания, основные выпрямитель и LC-фильтр и вспомогательные выпрямитель и LC-фильтр. Узел управления, транзисторно-трансформаторный усилитель мощности, основные выпрямитель и фильтр являются общими с предлагаемым изобретением. Данное устройство по сравнению с аналогами имеет меньшие габариты и массу за счет применения в качестве датчика тока резистора и узла динамической коррекции RC-цепочки. К недостаткам данного устройства следует отнести сложность узла управления, большие габариты, вызванные применением датчика тока в сильноточной цепи, большое количество микросхем, транзисторов, конденсаторов и резисторов в узлах управления и динамической коррекции.

Повышение надежности и уменьшение массы и габаритов стабилизированных преобразователей постоянного напряжения (СПН) является актуальной задачей при проектировании портативных систем радиоэлектронной аппаратуры. СПН на выходную мощность 3-10 Вт состоят, как правило, из усилителя мощности, выходного выпрямителя с фильтром и схемы управления, которая занимает до 50% всего объема. Миниатюризация первых двух узлов на сегодня практически завершена. Поэтому решение поставленной задачи сводится к рациональному построению системы управления СПН.

В основу изобретения положена идея разделения электропитания усилителя мощности и схемы управления путем введения разделительного узла, который прерывает электропитание схемы управления от внешнего источника при появлении напряжения на выходном выпрямителе, при этом усилитель мощности запитывается от внешнего источника, а схема управления - от выходного выпрямителя. Такое расчленение дает возможность, с одной стороны, мгновенно обесточить схему управления и усилитель мощности при перегрузках и к.з., что повышает надежность, с другой стороны - отказаться от сложных и объемных дополнительных устройств, что уменьшает массу и габариты всего устройства. При этом снижается стоимость изделия. Проведенные экспериментальные исследования СПН с выходной мощностью 5 Вт показали его высокую надежность при перегрузках и к. з. на выходных клеммах. Конструктивно устройство было выполнено, как и прототип, по гибридно-пленочной технологии. Выигрыш по габаритам составил 12%. Затраты на комплектующие уменьшились на 6%.

Применение отличительных признаков известно по технике. Так, например, существует устройство (Э.М. Ромаш. Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. - М.: "Радио и связь". 1981, с. 33, рис. 2-13в). Здесь в процессе заряда конденсатора через сопротивление и разряда через транзистор на нагрузке возникают импульсы напряжения. Применение такого устройства обеспечивает свойство надежной генерации импульсов с частотой, определяемой параметрами входящих радиоэлементов.

В устройстве (Б.С.Сергеев. Схемотехника функциональных узлов источников вторичного электропитания. - М.: "Радио и связь", 1992, с. 165, рис. 9.32) применена схема формирования управляющих импульсов по требуемому закону. Здесь при заряде конденсатора происходит плавное нарастание опорного напряжения от нуля до необходимого значения. При этом в конечном результате изменяется величина перерегулирования выходного напряжения. Применение такого устройства обеспечивает мягкий запуск в соответствии с заданными требованиями.

В устройстве (Г.С.Векслер, В.И.Штильман. Транзисторные сглажифающие фильтры. - М.: "Энергия", 1979, с. 29. рис. 2-5) задействован эмиттерный повторитель в качестве фильтра. Применение такого устройства обеспечивает сглаживание пульсации выпрямленного напряжения и повышает запас устойчивости при широком изменении токов нагрузки.

В предлагаемом техническом решении совокупность отличительных признаков обеспечивает свойство отделения электропитания схемы управления от внешнего источника. Таким образом, новое свойство не является следствием свойств, проявленных отличительными признаками в известных технических решениях и не равно сумме этих свойств.

На чертеже представлена схема стабилизированного преобразователя постоянного напряжения.

Он состоит из усилителя мощности 1, узла выпрямителя и фильтра 2, схемы управления 3, узла разделения 4.

Усилитель мощности 1 имеет 2 входа и 1 выход. Вход (клеммы 1 и 2) соединен с входными клеммами устройства, управляющий вход (клеммы 3 и 4) соединен с выходами схемы управления 3. Выход усилителя мощности 1 соединен с входом узла выпрямителя с фильтром 2, первый выход которого (клеммы 1 и 2) соединены с выходными клеммами устройства и с первым входом (клеммы 1 и 2) схемы управления 3, а второй вход (клемма 3) соединен с вторым входом (клемма 3) узла разделения электропитания усилителя мощности и схемы управления 4. Выход узла разделения 4 соединен с вторым питающим входом (клеммы 3 и 4) схемы управления 3, а первый вход (клеммы 1 и 2) узла разделения 4 соединен с входом (клеммы 1 и 2) усилителя мощности 1.

Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

При подключении внешнего источника постоянного напряжения к входным клеммам устройства начинает работать схема управления 3, которая получает электропитание через узел разделения 4. Схема управления 3 формирует импульсы необходимого уровня и длительности для запуска и функционирования усилителя мощности 1, электропитание которого осуществляется напрямую от внешнего источника. Переменное напряжение, вырабатываемое усилителем мощности, выпрямляется, фильтруется узлом выпрямителя и фильтра 2 и подается в нагрузку и в качестве сигнала обратной связи в схему управления 3. Выпрямленное напряжение также подается в узел разделения 4. В момент подключения внешнего источника начинается заряд конденсатора C₁ через резистор R₁ в узел разделения 4. К моменту формирования необходимого напряжения на втором входе (клемма 3) узла разделения 4 транзистор V₁ закрывается напряжением, сформированным на конденсаторе C₁, и тем самым электрически отделяет схему управления 3 от внешнего источника и усилителя мощности 1. Схема управления 3 теперь запитывается от выпрямителя узла 2. При коротком замыкании или больших перегрузках по току трансформатор мощности 1 насыщается, переходит в режим частного цикла перемагничивания, напряжение на выходных обмотках трансформатора резко падает, что приводит к обесточиванию схемы управления 3 и прекращению функционирования усилителя мощности 1. Для повторного включения устройства необходимо отключить внешний источник. При этом узел разделения 4 приходит в первоначальное состояние, и стабилизированный преобразователь постоянного напряжения готов к работе.

Формула изобретения

Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения, содержащий усилитель мощности, входом подключенный к внешнему источнику питания, а выходом - к узлу выпрямителя с фильтром, выход которого подключен к нагрузке и первому входу схемы управления, выход которой подключен к управляющему входу усилителя мощности, отличающийся тем, что в него введен узел разделения электропитания усилителя мощности и схемы управления, который прерывает электропитание схемы управления от внешнего источника при появлении напряжения на выходе выпрямителя с фильтром, при этом вход усилителя мощности подключен к первому входу узла разделения электропитания усилителя мощности и схемы управления, выход которого подключен к второму питающему входу схемы управления, второй выход выпрямителя с фильтром подключен к второму входу узла разделения, который переводит электропитание схемы управления на узел выпрямителя с фильтром.

РИСУНКИ

Рисунок 1