Вторичный источник питания постоянного напряжения

 

Изобретение относится к вторичным источникам питания радиоаппаратуры . Целью изобретения является уменьшение возмущающего воздействия на первичную питающую сеть во время формирования фронтов нарастания и спада потребляемого тока соответственно в начале и в конце цикла зарядки накопительного конденсатора. Цель достигается за счет того, что устройство позволяет увеличить длительность фронтов нарастания и спада потребляемого тока соответственно в начале и в конце цикла зарядки накопительного конденсатора. Длительность этих фронтов может быть установлена любая. При этом увеличивается рав;номерность потребления тока во время цикла зарядки накопительного конденсатора . В результате уменьшаются .уровень пульсаций напряжения в питающей сети и уровень помех, идущих по цепи питания. 7 ил. S

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1325439 А1 (5D 4 С 05 F 1/56

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

j ь с

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 I ) 3998973/24-07 (22) 03.01.86 (46) 23.07.87. Бюл. 9 27 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при

Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) В.П.Полынь и В.Н.Мишин (53) 621.316.722.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 789979, кл. G 05 Р 1/56, 1972.

Авторское свидетельство СССР

1220073, кл. G 05 F 1/56, 1985. (54) ВТОРИЧНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к вторичным источникам питания радиоаппаратуры. Целью изобретения является уменьшение возмущающего воздействия на первичную питающую сеть во время формирования фронтов нарастания и спада потребляемого тока соответственно в начале и в конце цикла зарядки накопительного конденсатора. Цель достигается за счет того, что устройство позволяет увеличить длительность фронтов нарастания и спада потребляемого тока соответственно в начале и в конце цикла зарядки накопительного конденсатора. Длительность этих фронтов может быть установлена любая. При этом увеличивается равномерность потребления тока во время цикла зарядки накопительного конденсатора. В результате уменьшаются

1 ,уровень пульсаций напряжения в питающей сети и уровень помех, идущих по цепи питания. 7 ил.

13254

Изобретение относится к электротехнике, а именно к статическим устройствам для преобразования постоянного тока в постоянный, и может быть использовано для питания нагру эок различного типа, в том числе импульсных, от сети постоянного тока ограниченной мощности.

Целью изобретения является уменьшение возмущающего воздействия на первичную питающую сеть во время формирования фронтов нарастания и спада потребляемого тока соответственно в начале и в конце цикла зарядки накопительного конденсатора, 15

На фиг. 1 изображена функциональная схема вторичного источника питания постоянного напряжения (ВИП); на фиг. 2 — принципиальная схема триггера; на фиг. 3 — схема второго импульсного усилителя-инвертора; на фиг. 4 — второй транзисторный ключ совместно с дополнительным генератором импульсов; на фиг. 5 — стабилизатор напряжения; на фиг. 6 — диаграммы, поясняющие работу ВИП в период начала цикла зарядки накопительного конденсатора;--на фиг. 7 — диаграммы, поясняющие работу ВИП в период окончания цикла зарядки и начала ста-30 билизации напряжения на накопительном конденсаторе, ВИП (фиг, 1) содержит цепочку из .последовательно соединенных токоограничивающего дросселя 1 и накопительного конденсатора 2, шунтированную диодом 3, которая подключена к входным клеммам через бесконтактный ключ 4, входной LC-фильтр 5 и датчик

6 тока (шунт ), включенный в рассечку общей шины питания устройства, первый 7, второй 8, третий 9 и чет= вертый 10 релейные усилители, первый импульсный усилитель-инвертор 11, первый 12, второй 13, третий 14 и четвертый 15 источники опорного напряжения, генератор 16 пусковых импульсов, дополнительный генератор

17 импульсов и первый резистивный делитель 18 напряжения, подключенный первым входом к точке соединения токоограничивающего дросселя 1 и накопительного конденсатора 2, а выходом — к первым входам третьего 9 и четвертого 10 релейных усилителей, причем выход второго релейного усилитсля 8 соединен с питающим входом генератора 16 пусковых импульсов, вь;— ход четвертого релейного усилителя

39 2

10 — с управляющим входом первсго усилителя-инвертора 11, выход датчика 6 тока — с первыми входами первого 7 и второго 8 релейных усилителей, вторые входы второго 8, третьего 9 и четвертого 10 релейных усилителей — соответственно с первым 12, вторым 13 и третьим 14 источниками опорных напряжений.

Кроме того, ВИП содержит пятый 19 релейный усилитель, первый 20 и второй 21 транзисторные ключи, второй

22 и третий 23 импульсные усилителиинверторы, первый 24, второй 25, третий 26 и четвертый 27 элементы ИЛИ, триггер 28, второй резистивный делитель 29 напряжения, выходом подключенный ко второму входу первого релейного усилителя 7, конденсатор 30 и стабилизатор 31 напряжения, при этом общая шина соединена со вторым входом первого резистивного делителя 18 напряжения, выходом подключенного к первому входу пятого релейного усилителя 19, второй вход которого подключен к четвертому источнику 15 опорного напряжения, выход первого релейного усилителя 7 соединен с выходом первого транзисторного ключа 20 и первым входом первого элемента ИЛИ

24, второй вход которой соединен с первым выходом генератора 16 пусковых импульсов, а выход — с управля1 ющим входом первого импульсного усилителя-инвертора 11, выходом подключенного к управляющему входу бесконтактного ключа 4, выход второго релейного усилителя 8 соединен с управляющими входами первого 20 и второго 21 транзисторных ключей, а выход последнего — с управляющим входом дополнительного генератора 17 импульсов, выход третьего релейного усилителя 9 соединен с управляющим входом второго импульсного усилителя-инвертора 22, выходом подключенного к первому входу второго элемента ИЛИ 25, второй вход которой соединен со вторым выходом генератора 15 пусковых импульсов, а выход— с первым управляющим входом триггера

28, выход пятого релейного усилите-, ля 19 подключен к питающему входу дополнительного генератора 17 импульсов и первому входу третьего элемента ИЛИ ?б, второй вход которой соединен со вторым выходом второго импульсного усилителя-инвертора 22, выходом подключенного к первому вхо

3 13254 ду четвертого элемента ИЛИ 27, второй выход которого соединен с выходом дополнительного генератора 17 импульсов, а выход — со вторым управляющим входом триггера 28, выходом подключенного через цепочку, состоящую из параллельно соединенных второго резистивного делителя 29 напряжения, конденсатора 30 и стабилизатора 31 напряжения, к общей шине.

Триггер 28 может быть построен на транзисторах 32 и 33 (фиг. 2).

Выход 34 триггера образуют резисторы 35-37 и диоды 38-40. Цепь из элементов 35 и 40 служит для зарядки кон-15 денсатора 30 (фиг. 1) при выключении транзистора 33 (фиг, 2), а цепь из элементов 37 и 39 — для разрядки конденсатора 30 ° С помощью резистора

36 устанавливается минимальный остаточный уровень напряжения, до которого разряжается конденсатор 30 при включении транзистора 33 ° Выводы 41 и 42 являются соответственно первым и вторым управляющим входами триггера.

Второй импульсный усилитель-инвертор 22 может быть выполнен на транзисторе 43 (фиг. 3). Вывод 44 является управляющим входом. Выводы

45 и 46 — соответственно первым и вторым выходами. У первого 11 и третьего 23 импульсных усилителей-инверторов отсутствует второй выход, в остальном они могут быть выполнены аналогично.

Второй транзисторный ключ 21 и дополнительный генератор 17 импуль1 сов могут быть выполнены соответственно на транзисторах 47 и 48 (фиг.4).

Вывод 49 является управляющим входом транзисторного ключа 21, вывод

50 — выходом второго транзисторного ключа 21 (управляющим входом дополнительного генератора 17 импульсов), выводы 51 и 52 — соответственно питающим входом и выходом дополнительного генератора 17 импульсов. Генератор 16 пусковых импульсов может быть построен по аналогии с дополнительным генератором 17 импульсов, а первый транзисторный ключ 20 — по аналогии со вторым транзисторным ключом 21.

Соотношение частот f генератора

16 пусковых импульсов и дополнительного генератора 17 импульсов-определяется выражением f„» f 1, 39 4

Стабилизатор 31 напряжения (фиг.5) может быть выполнен на стабилитроне

53 и диоде 54, включенных последовательно. Вывод 55 предназначен для подключения стабилизатора напряжения к выходу триггера 28. Питание стабилизатора напряжения осуществляется через резистор 56. Диод 54 предназ начен для разделения стабилитрона 53 и конденсатора 30 (фиг ° 1) в период, когда напряжение на последнем меньше напряжения стабилизации.

Любой из источников опорных напряжений может быть выполнен в виде резистивного делителя напряжения, подключенного к источнику стабилизированного напряжения.

Соотношение напряжений опорных источников 13-15 определяется выражением U<<) Ur U

Гистерезис йервого релейного усилителя 7 устанавливается, исходя из допустимой величины пульсаций тока, потребляемого устройством из первичной сети.

Гистерезис Ж9 второго релейного усилителя 8 устанавливается по соотношению IД Ug(7IБ1, где U — напряжение опорного источника 12.

Гистерезис третьего 9 и пятого 19 релейных усилителей устанавливается а119 4U19 Uqq U15

Величина гистереэиса rrU1 четвертого релейного усилителя 10 устанавливается в соответствии с заданной точ ностью стабилизации напряжения на накопительном конденсаторе 2 и с учетом неравенства д 11, (U -U

Второй 25, третий 26 и четвертый

27 элементы ИЛИ могут быть выполнены по аналогии с первым (фиг. 1) элементом ИЛИ 24.

На фиг. 6 приведены диаграммы напряжений:

57 — на выходе второго релейного усилителя;

58 — на выходе генератора 16 пусковых импульсов;

59 — на выходе дополнительного генератора 1? импульсов;

60 — на выходе первого релейного усилителя 7;

61 — на выходе первого импульсного усилителя-инвертора ll;

62 — на выходе первого транзисторного ключа 20;

63 — ток через шунт 6;

64 — на выходе второго резистивного делителя 29 напряжения.

5 13254

На фиг.. 7 приведены диаграммы напряжений:

65 - на накопительном конденсато-, ре 2;

66 — на выходе пятого релейного усилителя 19;

59 — на выходе дополнительного генератора 17 импульсов;

67 - на выходе третьего релейного усилителя 9; 10

68 - на выходе четвертого релейного усилителя 10;

60 - на выходе первого релейного усилителя 71

63 - тока через шунт 6; 15

64 — на выходе второго резистивного делителя 29 напряжения.

На диаграммах 63 (фиг. 6), 64 (фиг. 6 и 7) и 65. (фиг. 7) приведены пороговые величины: 20

69 " тока шунта 6, при котором происходит переключение второго релейного усилителя 8 и пуск устройства после подачи питающего напряжения; 25

70 и 71 — соответственно минимальная и максимальная величины напряжения на выходе второго резистинного делителя 29 напряжения;

72 и 73 — пороговые величины, при которых происходит переключение соответственно пятого 19 и третьего 9 релейных усилителей;

° 74 и 75 - пороговые величины, при которых переключается четвертый релейный усилитель 10.

В период начала цикла зарядки накопительного конденсатора 2 устройство работает следующим образом.

Пусть напряжение, питающее устрой- 10 ство, монотонно нарастает от начального нулевого значения (фиг. 6).

При этом отпирающий сигнал 60 с выхода релейного усилителя 7 блокируется через транзисторный ключ 20 (сигнал 62) выходным напряжением 57 релейного усилителя 8 и ключ 4 закрыт.

Далее предположим, что в начальный период после подачи указанного напряжения триггер 28 установился в положение, когда его нагруэочная цепь, (параллельно соединенные второй резистивный делитель 29 напряжения, конденсатор 30 и стабилизатор 31 напряжения) подключена к питающему на55 пряжению через элементы 40 и 35 (фиг. 2). Тогда в момент времени Т (фиг. 6) пусковой импульс 58 пере39 6 ключает триггер 28 в обратное - сход; ное положение и отпирает ключ 4. При этом через шунт 6 течет ток 63, однако переключение релейного усилителя 8 (сигнал 57) и пуск устройства не происходят, так как ток 63 не успевает увеличиться до пороговой величины 69 ввиду малой длительности пус кового импульса 58 и недостаточной величины напряжения, питающего устройстно в момент времени Т„ .

Появление пусконого импульса 58 при напряжении питания устройства, близком к номинальному значению, вызывает увеличение тока 63 до пороговой величины 69 (момент времени Т ) и переключение релейного усилителя

8 (сигнал 57). При этом генератор 16 пусковых импульсов устанавливается в ждущий режим (сигнал 58), а транзисторные ключи 20 и 21 запираются. Причем эапирание транзисторного ключа

21 обеспечивает включение дополнительного генератора 17 импульсов (фиг. 59), а при эапирании транзисторного ключа 20 (сигнал 62) снимается блокировка отпирающего напряже" ния 60 с выхода релейного усилителя 7.

Импульсное напряжение 59 с выхода дополнительного генератора 17 импульсов переключает триггер 28 в положение, обеспечивающее подключение

его нагрузкой цепи к питающему напряжению. При этом напряжение 64, снимаемое с выхода второго резистивного делителя 29 напряжения, начинает линейно нарастать с заданной скоростью от минимальной величины 70 до максимальной стабилизированной .; величины

71, вызывая плавное .формирование переднего фронта тока 63 через шунт 6 и последующую зарядку накопительного конденсатора 2 под контролем напряже" ния 60 с выхода релейного усилителя 7.

В период окончания цикла зарядки и начала стабилизации напряжения на накопительном конденсаторе 2 устройство работает следующим образом.

В момент времени Т„ (фиг. 7),когда напряжение 65 на накопительном конденсаторе 2 достигнет порогового значения 72, переключается релейный усилитель 19, При этом генератор 17 импульсов устанавливается н ждущий режим (диаграмма 59), а импульсный усилитель-иннертор 23 запирается и его выходное напряжение поступает на второи управляющии вход триго еРа

132543

28 взамен исчезнувшего импульсного. напряжения 59. Теперь положение триггера 28 будет определяться состоянием импульсных усилителей-инверторов 22 и 23, которыми управляет релейный усилитель 9, в функции напряжения 65 на накопительном конденсаторе 2.

Таким образом, с момента Т„ устройство готово к работе в режиме ста-10 билизации напряжения на указанном конденсаторе.

В момент времени Т, когда напряжение 65 на накопительном конденсаторе 2 достигает порогового значения 73 переключается релейный усилитель 9 (сигнал 67). Это приводит к переключению триггера 28 в положение, когда его нагрузочная цепь отключена от питающего напряжения. При этом напряжение 64 (фиг. 7), снимаемое с выхода резистивного делителя напряжения 29, начинает линейно уменьшаться с заданной скоростью от максимальной стабилизированной величины 71 до ми- 25 .нимальной величины 70, вызывая плавное формирование заднего фронта тока

63 через шунт 6.

Во время формирования заднего фронта тока 63 напряжение 65 на накопи- 30 тельном конденсаторе продолжает увеличиваться и в момент времени Т до3 стигает порогового значения 74. При этом переключается релейный усилитель 10 (сигнал 68), что вызывает запирание бесконтактного ключа 4 и прекращение зарядного цикла, При уменьшении напряжения 65 на накопительном конденсаторе 2 до пороговой. величины 75 в результате самораэряда конденсатора 2 (фиг. 7 в момент времени Т ) релейный усилитель 10 переключается в исходное на- ,чальное состояние (сигнал 68) и раэ1решает работу бесконтактного ключа 4 пор5 контролем напряжения 60 с выхода релейного усилителя 7. Начинается подзарядка накопительного конденсатора

2 минимальным током, величина которого определяется опорным напряжени- 50 ем 70 с выхода резистивного делителя

29 напряжения.

Увеличение напряжения 65 на накопительном конденсаторе 2 до порогового уровня 74 (момент времени Т ) вновь приводит к переключению релейного усилителя 10 (сигнал 68) и запиранию бесконтактного ключа 4 ° Таким образом, процесс будет повторяться, поддержи9 8 вая среднее значение напряжения 65 с заданной точностью до момента разряд" ки накопительного конденсатора 2.

В процессе разрядки накопительного конденсатора 2 релейные усилители IO, 9 и 19 последовательно переключаются в исходное состояние. При этом разрешается работа дополнительного генератора 17 импульсов, а импульсные усилители-инверторы 22 и 23 включаются (этим устраняется их влияние на работу триггера 28 во время цикла зарядки). Импульсное напряжение 59 (фиг. 6) с выхода дополнительного генератора 17 импульсов nереключает1 ( триггер 28 в положение, обеспечивающее подключение его нагрузочкой цепи к питающему напряжению, и начинается очередной цикл зарядки емкостного на-. копителя 2.

Таким образом, устройство позволяет увеличить длительность фронтов нарастания и спада потребляемого тока соответственно в начале и конце цикла зарядки накопительного конденсатора, причем длительность указанных фронтов может быть установлена любая. Это обеспечивает вторичному источнику питания меньшее возмущающее воздействие на первичную питающую сеть, так как увеличивается равномерность потребления тока во время цикла зарядки накопительного конденсатора, а следовательно, уменьшаются уровни пульсаций напряжения в питающей сети и помех, идущих по цепи питания.

Формула изобретения

Вторичный источник питания постоянного напряжения, содержащий цепочку из последовательно соединенных токоограничивающего дросселя и накопительного конденсатора, шунтированную диодом, которая подключена к входным клеммам через бесконтактный ключ, входной LC-фильтр и датчик тока, включенный в рассечку общей шины питания, четыре релейных усилителя, первыи импульсный усилитель-инвертор, четыре источника опорных напряжений, генератор пусковых импульсов, дополнительный генератор импульсов и первый резистивный делитель напряжения, подключенный первым входом к точке соединения токоограничивающего дросселя и накопительного конденсатора, а выходом — к первым входам третьего и четвертого релейных усилителей, выход второго релейного усилителя соеди1325439

9 нен с питающим входом генератора пусковых импульсов,, выход четвертого релейного усилителя — с управляющим входом первого импульсного усилителяинвертора, выход датчика тока — с пер-5 выми входами первого и второго репейных усилителей, вторые входы второго, третьего и четвертого релейных усилителей — с соответствующими источниками опорных напряжений,-- о т л и ч а- f0 ю шийся тем, что, с целью уменьшения возмущающего воздействия на первичную питающую сеть во время формирования фронтов нарастания и спада потребляемого тока соответственно в 15 начале и в конце цикла зарядки накопительного конденсатора, в него введены конденсатор, стабилизатор напряЪ жения, пятый релейный усилитель, два транзисторных ключа, два импульсных усилителя-,инвертора, четыре элемента ИЛИ, триггер, второй резистивный делитель напряжения, выходом подключенный к второму входу первогб релейного усилителя, при этом общая ши-2g на соединена с вторым входом первого резистивного делителя напряжения, выходом подключенного к первому входу пятого релейного усилителя, второй вход которого подключен к соответствующему источнику опорного напряжения, выход первого релейного усилителя соединен с выходом первого транзисторного ключа и первым входом первого элемента ИЛИ второй вход которой соединен с первым выходом генератора пусковых импульсов, а вы-хоц — с управляющим входом первого импульсного усилителя-инвертора, выходом подключенного к управляющему входу бесконтактного ключа, выход второго релейного усилителя соединен с управляющими входами первого и второго транзисторных ключей, выход последнего — с управляющим входом дополнительного генератора импульсов, выход третьего релейного усилителя соединен с управляющим входом второго импульсного усилителя-инвертора, первым выходом подключенного к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которой соединен с вторым выходом генератора пусковых импульсов, а выход — с первым управляющим входом триггера, выход пятого релейного усилителя подключен к питающему входу дополнительного генератора импульсов и первому входу третьего элемента

ИЛИ, второй вход которой соединен с вторым выходом второго импульсного усилителя-инвертора, а выход — с управляющим входом третьего импульсного усилителя-инвертора, выходом подключенного к первому входу четвертого элемента ИЛИ, второй вход которой соединен с выходом дополнительного генератора импульсов, а выход — с вторым управляющим входом триггера, выходом подключенного через цепочку, состоящую из параллельно соединенных второго резистивного делителя напряжения, конденсатора и стабилизатора напряжения к общей шине.

1325439

1325439

ВНИИПИ Заказ 3108/43

Тираж 863 Подписное

Произв.-полигр. пр-тпе, r. Ужгород, ул. Проектная, 4