Источник вторичного электропитания

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электропитания устройств автоматики и вычислительной техники. Сущность изобретения: изобретение позволяет исключить аномальные режимы работы устройства питания, неблагоприятные для потребителя. Источник на основе самовозбуждающегося обратноходового транзисторного преобразователя содержит дополнительный управляемый ключ, шунтирующий одну из вторичных обмоток трансформатора, и раздельные цепи обратной связи, задающие режимы работы транзистора и управляемого ключа. Введение узлов контроля сигналов цепей обратных связей и вспомогательных времязадающих цепей обеспечивает выявление аномальных режимов и прерывание питания потребителя. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках электропитания устройств автоматики и вычислительной техники.

Известен источник вторичного электропитания на основе обратноходового преобразователя, содержащий многообмоточный трансформатор с первичной обмоткой, соединенной с входными выводами через силовой транзистор, обмоткой возбуждения, подключенной к входу силового транзистора, и вторичными обмотками, соединенными через выпрямительные диоды и сглаживающие фильтры с выходными выводами источника. Цепь обратной связи с широтно-импульсным модулятором, подключенным к входу силового транзистора, обеспечивает режим стабилизации выходных напряжений, а узел контроля тока силового транзистора, соединенного с входом управляющего транзистора, шунтирует вход силового - защиту от перегрузки по току и выходных коротких замыканий [1].

Такой источник имеет ограниченный диапазон изменения тока нагрузки. В нестационарных режимах, в частности при сбросе и набросе нагрузки, имеют место значительные изменения выходных напряжений, а при перегрузке по току в одном или нескольких выходных каналах возникает режим с пониженным уровнем выходных напряжений. Источник с малым динамическим диапазоном изменения нагрузки, допускающий большие отклонения уровней выходных напряжений, имеет ограниченную область применения.

Известен источник электропитания на основе обратноходового преобразователя, содержащий дополнительно вторую цепь обратной связи и управляемый ключ, закорачивающий выходные выводы [2] . С помощью управляемого ключа обеспечивается защита от выходных перенапряжений, а неблагоприятное влияние больших изменений тока потребителя на работу преобразователя исключается путем его загрузки на нерегулируемый энергоемкий преобразователь. Использование последнего вызывает усложнение схемы и ухудшение массообъемных показателей устройств питания. Кроме того, такой источник не исключает неблагоприятный для ряда потребителей режим работы с пониженным уровнем выходных напряжений, возникающий при перегрузке по току, который можно назвать аномальным.

Наиболее близким по технической сущности является источник питания на основе обратноходового преобразователя, в котором управляемый ключ шунтирует одну из вторичных обмоток трансформатора [3]. Такой источник не требует дополнительной нагрузки при возникновении выходных перенапряжений. Он имеет расширенный диапазон изменения тока потребителя и обеспечивает строгое ограничение уровня выходных перенапряжений во всех стационарных и нестационарных режимах. Однако он также допускает аномальные режимы работы с пониженным уровнем выходного напряжения, что ограничивает область его применения.

Задачей изобретения является создание источника питания, обеспечивающего выявление аномального для потребителя режима, и прерывание питания при его возникновении.

Предлагаемый источник вторичного электропитания на основе обратноходового преобразователя, содержащий многообмоточный трансформатор, первичная обмотка которого соединена с входными выводами источника через силовой транзистор, к входу которого подключены обмотка возбуждения и пусковой узел, а по крайней мере одна из вторичных обмоток, соединенных через выпрямительные диоды и сглаживающие фильтры с выходными выводами источника, шунтирована управляемым ключом, узел контроля тока перегрузки и первую цепь обратной связи с широтно-импульсным модулятором, выходы которых соединены с входом управляющего транзистора, шунтирующего вход силового, и вторую цепь обратной связи, подключенной к входу управляемого ключа, дополнительно включает узел контроля сигнала первой цепи обратной связи и времязадающую цепь, через которую этот узел подключен к входу управляющего транзистора.

Кроме того, введена дополнительно вторая времязадающая цепь, через которую вторая цепь обратной связи соединена с первой цепью обратной связи.

Дополнительно введенные узлы и их связи с имеющимися в прототипе узлами позволяют распознать аномальный режим работы, при котором выходное напряжение ниже допустимого уровня, и сформировать блокирующее воздействие на силовой транзистор. Аномальный режим, связанный со снижением уровня выходного напряжения, выявляется по факту отсутствия сигнала обратной связи с выхода широтно-импульсного модулятора. Первая времязадающая цепь позволяет отстраиваться от кратковременных динамических процессов, имеющих место при пуске или набросе нагрузки, и выявлять только длительные аномальные режимы. Вторая времязадающая цепь позволяет отстраиваться от кратковременных динамических процессов в период работы управляемого ключа, имеющих место при сбросе нагрузки, и выявлять режим холостого хода, который на начальном этапе его возникновения также можно считать аномальным. При выявлении аномального режима блокируется управление регулирующим транзистором и прерывается питание потребителя.

На чертеже приведена функциональная схема предложенного вторичного источника электропитания.

К входным выводам 1 и 2 источника через силовой транзистор 3 подключена первичная обмотка 4 многообмоточного трансформатора 5, обмотка возбуждения 6 которого соединена через токозадающую цепь 7 с входом силового транзистора, а вторичные обмотки 8 и 9 - через выпрямительные диоды 10 и 11 и сглаживающие емкостные фильтры 12 и 13 с выходными выводами 14, 15 и 16. Одна из вторичных обмоток, например 8, шунтирована управляемым ключом 17. Первая цепь обратной связи 18 с широтно-импульсным модулятором 19 и узлом гальванической развязки 20 соединена по входу с измерительным резистором 21, подключенным к выходным выводам 14 и 16, а по выходу - через токозадающую цепь 22 с входом управляющего транзистора 23, шунтирующего вход силового транзистора 3. Кроме того, к входу управляющего транзистора 23 подключены через токозадающую цепь 24 узел контроля тока перегрузки 25 силового транзистора 3, а через токозадающую 26 и времязадающую 27 цепи - узел контроля выходного сигнала первой цепи обратной связи 28. Вторая цепь обратной связи 29, подключенная к входу управляемого ключа 17, связана с широтно-импульсным модулятором 19 через вторую времязадающую цепь 30. Режим начального пуска задается пусковым узлом 31, подключенным к входным выводам 1 и 2 источника и связанным с входом силового транзистора 3.

В стационарном режиме при уровнях выходных напряжений в пределах номинальных значений на работу устройства воздействует только первая цепь обратной связи 18. Вторая цепь обратной связи 29 не срабатывает, и управляемый ключ 17 находится в непроводящем состоянии. Появление сигнала на выходе узла гальванической развязки 20 цепи обратной связи 18 вызывает отпирание управляющего транзистора 23 и запирание силового транзистора 3. В результате магнитная энергия, накопленная в индуктивности первичной обмотки 4 в период открытого состояния силового транзистора 3, трансформируется во вторичные обмотки 8 и 9 и передается через диоды 10 и 11, сглаживающие емкостные фильтры 12 и 13 на выходные выводы 14, 15 и 16 к потребителю. При этом на обмотке возбуждения 6 трансформатора 5 устанавливается напряжение отрицательной полярности, поддерживающее силовой транзистор 3 в закрытом состоянии.

В момент времени окончания процесса спада тока во вторичных обмотках 8 и 9 до нуля в выпрямительных диодах 10 и 11 возникают обратные токи в течение короткого интервала времени восстановления запирающих свойств p-n-переходов, которые вызывают появление на обмотке возбуждения 6 напряжения положительной полярности. Силовой транзистор 3 приоткрывается, под действием входного напряжения в первичной обмотке 4 трансформатора 5 возникает ток, и за счет положительной обратной связи через обмотку 6 силовой транзистор 3 переходит в насыщенное проводящее состояние. Напряжения, трансформируемые на вторичных обмотках 8 и 9, прикладываются к диодам 10 и 11 в обратном направлении и поддерживают их в непроводящем состоянии в течение всего интервала времени открытого состояния силового транзистора 3. Ток в первичной обмотке 4 трансформатора 5 нарастает практически по линейному закону, причем скорость его нарастания ограничивается индуктивностью первичной обмотки 4. Происходит процесс накопления магнитной энергии, который прерывается в момент прихода следующего сигнала с выхода цепи обратной связи 18. Силовой транзистор 3 запирается, накопленная магнитная энергия трансформируется во вторичные обмотки и процесс передачи ее потребителю повторяется.

Стабилизация выходных напряжений обеспечивается с помощью модулятора 19 в цепи обратной связи 18 путем регулирования длительности открытого состояния силового транзистора 3 обратно пропорционально отклонению напряжения, снимаемого с измерительного резистора 21, от заданного уровня напряжения уставки. Выходным сигналом цепи обратной связи 18 служит короткий импульс напряжения, длительность которого достаточна для надежного запирания силового транзистора 3. Дальнейшее удержание его в закрытом состоянии в период передачи магнитной энергии потребителю, а также самовозбуждение и поддерживание его в открытом состоянии в период накопления магнитной энергии обусловлены только обмоткой возбуждения 6.

Надежное первоначальное возбуждение силового транзистора 3 осуществляется пусковым узлом 31, формирующим маломощные короткие импульсы с частот повторения много ниже рабочей частоты преобразователя.

В пусковой период, а также во время перегрузки по току, когда выходные напряжения ниже некоторого допустимого уровня, длительность открытого состояния силового транзистора будет определяться действием сигнала узла контроля тока перегрузки 25 на управляющий транзистор 23. Сигналы на выходе цепи обратной связи 18 будут в этот период времени отсутствовать. И если время его отсутствия будет больше максимальной длительности времени пускового процесса, задаваемого времязадающей цепью 27, то на выходе последнего формируется потенциальный сигнал, который отпирает управляющий транзистор 23 и блокирует силовой транзистор 3 от всех возможных воздействий. Таким образом, происходит разделение пускового и аномального режимов и прерывание электропитания потребителя.

При нормальном режиме пуска появление сигнала обратной связи 18 вызывает срабатывание функционального узла 28 и кратковременное блокирование (сброс) времязадающей цепи, исключающее появление на его выходе потенциального сигнала и прерывание электропитания потребителя.

В случае возникновения выходного перенапряжения при частичном или полном сбросе нагрузки вступает в работу вторая цепь обратной связи 29, обеспечивающая периодическое отпирание и запирание управляемого ключа 17. Происходит процесс регулирования подачи энергии, накопленной в трансформаторе, на выходные выводы 14, 15 и 16 устройства. При этом имеет место эффективное ограничение уровня выходных напряжений. По окончании процесса полного сброса магнитной энергии трансформатора происходит, как в рассмотренном выше случае стационарного режима работы устройства, повторное самовозбуждение силового транзистора 3.

В отличие от нестационарных режимов, вызывающих лишь кратковременную работу управляемого ключа 17, длительный режим холостого хода характеризуется большей его загрузкой и требует использования силового ключа 17 с установленной мощностью, близкой мощности силового транзистора 3. Так как для ряда устройств холостой ход не предусматривается, то он также может считаться аномальным, требующим прерывания питания. Для его уверенного распознавания в рассмотренном источнике использована вторая времязадающая цепь 30, выходной сигнал которой блокирует широтно-импульсный модулятор первой цепи обратной связи 18. В результате оперативного выявления режима холостого хода и прерывания питания потребителя удастся ограничить установленную мощность управляемого ключа 17, уменьшить его габариты и повысить надежность работы устройства.

Таким образом, введение в известный источник электропитания новых узлов и связей позволяет выявить аномальные режимы, неблагоприятные для потребителя, и обеспечить прерывание потребителя.

Используемая литература.

1. Сергеев Б.С. Схемотехника функциональных узлов источников вторичного электропитания: Справочник. - М.: Радио и связь, 1992, с. 193, рис. 10.28.

2. Бас А.А., Миловзоров В.П., Мусолин А.К. Источники вторичного электропитания с бестрансформаторным входом. - М.: Радио и связь, 1987, с. 154, рис. 8.3.

3. Авторское свидетельство СССР N 1721751, H 02 M 3/335, 1992.

Формула изобретения

1. Источник вторичного электропитания на основе обратноходового преобразователя, содержащий многообмоточный трансформатор, первичная обмотка которого соединена с входными выводами источника через силовой транзистор, к входу которого подключены обмотка возбуждения и пусковой узел, а по крайней мере одна из вторичных обмоток, соединенных через выпрямительные диоды и сглаживающие фильтры с выходными выводами источника, шунтирована управляемым ключом, первую цепь обратной связи с широтно-импульсным модулятором, выход которой соединен с входом управляющего транзистора, шунтирующего вход силового транзистора, и вторую цепь обратной связи, подключенную к входу управляемого ключа, отличающийся тем, что в него дополнительно введены узел контроля сигнала первой цепи обратной связи и времязадающая цепь, через которую этот узел подключен к входу управляющего транзистора.

2. Источник по п.1, отличающийся тем, что введена вторая времязадающая цепь, через которую вторая цепь обратной связи соединена с первой цепью обратной связи.

3. Источник по п. 1 или 2, отличающийся тем, что введен узел контроля тока перегрузки силового транзистора, выход которого соединен с входом управляющего транзистора.

РИСУНКИ

Рисунок 1