Блок питания, имеющий автоколебательный преобразователь последовательного резонанса

Настоящее изобретение касается блока питания с автоколебательным преобразователем последовательного резонанса для питания нагрузки. Преобразователь последовательного резонанса содержит два транзистора (TR1, TR2), соединенные вместе, которые выполнены с возможностью индивидуального воздействия управляющим трансформатором (Т1), последовательно соединенные катушки (L1) индуктивности, конденсатор (С4) и средство для изменения частоты колебаний транзисторов (TR1, TR2) и, таким образом, выходного напряжения блока питания. Каждый транзистор (TR1, TR2) вместе с последовательно соединенными разрядными конденсаторами (С6, С7) или соответствующими дополнительными транзисторами соединен параллельно с упомянутой катушкой L1 индуктивности, конденсатором (С4) и управляющим трансформатором (Т1). Средство для изменения частоты колебаний транзисторов содержит управляющий генератор (ГНР), который посылает чередующиеся импульсы, выключающие транзистор (TR1, TR2), который проводит ток. Таким образом, частота колебаний транзисторов управляется частотой импульсов управляющего генератора (ГНР). Технический результат - повышение точности. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение касается блока питания, снабженного автоколебательным преобразователем последовательного резонанса для питания нагрузки, например, лампы накаливания, зарядного устройства аккумуляторной батареи и/или электронного оборудования.

Предшествующий уровень техники

В патенте Швеции SE 501046 и патенте США US 5621621, выданном по параллельной заявке, описано функционирование автоколебательного преобразователя, известного из предыдущего уровня техники. Основное функционирование преобразователя заключается в том, что трансформатор T1 определяет частоту автоколебаний, входя в режим насыщения в каждом полупериоде. При обеспечении магнитного потока от сердечника T3, T1 насыщается быстрее, что взывает повышение частоты преобразователя. Это приводит, в свою очередь, к тому, что выпрямленное выходное напряжение преобразователя будет уменьшаться, поскольку переменное напряжение на C4, который составляет последовательный резонансный контур вместе с катушкой L1 индуктивности, при повышении частоты уменьшается в той же степени. Преимущество преобразователя этого типа состоит в том, что на высоких частотах, превышающих 150 кГц, не будет происходить отказа с возбуждением транзисторов TR1 и TR2, поскольку трансформатор T1, который подает возбуждающие импульсы, воспринимает ток, проходящий через транзисторы. Ток, проходящий через TR1 и TR2, преобразовывается в T1 в ток возбуждения для транзисторов. Преобразователь согласно патенту Швеции SE 501046 является весьма предпочтительным из-за его надежности в работе, простой конструкции и безопасности в эксплуатации на высоких частотах.

Однако в некоторых случаях зависимость частоты от насыщения T1 может вызывать неудобства. Это справедливо главным образом тогда, когда желательно обеспечить возможность очень точно устанавливать частоту. Свойства T1, такие как точка насыщения, определяются путем спекания его сердечника, и легко понять, что трудно поддерживать ограниченный допуск посредством такого грубого механического процесса.

Краткое изложение сущности изобретения

Технической задачей настоящего изобретения является создание блока питания, имеющего автоколебательный преобразователь последовательного резонанса, в котором частоту преобразователя можно устанавливать очень точно с помощью простой в обслуживании базовой конструкции.

Поставленная задача решена путем создания блока питания, имеющего преобразователь последовательного резонанса с управляемым разъединением, как заявлено в отличительной части пункта 1 формулы изобретения.

Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что трансформатор T1 не насыщается при нормальной рабочей частоте, но вместо этого блок управления, который можно сконструировать с требуемой точностью, определяет, когда необходимо отключать переключающие транзисторы TR1 и TR2.

Другое преимущество настоящего изобретения состоит в том, что процесс изготовления сердечника для трансформатора T1 можно упростить, поскольку функция преобразователя теперь не зависит от его точки насыщения.

Краткое описание чертежей

В нижеследующем подробном описании настоящего изобретения раскрыты преимущества, определяемые предпочтительными вариантами его осуществления, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 изображает блок-схему известного блока питания, который работает согласно принципу последовательного резонанса;

фиг.2 - блок-схему первого варианта осуществления блока питания согласно настоящему изобретению;

фиг.3 - импульсную диаграмму для управления частотой согласно изобретению;

фиг.4 - блок-схему второго варианта осуществления блока питания согласно настоящему изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Ниже описана работа известного блока питания (фиг.1), чтобы упростить объяснение различий между предыдущим уровнем техники и настоящим изобретением.

Когда напряжение питания, которое в этом случае составляет 230 В переменного напряжения, подают на блок питания, осуществляют выпрямление напряжения, используя мостовое соединение четырех выпрямительных диодов D1 - D4. После диодной мостовой схемы осуществляют фильтрацию двухполупериодного выпрямленного напряжения питания, используя первый конденсатор С1. Напряжение постоянного тока на этом конденсаторе С1 составляет около 320 В. Теперь через резистор R1 проходит ток, который заряжает конденсатор C2. Когда напряжение на последнем конденсаторе C2 увеличивается выше порогового напряжения длясимметричного диодного тиристора D5, последний включается и проводит ток к базе первого транзистора TR1. Назначение показанного диода D6 состоит в том, чтобы предотвращать отпирание симметричного диодного тиристора D5, когда контур находится в режиме автоколебания.

Теперь транзистор TR1 становится проводящим, а напряжение на транзисторе TR1 составляет около 320 В прежде, чем он включится. Когда транзистор TR1 включается, через трансформатор T1, катушку L1 индуктивности и конденсатор C4 протекает ток. Ток, протекающий по первичной обмотке P трансформатора T1, создает в сердечнике K трансформатора T1 магнитный поток. В свою очередь, этот поток индуцирует напряжение во вторичной обмотке S1 трансформатора T1, и это приводит к тому, что первый транзистор TR1 становится проводящим. Ток через трансформатор T1 увеличивается, пока первый транзистор включен.

Через некоторое время сердечник K в трансформаторе T1 насыщается, это приводит к тому, что первый транзистор TR1 становится проводящим. Напряжение в общей точке контакта А для первого транзистора TR1 и второго транзистора TR2 будет теперь перемещаться от низкого потенциала к высокому потенциалу из-за перемены направления эдс (электродвижущей силы) катушки L1 индуктивности. После этого ток через трансформатор T1 изменяет направление, и это приводит к тому, что ранее описанный процесс повторяется. Это, в свою очередь, приводит к тому, что транзисторы TR1, TR2 будут попеременно проводящими. Когда компонентам правильно заданы размеры, частота переключения для представленного контура обычно выше, чем резонансная частота для катушки L1 индуктивности и конденсатора C4. Напряжение на емкости C4 определяется тем, как близко к частоте переключения находится резонансная частота для катушки L1 индуктивности и конденсатора C4. Диоды D9 - D10 для транзисторов TR1 и TR2 являются встречно-параллельными диодами.

Трансформатор T2 соединен через конденсатор C4, и этот трансформатор трансформирует напряжение на конденсаторе в напряжение подходящегоуровня. Напряжение выпрямляется диодами D7, D8. Выпрямленное напряжение после этого фильтруется с использованием катушки L2 индуктивности и емкости C5.

Если выходное напряжение увеличивается так, что стабилитрон Z1 в контуре обмотки электромагнита T3 начинает проводить, ток проходит через него и через показанную обмотку W1 электромагнита T3. Проходящий через обмотку W1 ток создает магнитный поток, который ускоряет насыщение сердечника K трансформатора T1, который, в свою очередь, приводит к увеличению частоты колебаний и дистанцируется от резонансной частоты катушки индуктивности L1 и конденсатора C4. Это приводит к тому, что напряжение на конденсаторе C4 становится ниже и соответственно выходное напряжение блока питания также становится ниже. Таким образом, получают блок питания с регулируемым выходным напряжением.

Блок питания согласно фиг. 1 является, таким образом, довольно сложной конструкцией, в которой частота колебаний зависит от того, как быстро насыщается сердечник K трансформатора T1.

На фиг. 2 представлен первый вариант выполнения блока питания с автоколебательным преобразователем последовательного резонанса с управляемым выключением согласно изобретению.

Изобретение касается блока питания, который отличается тем, что трансформатор T1 не насыщается при нормальной рабочей частоте. Поскольку T1 не насыщается, нет электромагнита T3, присутствующего для ускорения насыщения сердечника K трансформатора T1. Вместо этого имеется управляющий генератор ГНР, подсоединенный через выход, который гарантирует, что обмотки S1 и S2 возбуждения соответственно являются закороченными, посылая чередующиеся импульсы на транзисторы TR5 и TR6. Это будет иметь такой же эффект, как если бы сердечник K насыщался на представленной частоте. Отличие состоит в том, что управляющий генератор ГНР определяет, когда переключающие транзисторы TR1 и TR2 должны выключаться. Теперь возможно регулировать значительно более точно, так как управляющий генератор ГНР можно легко выполнить с требуемой точностью.

Работа преобразователя осуществляется следующим образом.

Когда подключено напряжение питания, оно выпрямляется диодами D1 - D4, и выпрямленное напряжение питания выравнивается емкостью С1. Когда напряжение питания выпрямляется, напряжение на конденсаторе С1 составляет около 320 В, при напряжении питания 230 В. Это напряжение приводит к тому, что резистор R1 заряжает конденсатор C2. Когда напряжение на C2 составляет около 35 В, симметричный диодный тиристор D5 включается и разряжает энергию конденсатора C2 через обмотку S1 трансформатора T1. Ток, который течет через обмотку S1, приводит к тому, что затвор транзистора TR1 получает положительный импульс. Положительный импульс на затворе транзистора TR1 приводит к тому, что падение напряжения на нем становится ниже и через транзистор начинает течь ток. Ток, который течет через TR1, является таким же, как ток, текущий через трансформатор T1, катушку L1 индуктивности и конденсаторы C4. Ток через трансформатор T1 трансформируется через обмотку S1, что заставляет затвор на транзисторе TR1 стать положительным. Этот процесс является саморегулирующимся, поскольку ток через транзистор TR1 приводит к тому, что его затвор становится положительным. Транзистор TR1 включается, в то время как ток через него через какое-то время увеличивается.

Через некоторое время управляющий генератор ГНР формирует импульс на выходах B1 и B2. Управляющий импульс приводит к тому, что транзистор TR6 начинает проводить и, таким образом, вызывает короткое замыкание затвора транзистора TR1. Поскольку колебательный контур, который состоит из трансформатора T1 и катушки L1 индуктивности, все еще имеет энергию, общая точка контакта P транзистора TR1 и транзистора TR2 будет иметь смещение знака потенциала от отрицательного потенциала к положительному потенциалу, и это приводит к тому, что напряжение на транзисторе TR2 становится низким.

Через некоторое время ток через трансформатор T1 и катушку L1 индуктивности изменяет направление, и это приводит к тому, что обмотка S2 делает затвор на TR2 положительным. Через некоторое время, управляющий генератор ГНР посылает импульс на выходы А1 и A2. Это приводит к тому, что теперь транзистор TR2 прекращает проводить ток. После этого процесс повторяется, и транзистор TR1 начинает проводить. Диаграмма потенциала в общей точке контакта P показана на фиг.3 вместе с управляющими импульсами А1, A2, В1 и B2, где управляющие импульсы А1 и В1 соответственно показаны относительно потенциала на A2 и B2 соответственно.

Изменяя частоту импульсов от управляющего генератора ГНР, можно выполнять для катушки L1 индуктивности и конденсатора C4 смещение ближе к резонансной частоте или еще дальше от нее. Изменение частоты затем приводит к тому, что изменяется напряжение на C4. Трансформатор T2, который соединен через конденсатор C4, будет принимать измененное переменное напряжение. Выпрямленное выходное напряжение изменится таким же образом. Управляющий генератор ГНР воспринимает выходное напряжение и изменяет частоту импульсов так, чтобы получать выходное напряжение требуемой величины.

Соответственно блок питания обеспечивает такую же устойчивую работу, как в известном преобразователе, но с возможностями более точного регулирования.

Устройство (фиг.2) относится к так называемому полумосту, в котором разрядные конденсаторы C6, C7 соединены параллельно с соответствующими транзисторами TR1, TR2. Конденсаторы C6, C7 можно, естественно, заменять транзисторами TR3 и TR4, посредством чего получается так называемый полный мост (фиг.4).

Для реализации настоящего изобретения можно, естественно, использовать другой тип транзисторов, например полевые транзисторы с изолированным затвором, биполярные транзисторы и т.д.

1. Блок питания с автоколебательным преобразователем последовательного резонанса для питания нагрузки, в котором преобразователь последовательного резонанса содержит

два транзистора (TR1, TR2), соединенные вместе, которые выполнены с возможностью индивидуального воздействия управляющим трансформатором (Т1),

последовательно соединенные катушку (L1) индуктивности и конденсатора (С4),

в котором каждый транзистор (TR1, TR2) вместе с последовательно соединенными разрядными конденсаторами (С6, С7) или дополнительными транзисторами (TR3, TR4), соединены параллельно с катушкой (L1) индуктивности, конденсатором (С4) и управляющим трансформатором (Т1), и в котором нагрузка подсоединена через конденсатор (С4), причем преобразователь также содержит средство для изменения частоты колебаний транзисторов (TR1, TR2) и, следовательно, выходного напряжения блока питания,

отличающийся тем, что средство для изменения частоты колебаний транзисторов содержит управляющий генератор (ГНР), который предназначен для направления чередующихся импульсов (A1, A2, B1, B2), выключающих транзистор (TR1, TR2), который проводит ток, для управления частотой колебаний транзисторов посредством частоты импульсов управляющего генератора (ГНР).

2. Блок питания по п.1, отличающийся тем, что импульсы (A1, A2, B1, B2) от управляющего генератора (ГНР) предназначены для воздействия на транзисторы (TR5, TR6), которые выполнены с возможностью, в свою очередь, выключать транзистор (TR1, TR2), который проводит ток.

3. Блок питания по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что частота колебаний управляющего генератора (ГНР) управляется посредством выходного напряжения блока питания.

4. Блок питания по п.1, отличающийся тем, что транзисторы являются биполярными транзисторами и/или полевыми транзисторами с изолированным затвором.

5. Блок питания по п.2, отличающийся тем, что транзисторы являются биполярными транзисторами и/или полевыми транзисторами с изолированным затвором.

6. Блок питания по п.3, отличающийся тем, что транзисторы являются биполярными транзисторами и/или полевыми транзисторами с изолированным затвором.