Стабилизированный источник электропитания

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик р 1961069(22) Заявлено 130281 (21) 3248206/24-07 511 М Кл з Н 02 М 3/335С 05 Г 1/56 с присоединением заявки Йо(23) Приоритет Государстаенный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторыизобретения В.М. Сазонов, А.Я. Исаев, В.Г. Кривич и И 71) Заявите 4) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ теляду мо Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электропитания радиоэлектронной аппаратуры от сети переменного тока.Известен источник питания, содержащий подключенный к входным выводам выпрямитель с фильтром, соединенный с задающим генератором и конвертором, вход которого связан через широтно-импульсный модулятор с задающим генератором, а выход - с нагрузкой непосредственно и через реэистивный делитель напряжения - с пассивным двухполюсником и одним входом усилителя постоянного тока, другой вход которого соединен с узлом эталонного напряжения, выход-с входом широтно-импульсного модулятора, а цепи питания - с вспомогательным узлом питания 11.Недостатком известного источника питания является непосредственное подключение конвертора к высоковольтному постоянному напряжению, получаему на выходе сетевого выпрямителя с фильтром, н результате чего при использовании промышленной сети пере менного тока напряжением 220 В на коллекторных переходах силовых транзисторов конвертора действует импульсное напряжение, превышающее пр дельно допустимое значение коллекторного напряжения для существующих типов транзисторов, что обуславлива. ет необходимость использования сложных схем включения транзисторов (мостовое, последовательно и др.), снижает надежность работы, увеличивает потери мощности источника питания, его габариты и массу.Кроме того, на выходе выпрями в конверторе действует широтномо лированный импульсный сигнал и для получения на выходе конвертора постоянного напряжения с требуемым уровнем пульсаций необходимо использовать интегрирующий С-фильтр, что приводит к дополнительному увеличению габаритов и массы источника.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является источник электропитания постоянным стабилизированным напряжением, содержащий входной выпрямитель с фильтром, к выходу которого подключен импульснЬтй стабилизатор с ДС-фильтром, выход которого подключен к блоку сравнения и управления, преобразователю напряжения с задающим генератором, цепи защиты с ре 961069лаксационным генератором и усилителю мощности, вход которого связанс преобразователем напряжения, а выходы подключены через выходной вы-,прямитель с фильтром к. нагрузке, ачерез вспомогательный выпрямитель - 5непосредственно к блоку для сравнения и управления 23В известном стабилизированномисточнике питание усилителя мощностиосуществляется пониженным напряжением, получаемым на выходе импульс 1 ного стабилизатора, при этом снижается величина напряжения, действующего на коллекторах силовых транзисторов усилителя мощности и достигается оптимальный режим их использования по току и напряжению, а прямоугольная форма напряжения на обмотках трансформатора позволяет уменьшить габариты фильтра на выходе источника.Недостатком известного стабилизированного источника питания являетсянизкая надежность его работы из-эаповышенного импульсного напряжения,действующего на коллекторном переходе ключевого транзистора импульсногостабилизатора последовательного типа, величина которого равна величине напряжения на выходе мостовоговыпрямителя с фильтром, составляет ЗО300-400 В при питании от промышленной сети напряжением 220 В и приближается к предельно допустимой для существующих типов мощных высокочастотных импульсных транзисторов. 35Кроме того, потери мощности вмомент переключения, пропорциональные величине коммутируемого напряжения и тока, в,известном источникетакже завершены, что снижает коэффи рциент использования ключевого транзистора по мощности и показатель егонадежности, а также снижает КПД стабилизированного источника электропитания.45Кроме того, в известном устройстве схема защиты от перегрузок и импульсного стабилизатора с блокомсравнения и управления достаточносложны, а габариты дросселя С-фильтра завышены из-за наличия протекающей через него постоянной составляющей тока,оЦель изобретения - повышение надежфости работы устройства путемснижения экстремальных токов и напряжений, воздействующих на ключевойтранзистор, при одновременном упрощении схемы источника и .снижения габаритов дросселяПоставленная цель достигается тем,60что в стабилизированном источникеэлектропитания, содержащем мостовойдиодный выпрямитель, диагональ переменного тока которого подключена квыводам для подключения источника 65 переменного тока, а диагональ постоянного тока подключена к первому конденсатору фильтра, цепь из последовательно соединенных стабилитронаи резистора, первым выводом соединенную с первым выводом первого конденсатора фильтра, дроссель фильтра, ключевой элемент, включенные параллельно выходным выводам источникаэлектропитания второй конденсатор фильтра, первым выводом подключенный к управляющему входу задающего, генератора и усилитель мощности, основной выход которого через выпрямитель и фильтр соединен с выходными выводами источника электропитания, вспомогательный выход подключен к входу вспомогательного выпрямителя, а управляющие входы связаны с выходами задающего генератора, ключевойэлемент выполнен на транзисторах по мостовой схеме, диагональ постоянного тока которого зашунтирована цепью из последовательно соединенных стабилитрона и резистора, в диагональ переменного тока включен дроссель фильтра, а управляющие входы транзисторов через введенные резисторы подключены к соответствующим дополнительно введенным выходам усилителя мощности, входом питания подключенного к второму выводу первого конденсатора фильтра, управляющими входами подключенного непосредственно к выходам задающего генератора, вспомогательный выпрямитель выходом подключен к дополнительному входу питания задающего генератора, дополнительный вход управления которого соединен с первым выводом первого конденсатора фильтра, второй конденсатор фильтра первым выводом подключен к второму выводу цепи иэ последовательно соединенных стабилитрона и резистора, а вторым выводом - к входу питания усилителя мощности.На чертеже изображена функциональная схема стабилизированного источника электропитания.Стабилизированный источник электропитания содержит диодный мост 1, диагональ переменного тока которого подключена к источнику 2 переменного тока, а диагональ постоянного тока подключена к первому конденсатору 3 фильтра, первый вывод которого связан с первыми выводами второго конденсатора 4 фильтра, задающего генератора 5 и усилителя б мощности, а второй непосредственно с входом управления задающего генератора 5, а через диагональ постоянного тока мостового ключевого элемента 7 на четырех тран зисторах 8 - с вторыми выводами второго конденсатора 4 фильтра, задающе го генератора 5 и усилителя б мсщнос ти, основной выход которого черезвыпрямитель 9 с фильтром подключенк нагрузке 10, вспомогательный выходчерез вспомогательный выпрямитель 11с вспомогательным входом питания задающего генератора 5, а дополнительными выходами через резисторы 12с соответствующими базами транзисто 5ров 8 ключевого мостового элемента7, в диагональ переменного тока которого включен дроссель 13, а диагональпостоянного тока зашунтирована дополнительно стабилитроном 14 с последовательно включенным резистором 15. Выходы задающего генератора 5 подключены к входам усилителя б мощности.Стабилизированный источник элект.ропитания работает следующим абразом.При включении источника 2 переменного тока первый конденсатор 3 фильтра через диодный мост 1 заряжаетсявыпрямленным пульсирующим напряжением (током). Все транзисторы 8 ключе; - .вого элемента 7 закрыты. Когда напряжение на конденсаторе 3 достигаетвеличины напряжения стабилизации стабилитрона 14, последний открывается 25и через него и ограничительный резистор 15 осуществляется. заряд второгоконденсатора 4 фильтра. После того,как напряжение на конденсаторе 4 достигает значения достаточного длясамовозбуждения задающего генератора5, последний выдает сигнал на усилитель 6 мощности, при этом начинаютпоочередно попарно переключатьсятранзисторы 8 ключевого элемента 7,обеспечивая протекание тока черездроссель 13 в том или иком направле-,нии.1Сопротивление ключевого элемента7 уменьшается и дальнейший заряд 40конденсатора 4 осуществляется черездиагональ постоянного тока транзисторного моста, при этом напряжение на указанной диагонали становитсяниже напряжения стабилизации стаби литрона 14 и он выключается. Ток в дросселе 13 изменяет свое направление по треугольному закону в такт с частотой переключения транзисторов8. При этом амплитудное значение 50 его прямо пропорционально величине приложенного к нему напряжения и длительности включения в одном направлении половине периода переключения) и обратно пропорционально величинеего индуктивности. С ростом напряжения на шинах питания задающего генератора 5 частота генерации его возрастает, при этом среднее значение тока; протекающего ф через кличевой элемент, уменьшается. Когда среднее значение тока проте)кающего через ключевой элемент 7, ста. новится равным току, отбираемому усилителем б мощности, нарастание на пряжения на конденсаторе 4 прекращается, процесс останавливается,Параметры задающего генератора 5и величина индуктивности дросселя 13в зависимости от величины нагрузкии напряжения сети выбираются такимобразом, чтобы максимальное значениенапряжения на транзисторах усилителямощности и транзисторах ключевогоэлемента были равными, тогда его величина составит примерно 2/3 от величины напряжения на первом конденсаторе фильтра для приведенной схемывключения усилителя мощности и поло-:вину его для мостовой схемы включениятранзисторов, усилителя мощности.При питании источника.от промышленной сети переменного тока напряжением 220 В + 10-15% напряжение на коллекторах транзисторов лежит в пределах 200-250 В и составляет 50-70%предельно допустимого коллекторногонапряжения мощных высоковольтных мезапланарных д-р-п-транзисторов, выпускаемых пролюшленностью, что являет-ся наиболее оптимальным с тачки зрения обеспечения их надежной работы.Величина напряжения стабилизациистабилитрона 14 выбирается несколькобольшей, чем максимально возможноенапряжение, возникающее на ключевомэлементе в установившемся режиме, приэтом достигается его надежное отключение после окончания процесса запуска устройства. В момент пуска устройства питание задающего генератораосуществляется по основной цепи питания через стабилитрон 14 и ограничительный резистор 15, величина сопротивления которого не велика и обеспечивает протекание тока, необходимогодля устойчивого запуска задающего генератора.После того,как напряжение навспомогательном выходе усилителя бмощности и выходе вспомогательноговыпрямителя 11 превысит величину напряжения питания по цепи пуска, последняя отключается и задающий генератор переходит на режим питания отвспомогательного выпрямителя, чтопозволяет снизить потери мощности,расходуемой на раскачку усилителя бмощности. По входу управления задающего генератора 5,производится коррекция частоты генерации в зависимости от изменения напряжения на входеисточника, что позволяет изменятьсреднее сопротивление ключевого элемента и повысить стабильность выходного напряжения. Для повышения стабильности выходного напряжения, в зависимости от величины нагрузки в источнике, аналогичным образом может быть введена коррекция частоты генерации задающего генератора 5 путем сравнения на 961069пряжения на конденсаторе 4 или выходе вспомогательного выпрямителя с эталонным. Когда сопротивление на-. грузки существенно уменьшится, происходит резкое падение напряжения на конденсаторе 4, а частота эадающе го генератора становится минимально возможной для,выбранной схемы генера- тора, при этом сопротивление ключе вого элемента 7 устанавливается на заданном минимальном уровне и нарас О тание потребляемого тока прекращается.При дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузки или коротком замыкании в ее цепи генерация срывается, ключевой элемент размыкается и осуществляется эапитка задающего генератора по цепи стабилитрона 14 и огра- ничительного резистора 15. Устройство переходит в режим периодических проб- о ных вмлючений до устранения замыкания в цепи нагрузки. Так как в источнике направление тока через дроссель фильтра 13 периодически меняется со скважностью, равной двум, то величина постоянной составляющей, протекающей через него, равна нулю, подмагничивание сердечника не наблюдается, что позволяет не менее, чем в двараза уменьшить его габаритные размеры по сравнению с известным.Кроме того, уменьшение в 1,й раза в предложенном устройстве, по,сравнению с известным, напряжения наколлекторных переходах силовых транзисторов позволяет снизить примерно 35в два раза величину мощности рассеивания на каждом из них, что, помимооблегчения режима работы, позволяетповысить КПД Источника, а отсутствиев нем блока управления ключевым стабилизатором и упрощение схемы защитыупрощает устройство в целом.Формула изобретения 45Стабилизированный источник электропитания, содержащий мостовой диодный выпрямитель, диагональ переменного тоМа которого подключена к выводам для подключения источника переменного тока, а диагональ постоянно- .го тока подключена к первому конденсатору фильтра, цепь из последовательно соединенных стабилитрона и резистора, первым выводом соединеннуюс первым выводом первого конденсатора фильтра, дроссель фильтра, ключевой элемент, подключенные параллельно выходным выводам источника электропитания, второй конденсатор фильтра, первым выводом подключенный к управляющему входу задающего генератора и усилитель мощности, основной выход которого через выпрямитель ифильтр соединен с выходными выводами источника электропитания, вспомогательный выход подключен к входувспомогательного выпрямителя, а управляющие входы связаны с выходамизадающего генератора, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения надежности работы устройства путем снижения экстремальных токов и/напряжений, воздействующих на ключевой транзистор, при одновременномупрощении схемы источника электропитания и снижения габаритов дросселя,ключевой элемент выполнен на транзисторах по мостовой схеме, диагональпостоянного тока которого зашунтирована цепью из последовательно соединенного стабилитрона и резистора, вдиагональ переменного тока включендроссель фильтра, а управляющие входы транзисторов через введенные резисторы подключены к соответствующим дополнительно введенным выходамусилителя мощности, входом питанияподключенного к второму выводу первого конденсатора фильтра, управляющими входами подключенного непосредственно к выходам задающего генератора, вспомогательный выпрямительвыходом подключен к дополнительномувходу питания задающего генератора,дополнительный вход управления которого соединен с первым выводом первого конденсатора фильтра, второйконденсатор фильтра первым выводомподключен к второму выводу цепи изпоследовательно соединенных стабилитрона и резистора, а вторым выводом -к входу питания усилителя мощности.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 609115, кл, 0 05 Г 1/64, 1976.2. Авторское свидетельство СССРР 597055, кл. Н 02 М 3/335, 1976.14 5 лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 каз 7310/72 Тираж 721 ВНИИПИ Государств по делам изобре 113035, Москва, Ж