Герметичный изолированный источник вторичного электропитания с регулировкой параметров

Полезная модель относится к радиотехнике, а именно к импульсным источникам вторичного электропитания, например радиолокационной аппаратуры, и может быть использована в радиосвязи, автоматике и других областях техники.
В качестве прототипа, то есть устройства наиболее близкого к предполагаемому по технической сущности выбран источник вторичного электропитания герметичный с гальванической трансформаторной развязкой (патент РФ №161131 2015 г., МПК Н02М 3/00, опубл. 10.04.2016 г.).
Устройство - прототип содержит входной фильтр, драйвер трансформатора (ШИМ-контроллер* - название в заявляемом устройстве), транзистор (силовой ключ*), микротрансформатор (изолирующий трансформатор*), выпрямитель.
Недостатком устройства-прототипа является невозможность осуществить регулировку основных параметров источника питания после установки в герметичный корпус.
Решаемой задачей является обеспечение возможности регулировки параметров герметичного источника питания.
Указанный результат достигается за счет цифровых потенциометров (ЦП) со встроенной энергонезависимой памятью, которые могут многократно изменять свое сопротивление с высокой точностью, путем подачи соответствующей команды через интерфейс обмена. ЦП установлены в устройстве таким образом, что изменение их сопротивления - приводит к изменению параметров источника питания. В частности, первый ЦП установлен в цепи токовой защиты ШИМ**-контроллера (ШК), где с третьего вывода изолирующего трансформатора (TP) напряжение поступает на силовой ключ (СК), максимальный ток которого ограничивается низкоомным резистором (HP), падение напряжения на котором усиливается операционным усилителем (ОУ). Выходное напряжение с третьего вывода ОУ - ослабляется первым ЦП, тем самым регулируя амплитуду на втором выводе ШК, изменение амплитуды на втором выводе ШК - меняет максимальный ток нагрузки источника питания.
**ШИМ - широтно-импульсная модуляция (Свободная энциклопедия Википедия).
Сущность заявляемого устройства поясняется также функциональной схемой, приведенной на фиг. 1, где приняты следующие обозначения:
1. Фильтр входной (ФВ)
2. ШИМ - контроллер (ШК)
3. Первый разъем (РЗ)
4. Первый цифровой потенциометр (ЦП)
5. Первый выпрямитель напряжения питания (ВН)
6. Фильтр питания (ФП)
7. Операционный усилитель (ОУ)
8. Изолирующий трансформатор (TP)
9. Силовой ключ (СК)
10. Низкоомный резистор (HP)
11. Второй ВН
12. Оптрон (ОП)
13. Первый управляемый стабилитрон (УС)
14. Второй ЦП
15. Первый резистор (РТ)
16. Третий ЦП
17. Второй РТ
18. Второй УС
19. Транзистор (ТРЗ)
20. Третий РТ
21. Второй РЗ
Заявляемый герметичный изолированный источник вторичного электропитания с регулировкой параметров работает следующим образом.
Входное напряжение электропитания поступает на первый и второй выводы ФВ 1, которое после фильтрации и снижения уровня помех поступает на первый вывод TP 8, второй вывод которого соединен с первым выводом первого ВН 5, где производится преобразование переменного тока в постоянный, второй вывод которого соединен с входом ФП 6, который необходим для обеспечения стабильной работы ШК 2. Для регулировки тока нагрузки устройства, через первый РЗ 3 по шине данных подается команда, и первый ЦП 4 изменяет и записывает в память новое значение сопротивления. Первый ЦП 4 находится в цепи обратной связи ШК 2, работающего в качестве драйвера СК 9, через петлю обратной связи отслеживает и контролирует выходное напряжение и рабочий ток устройства.
Выходное напряжение с четвертого и пятого выводов TP 8 поступает на первый и второй вывод второго ВН 11, выпрямленное напряжение с третьего вывода второго ВН 11 поступает на первый вывод ОП 12. Сигнал с третьего вывода ОП 12 поступает на первый вывод первого УС 13. Ко второму выводу первого УС 13 подключен второй вывод второго ЦП 14. Первый вывод второго ЦП 14 подключен к третьему выводу второго ВН 11, а третий вывод ЦП 14 подключен к нулевому потенциалу вторичной цепи, таким образом, при изменении сопротивления второго ЦП 14 изменяется напряжение на втором вводе первого УС 13, тем самым изменяя уровень выходного напряжения источника питания.
Для защиты выходных цепей от превышения напряжения в конструкции предусмотрена быстродействующая защита. Напряжение с третьего вывода второго ВН 11 поступает на первый РТ 15, а затем на первый вывод третьего ЦП 16. Первый РТ 15 необходим для ограничения тока, поступающего на первый вывод третьего ЦП 16. Второй вывод третьего ЦП 16 соединен со вторым выводом второго УС 18, при этом третий вывод подключен к нулевому потенциалу вторичной сети, создавая тем самым среднюю точку на втором выводе третьего ЦП 16 и втором выводе второго УС 18 соответственно. При изменении сопротивления третьего ЦП 16 изменяется напряжение на втором выводе второго УС 18, тем самым изменяется порог срабатывания защиты. На первый вывод второго РТ 17 также поступает напряжение с третьего вывода второго ВН 11, напряжение со второго вывода второго РТ 17 поступает на первый вывод второго УС 18 и второй вывод ТРЗ 19. Второй РТ 17 ограничивает ток, поступающий на первый вывод второго УС 18 и второй вывод TP 19. Первый вывод ТРЗ 19 подключен к третьему выводу второго ВН 11, в свою очередь третий вывод ТРЗ 19 подключен к нулевому потенциалу через третий РТ 20, который ограничивает максимальный ток, протекающий через ТРЗ 19.
При превышении уровня выходного напряжения источника питания, заданного третьим ЦП 16 и вторым УС 18 - второй УС 18 открывается, тем самым уменьшая потенциал на втором выводе ТРЗ 19. ТРЗ 19 открывается, тем самым ограничивая потенциал на выходе источника питания. При этом третий РТ 20 ограничивает максимальный ток через ТРЗ 19.
Для управления вторым ЦП 14 и третьим ЦП 16 их шина данных подключена ко второму РЗ 21, это необходимо для обеспечения гальванической изоляции цепей устройства.
Сущность полезной модели поясняется функциональной схемой, приведенной на фиг. 1:
ФВ 1 предназначен для фильтрации входного напряжения и снижения уровня помех, поступающих из входной цепи.
Первый ВН 5 преобразует переменный ток, поступающий с TP 8 в постоянный, обеспечивая питанием ШК 2.
ФП 6 является дополнительным фильтром, обеспечивает стабильную и бесперебойную работу ШК 2.
ШК 2 является основным управляющим элементом, работает в качестве драйвера СК 9, через петлю обратной связи отслеживает и контролирует выходное напряжение, отслеживает рабочий ток. Может менять коэффициент заполнения импульса, поступающего на СК 9, тем самым регулируя напряжение вторичной цепи.
Первый ЦП 4 находится в цепи обратной связи ШК 2 и ослабляет сигнал, поступающий с ОУ 7, тем самым изменяя максимальный выходной ток источника питания.
ОУ 7 является усилителем и обеспечивает необходимый для нормальной работы ШК 2 уровень напряжения.
Первый РЗ 3 служит для установки сопротивления первого ЦП 4, тем самым регулируя максимальный рабочий ток источника питания.
TP 8 необходим для непосредственной трансформации энергии (увеличение или уменьшение напряжения вторичной цепи), для питания ШК 2, а также для обеспечения гальванической изоляции.
СК 9 работает в качестве ключа, за счет сигнала с ШК 2 обеспечивает импульсный режим работы TP 8 и генерацию во вторичной цепи соответственно.
Второй ВН 11 преобразует переменный ток вторичной цепи в постоянный.
ОП 12 отслеживает выходное напряжение источника питания и за счет изменения напряжения на втором выводе, корректирует несоответствия выходного напряжения в соответствии с заданным значением.
Первый УС 13 обеспечивает рабочий ток ОП 12. При изменении напряжения на втором выводе - изменяется ток, протекающий через ОП 12, тем самым изменяя выходное напряжение.
Второй ЦП 14 задает необходимое напряжение на втором выводе первого УС 13, устанавливая тем самым уровень выходного напряжения источника питания.
Первый РТ 15 ограничивает ток, поступающий на третий ЦП 16.
Третий ЦП 16 позволяет изменять напряжение на втором выводе второго УС 18, тем самым регулируя напряжение, при котором сработает защита от перенапряжения.
Второй РТ 17 задает среднюю точку ТРЗ 19 и ограничивает максимальный ток на его втором выводе.
Второй УС 18, управляет ТРЗ 19, за счет изменения напряжения. При превышении заданного уровня - ТРЗ 19 открывается и срабатывает защита от перенапряжения.
ТРЗ 19 - работает в линейном режиме, создает падение напряжения, защищая потребителей источника питания от повышенного напряжения.
Третий РТ 20 задает максимальный ток, который может протекать через ТРЗ 19.
Второй РЗ 21 позволяет управлять вторым ЦП 14 и третьим ЦП 16, меняя их значения.
Особенность построения схемы состоит в том, что, с помощью шины данных первого ЦП 4, второго ЦП 14 и третьего ЦП 16 возможна точная регулировка параметров герметичного изолированного источника вторичного электропитания в заданных пределах. При этом не нарушается целостность корпуса источника питания, а за счет использования первого РЗ 3 и второго РЗ 21 - сохраняется гальваническая изоляция между первичной и вторичной цепями.
Указанный технический результат достигается совокупностью отличительных признаков, а именно путем введения в конструкцию: трех цифровых потенциометров, низкоомного резистора, трех резисторов, двух управляемых стабилитронов, операционного усилителя, двух разъемов, оптрона, фильтра питания и транзистора.
Представленное описание и функциональная схема заявляемого устройства позволяют, применяя известные в приборостроении материалы, технологии, покупные радиоэлектронные изделия и компоненты изготовить его промышленным способом и использовать в радиолокационной аппаратуре, радиосвязи, автоматике и других областях техники.