БЛОК ПИТАНИЯ

Полезная модель относится к силовой электронике, в частности к источникам питания, и может быть использована для создания источников питания лазеров.
Известен [1] блок питания (БП), содержащий устройство сравнения, транзистор и диод, использующиеся в качестве ключевого устройства, индуктивность, датчик тока, в качестве которого используется резистор.
Первый выход устройства сравнения электрически связан с управляющим выводом первого транзистора, второй выход электрически связан с управляющим выводом второго транзистора, а вход электрически связан с выходом датчика тока. Первые силовые выводы первого и второго транзисторов и первый вывод индуктивности электрически связаны между собой, вторые силовые выводы первого и второго транзисторов предназначены для подачи напряжения питания.
Второй вывод индуктивности электрически связан с первым выводом нагрузки, второй вывод которой электрически связан с входом датчика тока, выход которого электрически связан с входом устройства сравнения.
Однако, в указанном БП [1] отсутствует фильтрация импульсов тока, что приводит к большим пульсациям тока через нагрузку.
Существенно меньше пульсации тока в БП, описанном в [2] и являющимся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и выбранном в качестве прототипа.
БП [2] содержит устройство сравнения, первый и второй транзисторы, первую и вторую индуктивности, первый и второй конденсаторы, датчик тока, в качестве которого используется резистор.
Первые силовые выводы первого и второго транзисторов и первый вывод первой индуктивности электрически связаны между собой, вторые силовые выводы первого и второго транзисторов предназначены для подачи напряжения питания, второй вывод первой индуктивности, первый вывод второй индуктивности и первый вывод первого конденсатора электрически связаны между собой, второй вывод второй индуктивности электрически связан с первым выводом второго конденсатора, электрически связаны между собой вторые выводы первого и второго конденсатора и вход датчика тока, выход которого электрически связан с входом устройства сравнения.
Так как БП [2] содержит дополнительный фильтр, включающий вторую индуктивность и первый и второй конденсаторы, пульсации тока в БП [2] существенно меньше, чем в БП [1].
Однако маломощный сигнал с выхода устройства сравнения не может быстро открыть (или быстро закрыть) транзисторы в связи с наличием паразитных емкостей транзисторов, что приводит к нестабильности тока через нагрузку.
Задачей настоящей полезной модели является повышение стабильности тока через нагрузку.
Сущность полезной модели заключается в том, что блок питания, содержащий устройство сравнения, первый и второй транзисторы, первую и вторую индуктивности, первый и второй конденсаторы, датчик тока, первые силовые выводы первого и второго транзисторов и первый вывод первой индуктивности электрически связаны между собой, вторые силовые выводы первого и второго транзисторов предназначены для подачи напряжения питания, второй вывод первой индуктивности, первый вывод второй индуктивности и первый вывод первого конденсатора электрически связаны между собой, второй вывод второй индуктивности электрически связан с первым выводом второго конденсатора, электрически связаны между собой вторые выводы первого и второго конденсатора и вход датчика тока, выход которого электрически связан с входом устройства сравнения, в отличие от прототипа, содержит драйвер, первый и второй резисторы, при этом вход драйвера электрически связан с выходом устройства сравнения, первый и второй выходы драйвера электрически связаны с первыми выводами первого и второго резисторов, соответственно, вторые выводы которых электрически связаны с управляющими выводами первого и второго транзисторов, соответственно.
Введение в БП драйвера, первого и второго резисторов, электрическая связь входа драйвера с выходом устройства сравнения, электрическая связь первого и второго выхода драйвера с первыми выводами первого и второго резисторов, соответственно, электрическая связь вторых выводов первого и второго резисторов с управляющими выводами первого и второго транзисторов, соответственно, позволяет увеличить мощность управляющего сигнала на управляющих выводах транзисторов и обеспечить стабильное открывание транзисторов в процессе работы, и таким образом, обеспечить повышение стабильности тока через нагрузку.
Введение в БП первого и второго резисторов, первые выводы которых электрически связаны с первым и вторым выходом драйвера, соответственно, а вторые выводы которых электрически связаны с управляющими выводами первого и второго транзисторов, соответственно, позволяет увеличить время переключения первого и второго транзисторов и, во-первых, защитить выходы драйвера от импульсов напряжения, которые появляются при включении и выключении первого и второго транзисторов и проходят по паразитным емкостям первого и второго транзисторов на выходы драйвера, во-вторых, защитить управляющие выводы первого и второго транзисторов от пробоя высоким напряжением, наведенным из-за наличия паразитных емкостей транзисторов и появляющимися при включении транзистора импульсами напряжения с короткими фронтами, в-третьих, защитить схему от самопроизвольного открытия транзисторов напряжением, наведенным из-за наличия паразитных емкостей транзисторов и появляющимися при включении транзисторов импульсами напряжения с короткими фронтами.
Полезная модель поясняется фигурой.
На фигуре представлена схема БП и подключения нагрузки.
БП содержит устройство сравнения 1, датчик тока 2, в качестве которого применен резистор 3, драйвер 4, первый 5 и второй 6 резисторы, первый и второй транзисторы 7 и 8, соответственно, первую и вторую индуктивности 9 и 10, соответственно, первый и второй конденсаторы 11 и 12, соответственно. Возможно и иное выполнение датчика тока 2, например, на датчике Холла.
Вход устройства сравнения 1 электрически связан с выходом датчика тока 2, а выход устройства сравнения 1 электрически связан с входом драйвера 4.
Первый выход драйвера 4 электрически связан с первым выводом первого резистора 5, второй вывод которого электрически связан с управляющим выводом первого транзистора 7. Второй выход драйвера 4 электрически связан с первым выводом второго резистора 6, второй вывод которого электрически связан с управляющим выводом второго транзистора 8.
Первые силовые выводы первого 7 и второго 8 транзисторов и первый вывод первой индуктивности 9 электрически связаны между собой, а вторые силовые выводы первого 7 и второго 8 транзисторов предназначены для подачи напряжения питания.
Второй вывод первой индуктивности 9, первый вывод второй индуктивности 10 и первый вывод первого конденсатора 11 электрически связаны между собой, второй вывод второй индуктивности 10 электрически связан с первым выводом второго конденсатора 12, вторые выводы первого 11 и второго 12 конденсаторов и вход датчика тока 2 электрически связаны между собой. Нагрузка 13 (лазерный излучающий диод) подключена параллельно конденсаторам 11 и 12.
Устройство сравнения 1 предназначено для формирования опорного сигнала, сравнения его с сигналом, поступающим на его вход с выхода усилителя 10 сигнала, и выдачи сигнала управления на вход драйвера 4. Устройство сравнения 1 выполнено на микросхеме LM397MF.
В качестве датчика тока 2 используется резистор 3 типа OAR1-R010FI.
Драйвер 4 предназначен для формирования мощных управляющих сигналов для управления транзисторами 7 и 8, обеспечивая стабильное открывание и закрывание транзисторов 7 и 8. Драйвер 4 выполнен на микросхеме IR2104SPBF.
Первый 5 и второй 6 резисторы использованы типа Р 1-12-0,25-10 Ом±5%-М-А и предназначены для увеличения времени переключения первого 7 и второго 8 транзисторов, соответственно, что позволяет, во-первых, защитить выходы драйвера 4 от импульсов напряжения, которые появляются при включении и выключении первого 7 и второго 8 транзисторов и проходят по паразитным емкостям первого 7 и второго 8 транзисторов на выходы драйвера 4, во-вторых, защитить управляющие выводы первого 7 и второго 8 транзисторов от пробоя высоким напряжением, наведенным из-за наличия паразитных емкостей транзисторов 7 и 8 и появляющимся при включении транзисторов 7 и 8 импульсами напряжения с короткими фронтами, в-третьих, защитить схему от самопроизвольного открытия транзисторов 7 и 8 напряжением, наведенным из-за наличия паразитных емкостей транзисторов 7 и 8 и появляющимися при включении транзисторов 7 и 8 импульсами напряжения с короткими фронтами.
Первый и второй транзисторы 7 и 8 использованы типа IRF1104PBF.
В качестве первой и второй индуктивности 9 и 10 использованы дроссели с индуктивностью около 100 мкГенри, в качестве первого и второго конденсаторов 11 и 12 применены конденсаторы емкостью 220 мкФ типа 50ZL220M10X16.
БП работает следующим образом.
При подаче напряжения питания на БП открывается первый транзистор 7 (второй транзистор 8 в это время закрыт) и ток от источника питания течет через первый транзистор 7, первую 9 и вторую 10 индуктивности, через нагрузку 13, и также заряжает конденсаторы 11 и 12. По мере заряда конденсаторов 11 и 12 ток через нагрузку 13 растет, растет также ток, протекающий через датчик тока 2.
Сигнал с выхода датчика тока 2 поступает на вход устройства сравнения 1. При достижении максимального порогового значения тока через нагрузку 13 устройство сравнения 1 подает сигнал на драйвер 4, который снимает сигнал открывания с первого транзистора 7 и одновременно выдает сигнал открывания на второй транзистор 8.
Первый 5 и второй 6 резисторы увеличивают время заряда паразитных емкостей первого 7 и второго 8 транзисторов, соответственно, и уменьшают величину импульсов напряжения, которые появляются при включении и выключении первого 7 и второго 8 транзисторов и проходят по паразитным емкостям первого 7 и второго 8 транзисторов на выходы драйвера 4, что защищает драйвер 4 от указанных импульсов напряжения.
Увеличение времени переключения первого 7 и второго 8 транзисторов за счет наличия первого 5 и второго 6 резисторов уменьшает величину импульсов напряжения, наведенных из-за наличия паразитных емкостей транзисторов 7 и 8 на управляющих выводах первого 7 и второго 8 транзисторов и появляющихся при включении транзисторов 7 и 8 импульсами напряжения с короткими фронтами, что защищает их от пробоя и самопроизвольного открытия.
При закрывании первого транзистора 7 и открывании второго транзистора 8 конденсаторы 11 и 12 разряжаются через нагрузку 13 и через второй транзистор 8. Ток, протекающий через датчик тока 2, уменьшается, и при достижении минимального порогового значения тока через нагрузку 13 устройство сравнения 1 подает сигнал на драйвер 4, который подает сигнал открывания через первый резистор 5 на первый транзистор 7 и одновременно снимает сигнал открывания с второго транзистора 8. Первый транзистор 7 (второй транзистор 8 в это время закрыт) открывается, и ток от источника питания течет через первый транзистор 7, первую 9 и вторую 10 индуктивности, через нагрузку 13 и протекает заряжая конденсаторы 11 и 12. По мере заряда конденсаторов 11 и 12 ток через нагрузку 13 растет, растет также ток, протекающий через датчик тока 2. При достижении максимального порогового значения сигнала датчика тока 2 устройство сравнения 1 подает сигнал на драйвер 4, который снимает сигнал открывания с первого транзистора 7 и одновременно подает сигнал открывания через второй резистор 6 на второй транзистор 8.
Индуктивно-емкостной фильтр из индуктивностей 9 и 10 и конденсаторов 11 и 12 уменьшает пульсации тока через нагрузку 13.
Таким образом, ток, протекающий через датчик тока 2, периодически растет до максимального порогового значения и спадает до минимального порогового значения. Ток через нагрузку 13 поддерживается при этом стабильным и с малыми пульсациями.
Таким образом, БП обеспечивает повышение стабильности тока через нагрузку.
Источники информации.
1 Импульсный стабилизатор тока с синхронным детектором и управляемым выходом, с.7, фиг.2А (онлайн). (Найдено 2009-06-12). Найдено в Интернет: <URL:http://www.farnell.com/datasheets/77082.pdf>.
2 BY 6994 U (ОАО "Пеленг") 2010-11-01, весь документ. - Прототип.