ВТОРИЧНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ
SECONDARY POWER SOURCE

Изобретение относится к электротехнике, а именно, к импульсным преобразователям постоянного напряжения и предназначено для формирования выходных, гальванически развязанных между собой, постоянных напряжений, и может использоваться в качестве вторичного источника питания (ВИП) систем автоматики и радиоэлектронной аппаратуры.
Известен «Стабилизированный преобразователь напряжения с цифровыми микросхемами» (см. патент RU №2014713 приоритет от 08.07.1991, опубликовано 15.06.1994 Б.И. №20), содержащий генератор прямоугольного напряжения с противофазными выходами, двухтактный усилитель мощности с первым и вторым транзисторами, узел для исключения сквозных токов, устройство стабилизации, источник питания микросхем и выходной трансформатор, начало и конец первичной обмотки которого подключены к коллекторам соответственно первого и второго транзисторов усилителя мощности, вторичная обмотка подключена через выпрямитель к выходу преобразователя, а дополнительная обмотка трансформатора со средним выводом крайними выводами подключена к узлу для исключения сквозных токов. Введены первый и второй буферные элементы с открытым коллектором, входы этих элементов подключены к выходам генератора прямоугольных напряжений, а выходы через первый и второй токоограничивающие резисторы - к базам соответственно первого и второго p-n-р-транзисторов усилителя мощности, узел для исключения сквозных токов выполнен на третьем и четвертом р-n-р-транзисторах, эмиттеры всех четырех транзисторов соединены со средним выводом дополнительной обмотки выходного трансформатора и с выходным выводом положительной полярности источника для питания микросхем, база третьего транзистора через третий и четвертый резисторы подключена соответственно к началу дополнительной обмотки выходного трансформатора и к выходу второго буферного элемента, база четвертого транзистора через пятый и шестой резисторы - соответственно к концу дополнительной обмотки и к выходу первого буферного элемента, коллекторы третьего и четвертого транзисторов соединены с базами первого и второго транзисторов усилителя мощности, выход устройства стабилизации, который выполнен в виде регулируемого формирователя напряжения отрицательной полярности, подключен к среднему выводу первичной обмотки выходного трансформатора, а вторичная обмотка этого трансформатора снабжена отводами, подключенными к выпрямителям сообразно числу требуемых выходных напряжений, выход одного из выпрямителей по цепи обратной связи подключен к управляющему входу устройства стабилизации.
Недостатками вышеуказанного устройства являются:
- недостаточное количество выходных напряжений, причем с разными номиналами;
- отсутствие гальванической развязки между выходными напряжениями;
- регулирующий формирователь осуществляет регулировку выходных напряжений в аналоговом режиме, что снижает КПД (коэффициента полезного действия) устройства.
Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.
Решаемой проблемой является создание вторичного источника питания, стойкого к воздействию внешних воздействующих факторов (ВВФ), имеющего несколько выходных напряжений с гальванической развязкой, обладающего высоким КПД, надежностью и работающим в широком диапазоне температур.
Достигаемым техническим результатом является получение гальванически развязанных напряжений, возможность увеличения их количества, получение высокого КПД ВИП, обеспечение защиты от больших (перегрузочных) токов во время воздействия ВВФ и при перегрузках выходов ВИП, сохранение функционирования ВИП в широком диапазоне рабочих температур.
Для достижения технического результата во вторичном источнике питания, содержащем генератор прямоугольного напряжения, блок буферных элементов, усилитель мощности, первый вход которого является выходом первого внешнего источника питания, первый выходной трансформатор, выходы которого соединены со входами первого блока выпрямления и фильтрации, выход которого является первым выходом устройства, новым является то, что дополнительно введены формирователь управляющих сигналов, управляющий трансформатор, блок ограничителей тока, второй третий и четвертый выходные трансформаторы, выходы которых соединены с соответствующими входами второго, третьего и четвертого дополнительно введенных блоков выпрямления и фильтрации, выходы которых являются вторым, третьим и четвертым выходом устройства, первый, второй, третий и четвертый выходы блока ограничителей тока соединены с первыми входами всех выходных трансформаторов, вторые и третьи входы которых объединены между собой и подключены к выходам усилителя мощности, вход блока ограничения тока является выходом первого внешнего источника питания, выход генератора прямоугольного напряжения соединен с первым входом формирователя управляющих сигналов, выходы которого соединены с первым и вторым входами блока буферных элементов, выходы которого соединены со входами управляющего трансформатора, выходы которого соединены со вторым и третьим входами усилителя мощности, вход генератора прямоугольного напряжения, второй вход формирователя управляющих сигналов и третий вход блока буферных элементов объединены между собой и являются выходом второго внешнего источника питания.
Новая совокупность существенных признаков в заявляемом устройстве позволяет повысить надежность за счет введения блока ограничителей тока, а также за счет применения малого количества составных узлов ВИП на активных элементах (полупроводниковых, усилительных) и минимального количества аналоговых активных ЭРИ, причем работающих только в ключевом режиме.
На фиг. 1 представлена функциональная схема вторичного источника питания. На фиг. 2 представлены диаграммы рабочих сигналов ВИП.
Вторичный источник питания содержит генератор прямоугольного напряжения 1, блок буферных элементов 4, усилитель мощности 7, первый вход которого является выходом первого внешнего источника питания 6, первый выходной трансформатор 9, выходы которого соединены со входами первого блока выпрямления и фильтрации 13, выход которого является первым выходом устройства U1. Введены формирователь управляющих сигналов 3, управляющий трансформатор 5, блок ограничителей тока 8, второй 10, третий 11 и четвертый 12 выходные трансформаторы, выходы которых соединены с соответствующими входами второго 14, третьего 15 и четвертого 16, дополнительно введенных блоков выпрямления и фильтрации, выходы которых являются вторым U2, третьим U3 и четвертым U4 выходом устройства. Первый, второй, третий и четвертый выходы блока ограничителей тока 8 соединены с первыми входами всех выходных трансформаторов 9, 10, 11, 12, вторые и третьи входы которых объединены между собой и подключены к выходам усилителя мощности 7, вход блока ограничения тока 8 является выходом первого внешнего источника питания, выход генератора прямоугольного напряжения 1 соединен с первым входом формирователя управляющих сигналов 3, выходы которого соединены с первым и вторым входами блока буферных элементов 4, выходы которого соединены со входами управляющего трансформатора 5, выходы которого соединены со вторым и третьим входами усилителя мощности 7, вход генератора прямоугольного напряжения 1, второй вход формирователя управляющих сигналов 3 и третий вход блока буферных элементов 4, объединены между собой и являются выходом второго внешнего источника питания 2.
Работает ВИП следующим образом.
С подачей электропитания от внешних источников постоянных напряжений 2 и 6, генератор прямоугольного напряжения 1 начинает формировать периодическую последовательность импульсов с периодом «Т», длительностью «t» и паузой «τ» (см. фиг. 2а). Значение длительности «t» выбирается в зависимости от величины индуктивности первичных обмоток выходных трансформаторов 9-12. Значение паузы «τ» выбирается минимально возможным таким образом, чтобы обеспечивался максимальный КПД ВИП при условии отсутствия сквозных токов транзисторов усилителя мощности 7.
Последовательность импульсов с выхода генератора прямоугольного напряжения 1 поступает на вход формирователя управляющих сигналов 3, формирующего на своем выходе двухфазные импульсные управляющие сигналы (см. фиг. 2б, 2в), которые затем предварительно усиливаются блоком буферных элементов 4.
Сигналы с буферных элементов 4 поступают на управляющий трансформатор 5, обеспечивающий гальваническую развязку между источниками питания 2 и 6, и согласованную передачу управляющих сигналов в усилитель мощности 7. Далее усилитель мощности 7 усиливает управляющие сигналы по мощности, которые поступают на выходные трансформаторы 9-12, которые осуществляют передачу сигналов с усилителя мощности к блокам выпрямления и фильтрации 13-16, обеспечивая гальваническую развязку между выходными сигналами. Сигнал на выходе выходного трансформатора представлен на фиг. 2г.
Блоки выпрямления и фильтрации 13-16 преобразуют сигналы переменного напряжения, поступающие с выходных трансформаторов, в постоянные напряжения U1-U4.
Блок ограничителей тока 8 через первичные обмотки выходных трансформаторов защищает усилитель мощности, ограничивая токи его транзисторов, во время воздействия ВВФ и при перегрузках выходов ВИП.
Работоспособность заявляемого устройства подтверждена испытаниями его опытных образцов.