МОДУЛЬНЫЙ ВТОРИЧНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

Область техники
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в модульных импульсных вторичных источниках питания (ВИП) с гальванической развязкой.
Уровень техники
Вторичные источники питания с гальванической развязкой входа и выхода могут иметь структуру, в которой управляющее работой устройство (например, ШИМ контроллер) может быть расположено как на первичной [1], так и на вторичной стороне [2].
Из [3] известны структуры построение модульных ВИП. Схема включения, где входы ВИП соединены параллельно, а выходы последовательно (фиг. 1а) используется для повышения выходного напряжения, а схема с последовательным соединением входов и параллельно выходов (фиг. 1б) с обратной целью.
В таких модульных ВИП может возникать потребность включения/отключения ВИП по сигналу управления.
Далее в тексте рассматривается вариант исполнения модульного ВИП согласно фиг. 1а.
В случае, когда структура модульного ВИП выполнена на ВИП с управлением на первичной стороне (фиг. 2), осуществление управления, при наличии у ВИП соответствующего входа, не вызывает затруднений [4-6]. Сигнал управления «УПР» ВИП напрямую заводится на выводы дистанционного управления «ДУ» всех ВИП (фиг. 2), которые отвечают за включение/отключение ВИП при подаче на них соответствующего сигнала.
В другом случае (фиг. 3), когда управление ВИП организовано на вторичной стороне, возникает проблема с подачей управляющего сигнала на ВИП2, расположенного в «верхнем плече». Она вызвана тем, что у ВИП2 отсутствует общая «земля» с ВИП1 по выходу и управляющий сигнал должен иметь уровень выше на величину выходного напряжения ВИП1, чем уровень управляющего сигнала для ВИП1 «нижнего плеча».
Для повышения уровня управляющего сигнала до необходимой для ВИП2 величины, можно использовать дополнительный источник напряжения, например, батарею, но она со временем разряжается, не обеспечивая необходимый уровень напряжения и требует замены. Еще одним вариантом может быть использование дополнительного преобразователя, формирующего на выходе управляющий сигнал с необходимым уровнем напряжения, что усложняет конструкцию всего модульного ВИП.
Целью технического решения является устранение указанных недостатков, а именно повышение эффективности и упрощение конструкции дистанционного управления модульным ВИП.
Указанная цель достигается тем, что модульный вторичный источник питания (1) (фиг. 4) включает входные выводы (Вх), выходные выводы (Вых) и вывод управления (УПР); по крайней мере два вторичных источника питания с гальванической развязкой (2.1 и 2.2), соединенных входами к входным выводам параллельно и выходами к выходным выводам последовательно и имеющих вход дистанционного управления (ДУ) на вторичной стороне соединенный с выводом управления (УПР), причем вывод управления (УПР) соединен с входом дистанционного управления (ДУ) по крайней мере одного вторичного источника питания (2.2) через формирователь уровня напряжения (3) включающий последовательно соединенные блок генератора последовательности импульсов (3.1), блок гальванической развязки (3.2) и блок выпрямителя (3.3).
В одном варианте блок генератора последовательности импульсов (3.1) может быть реализован на мультивибраторе.
В другом варианте блок генератора последовательности импульсов (3.1) может быть реализован на специализированной микросхеме.
В одном варианте блок гальванической развязки (3.2) реализуется на конденсаторе.
В другом варианте блок гальванической развязки (3.2) реализуется на трансформаторе.
В другом варианте блок гальванической развязки (3.2) реализуется на оптопаре.
Работа устройства описывается на примере модульного ВИП (фиг.5) (1), включающего два ВИП (2.1, 2.2), включенных параллельно по входу и последовательно по выходу с управлением (например, ШИМ контроллером) расположенным на вторичной стороне и имеющих вход дистанционного управления «ДУ», который блокирует работу модуля ВИП при наличии на нем логической «1» и восстанавливает его работоспособность при наличии на нем логического «0».
Генератор прямоугольных импульсов (3.1) представлен в виде мультивибратора на биполярных транзисторах Т1-Т4 с управлением на ключевом элементе, транзистор Т5, который запускает и останавливает работу генератора. Гальваническая развязка (3.2) представлена в виде конденсатора накачки С7. Выпрямитель (3.3) выполнен на диодах VD3, VD4 и конденсаторе С5 с нагрузкой на резисторе R3.
Конденсаторы C1, С2 являются выходным фильтром, а диоды VD1, VD2 ставятся с целью защиты ВИП от напряжения обратной полярности.
Работа устройства поясняется временными диаграммами (фиг. 6).
В начальном состоянии на входы преобразователей подано напряжение Uвх. На входе «УПР» (1) поддерживается логическая «1» (график 3, момент времени t1) поступающая на вход «ДУ» ВИП (2.2) напрямую, блокируя его работу, и на ключевой элемент, затвор транзистора Т5 переводя его в открытое состояние. Открытый транзистор Т5 обеспечивает работу генератора прямоугольных импульсов (3.1), который выдает последовательность импульсов (график 2, момент времени t1-t3), проходящих через гальваническую развязку (3.2), выпрямитель (3.3) и заряжающих конденсатор С5 до напряжения достаточного для срабатывания схемы по входу дистанционного управления «ДУ» (график 1, момент времени t2-t3), т.е. на входе «ДУ» ВИП (2-1) формируется логическая «1». Оба ВИП находятся в выключенном состоянии.
При переходе сигнала на входе «УПР» (1) в логический «0» (график 3, момент времени t3) включается ВИП (2.2). На затвор транзистора Т5 перестает поступать напряжение, достаточное для его открытия, и он запирается, прекращая работу генератора. Генератор перестает выдавать импульсы (график 2, момент времени t3) и на входе «ДУ» ВИП (2.1) с незначительной задержкой, связанной с разрядом конденсатора С5, формируется логический «0» (график 1, момент времени t4). Включается ВИП (2.1). На выходе модульного ВИП (1) появляется напряжение Uвых.
Питание генератора может осуществляться, например, с выхода ВИП, либо от самого управляющего сигнала и при этом отпадает необходимость использования ключевого элемента Т5.
Устройство может быть использовано для управления любым количеством ВИП в различных конфигурациях включения, где для управления включением/отключением требуется подавать логический «0»/«1» и необходима гальваническая развязка управляющих сигналов. При этом может использоваться один генератор последовательности импульсов для всех цепей управления.
Возможен вариант использования устройства (фиг. 7), при котором модульный ВИП (1) содержит N пар ВИП (2.1; 2.2 … 2.N) включенных последовательно по выходу и параллельно по входу к одному источнику входного напряжения. При этом формирователь уровня напряжения (3) содержит один генератор (3.1) подключенный к входу «ДУ» ВИП, N гальванических развязок (3.2.1 … 3.2.N) и N выпрямителей (3.3.1 … 3.3.N) в каждой паре ВИП (2.1; 2.2 .…2.N) подключенных в входу «ДУ» ВИП «верхнего плеча» (2.1.2, 2.2.2 … 2.N.2).
Такая структура ВИП позволяет организовать систему электропитания, в которой из одного входного напряжения реализуется N каналов с требуемым выходным напряжением, например, для обеспечения питанием модулей АФАР.
Используемые источники.
1. Патент SU 1148084 Источник вторичного электропитания, патентообладатель Институт электронных управляющих машин, дата приоритета 01.07.1983;
2. Патент US 7800037 Power supply control circuit with optical feedback, патентообладатель Carl Keith Sawtell, Paolo Menegoli, дата приоритета 30.04.2008;
3. Моин B.C. Стабилизированные транзисторные преобразователи. - М.: Энергоатомиздат, 1986, стр. 231-232;
4. Жданкин В. DC/DC преобразователи бескорпусного типа для поверхностного монтажа, Современные технологии автоматизации, №1, 2002, стр. 60-74;
5. Creating Higher Voltage Outputs using Series Connected Sine Amplitude Converters, AN034, Application note, Vicor, October 2015;
6. PKU4116C SERIES CONNECTION, Application note 315, Ericsson Power Modules, February 2014.