ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована для формирования стабилизированного напряжения для питания радиоэлектронной аппаратуры, в том числе систем безопасности железнодорожной автоматики.
Известен источник питания постоянного напряжения (свидетельство РФ на полезную модель №13939. Бюллетень «Изобретения. Полезные модели» №16, 2000 г.), содержащий корпус, преобразователь, выполненный в виде узла управления, транзисторного инвертора, выход которого через узел защиты преобразователя по току нагрузки и выходной трансформатор связан с выходным выпрямителем и фильтром, выход которого соединен с первым управляющим входом узла управления, второй управляющий вход которого связан с выходом узла защиты преобразователя по току нагрузки, а выход соединен с управляющим входом инвертора, преобразователь снабжен силовым входом для сетевого источника постоянного и/или переменного тока и узлом защиты от перегрева, источник питания выполнен по технологии монтажа на поверхность печатной платы, корпус выполнен в виде корытообразной крышки и плоского основания.
К недостаткам данной полезной модели можно отнести: большое количество элементов, большие габариты, высокая мощность рассеивания на силовых транзисторах, большой пусковой ток, перегрев источника при длительной работе.
Наиболее близким по назначению и технической сущности является источник питания постоянного напряжения (свидетельство РФ на полезную модель №12634. Бюллетень «Изобретения. Полезные модели.» №2, 2000 г.), содержащий корпус, сетевой выпрямитель с фильтром, выход которого подключен к силовому входу преобразователя, содержащего узел управления, транзисторный инвертор, выход которого через узел защиты преобразователя по току нагрузки и выходной трансформатор связан с выходным выпрямителем и фильтром, выход которого соединен с первым управляющим входом узла управления, второй управляющий вход которого связан с выходом узла защиты преобразователя по току нагрузки, а выход соединен с управляющим входом инвертора, узел управления содержит
последовательно соединенные усилитель постоянного тока, оптопару и широтно-импульсный модулятор. Источник питания выполнен по технологии монтажа на поверхность печатной платы и защищен от воздействия окружающей среды лаковым покрытием.
К недостаткам ближайшего аналога относятся: большое количество элементов; низкий КПД; низкие удельно-объемные характеристики за счет необходимости применения громоздких вентиляторов, радиаторов или иных устройств отвода тепла; низкая эксплуатационная надежность за счет отсутствия защиты от перегрева.
Техническим результатом полезной модели являются: уменьшение числа элементов, контроль за снижением или увеличением входного напряжения за допустимый уровень, встроенная защита от перегрузок, плавное нарастание входного тока при включении, упрощение цепи обратной связи, высокая частота преобразования (300 кГц), высокая технологичность при серийном производстве, отсутствие регулировки, устойчивая работа в диапазоне температур от -60 до +85 градусов Цельсия, высокая стабильность выходного напряжения.
Технический результат данной полезной модели достигается тем, что в импульсном источнике питания, содержащем корпус, входной фильтр, преобразователь, содержащий узел управления, узел защиты по току и транзисторный ключ, выход которого через трансформатор соединен с выходным выпрямителем и фильтром, выход которого через оптопару соединен с первым управляющим входом узла управления, второй управляющий вход которого связан с выходом узла защиты преобразователя по току, а выход соединен с управляющим входом транзисторного ключа; источник питания выполнен по технологии монтажа на поверхность печатной платы и покрыт лаком, дополнительно в источник питания введена схема сравнения, подключенная между выходным фильтром и оптопарой, а в преобразователь введены связанные с узлом управления блок контроля температуры, узел контроля входного напряжения, вход которого соединен с входным фильтром, узел начального запуска, первый вход которого соединен с транзисторным ключом, а второй вход через оптопару, фильтр и выпрямитель - с трансформатором, кроме того, трансформатор имеет броневой ферритовый сердечник с зазором и выполнен по технологии монтажа на поверхность печатной платы.
Сущность полезной модели поясняется на Фиг.1.
На Фиг.1 представлена функциональная схема импульсного источника питания, содержащего входной фильтр 1, преобразователь 2, состоящий из
транзисторного ключа 3, узла защиты по току 4, узла управления 5, узла контроля входного напряжения 6, блока контроля температуры 7 и узла начального запуска 8, трансформатор 9, выходной выпрямитель 10, выходной фильтр 11, схему сравнения 12, оптопару 13, выпрямитель 14, фильтры 15 и 16.
Импульсный источник питания работает следующим образом: через входной фильтр 1 постоянное напряжение первичной сети поступает на вход транзисторного ключа 3, с помощью которого оно преобразуется в импульсное напряжение прямоугольной формы высокой частоты. Это напряжение поступает одновременно на трансформатор 9, трансформирующий его до требуемого уровня, и на узел защиты по току 4. Напряжение с трансформатора 9 выпрямляется и фильтруется с помощью выходного выпрямителя 10 и выходного фильтра 11, на выходе которого формируется постоянное выходное напряжение, одновременно поступающее на нагрузку и на схему сравнения 12, с которой управляющий сигнал через оптопару 13 и фильтр 16 поступает на узел управления 5 и узел начального запуска 8. Узел управления 5, выполняющий функции широтно-импульсного модулятора, вырабатывает прямоугольные импульсы переменной длительности, управляющие транзисторным ключом 3, и обеспечивает тем самым стабилизацию выходного напряжения постоянного тока.
Узел защиты по току 4 сравнивает падение напряжения в канале транзисторного ключа 3, пропорциональное протекаемому через него току, с эталонным и подает управляющий сигнал в узел управления 5, который в свою очередь закрывает транзисторный ключ 3 и ограничивает протекающий ток.
Применение оптопары 13 и трансформатора 9 обеспечивает гальваническую развязку между входными и выходными цепями импульсного источника питания.
Узел начального запуска 8 формирует напряжение для запуска преобразователя 2 при подаче на него входного напряжения через транзисторный ключ 3. Далее питание преобразователя осуществляется напряжением, поступающим с трансформатора 9 через выпрямитель 14, фильтры 15, 16 и оптопару 13.
При превышении или снижении напряжения на выходе фильтра 1 допустимого уровня узел контроля входного напряжения 6 через узел управления 5 закрывает транзисторный ключ 3.
Блок контроля температуры 7 защищает импульсный источник питания от перегрева и при превышении температуры допустимого уровня (130...145)°С закрывает транзисторный ключ 3 через узел управления 5 до тех пор, пока температура не снизится на 27°С.
Для упрощения процесса сборки трансформатор 9 выполнен по технологии монтажа на поверхность печатной платы, имеет броневой ферритовый сердечник с зазором, который собирается с помощью фиксирующих скоб, что обеспечивает его высокую технологичность. Применение феррита позволило повысить частоту преобразования до 300 кГц, уменьшить габариты трансформатора 9, снизить потери в сердечнике.
Все элементы импульсного источника питания выполнены по технологии монтажа на поверхность печатной платы (кроме входных и выходных разъемов), при этом отпадает необходимость в регулировке, что обеспечивает высокую технологичность изготовления импульсного источника питания при серийном производстве.
Преобразователь 2 в импульсном источнике питания выполнен в виде микросхемы, включающей в себя узел управления 5 с широтно-импульсной модуляцией, транзисторный ключ 3, узел контроля входного напряжения 6, блок контроля температуры 7, узел начального запуска 8.