Блок питания

Полезная модель относится к области электротехнических устройств, в частности к схемам защиты систем электропитания приборов.
Известно «Устройство защиты источника бесперебойного питания» [RU 59922 опубликовано 27.12.2006, МПК Н04М 1/60]. Устройство защиты источника бесперебойного питания содержит вторичный источник питания, нагрузку, выходной фильтр, схему защиты от перенапряжения и короткого замыкания, состоящую из системы управления, узла контроля выходного тока, а также транзисторного быстродействующего ключа, при этом система управления первым входом соединена с источником вторичного питания, вторым входом с узлом контроля сетевого напряжения, третьим входом с узлом контроля выходного тока и связана с транзисторным быстродействующим ключом, который в свою очередь первым входом соединен с источником вторичного питания и узлом контроля сетевого напряжения, а выход транзисторного ключа соединен с выходным фильтром и узлом контроля выходного тока.
Недостатком указанного решения является, то, что предлагаемое устройство предназначено для электрических сетей переменного тока и только размыкает и замыкает цепь питания при превышении допустимого значения сетевого напряжения, и не может обеспечить защиты источника питания при кратковременном превышении допустимого тока потребления нагрузкой с сохранением номинального тока потребления нагрузкой.
Известен «Блок питания» [RU 124063 опубликовано 10.01.2013, МПК H01S 3/09], содержащий устройство сравнения, первый и второй транзисторы, индуктивность, датчик тока, драйвер, первый и второй резисторы, усилитель сигнала. При этом первые силовые выводы первого и второго транзисторов предназначены для подачи напряжения питания. 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. Вход драйвера электрически связан с выходом устройства сравнения, с входом которого электрически связан выход усилителя сигнала, вход которого электрически связан с выходом датчика тока.
Недостатком указанной полезной модели, является отсутствие защиты источника питания от превышения тока потребления и отсутствие защиты нагрузки от превышения выходного напряжения источника питания.
Наиболее близким по технической сущности является «Устройство защиты источника питания» [RU 155154 опубликовано 20.09.2015, МПК Н02Н 3/08]. Устройство защиты источника питания содержит управляемый электронный ключ, устройство управления, счетчик импульсов, токоизмерительное устройство, при этом вход токоизмерительного устройства является входом устройства защиты источника питания. Первый выход токоизмерительного устройства соединен с первым входом устройства управления, второй выход токоизмерительного устройства соединен с первым входом управляемого электронного ключа. Выход устройства управления подключен ко второму входу управляемого электронного ключа, первый выход которого соединен с входом счетчика импульсов, выход которого соединен со вторым входом устройства управления. Второй выход управляемого электронного ключа является выходом устройства защиты источника питания.
Недостатком указанного решения является отсутствие защиты нагрузки от превышения выходного напряжения источника питания.
Техническим результатом предлагаемого решения является достижение возможности защиты нагрузки от превышения выходного напряжения блока питания.
Технической проблемой решаемой предлагаемой полезной моделью является расширение функциональных возможностей блока питания, путем защиты не только импульсного источника питания от превышения тока потребления, но и защиты нагрузки от превышения выходного напряжения источника питания.
Сущность предлагаемого блока питания с защитой состоит в том, что он содержит устройство управления, датчик тока, электронный ключ.
Новым в предлагаемой полезной модели является то, что дополнительно введены импульсный источник питания, датчик напряжения, устройство задания порогов, делитель напряжения, устройство сравнения. Выход импульсного источника питания соединен с входом датчика тока и входом устройства задания порогов. Выход датчика тока соединен с входом датчика напряжения и входом делителя напряжения. Выход делителя напряжения соединен с первым входом устройства сравнения. Выход датчика напряжения соединен со вторым входом устройства сравнения, первый выход устройства задания порогов соединен с третьим входом устройства сравнения, второй выход устройства задания порогов соединен с четвертым входом устройства сравнения. Первый выход устройства сравнения соединен с входом устройства управления, а второй выход устройства сравнения подключен к первому входу электронного ключа. Выход устройства управления соединен со вторым входом электронного ключа, выход которого подключен к управляющему входу импульсного источника питания.
На Фиг. 1 представлена функциональная схема блока питания с защитой.
На Фиг. 2 представлен вариант функциональной схемы устройства сравнения.
Блок питания содержит импульсный источник питания (1), датчик тока (2), датчик напряжения (3), делитель напряжения (4), выполненный в виде резистивного делителя R1-R2, устройство задания порогов (5), устройство сравнения (6), устройство управления (7), электронный ключ (8).
Между выходом импульсного источника питания (1) и нагрузкой подключен датчик тока (2). К выходу импульсного источника питания (1) так же подключен вход устройства задания порогов (5). К выходу датчика тока (2) подключены вход датчика напряжения (3) и вход резистивного делителя R1-R2, средняя точка которого подключена к первому входу устройства сравнения (6). Выход датчика напряжения (3) соединен со вторым входом устройства сравнения (6). Первый выход устройства задания порогов (5) подключен к третьему входу устройства сравнения (6), а второй выход устройства задания порога (5) подключен к четвертому входу устройства сравнения (6). Второй выход устройства сравнения (6) соединен с первым входом электронного ключа (8), а первый выход устройства сравнения (6) подключен к входу устройства управления (7), выход которого соединен со вторым входом электронного ключа (8). Выход электронного ключа (8) подключен к управляющему входу импульсного источника питания (1).
Устройство сравнения (6) выполнено из двух компараторов (9) и (10). Первый вход первого компаратора (9) является первым входом устройства сравнения (6). Второй вход первого компаратора (9) является третьим входом устройства сравнения (6). Выход первого компаратора (9) является первым выходом устройства сравнения (6). Первый вход второго компаратора (10) является вторым входом устройства сравнения (6), второй вход второго компаратора (10) является четвертым входом устройства сравнения (6). Выход второго компаратора (10) является вторым выходом устройства сравнения (6).
Блок питания с защитой работает следующим образом. В качестве импульсного источника питания (1) используется, например DC/DC преобразователь, имеющий логический вход «ВКЛ/ВЫКЛ». Напряжение импульсного источника питания (1) подается к нагрузке через датчик тока (2), выполненного, например, в виде токоизмерительного резистора, что позволяет осуществлять постоянный контроль тока потребления от импульсного источника питания (1) к нагрузке. Контроль осуществляется по величине падения напряжения на токоизмерительном резисторе. Выходное напряжение блока питания подается на вход делителя напряжения R1-R2 (4). С выхода делителя напряжения (4) (его средней точки), уменьшенный сигнал контроля поступает на первый вход устройства сравнения (6).
С выхода импульсного источника питания (1) подается напряжение на вход устройства задания порогов (5). В устройстве задания порогов (5), формируется напряжение эквивалентное выходному напряжению с импульсного источника питания (1) и величина этого напряжения не изменяется при изменении тока потребления нагрузкой. Величина эквивалентного напряжения используется в качестве порогового сигнала. В качестве элемента формирующего пороговый сигнал может выступать подстроенный резистор, регулировкой величины сопротивления которого, можно изменять величину порога при настройке блока питания. Пороговый сигнал с первого выхода устройства задания порога (5) подается на третий вход устройства сравнения (6).
Первый компаратор (9) устройства сравнения (6) сравнивает значения порогового сигнала и сигнала контроля. В случае превышения величины тока потребления заданного порогового значения первый компаратор (9) выдает на первый выход устройства сравнения (6) сигнал о превышении тока, который поступает на вход устройства управления (7). Устройство управления (7) подает импульсы управления на электронный ключ (8), который в свою очередь переводит импульсный источник питания (1) в импульсный режим работы со скважностью обеспечивающей уменьшение тока потребления до порогового значения, выставленного в устройстве задания порогов (5). Таким образом осуществляется защита импульсного источника питания (1) от превышения тока потребления нагрузкой.
В процессе работы блока питания так же осуществляется постоянный контроль напряжения от импульсного источника питания (1) на нагрузку. С выхода датчика напряжения (3), выполненного, например, в виде делителя напряжения, на второй вход устройства сравнения (6) подается сигнал уровня выходного напряжения блока питания, а на четвертый вход устройства сравнения (6) подается порог срабатывания с устройства задания порогов (5) соответственно. Установка порога срабатывания защиты от перенапряжения может быть реализована, например на подстроенном резисторе, подключенном к низковольтному источнику эталонного напряжения. Второй компаратор (10) устройства сравнения (6) осуществляет сравнение уровней двух сигналов, поступивших на его входы (второй и четвертый входы устройства сравнения (6). В случае превышения порогового уровня напряжения устройство сравнения (6) со своего второго выхода подает на первый вход электронного ключа (8) сигнал отключения импульсного источника питания (1). Электронный ключ (8) отключает импульсный источник питания (1), подавая на его управляющий вход команду выключения. И тем самым осуществляется защита нагрузки от превышения выходного напряжения блока питания.
Таким образом полезной моделью достигается заявленный технический результат.