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, первый и второй транзисторы, 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 которой электрически связан с входом устройства сравнения.
Слабый сигнал с выхода датчика тока приводит к увеличению времени реакции устройства сравнения, что приводит к нерегулярному увеличению пульсаций тока БП через нагрузку.
Время реакции устройства сравнения и пульсации тока БП через нагрузку меньше в БП [2], являющимся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и выбранном в качестве прототипа.
БП [2] содержит устройство сравнения, первый и второй транзисторы, использующиеся в качестве ключевого устройства, индуктивность, датчик тока, усилитель сигнала, вход которого электрически связан с выходом датчика тока, а выход усилителя сигнала электрически связан с входом устройства сравнения,
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.
Однако в указанном БП [2] недостаточна фильтрация импульсов тока, что в связи с импульсным режимом работы БП ведет к регулярным пульсациям тока через нагрузку.
Задачей настоящей полезной модели является уменьшение регулярных пульсаций тока через нагрузку.
Предложен блок питания, содержащий устройство сравнения, первый и второй транзисторы, первую индуктивность, датчик тока, усилитель сигнала, вход которого электрически связан с выходом датчика тока, а выход усилителя сигнала электрически связан с входом устройства сравнения, 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.
Новизна состоит в том, что блок питания содержит первый и второй резисторы, вторую индуктивность, первый и второй конденсаторы, первый и второй выходы устройства сравнения электрически связаны с первыми выводами первого и второго резисторов, соответственно, вторые выводы которых электрически связаны с управляющими выводами первого и второго транзисторов, соответственно, 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, вторые выводы первого и второго конденсатора и вход датчика тока электрически связаны между собой.
Введение в БП первого и второго резисторов, первые выводы которых электрически связаны с первым и вторым выходом устройства сравнения, 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 устройства сравнения от импульсов напряжения, которые появляются при включении и выключении первого и второго транзисторов и проходят по паразитным емкостям первого и второго транзисторов на выходы устройства сравнения, 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.
Введение в БП второй индуктивности, первого и второго конденсаторов, наличие электрической связи между собой второго вывода первой индуктивности, первого вывода второй индуктивности и первого вывода первого конденсатора, наличие электрической связи второго вывода второй индуктивности и первого вывода второго конденсатора, наличие электрической связи между собой вторых выводов первого и второго конденсаторов и входа датчика тока создает индуктивно-емкостной фильтр, и таким образом, позволяет уменьшить регулярные пульсации тока через нагрузку.
Полезная модель поясняется фигурой.
На фигуре представлена схема БП и подключения нагрузки.
БП (Фиг.) содержит устройство сравнения 1, датчик тока 2, в качестве которого применен резистор 3, усилитель 4 сигнала, 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 усилителя 4 сигнала, вход которого электрически связан с выходом датчика тока 2.
Первый выход устройства сравнения 1 электрически связан с первым выводом первого резистора 5, второй вывод которого электрически связан с управляющим выводом первого транзистора 7. Второй выход устройства сравнения 1 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 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 4 сигнала, и выдачи сигналов управления на управляющие выводы транзисторов 7 и 8, обеспечивая их стабильное открывание и закрывание.
Устройство сравнения 1 выполнено на микросхемах LM397MF и IR2104SPBF.
В качестве датчика тока 2 используется резистор 3 типа OAR1-R010FI.
Усилитель 4 сигнала предназначен для усиления сигнала, поступающего с выхода датчика тока 2 и выполнен на микросхеме LMC7101AIM5.
Первый 5 и второй 6 резисторы использованы типа Р1-12-0,25-10 Ом±5%-М-А и предназначены для увеличения времени переключения первого 7 и второго 8 транзисторов, соответственно, что позволяет, во-первых, защитить выходы устройства сравнения 1 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 устройства сравнения 1, 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.
В качестве первого и второго транзисторов 7 и 8 применены транзисторы 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 50ZL220M10×16.
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 усилителя 4 сигнала, с выхода которого усиленный сигнал поступает на вход устройства сравнения 1. При достижении максимального порогового значения тока через нагрузку 13 устройство сравнения 1 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 устройства сравнения 1, что защищает устройство сравнения 1 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 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 снимает сигнал открывания с первого транзистора 7 и одновременно подает сигнал открывания через второй резистор 6 на второй транзистор 8.
В итоге повторяется процесс, описанный ранее при включении БП. Ток, протекающий через датчик тока 2, периодически растет до максимального порогового значения и спадает до минимального порогового значения. Ток, протекающий через датчик тока 2, является суммой токов, протекающих через конденсаторы 11 и 12 и через нагрузку 13. При этом в установившемся режиме переменная составляющая тока протекает через конденсаторы 10 и 11, постоянная составляющая тока протекает через нагрузку 13. Изменения напряжения в цепи протекающего через нагрузку 13 тока падают на индуктивностях 9 и 10. Индуктивности 9 и 10 и конденсаторы 11 и 12 создают индуктивно-емкостной фильтр, поддерживающий при этом практически постоянным и с малыми регулярными пульсациями ток через нагрузку 13.
Таким образом, БП обеспечивает уменьшение регулярных пульсаций 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. Патент BY 6945 U (ОАО "Пеленг") опубл. 2010-12-30, весь документ. - Прототип.