Устройство двухполярного малошумящего источника питания

Настоящая полезная модель относится к регулируемым двухполярным малошумящим прецизионным источникам питания, предназначенным для обеспечения питания аналитических систем в аналитическом приборостроении - электронные спектрометры и масс-спектрометры, экспериментальной физике.
Для реализации малошумящих источников питания разработаны и применяются источники, объединяющие в себе стабилизатор напряжения, систему управления выходным напряжением, регулятор напряжения, канал обратной связи. В качестве регулятора выходного напряжения используется регулируемый генератор тока, при помощи которого осуществляется регулировка выходного напряжения.
Известен малошумящий источник питания [1], в котором в качестве регулятора выходного напряжения используется широтно-импульсный модулятор. Кроме того, в первичной обмотке трансформатора расположена L-C цепочка, ограничивающая скорость изменения напряжения на выводах трансформатора, что снижает уровень шумов и помех от перезарядки паразитных емкостей схемы.
Описанное устройство обладает следующим основным недостатком: широтно-импульсный модулятор генерирует импульсы различной длительности, что усложняет фильтрацию выходного напряжения до требуемого уровня шумов и пульсаций.
К недостаткам описанного устройства можно отнести малый диапазон регулирования выходного напряжения, что связано с использованием широтно-импульсной модуляции.
Ближайшим из известных технических решений аналогичного назначения является двухполярное устройство [2], в котором применены два преобразователя напряжения положительной и отрицательной полярности соответственно. Выходные напряжения источника питания регулируются устройством управления напряжениями питания преобразователей. В состав источника питания входят низковольтное реле переключения питания преобразователей положительной или отрицательной полярностей соответственно, и высоковольтное реле для подключения выхода преобразователей к выходу источника питания. Используемые реле представляют собой электромеханические устройства с присущими им недостатками в виде пониженной надежности и необходимостью контроля снятия выходного напряжения для переключения его полярности. Расположение линейного регулятора на входе преобразователей не позволяет реализовывать несколько независимых регулируемых выходных напряжений. Отсутствие гальванической развязки между выходным и питающим, управляющим напряжениями сужают технические возможности по реализации систем питания с последовательным соединением блоков, обеспечивающих работоспособность физических узлов. В описываемом устройстве отсутствует термостабилизация измерительных (делитель выходного напряжения, нормирующий усилитель в канале обратной связи) и управляющих узлов (усилитель рассогласования), при этом температурные характеристики деталей, входящих в эти узлы, влияют на стабильность выходного напряжения устройства. Кроме того, управляющий сигнал данного устройства является аналоговым, который подвержен воздействию внешних помех, приводящих к ухудшению качества выходного напряжения устройства.
Предлагаемая полезная модель решает следующие задачи:
уменьшение влияние импульсных преобразователей на линейный регулятор напряжений;
последовательное соединение блоков, обеспечивающих работоспособность физических узлов;
упрощение управления высоковольтным выходным напряжением устройства;
термостабилизация измерительных и управляющих узлов;
устранение воздействия внешних помех на управляющий сигнал
Указанные задачи решаются за счет того, что известное устройство, содержащее стабилизатор напряжения, систему управления выходным напряжением, линейный регулятор напряжения, канал обратной связи, малошумящий преобразователь напряжения, снабжено гальванически развязанным преобразователем питающего напряжения, термостатом, системой управления выходным напряжением с оптическим каналом приема-передачи данных, линейным регулятором напряжения с оптронной развязкой подключенным к выходу малошумящего преобразователя напряжения, экранирующим металлическим корпусом с расположенными в нем гальванически развязанным преобразователем питающего напряжения и малошумящим преобразователем напряжения.
Полезная модель поясняется фигурой 1, на которой представлена функциональная схема заявляемого устройства двухполярного малошумящего источника питания. Предлагаемое устройство содержит фильтр-стабилизатор питания устройства (1), на вход которого подается питающее напряжение U пит. После фильтра-стабилизатора расположен гальванически развязанный преобразователь питающего напряжения (2), соединенный с малошумящим преобразователем напряжения (3). Гальванически развязанный преобразователь питающего напряжения (2), и малошумящий преобразователь напряжения (3) расположены в экранирующем металлическом корпусе (4). К выходу малошумящего преобразователя напряжения подключен фильтр (5), в свою очередь, соединенный с линейным регулятором с оптронной развязкой (6), с выхода линейного регулятора выходное напряжение U вых подается на вход канала обратной связи (7) и на выходной разъем устройства U вых. Выход канала обратной связи подключен к устройству управления выходным напряжением (8), которое в свою очередь соединено с оптическим каналом приема-передачи данных (9), оптически связанным (↓↓ упр.) с внешним устройством управления и контроля. Кроме того, устройство управления выходным напряжением (8) соединено с линейным регулятором с оптронной развязкой (6). Предлагаемое устройство помещено в активный термостат (10). Вспомогательные устройства (8-10) получают питание от гальванически развязанного преобразователя питающего напряжения (2).
Работает предлагаемое устройство следующим образом. Напряжение питания U пит. подается на вход фильтра-стабилизатора (1), осуществляющего предварительную стабилизацию питающего напряжения, нестабильность которого влияет на выходное напряжение устройства U вых. Стабилизированное и отфильтрованное от пульсаций и шумов напряжение, выходящее из фильтра-стабилизатора (1) поступает в гальванически развязанный преобразователь питающего напряжения (2), осуществляющий гальваническую изоляцию узлов (3-10) и питание узлов (3, 8-10) от фильтра-стабилизатора (1). Питающее напряжение от гальванически развязанного преобразователя (2) поступает в малошумящий преобразователь напряжения (3), в котором вырабатываются положительное и отрицательное постоянные напряжения одинаковые по абсолютной величине и равные максимальному значению выходного напряжения U вых. Металлический экран предотвращает влияние электромагнитных полей генерируемых гальванически развязанным преобразователем питающего напряжения (2) и малошумящим преобразователем напряжения (3). Положительное и отрицательное постоянные напряжения поступают на вход фильтра (5), в котором происходит уменьшение уровня шумов и пульсаций. Отфильтрованные напряжения поступают в линейный регулятор с оптронной развязкой (6), где происходит линейная регулировка U вых пропорционально сигналу рассогласования, поступающему от устройства управления выходным напряжением (8). Напряжение U вых. поступает на выходной разъем устройства и на вход канала обратной связи (7), выходной сигнал которого пропорционален U вых и поступает в устройство управления выходным напряжением, где сравнивается с управляющим сигналом, поступающим из оптического канала приема-передачи данных (9). Полученный сигнал рассогласования поступает в линейный регулятор с оптронной развязкой (6). Кроме того, из устройства управления выходным напряжением (8) через оптический канал приема-передачи данных (9), с использованием оптической связи ↓↓ упр. передается сигнал соответствующий U вых для контроля внешним устройством.
Предложенные технические решения позволяют усовершенствовать устройство с точки зрения повышения стабильности выходного напряжения устройства (U вых) при использовании термостабилизации устройства, устранения влияния импульсных преобразователей на линейный регулятор напряжения и устранения воздействия внешних помех на управляющий сигнал. Кроме того, использование гальванической развязки между выходным и питающим напряжениями, использование оптического канала управления и контроля от внешнего устройства и линейный регулятор с оптронной развязкой существенно расширяют функциональные возможности предлагаемого устройства;
Источники информации
1. United States Patent/ Patent No US 7,868,692 B1 Date of Patent Jan. 11.2011.
2. United States Patent/Patent No US 6,002,600 Date of Patent Dec. 14.1999. Spellman High Voltage Co.