БЛОК ПИТАНИЯ

Полезная модель относится к силовой электронике, в частности к источникам питания, и может быть использована для создания источников питания лазеров.
Известно зарядное устройство для аккумуляторов [1] (блок питания), содержащее устройство сравнения, первый и второй транзисторы, индуктивность, датчик тока, в качестве которого используется резистор. Первый выход устройства сравнения электрически связан с управляющим выводом первого транзистора, второй выход устройства сравнения 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 датчика тока, второй вывод которого электрически связан с первым выводом заряжаемого аккумулятора, второй вывод которого электрически связан с земляной шиной.
В связи с тем, что датчик тока находится в электрической цепи между индуктивностью и заряжаемым аккумулятором, для подачи сигнала с датчика тока на вход устройства сравнения необходимо иметь два соединительных проводника, что не всегда удобно, например, в тех случаях, когда размеры имеют существенное значение.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является блок питания (далее - БП) [2], содержащий устройство сравнения, первый и второй транзисторы, индуктивность, датчик тока, в качестве которого используется резистор. Первый выход устройства сравнения электрически связан с управляющим выводом первого транзистора, второй выход устройства сравнения электрически связан с управляющим выводом второго транзистора, 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, при этом второй вывод индуктивности электрически связан с первым выводом нагрузки, второй вывод которой электрически связан с входом датчика тока, выход которого электрически связан с входом устройства сравнения.
В качестве датчика тока используется резистор, первый вывод которого электрически связан с вторым выводом нагрузки, второй вывод резистора электрически связан с земляной шиной.
В связи с тем, что резистор находится в электрической цепи между нагрузкой и земляной шиной, для подачи сигнала с этого резистора на вход устройства сравнения, необходим только один проводник.
Однако при проведении тестирования нагрузки со включенным блоком питания указанный БП [2] обеспечивает ток нагрузки с существенным энергопотреблением, что вовсе не требуется.
Задачей настоящей полезной модели является уменьшение энергопотребления БП при проведении тестирования нагрузки со включенным блоком питания.
Сущность полезной модели заключается в том, что блок питания, содержащий устройство сравнения, первый и второй транзисторы, индуктивность, датчик тока, при этом первый выход устройства сравнения электрически связан с управляющим выводом первого транзистора, второй выход устройства сравнения электрически связан с управляющим выводом второго транзистора, 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 постоянного напряжения, первый вход устройства сравнения электрически связан с выходом датчика тока, вход которого и второй вывод индуктивности предназначены для электрической связи с нагрузкой, в отличие от прототипа, содержит два постоянных и два переменных резистора и ключ, при этом первые выводы постоянных резисторов и первый силовой вывод ключа предназначены для подачи постоянного напряжения, второй вывод первого постоянного и первый вывод первого переменного резисторов электрически связаны между собой, второй силовой вывод ключа и первый вывод второго переменного резистора электрически связаны между собой, вторые выводы второго постоянного, первого и второго переменного резисторов и третий вывод второго переменного резистора электрически связаны между собой, третий вывод первого переменного резистора электрически связан с вторым входом устройства сравнения.
Введение в БП двух постоянных и двух переменных резисторов и ключа, назначение для подачи постоянного напряжения первых выводов постоянных резисторов и первого силового вывода ключа, наличие электрической связи между собой второго вывода первого постоянного и  первого вывода первого переменного резисторов, наличие электрической связи между собой второго силового вывода ключа и первого вывода второго переменного резистора, наличие электрической связи между собой вторых выводов второго постоянного, первого и второго переменного резисторов и третьего вывода второго переменного резистора, наличие электрической связи третьего вывода первого переменного резистора с вторым входом устройства сравнения, позволяет уменьшить напряжение (по сравнению с рабочим напряжением) на втором входе устройства сравнения БП при проведении тестирования нагрузки со включенным блоком питания.
Так как напряжение, поступающее на второй вход устройства сравнения, используется в устройстве сравнения в качестве опорного сигнала сравнения для сигнала, поступающего на первый вход устройства сравнения с выхода датчика тока, уменьшение напряжение на втором входе устройства сравнения БП при проведении тестирования нагрузки со включенным блоком питания приводит к уменьшению тока БП через нагрузку.
Полезная модель поясняется фигурой.
На фигуре представлена функциональная схема БП.
БП содержит устройство сравнения 1, первый и второй транзисторы 2 и 3, соответственно, индуктивность 4, датчик тока 5, в качестве которого применен резистор, первый 6 и второй 7 постоянные резисторы, соответственно, первый 8 и второй 9 переменные резисторы, соответственно, и ключ 10. Возможно и иное выполнение датчика тока, например, с использованием датчика Холла.
Устройство сравнения 1 выполнено на микросхемах IR2104SPBF, LM397MF и LMC7101AIM5 и предназначено для сравнения сигнала, поступающего на первый вход устройства сравнения, с опорным сигналом, поступающим на второй вход устройства сравнения, и выдачи сигналов управления, поступающих на управляющие выводы первого 2 и второго 3 транзисторов.
Первый 2 и второй 3 транзисторы типа IRF1104PBF используются в ключевом режиме.
В качестве индуктивности 4 использован дроссель с индуктивностью около 100 мкГн.
В качестве датчика тока 5 используется резистор OAR1-R010FI.
В качестве постоянного резистора 6 использован резистор 3362W-1-103LF (10K), в качестве постоянного резистора 7 использован резистор Р1-12-0,25-2 кОм±5% - М-А, в качестве переменных резисторов 8 и 9резисторы P1-12-0,25-2 кОм±5% - М-А и Р1-12-0,25-10 кОм±5% - М-А, соответственно.
В качестве ключа 10 использован транзистор FMMT491A.
Первый выход указанного устройства 1 электрически связан с управляющим выводом первого транзистора 2, второй выход электрически связан с управляющим выводом второго транзистора 3.
Первый вход устройства сравнения 1 электрически связан с выходом датчика тока 5.
Первые силовые выводы первого 2 и второго 3 транзистора и первый вывод индуктивности 4 электрически связаны между собой, а вторые силовые выводы первого 2 и второго 3 транзистора предназначены для подачи постоянного напряжения U.
Первые выводы постоянных резисторов 6 и 7 и первый силовой вывод ключа 10 предназначены для подачи постоянного напряжения, второй вывод первого постоянного 6 и первый вывод первого переменного 8 резисторов электрически связаны между собой, второй силовой вывод ключа 10 и первый вывод второго переменного резистора 9 электрически связаны между собой, вторые выводы первого постоянного 7, первого 8 и второго 9 переменного резисторов и третий вывод второго переменного резистора 9 электрически связаны между собой, третий вывод первого переменного резистора 8 электрически связан с вторым входом устройства сравнения 1.
Вход датчика тока 5 и второй вывод индуктивности 4 предназначены для электрической связи с нагрузкой 11, в качестве которой используется лазерный диод.
БП работает следующим образом.
o
Рассмотрим вначале работу БП в рабочем режиме, когда ключ 10 закрыт. Тогда напряжение на втором входе устройства сравнения 1 постоянно и определяется постоянным напряжением U и резистивным делителем, составленным из постоянных резисторов 6 и 7 и переменного резистора 8.
Рассмотрим момент времени, когда поступающий с датчика тока 5 сигнал на первом входе устройства сравнения 1 меньше сигнала на втором входе устройства сравнения 1.
В этом случае устройство сравнения 1 с первого выхода выдает сигнал на открывание первого транзистора 2 на управляющий вывод первого транзистора 2 (второй транзистор 3 в это время закрыт, так как отсутствует сигнал на втором выходе устройства сравнения 1). Ток от источника питания возрастая течет через транзистор 2, индуктивность 4, нагрузку 11 и датчик тока 5. При достижении максимального порогового значения тока, определяемого постоянным сигналом со второго входа устройства сравнения 1, устройство сравнения 1 выдает сигнал на закрывание первого транзистора 2 на управляющий вывод первого транзистора 2 и одновременно сигнал на открывание второго транзистора 3 на управляющий вывод второго транзистора 3. Первый транзистор 2 закрывается, а второй транзистор 3 открывается. При закрывании первого транзистора 2 и открывании второго транзистора 3 индуктивность 4 поддерживает убывающий ток через нагрузку 11 и через второй транзистор 3. Ток, протекающий через датчик тока 5, уменьшается, и при достижении минимального порогового значения тока, также определяемого постоянным сигналом со второго входа устройства сравнения 1, устройство сравнения 1 подает сигнал на открывание первого транзистора 2 на управляющий вывод первого транзистора 2 и одновременно сигнал на закрывание второго транзистора 3 на управляющий вывод второго транзистора 3. Первый транзистор 2 (второй транзистор 3 в это время закрывается) открывается, и ток от источника питания течет возрастая через первый транзистор 2, индуктивность 4, нагрузку 11 и датчик тока 5. При достижении максимального порогового значения тока устройство сравнения 1 подает сигнал на закрывание первого транзистора 2 на управляющий вывод первого транзистора 2 и одновременно сигнал на открывание второго транзистора 3 на управляющий вывод второго транзистора 3.
Таким образом, в установившемся режиме ток, протекающий через нагрузку 11 и датчик тока 5, периодически с частотой около 20 кГц растет до максимального порогового значения (определяемого постоянным напряжением на втором входе устройства сравнения 1) и спадает до минимального порогового значения (также определяемого постоянным напряжением на втором входе устройства сравнения 1).
Теперь рассмотрим работу БП в режиме тестирования нагрузки 11 со включенным блоком питания.
o
При проведении тестирования нагрузки 11 со включенным БП, на управляющий вывод ключа 10 подается сигнал, открывающий ключ 10. При открывании ключа 10 второй переменный резистор 9 шунтирует цепь из последовательно соединенных первого постоянного резистора 6 и первого переменного резистора 8. Напряжение, подаваемое на второй вход устройства сравнения 1 с третьего вывода первого переменного резистора 8, образующего вместе с постоянными резисторами 6 и 7 и вторым переменным резистором 9 резистивный делитель, на который подано постоянное напряжение U, уменьшается. Так как величина напряжения на втором входе устройства сравнения 1 определяет максимальное и минимальное пороговое значение тока нагрузки 11, указанные пороговые значения тока нагрузки 11 уменьшаются, соответственно, уменьшается энергопотребление БП.
Таким образом, обеспечивается уменьшение энергопотребления БП при проведении тестирования нагрузки со включенным блоком питания.
Источники информации.
1 http://www.farnell.com/datasheets/77082.pdf.-Adjustable-output, switch-mode current source with synchronous rectifier. - Page 7, fig.2b.
2 http://www.farnell.com/datasheets/77082.pdf.-Adjustable-output, switch-mode current source with synchronous rectifier. - Page 7, fig.2a. - Прототип.