ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Источник питания постоянного напряжения.
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована при построении многоканальных стабилизирующих источников вторичного электропитания.
Известен преобразователь переменного тока в постоянной, содержащий мост силовых управляемых вентилей, диодный мост, к выходу последнего подключен конденсатор фильтра, выводы которого через диоды связаны с положительным и отрицательным выводами силового моста, два полностью управляемых вентиля. последовательно с которыми включены источники смещения, выполненные в виде конденсатора, зашунтированного источником подзаряда. (Авторское свидетельство СССР №752686, Н02М7/155. 1986
Известен источник питания постоянного напряжения (авторское свидетельство СССР № 970605, Н02М7 155). содержащий силовой трансформатор с первичной и вторичной обмотками, два выпрямителя со сглаживающими фильтрами, один из которых является основным, подключенным к нагрузке, а другой - вольтодобавочным, два преобразователя частоты, выходы которых соединены последовательно и подключены к первичной обмотке силового трансформатора, а входы соединены соответственно одного с сетевыми зажимами, другого через вольтодобавочный выпрямитель с дополнительной вторичной обмоткой силового трансформатора, коэффициент трансформации которой равен отнощению постоянной составляющей выпрямленного напряжения сети к его амплитудному значению, и блок управления преобразователями.
МКИ H02M7/155
Несмотря на некоторое улучшение массогабаритных показателей и динамических характеристик вследствие уменьшения потребных значений параметров низкочастотных реактивных элементов к недостаткам известного устройства следует отнести необходимость применения LC-фильтров на выходе каждого канала в случае многоканального варианта построения устройства и выполнения преобразователей частоты, обеспечиваюгцими централизованную стабилизацию выходных напряжений, что приводит к ухудшению массогабаритных показателей и жесткости выходной характеристики устройства.
Известен источник питания, содержаш,ий выпрямитель с фильтром , вход которого подключен к первичной сети, а выход к силовому входу преобразователя, содержащего транзисторный инвертор, выход которого через узел защиты преобразователя по току нагрузки и выходной трансформатор связан с выходным выпрямителем и фильтром, выход фильтра соединен с первым управляющим входом узла управления, второй управляющий вход которого связан с выходом узла защиты, а выход с управляющим входом инвертора (Авторское свидетельство СССР № 1661940. МПК Н02 М 5/04, 1991). Недостаток данного устройства большие габариты, высокая мощность рассеивания на силовых транзисторах в режиме пуска и перегрузки по току, перегрев источника при длительной работе.
Известен источник питания постоянного напряжения, 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, источник питания выполнен по технологии монтажа на поверхность печатной платы (Полезная модель Российской Федерации № 12634, МПК Н02 М 7 155. 2000г.)
Данная полезная модель, прршятая нами за прототип, имеет следующие недостатки:
-низкий КПД при подключении источника к сети постоянного тока за счет потерь мощности в узле сетевого выпрямителя;
-низкие удельно-обемные характеристики за счет необходимости применения громоздких вентиляторов, радиаторов или иных устройств отвода тепла;
-низкие функциональные возможности, а именно отсутствие возможностей внещней синхронизации и дистанционного включения-выключения;
-низкая эксплуатационная надежность за счет отсутствия защиты от перегрева.
Данная полезная модель устраняет недостатки аналогов и прототипа.
Техническим результатом полезной модели являются: повыщение КПД, повышение удельно-объемных характеристик: расщирение функциональных возможностей источника питания: повыщение эксплуатационной надежности и универсальность, т.е. Возможность работы источника питания как от переменного, так и от постоянного внешнего источника тока.
Технический результат данной полезной модели - достигается тем. что в источнике питания, содержащем 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, а выход соединен с управляющим входом инвертора, выполнен по технолгии монтажа на поверхность печатной платы, корпус выполнен в виде корытообразной крышки, в частности прямоугольной формы, и плоского основания,а преобразователь снабжен силовым входом для сетевого источника постоянного и/или переменного тока.. В источник питания введен сетевой выпрямитель с фильтром, выход которого подключен к силовому входу преобразователя,основание корпуса выполнено металлическим, печатная плата введена в тепловой контакт с основанием тенлопроводящим клеем, печатная плата может быть расположена в корытообразной крышке, заполненной теплопроводящим компаундом; узел управления снабжен дополнительным входом внешней синхронизапии, дополнительным входом дистанционного включения-выключения, преобразователь снабжен узлом защиты от перегрева, вход которого подключен к датчику температуры, а выход - к дополнительному входу защиты узла управления. Сущность изобретения поясняется на Фиг.1 и Фиг.2.
На Фиг.1 представлена универсальная схема источника питания, которая может работать,как от переменного, так и от постоянного тока. На Фиг.2 представлена схема источника питания, работающая от источника постоянного тока. Обозначения блоков на обеих фигурах одни и те же.
току нагрузки, 5-выходной трансформатор, 6-выходной выпрямитель с фильтром, 7- узел управления, 8-дополнительный силовой вход постоянного тока, 9-узел защиты от перегрева, 10дополнительпый вход внешней синхронизации, 11-дополнительный вход дистанционного включения-выключения, 12-датчик температуры, 13-дополнительный вход защиты.
Источник работает следующим образом: через сетевой выпрямитель с фильтром 1 напряжение первичной сети переменного тока поступает на силовой вход преобразователя 2, где с помощью инвертора 3 преобразуется в переменное напряжение высокой частоты. Это напряжение через узел защиты преобразователя по току нагрузки 4 поступает на выходной трансформатор 5, трансформрфующий его до требуемого уровня. Выходное напряжение трансформатора 5 выпрямляется и фильтруется с помощью выходного выпрямителя с фильтром 6. на выходе которого формируется выходное напряжение источника, поступающее на нагрузку. Узел управления 7, содержащий последовательно соединенные усилитель постоянного тока, оптопару и широтно-импульсный модулятор (эти блоки на чертеже не показаны, все они объединены позицией 7), вырабатывает импульсы напряжения переменной длительности, управляющие транзисторами инвертора 3, и обеспечивает стабилизацию выходного напряжения источника. Опто-пара предотвращает образование гальванической связи между входом и выходом. Выходной сигнал усилителя постоянного тока пропорционален разности между напряжением в нагрузке и некоторым опорным напряжением, а относительная длительность импульсов на выходе широтно-импульсного модулятора пропорциональна выходному сигналу усилителя постоянного тока. Таким образом достигается стабилизация
выходного напряжения независимо от воздействия различных возмущающих факторов (изменения нанряжения сети, тока нагрузки и температуры ). Узел защиты преобразователя по току 4 служит для обеспечения защиты транзисторов инвертора 3 от перегрузок по току в случае превыщения максимально допустимого тока нагрузки источника или короткого замыкания на его выходе. Выходной сигнал защиты преобразователя 4 пропорционален току нагрузки источника и поступает на второй управляющий вход узла управления 7. В случае увеличения тока нагрузки сверх допустимой величины транзисторы инвертора 3 запираются и источник выключается.
В том случае, если первичная сеть является сетью постоянного тока, ее напряжение подают на дополнительный силовой вход 8(Фиг.1), что исключает потери в выпрямителе 1 и приводит к повышению КПД источника. Если источник предполагается использовать только совместно с сетью постоянного тока, то узел 1 в его составе может вообще отсутствовать (Фиг.2).
При необходимости синхронизации источника от внешнего синхронизирующего сигнала его подают на дополнительный вход 10. В этом случае частота преобразования в источнике определяется частотой внещнего синхронизирующего сигнала.
При необходимости обеспечения дистанционного включения выключения источника на дополнительный вход 11 подают сигнал дистанционного управления требуемой логики.
При перегреве источника (например, вследствие превышения температуры окружающей среды выше допустимой) сигнал, пропорциональный его температуре, поступает от датчика температуры 12 на вход узла защиты от перегрева 9, который при достижении им определенного уровня вырабатывает сигнал
ограничения выходной мощности источника, благодаря чему его температура стабилизируется. Возможно также полное отключение источника.
Для нормального функционирования источника необходимо обеспечить отвод тешта от его теплонагруженных элементов (силовых полупроводниковых приборов, трансформаторов, дросселей и т.д.). Отвод тепла осуществляется двумя путями. В первом случае корпус источника выполнен в виде металлического плоского основания с корытообразной прямоугольной крышкой (на фигурах не показаны), а печатная плата, на которой расположены элементы источника, закреплена на металлическом основании таким образом, чтобы между ней и основанием обеспечивался надежный тепловой контакт. Это достигается, например, с помощью теплопроводящего клея. В этом случае основание служит элементом отвода тепла от источника на место его установки в аппаратуру. Как вариант, тепловой контакт может быть обеспечен только между плоским металлическим основанием и теплонагруженными элементами источника. Во втором случае корытообразная крышка залита с внутренней стороны теплопроводящим компаундом , в котором и расположена печатная плата. Компаунд обеспечивает передачу тепла от элементов источника на стенки корпуса и далее в окружающую среду.
Эффективный отвод тепла позволяет повысить надежность источника и его удельно-объемные характеристики.