БЛОК ПИТАНИЯ

Полезная модель относится к силовой электронике, в частности к источникам питания, и может быть использована для создания источников питания лазеров.
Известен блок питания (БП) [1] (зарядное устройство для нагрузки, в качестве которой используется аккумулятор), содержащий устройство сравнения, первый и второй транзисторы, индуктивность, датчик тока, в качестве которого используется резистор.
Первый выход указанного устройства 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 датчика тока, второй вывод которого электрически связан с первым выводом нагрузки (заряжаемого аккумулятора), второй вывод которой электрически связан с земляной шиной.
В связи с тем, что датчик тока находится в электрической цепи между индуктивностью и нагрузкой (заряжаемым аккумулятором), для подачи сигнала с датчика тока на вход устройства сравнения необходимо иметь два проводника, что не всегда удобно.
Только один проводник требуется для подачи сигнала на вход устройства сравнения в БП, описанном в [2] и являющемся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и выбранном в качестве прототипа.
БП [2] содержит 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 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 первым выводом датчика тока, второй вывод которого электрически связан с земляной шиной.
В связи с тем, что датчик тока находится в электрической цепи между нагрузкой (заряжаемым аккумулятором) и земляной шиной, для подачи сигнала с датчика тока на вход устройства сравнения возможно применить один проводник.
Однако в случае применения в указанном БП [2] высокомощных транзисторов возможна ситуация, когда недостаточно мощный сигнал устройства сравнения не может открыть (или быстро закрыть) один из транзисторов.
В этом случае ток БП через нагрузку будет нестабильным. Кроме того, существует возможность что оба транзистора будут открыты одновременно, тогда через них будет течь большой ток от источника питания, что может вызвать выход их из строя.
Задачей настоящей полезной модели является обеспечение стабильности тока БП через нагрузку путем обеспечения стабильности открывания (или быстрого закрывания) обоих транзисторов в процессе работы.
Сущность полезной модели заключается в том, что блок питания, содержащий устройство сравнения, первый и второй транзисторы, индуктивность, датчик тока, выход которого электрически связан с входом устройства сравнения, при этом 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 и вход датчика тока предназначены для связи с нагрузкой, в отличие от прототипа, содержит драйвер, вход которого электрически связан с выходом устройства сравнения, первый и второй выходы драйвера электрически связаны с управляющими выводами первого и второго транзисторов, соответственно.
Введение в БП драйвера, вход которого электрически связан с выходом устройства сравнения, а первый и второй выходы драйвера электрически связаны с управляющими выводами первого и второго транзисторов, соответственно, позволяет увеличить мощность управляющего сигнала на управляющих выводах транзисторов, соответственно, позволяет обеспечить стабильное открывание (или быстрое закрывание) обоих транзисторов в процессе работы, и таким образом, обеспечить стабильность тока БП через нагрузку.
Возможное использование резистора в качестве датчика тока позволяет упростить электрическую схему БП.
Полезная модель поясняется фигурой.
На фигуре представлена функциональная схема БП и подключения нагрузки.
БП содержит устройство сравнения 1, драйвер 2, первый и второй транзисторы 3 и 4, соответственно, индуктивность 5, датчик тока 6, в качестве которого применен резистор 7, включенный последовательно с нагрузкой 8. Однако возможно и иное выполнение датчика тока 6, например, на датчике Холла.
Устройство сравнения 1 выполнено на микросхемах LM397MF, LMC7101AIM5. Устройство сравнения 1 сравнивает сигнал, поступающий на вход с выхода датчика тока 6 с установленным значением, и с выхода выдает сигнал управления на вход драйвера 2.
Драйвер 2 выполнен на микросхеме IR2104SPBF. Драйвер 2 обеспечивает выдачу мощных управляющих сигналов на управляющие выводы транзисторов 3 и 4, обеспечивая стабильное открывание (или закрывание) транзисторов 3 и 4 и исключая возможность одновременного открывания их.
В качестве первого и второго транзисторов 3 и 4 применены транзисторы IRF1104PBF.
В качестве индуктивности 5 использован дроссель с индуктивностью около 100 мк Генри, сглаживающий пульсации тока нагрузки.
В качестве датчика тока 6 используется резистор OAR1-R010FI.
Вход устройства сравнения 1 электрически связан с выходом датчика тока 6, а выход устройства сравнения 1 электрически связан с входом драйвера 2.
Первый выход драйвера 2 электрически связан с управляющим выводом первого транзистора 3, второй выход драйвера 2 электрически связан с управляющим выводом второго транзистора 4.
Первые силовые выводы первого 3 и второго 4 транзисторов и первый вывод индуктивности 5 электрически связаны между собой, а вторые силовые выводы первого 3 и второго 4 транзисторов предназначены для подачи напряжения питания.
Нагрузка 8 в виде лазерного диода электрически связана с вторым выводом индуктивности 5 и входом датчика тока 6.
БП работает следующим образом.
При подаче напряжения питания на БП открывается первый транзистор 3 (второй транзистор 4 в это время закрыт) и ток от источника питания течет возрастая через индуктивность 5, нагрузку 8 и датчик тока 6. Напряжение с выхода датчика тока 6 поступает на вход устройства сравнения 1. При достижении максимального порогового значения тока через нагрузку 8 устройство сравнения 1 подает сигнал на драйвер 2, который подает мощный сигнал закрывания на первый транзистор 3 и одновременно сигнал мощный открывания на второй транзистор 4.
При закрывании первого транзистора 3 и открывании второго транзистора 4 ток уменьшаясь протекает через индуктивность 5, нагрузку 8, датчик тока 6 и через второй транзистор 4.
При достижении минимального порогового значения тока через нагрузку 8 устройство сравнения 1 подает сигнал на драйвер 2, который подает мощный сигнал открывания на первый транзистор 3 и одновременно мощный сигнал закрывания на второй транзистор 4.
Первый транзистор 3 открывается (второй транзистор 4 в это время закрыт), и ток от источника питания возрастая течет через индуктивность 5, нагрузку 8 и датчик тока 6. При достижении максимального порогового значения тока нагрузки 7 устройство сравнения 1 подает сигнал на драйвер 2, который подает мощный сигнал закрывания на первый транзистор 3 и одновременно мощный сигнал открывания на второй транзистор 4.
Таким образом, ток, протекающий через датчик тока 6, периодически растет до максимального порогового значения и спадает до минимального порогового значения. Ток через нагрузку 8 (лазерный диод) поддерживается при этом с сглаженными пульсациями вследствие наличия индуктивного фильтра из индуктивности 5.
Таким образом, при введении драйвера достигается обеспечение стабильности тока БП через нагрузку.
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.