RU204379U1 - Прямоходовый преобразователь напряжения с блоком питания и опорного напряжения (пион) - Google Patents
Прямоходовый преобразователь напряжения с блоком питания и опорного напряжения (пион) Download PDFInfo
- Publication number
- RU204379U1 RU204379U1 RU2020142850U RU2020142850U RU204379U1 RU 204379 U1 RU204379 U1 RU 204379U1 RU 2020142850 U RU2020142850 U RU 2020142850U RU 2020142850 U RU2020142850 U RU 2020142850U RU 204379 U1 RU204379 U1 RU 204379U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- circuit
- output
- power
- converter
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
- H02M1/34—Snubber circuits
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в импульсных источниках вторичного электропитания (ИВЭ), работающих на большие реактивные нагрузки.Техническим результатом работы устройства является:- обеспечение питания схемы ШИМ-контроллера преобразователя в широком диапазоне регулировки выходного напряжения;- защита преобразователя от больших токов на первичной стороне при коротком замыкании на выходе.Данный технический результат достигается за счет того, что в цепи питания управляющего устройства содержится блок питания и опорного напряжения (ПИОН), включающий блок стабилизации напряжения и блок выключения, и имеющий вход для сигнала обратной связи по току.Преимуществом данного решения является то, что в ИВЭ обеспечивается питание управляющей схемы (ШИМ-контроллера) в широком диапазоне выходных напряжений ИВЭ (устраняется зависимость величины питающего напряжения ШИМ от величины выходного напряжения) и обеспечивается своевременное выключение ИВЭ, путем отключения ШИМ (отключения питания контроллера), в случае появления короткого замыкания на выходе ИВЭ.
Description
Область техники
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в импульсных источниках вторичного электропитания (ИВЭ), а именно в ИВЭ построенных по топологии прямоходового однотактного преобразователя для обеспечения питания схемы ШИМ при запуске на увеличенную емкостную нагрузку, стабильного напряжения питания ШИМ-контроллера в широком диапазоне регулировки выходного напряжения, защиты от короткого замыкания на выходе.
Уровень техники
Как правило, в настоящее время, управляющие цепи ИВЭ реализуются на микросхемах (например, ШИМ-контроллерах), которые требуют организации цепи питания как для первоначального запуска, так и для последующей работы.
Наибольшее распространение получили ИВЭ, в которых для первоначального запуска устройства управления применяют специальные «стартовые» схемы подачи питания. После того как мощный каскад преобразования заработал, питание на устройство управления поступает от одной из обмоток силового импульсного трансформатора или дросселя, а «стартовая» схема отключается.
Одной проблемой такого способа питания является обеспечение питания схемы управления (ШИМ-контроллера) преобразователя в широком диапазоне регулировки выходного напряжения ИВЭ, так как напряжение питания, снимаемое с трансформатора (выходного дросселя), пропорционально выходному напряжению. Если снижается выходное напряжение преобразователя, то и напряжение питания схемы ШИМ-контроллера также снижается вплоть до ее выключения из-за низкого напряжения питания. Но если увеличить напряжение питания, то при выставлении выходного напряжения преобразователя равным максимальному, напряжение питания схемы ШИМ-контроллера становится недопустимо большим, что приводит к тепловым потерям во внутреннем или внешнем стабилитроне ШИМ-контроллера вплоть до его выхода из строя. Поэтому требуется мощный внешний стабилизатор, способный рассеивать большую мощность.
Другая проблема заключается в том, что при коротком замыкании выходных клемм преобразователя, построенного, например, по схеме косого моста прямой такт переключения силовых транзисторов коммутирующих первичную обмотку трансформатора становится коротким и ограничивается обратной связью по току на первичной стороне. Следовательно, обратный такт становится длинным и занимает все оставшееся время в периоде переключения. Это приводит к циркуляции больших токов в выходном обводном выпрямительном диоде и, как следствие, к его перегреву. Чтобы предотвратить этот нежелательный эффект необходимо выключать преобразователь при возникновении короткого замыкания на выходных клеммах. Также в классической схеме преобразователя присутствует зависимость порога срабатывания защиты по току от входного напряжения. Это происходит из-за того, что при минимальном входном напряжении амплитуда рабочего тока через силовые транзисторы преобразователя будет больше, чем при максимальном входном токе. Этот эффект нежелателен, так как возникает сложность в определении порога срабатывания защиты от перегрузки по току при тестировании модулей.
Известно устройство (патент RU 141793 «Устройство запуска и защиты преобразователя напряжения», дата приоритета 29.01.2014 г., МПК Н02М 3/00, Н02М 3/335), в котором обеспечивается независимая регулировка времени включения и времени во включенном состоянии модуля с защитой контроллера ШИМ от высоковольтных импульсов напряжения возникающих на обмотке подпитки при большой реактивной нагрузке на выходе ИВЭ, что соответствует в первоначальный момент запуска короткому замыканию на выходе.
К недостаткам устройства относится то, что в случае построения ИВЭ по схеме прямоходового преобразователя обмотку подпитки реализуют на выходном дросселе и в случае реализации широкого диапазона регулирования выходного напряжения на границах диапазона может происходить ситуация, при которой напряжение питания управляющей схемы будет выходить за допустимые пределы.
Сущность полезной модели
Техническим результатом работы устройства является:
- обеспечение питания схемы ШИМ-контроллера преобразователя в широком диапазоне регулировки выходного напряжения;
- защита преобразователя от больших токов на первичной стороне при коротком замыкании на выходе;
- обеспечение питания схемы ШИМ при запуске на увеличенную емкостную нагрузку.
Данный технический результат достигается за счет того, что прямоходовый преобразователь напряжения с блоком питания и опорного напряжения (ПИОН) (фиг. 1) содержит входную цепь (1), блок силовых ключей (2), цепь обратной связи по току (3), блок силового трансформатора (4), выходную цепь (5), схему управления (6) и блок питания и опорного напряжения (7), включающий блок стабилизации напряжения (7.1), и соединенный со схемой управления (6) и выходной цепью (5), причем блок питания и опорного напряжения (7) дополнительно содержит блок выключения (7.2) и имеет подключение к цепи обратной связи по току (3).
Работа устройства поясняется на примере прямоходового преобразователя с блоком управления на микросхеме ШИМ-контроллера и вариантом исполнения блока питания и опорного напряжения (ПИОН) (фиг. 2), содержащего блок стабилизации напряжения и блок отключения.
В состав блока стабилизации входит выпрямитель VD3 и линейный стабилизатор напряжения, рассчитанный на установленное напряжение стабилизации. Линейный стабилизатор выполнен из биполярного n-p-n транзистора VT1, резистора R1 и стабилитрона VD2. Диод VD1, на выходе стабилизатора, подключен ко входу питания +U ШИМ-контроллера и выполняет функцию защиты линейного стабилизатора от обратного тока. Конденсатор С1 предназначен для фильтрации напряжения питания и устойчивой работы линейного стабилизатора. Линейный стабилизатор подключен к дополнительной обмотке (обмотке питания схемы) выходного дросселя «косого моста» и стабилизирует напряжение питания ШИМ контроллера преобразователя, таким образом, представляя собой мощный внешний стабилитрон, который позволяет расширить диапазон напряжений питания схемы ШИМ-контроллера. Тем самым обеспечивая работу в широком диапазоне выходных напряжений преобразователя без отключения ШИМ-контроллера и выхода из строя.
В классической схеме ИВЭ, построенного на «косом мосту» выключение происходит автоматически при снижении напряжения питания, которое возникает из-за короткого прямого такта при коротком замыкании на выходных клеммах преобразователя. Но в ИВЭ, оснащенном схемой работы в широком диапазоне выходных напряжений, напряжение питания завышено и ИВЭ может не отключиться при возникновении короткого замыкания на выходе ИВЭ, что может привести к перегреву выходного обводного диода. Поэтому в блоке ПИОН дополнительно предусмотрен блок выключения, выполненный на полевом транзисторе VT2, резисторе R10, R9, R7, R4, R5, R2, R3 конденсаторах С5, С4, С3. Конденсатор С3 необходим для преодоления переходных процессов в схеме узла. Конденсаторы С4, С2 и С5 необходимы для фильтрации сигнала и установки его задержки.
Схема работает следующим образом: через резисторы R4 и R10 подается ток смещения на вывод защиты по току ШИМ-контроллера (CS). Соответственно, чем выше входное напряжение преобразователя, тем больше смещение на выводе CS. Таким образом, происходит выравнивание порога срабатывания защиты от короткого замыкания практически не зависимо от входного напряжения.
Выключение преобразователя при коротком замыкании происходит следующим образом. На прямом такте через резисторы R1, R2, R3, R8 и диод VD3 подается смещение напряжения от прямого такта через вход блока ПИОН (Вх) на затвор выключающего транзистора VT2. Таким образом, напряжение прямого такта понижается за счет делителя напряжения, образованного резисторами R7, R5 и R2. На обратном такте через резисторы R6 и R7, а также через диод VD4 подается напряжение смещения обратного такта с обратной полярностью. Таким образом, напряжение обратного такта понижается за счет делителя напряжения, образованного резисторами R6 и R7. Номиналы резисторов R6, R7, R5 и R2 выбираются таким образом, чтобы при номинальной работе преобразователя баланс напряжений прямого и обратного такта на затворе VT2 было равным -1 В. Это необходимо для гарантированного обеспечения выключения транзистора VT2 во всем диапазоне рабочих температур преобразователя. Во время короткого замыкания на выходе преобразователя, ШИМ-контроллер уменьшает длительность прямого такта. Соответственно увеличивается длительность обратного такта. Исходя из вольт-секундного соотношения, напряжение на обратном такте уменьшается, что приводит к смещению баланса напряжений прямого и обратного тактов на затворе VT2 выше 0 В и при достижении порога открытия затвора VT2 происходит блокировка транзистора линейного стабилизатора VT1. Следовательно, прекращается питание схемы ШИМ-контроллера и преобразователь выключается.
Таким образом, происходит выключение преобразователя при коротком замыкании выходных клемм с заданным порогом и с заданной задержкой срабатывания защиты.
Диаграммы сигналов в контрольных точках, отмеченных на фиг. 2, в нормальном режиме работы и в режиме КЗ, поясняющие работу устройства, приведены на фиг. 3.
Преимуществом данного решения является то, что в ИВЭ обеспечивается питание управляющей схемы (ШИМ-контроллера) в широком диапазоне выходных напряжений ИВЭ (устраняется зависимость величины питающего напряжения ШИМ от величины выходного напряжения) и обеспечивается своевременное выключение ИВЭ, путем отключения ШИМ (отключения питания контроллера), в случае появления короткого замыкания на выходе ИВЭ.
Использование данного технического решения показало его эффективность применительно к источникам вторичного питания, построенным по схеме прямоходового преобразователя и имеющим широкий диапазон регулирования выходного напряжения.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается совокупностью заявленных признаков от прототипа, а, следовательно, предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями.
Предлагаемое устройство изготавливается из стандартных элементов, которые серийно выпускаются промышленностью. Оно собирается типовыми монтажными операциями с помощью стандартного оборудования, что особенно важно при серийном производстве. Поэтому предлагаемое устройство удовлетворяет критерию промышленной применимости.
Claims (1)
- Прямоходовый преобразователь напряжения с блоком питания и опорного напряжения (ПИОН), содержащий входную цепь, блок силовых ключей, цепь обратной связи по току, блок силового трансформатора, выходную цепь, схему управления и блок питания и опорного напряжения, включающий блок стабилизации напряжения, и соединенный со схемой управления и выходной цепью, отличающийся тем, что блок питания и опорного напряжения дополнительно содержит блок выключения и имеет подключение к цепи обратной связи по току.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020142850U RU204379U1 (ru) | 2020-12-23 | 2020-12-23 | Прямоходовый преобразователь напряжения с блоком питания и опорного напряжения (пион) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020142850U RU204379U1 (ru) | 2020-12-23 | 2020-12-23 | Прямоходовый преобразователь напряжения с блоком питания и опорного напряжения (пион) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU204379U1 true RU204379U1 (ru) | 2021-05-21 |
Family
ID=76034178
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020142850U RU204379U1 (ru) | 2020-12-23 | 2020-12-23 | Прямоходовый преобразователь напряжения с блоком питания и опорного напряжения (пион) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU204379U1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU211596U1 (ru) * | 2022-01-26 | 2022-06-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Александер Электрик источники электропитания" | Устройство защиты импульсного преобразователя от перегрузок по току и коротких замыканий |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1739462A1 (ru) * | 1990-01-02 | 1992-06-07 | Производственное объединение "Красное Знамя" | Преобразователь посто нного напр жени |
US5498995A (en) * | 1993-03-17 | 1996-03-12 | National Semiconductor Corporation | Short circuit frequency shift circuit for switching regulators |
US5815383A (en) * | 1995-06-15 | 1998-09-29 | Supertex, Inc. | High voltage start-up circuit and method therefor |
RU141793U1 (ru) * | 2014-01-29 | 2014-06-10 | Михаил Юрьевич Гончаров | Устройство запуска и защиты преобразователя напряжения |
-
2020
- 2020-12-23 RU RU2020142850U patent/RU204379U1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1739462A1 (ru) * | 1990-01-02 | 1992-06-07 | Производственное объединение "Красное Знамя" | Преобразователь посто нного напр жени |
US5498995A (en) * | 1993-03-17 | 1996-03-12 | National Semiconductor Corporation | Short circuit frequency shift circuit for switching regulators |
US5815383A (en) * | 1995-06-15 | 1998-09-29 | Supertex, Inc. | High voltage start-up circuit and method therefor |
RU141793U1 (ru) * | 2014-01-29 | 2014-06-10 | Михаил Юрьевич Гончаров | Устройство запуска и защиты преобразователя напряжения |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU211596U1 (ru) * | 2022-01-26 | 2022-06-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Александер Электрик источники электропитания" | Устройство защиты импульсного преобразователя от перегрузок по току и коротких замыканий |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8018694B1 (en) | Over-current protection for a power converter | |
EP0371928A2 (en) | Protection of power converters from voltage spikes | |
KR20080100133A (ko) | 동기 정류형 스위칭 레귤레이터 | |
TWI661663B (zh) | Switching power supply chip and switching power supply circuit including the same | |
US7561450B2 (en) | Protection device for a converter and related method | |
EP2978120B1 (en) | Power supply device | |
CN213846230U (zh) | 一种过流保护电路 | |
US10491127B2 (en) | Power supply control unit and isolation type switching power supply device | |
JP2020048333A (ja) | 電源制御装置 | |
US10756636B2 (en) | Power control device switchable between multiple operating modes having different power consumption | |
WO2021129784A1 (zh) | 用于驱动led装置的驱动电路及led电路 | |
CN112821761A (zh) | 一种飞跨电容三电平boost电路 | |
JP2008054475A (ja) | 非安定絶縁型dc−dcコンバータおよび電源装置 | |
RU204379U1 (ru) | Прямоходовый преобразователь напряжения с блоком питания и опорного напряжения (пион) | |
JP5566655B2 (ja) | スイッチング電源 | |
JP2010148162A (ja) | スイッチング電源 | |
CN211509375U (zh) | 用于驱动led装置的驱动电路及led电路 | |
Alganidi et al. | PI controller tuning & stability study of the flyback converter with an energy regenerative snubber | |
KR100535082B1 (ko) | 두 개의 배터리를 입출력으로 하는 직류 컨버터의돌입전류 방지회로 | |
JP7123733B2 (ja) | 電源制御装置 | |
CN112072903A (zh) | 一种反激式变压器开关电源的负载保护装置、方法和电器设备 | |
CN215344396U (zh) | 一种正激式开关电源电路 | |
US20230024431A1 (en) | Control circuit and switching power source | |
CN111799998B (zh) | 一种适用于高压电子设备的变换器 | |
JP7266558B2 (ja) | スイッチング電源装置 |