RU2269858C1 - Secondary power supply unit - Google Patents
Secondary power supply unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2269858C1 RU2269858C1 RU2004122723/09A RU2004122723A RU2269858C1 RU 2269858 C1 RU2269858 C1 RU 2269858C1 RU 2004122723/09 A RU2004122723/09 A RU 2004122723/09A RU 2004122723 A RU2004122723 A RU 2004122723A RU 2269858 C1 RU2269858 C1 RU 2269858C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- capacitor
- transistor
- input
- terminal
- output
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в блоках вторичного электропитания многоблочных комплексов радиоэлектронной аппаратуры.The invention relates to electrical engineering and can be used in secondary power supply units of multiblock complexes of electronic equipment.
В основу построения систем питания большинства многоблочных комплексов радиоэлектронной аппаратуры положен принцип использования общего источника первичного электропитания и формирования из него с помощью блоков вторичного электропитания ряда напряжений для электропитания отдельных радиоэлектронных блоков, входящих в состав комплекса, см., например, [1] - RU №2201645 (C1), H 02 J 1/00, 27.03.2003.The basis for constructing the power systems of most multi-unit complexes of electronic equipment is the principle of using a common primary power source and forming a series of voltages from it using secondary power units for powering the individual radio-electronic units that make up the complex, see, for example, [1] - RU No. 2201645 (C1), H 02
В случае, когда источником первичного электропитания является источник напряжения постоянного тока, источники вторичного электропитания выполняются на основе преобразователей постоянного напряжения в постоянное. Среди таких источников вторичного электропитания широкое распространение получили импульсные источники, в которых входное напряжение постоянного тока преобразуется в импульсное, из которого затем путем выпрямления и фильтрации формируется выходное напряжение постоянного тока нужного уровня, см., например, [2] - Нефедов А.В. «Интегральные микросхемы и их зарубежные аналогии, Том 1, М.: КубК-а, 1996, с.458-459, 462-463, 469-475. Характерной особенностью импульсных источников вторичного электропитания, представленных в [2], является то, что схемы их подключения к источнику первичного электропитания содержат фильтрующие конденсаторы большой емкости, подключенные параллельно входным зажимам для обеспечения развязки по импульсному току, что создает емкостную нагрузку для источников первичного электропитания.In the case where the primary power source is a DC voltage source, the secondary power sources are based on DC-DC converters. Among such secondary power sources, pulse sources are widely used, in which the input DC voltage is converted to pulse, from which then, by rectifying and filtering, the output DC voltage of the desired level is formed, see, for example, [2] - A. Nefedov. "Integrated circuits and their foreign analogies,
Разновидностью импульсных источников вторичного электропитания, широко используемых на практике, являются импульсные источники вторичного электропитания с гальванической развязкой входной и выходной цепей, см., например, [3] - US №6094365, Н 02 М 3/335, Н 02 Н 7/122, 25.07.2000, [4] - DE №2613896, H 02 H 7/127, 13.10.1977, [5] - RU №2107380 (C1), Н 02 М 3/335, 20.03.1998, [6] - RU №2210851 (C2), Н 02 М 3/335, 20.08.2003. Все эти источники вторичного электропитания содержат трансформатор, вторичная обмотка которого подключена через выпрямитель и сглаживающий фильтр к выходным зажимам, а первичная обмотка соединена с конденсатором и электронным ключом с образованием силового контура преобразующей цепи, служащей для преобразования напряжения постоянного тока, поступающего с источника первичного электропитания на входные зажимы, в промежуточное импульсное напряжение. При этом указанные входные зажимы связаны с выводами конденсатора преобразующей цепи, а управляющий вывод электронного ключа связан с выходным выводом управляющей цепи, формирующей импульсы, скважность которых определяет выходное напряжение блока. Управление скважностью импульсов в процессе стабилизации выходного напряжения осуществляется по сигналам обратной связи, особенности формирования которых определяют основные отличия этих источников вторичного электропитания друг от друга. Например, в [3] сигнал обратной связи формируется на основе напряжения, снимаемого с выходных зажимов, в [4] и [5] сигнал обратной связи формируется на основе напряжения, снимаемого с выходных зажимов, и тока, протекающего в силовом контуре преобразующей цепи, а в [6] сигнал обратной связи формируется на основе напряжения, снимаемого с дополнительной обмотки трансформатора. Общей особенностью импульсных источников вторичного электропитания, описанных в [3]-[6], является то, что они создают емкостную нагрузку для источников первичного электропитания.A variety of pulsed secondary power supplies that are widely used in practice are pulsed secondary power supplies with galvanic isolation of the input and output circuits, see, for example, [3] - US No. 6094365, N 02
В качестве прототипа выбран блок вторичного электропитания, принципиальная электрическая схема которого представлена в [7] - Интегральные микросхемы: Микросхемы для импульсных источников питания и их применение / М.: ДОДЭКА, 2000, с.197, рис.3.The secondary power supply unit was selected as a prototype, the circuit diagram of which is presented in [7] - Integrated circuits: Microcircuits for switching power supplies and their application / M .: DODEKA, 2000, p.197, Fig. 3.
Блок-прототип представляет собой импульсный источник вторичного электропитания с гальванической развязкой входной и выходной цепей, выполненный по схеме однотактного обратноходового преобразователя. Блок-прототип содержит входные «плюсовой» и «минусовой» зажимы, предназначенные для подключения к соответствующим шинам источника первичного электропитания, а также выходные «плюсовой» и «минусовой» зажимы, предназначенные для подключения к нагрузке. Блок-прототип содержит также трансформатор, вторичная обмотка которого подключена через выпрямитель, выполненный в виде диода, и сглаживающий LC фильтр к выходным «плюсовому» и «минусовому» зажимам, а первичная обмотка соединена с последовательно соединенными конденсатором и электронным ключом с образованием силового контура преобразующей цепи, осуществляющей преобразование входного напряжения постоянного тока в промежуточное импульсное напряжение. В принципиальной электрической схеме, представленной в [7], в силовом контуре преобразующей цепи первый вывод первичной обмотки трансформатора соединен с «плюсовым» выводом конденсатора, «минусовой» вывод конденсатора соединен с первым силовым выводом электронного ключа через резистивный датчик тока, а второй силовой вывод электронного ключа соединен с вторым выводом первичной обмотки трансформатора. При этом «плюсовой» вывод конденсатора соединен с «плюсовым» входным зажимом, а «минусовой» вывод - с «минусовым» входным зажимом. Управляющий вход электронного ключа соединен с выходным выводом управляющей цепи, формирующей управляющие импульсы, скважность которых определяет выходное напряжение блока. Выводы питания управляющей цепи соединены с «плюсовым» и «минусовым» выводами конденсатора. Первый вывод обратной связи управляющей цепи соединен с сигнальным выводом датчика тока. Второй и третий выводы обратной связи управляющей цепи соединены с выводами дополнительной обмотки обратной связи трансформатора.The prototype block is a pulsed secondary power source with galvanic isolation of the input and output circuits, made according to the scheme of a single-stroke flyback converter. The prototype block contains input “positive” and “negative” clamps intended for connection to the corresponding buses of the primary power supply source, as well as output “positive” and “negative” clamps intended for connection to the load. The prototype block also contains a transformer, the secondary winding of which is connected through a rectifier, made in the form of a diode, and a smoothing LC filter to the output “positive” and “negative” terminals, and the primary winding is connected to a capacitor and an electronic key connected in series with the formation of a converting power circuit a circuit that converts the input DC voltage into an intermediate pulse voltage. In the circuit diagram presented in [7], in the power circuit of the conversion circuit, the first terminal of the primary winding of the transformer is connected to the “positive” terminal of the capacitor, the “negative” terminal of the capacitor is connected to the first power terminal of the electronic switch through a resistive current sensor, and the second power terminal the electronic key is connected to the second terminal of the primary winding of the transformer. In this case, the “positive” terminal of the capacitor is connected to the “positive” input terminal, and the “negative” terminal is connected to the “negative” input terminal. The control input of the electronic key is connected to the output terminal of the control circuit, forming control pulses, the duty cycle of which determines the output voltage of the unit. The power terminals of the control circuit are connected to the “plus” and “minus” terminals of the capacitor. The first feedback terminal of the control circuit is connected to the signal terminal of the current sensor. The second and third conclusions of the feedback of the control circuit are connected to the terminals of the additional feedback winding of the transformer.
Принцип работы блока-прототипа аналогичен принципу работы рассмотренных выше аналогов [3]-[6] и заключается в следующем. С шин источника первичного электропитания входное напряжение постоянного тока поступает на входные «плюсовой» и «минусовой» зажимы, а с них подается на первичную обмотку трансформатора через электронный ключ, периодически открываемый и закрываемый управляющим импульсным сигналом, формируемым управляющей цепью. Тем самым осуществляется преобразование входного напряжения постоянного тока в импульсное. При этом, когда электронный ключ открыт, ток в первичной обмотке трансформатора линейно увеличивается, а когда этот ключ закрывается, магнитный поток в сердечнике трансформатора начинает уменьшаться, вызывая ток в цепи его вторичной обмотки. Ток вторичной обмотки выпрямляется с помощью диода и сглаживается с помощью сглаживающего LC фильтра, заряжая при этом емкостной компонент сглаживающего LC фильтра, включенного параллельно выходным «плюсовому» и «минусовому» зажимам. С выходных «плюсового» и «минусового» зажимов выходное напряжение блока поступает к нагрузке. Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет соответствующего изменения скважности управляющих импульсов, приводящего к изменению в соотношении между открытым и закрытым состояниями электронного ключа. Изменение скважности управляющих импульсов осуществляется под действием сигналов обратной связи, поступающих на соответствующие выводы управляющей цепи с датчика тока и дополнительной обмотки обратной связи трансформатора.The principle of operation of the prototype unit is similar to the principle of operation of the above analogues [3] - [6] and is as follows. From the buses of the primary power source, the input DC voltage is supplied to the input “plus” and “minus” terminals, and from them it is supplied to the primary winding of the transformer through an electronic key, periodically opened and closed by a control pulse signal generated by the control circuit. This converts the input DC voltage to a pulse. In this case, when the electronic switch is open, the current in the primary winding of the transformer increases linearly, and when this switch closes, the magnetic flux in the core of the transformer begins to decrease, causing a current in the circuit of its secondary winding. The secondary current is rectified using a diode and smoothed using a smoothing LC filter, while charging the capacitive component of the smoothing LC filter, connected in parallel to the output “plus” and “minus” terminals. From the output of the "plus" and "minus" terminals, the output voltage of the unit is supplied to the load. The output voltage is stabilized due to a corresponding change in the duty cycle of the control pulses, leading to a change in the ratio between the open and closed states of the electronic key. The change in the duty cycle of the control pulses is carried out under the action of feedback signals arriving at the corresponding conclusions of the control circuit from the current sensor and the additional feedback winding of the transformer.
Особенностью блока-прототипа, как и рассмотренных выше аналогов [2]-[6], является то, что он создает емкостную нагрузку для источника первичного электропитания - из-за конденсатора преобразующей цепи, непосредственно подключенного к входным зажимам блока. Эффект емкостной нагрузки проявляется в том, что в момент подключения блока-прототипа к шинам источника первичного электропитания напряжение на них скачкообразно падает из-за резкого увеличения тока, обусловленного переходными процессами на конденсаторе преобразующей цепи.A feature of the prototype unit, as well as the analogs discussed above [2] - [6], is that it creates a capacitive load for the primary power source due to the conversion circuit capacitor directly connected to the input terminals of the unit. The effect of capacitive loading is manifested in the fact that at the time of connecting the prototype unit to the buses of the primary power supply source, the voltage drops abruptly due to a sharp increase in current due to transient processes on the capacitor of the converting circuit.
В случае, когда блок-прототип подключается к персональному источнику первичного электропитания, не связанному с другими потребителями, эта его особенность не приводит к негативным последствиям. В случае же, когда блок-прототип должен подключаться к общему для нескольких потребителей источнику первичного электропитания, возникающий при этом скачкообразный провал напряжения на шинах источника первичного электропитания может оказать негативное воздействие на работу остальных потребителей.In the case when the prototype unit is connected to a personal source of primary power supply that is not connected with other consumers, this feature of it does not lead to negative consequences. In the case when the prototype block must be connected to a common source of primary power for several consumers, the resulting abrupt voltage drop on the buses of the primary power supply can negatively affect the operation of other consumers.
На существование данной проблемы указано, в частности, в [1]. При этом для решения этой проблемы в [1] предложено осуществлять подключение потребителей к шинам источника первичного электропитания через коммутаторы, выполненные в виде последовательно включенных статических преобразователей «напряжение-ток» и «ток-напряжение». Однако такое решение усложняет систему распределения электропитания в многоблочном комплексе радиоэлектронной аппаратуры и не всегда может быть применено в силу конкретных конструктивных требований и ограничений, предъявляемых к комплексу.The existence of this problem is indicated, in particular, in [1]. Moreover, to solve this problem, it was proposed in [1] to connect consumers to the buses of the primary power supply source through switches made in the form of series-connected static voltage-current and current-voltage converters. However, such a solution complicates the power distribution system in a multi-unit complex of electronic equipment and cannot always be applied due to specific design requirements and limitations imposed on the complex.
Попытка решить эту проблему путем установки на входе блока вторичного электропитания терморезистора в качестве ограничителя входного пускового тока сопровождается существенной потерей мощности на нем, а также приводит к возникновению новой проблемы, связанной с нагревом терморезистора до высокой температуры (например, до 200°С у терморезистора ТР-15).An attempt to solve this problem by installing a thermistor at the input of the secondary power supply unit as a limiter of the input starting current is accompanied by a significant loss of power on it, and also leads to a new problem associated with heating the thermistor to a high temperature (for example, up to 200 ° C for a TP thermistor -fifteen).
Неприемлемой для большинства практических случаев является попытка решить проблему ограничения входного пускового тока в блоке вторичного электропитания путем установки на его входе дросселя или иного инерционного элемента, обладающего индуктивной характеристикой, из-за возникающих при этом существенных потерь мощности и снижения коэффициента полезного действия (КПД) блока.Unacceptable for most practical cases is an attempt to solve the problem of limiting the input inrush current in the secondary power supply unit by installing a choke or other inertial element with an inductive characteristic at its input due to significant power losses and lower unit efficiency (efficiency) .
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка блока вторичного электропитания, в котором обеспечивается ограничение входного пускового тока без существенных потерь мощности и снижения КПД блока.The task to which the invention is directed is the development of a secondary power supply unit, which ensures the limitation of the input starting current without significant power losses and reduce the efficiency of the unit.
Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем. Блок вторичного электропитания содержит входные «плюсовой» и «минусовой» зажимы, предназначенные для подключения к шинам источника первичного электропитания, выходные «плюсовой» и «минусовой» зажимы, предназначенные для подключения к нагрузке, а также трансформатор, вторичная обмотка которого подключена через выпрямитель и сглаживающий фильтр к выходным «плюсовому» и «минусовому» зажимам, а первичная обмотка соединена с последовательно соединенными первым конденсатором и электронным ключом с образованием силового контура преобразующей цепи, служащей для преобразования входного напряжения постоянного тока в промежуточное импульсное напряжение. При этом «минусовой» вывод первого конденсатора соединен с «минусовым» входным зажимом, а управляющий вывод электронного ключа соединен с выходным выводом управляющей цепи, формирующей управляющие импульсы, скважность которых определяет выходное напряжение блока. В отличие от прототипа, «плюсовой» вывод первого конденсатора, соединенный с первым выводом первичной обмотки трансформатора, соединен с «плюсовым» входным зажимом через переход «эмиттер-коллектор» транзистора, при этом коллектор этого транзистора, соединенный с «плюсовым» входным зажимом, соединен с базой транзистора через первый резистор, эмиттер транзистора, соединенный с «плюсовым» выводом первого конденсатора, соединен с базой транзистора через второй конденсатор, а база транзистора соединена с «минусовым» входным зажимом через третий конденсатор и с вторым выводом первичной обмотки трансформатора через последовательно соединенные второй резистор и диод.The essence of the claimed invention is as follows. The secondary power supply unit contains input “positive” and “negative” clamps intended for connection to the buses of the primary power supply source, output “positive” and “negative” clamps intended for connection to the load, as well as a transformer, the secondary winding of which is connected through a rectifier and a smoothing filter to the output “positive” and “negative” terminals, and the primary winding is connected to the first capacitor and an electronic key connected in series with the formation of the power circuit binder circuit serving to convert the DC input voltage to an intermediate pulse voltage. In this case, the "negative" output of the first capacitor is connected to the "negative" input terminal, and the control output of the electronic key is connected to the output terminal of the control circuit, which generates control pulses, the duty cycle of which determines the output voltage of the unit. Unlike the prototype, the “positive” terminal of the first capacitor connected to the first terminal of the primary winding of the transformer is connected to the “positive” input terminal through the emitter-collector junction of the transistor, while the collector of this transistor connected to the “positive” input terminal, connected to the base of the transistor through the first resistor, the emitter of the transistor connected to the “plus” terminal of the first capacitor, connected to the base of the transistor through the second capacitor, and the base of the transistor connected to the “negative” input terminal through a third capacitor and a second terminal of the primary winding of the transformer via a series connected second resistor and a diode.
Сущность изобретения и возможность его осуществления поясняются чертежами, представленным на фиг.1 и 2.The invention and the possibility of its implementation are illustrated by the drawings shown in figures 1 and 2.
На фиг.1 представлена функциональная схема заявляемого блока вторичного электропитания в рассматриваемом примере выполнения.Figure 1 presents the functional diagram of the inventive unit of secondary power supply in the considered exemplary embodiment.
На фиг.2 представлены графики, иллюстрирующие характер изменения входного тока в блоке вторичного электропитания («а» - при включении в соответствии с изобретением, «б» - при включении по схеме прототипа).Figure 2 presents graphs illustrating the nature of the change in the input current in the secondary power supply unit ("a" when turned on in accordance with the invention, "b" when turned on according to the prototype circuit).
Заявляемый блок вторичного электропитания (далее блок) в рассматриваемом примере выполнения содержит, см. фиг.1, входные «плюсовой» 1 и «минусовой» 2 зажимы, предназначенные для подключения к соответствующим шинам источника первичного электропитания, а также выходные «плюсовой» 3 и «минусовой» 4 зажимы, предназначенные для подключения к нагрузке.The inventive secondary power supply unit (hereinafter referred to as the unit) in the considered exemplary embodiment comprises, see FIG. 1, input “positive” 1 and “negative” 2 terminals intended for connecting to the corresponding buses of the primary power source, as well as output “positive” 3 and "Negative" 4 clamps designed to connect to the load.
Блок содержит также трансформатор 5, вторичная обмотка 6 которого подключена к выходным зажимам 3 и 4 через выпрямитель 7, выполненный в виде диода, и сглаживающий фильтр 8. В рассматриваемом примере сглаживающий фильтр 8 выполнен в виде Г-образного LC фильтра, у которого соединенные между собой первые выводы емкостного и индуктивного компонентов соединены с выходным «плюсовым» зажимом 3, второй вывод индуктивного компонента соединен через выпрямитель 7 с первым выводом вторичной обмотки 6, а второй вывод емкостного компонента соединен с вторым выводом вторичной обмотки 6, соединенным с выходным «минусовым» зажимом 4.The block also contains a
Первичная обмотка 9 трансформатора 5 соединена с последовательно соединенными первым конденсатором 10 и электронным ключом 11 с образованием силового контура преобразующей цепи - цепи, служащей для преобразования входного напряжения постоянного тока в промежуточное импульсное напряжение. В рассматриваемом примере силовой контур преобразующей цепи выполнен аналогично силовому контуру преобразующей цепи блока-прототипа, а именно, указанное последовательное соединение конденсатора 10 с электронным ключом 11 осуществлено через датчик тока 12, первый вывод первичной обмотки 9 соединен с «плюсовым» выводом конденсатора 10, «минусовой» вывод конденсатора 10 соединен (через датчик тока 12) с первым силовым выводом электронного ключа 11, а второй силовой вывод электронного ключа 11 соединен с вторым выводом первичной обмотки 9. При этом «минусовой» вывод конденсатора 10 соединен с «минусовым» входным зажимом 2, а управляющий вывод электронного ключа 11 соединен с выходным выводом управляющей цепи 13, формирующей управляющие импульсы, скважность которых определяет выходное напряжение блока.The
В заявляемом блоке, в отличие от блока-прототипа, «плюсовой» вывод конденсатора 10, соединенный с первым выводом первичной обмотки 9, соединен с «плюсовым» входным зажимом 1 через переход «эмиттер-коллектор» транзистора 14. При этом коллектор транзистора 14, соединенный с «плюсовым» входным зажимом 1, соединен с базой транзистора 14 через первый резистор 15, эмиттер транзистора 14, соединенный с «плюсовым» выводом конденсатора 10, соединен с базой транзистора 14 через второй конденсатор 16, база транзистора 14 соединена с «минусовым» входным зажимом 2 через третий конденсатор 17 и с вторым выводом первичной обмотки 9 через последовательно соединенные второй резистор 18 и диод 19.In the claimed unit, in contrast to the prototype unit, the “positive” terminal of the
В качестве транзистора 14 может быть использован, например, транзистор типа 2Т866А. Электронный ключ 11 может быть выполнен, например, в виде полевого транзистора типа 2П762. Датчик тока 12 может быть реализован, например, в виде резистора сопротивлением 0,22 Ом. В качестве конденсатора 10 может быть использован, например, конденсатор типа К53-25. В качестве конденсатора 16 может быть использован, например, конденсатор типа К 10-17. В качестве конденсатора 17 может быть использован, например, конденсатор типа К52-9. В рассматриваемом примере величины емкостей конденсаторов 10, 16 и 17 составляют, соответственно, 10 мкФ, 1 мкФ и 22 мкФ. Величины сопротивлений резисторов 15 и 18 в рассматриваемом примере составляют, соответственно, 220 Ом и 100 Ом.As the transistor 14 can be used, for example, a transistor type 2T866A. The electronic key 11 can be made, for example, in the form of a field-effect transistor type 2P762. The current sensor 12 can be implemented, for example, in the form of a resistor with a resistance of 0.22 ohms. As the
Конкретное выполнение управляющей цепи 13 не относится к сущности изобретения, достижение результата обеспечивается при различных вариантах известного выполнения и подключения управляющей цепи 13.The specific implementation of the control circuit 13 does not relate to the essence of the invention, the achievement of the result is provided with various variants of the known implementation and connection of the control circuit 13.
Например, управляющая цепь 13 может быть выполнена как и в блоке-прототипе по схеме, представленной в [7]. В этом случае подключение управляющей цепи 13 осуществляется, как показано на фиг.1, а именно, выводы питания управляющей цепи 13 подключаются к «плюсовому» и «минусовому» выводам конденсатора 10, первый вывод обратной связи управляющей цепи 13 подключается к сигнальному выводу датчика тока 12, а второй и третий выводы обратной связи управляющей цепи 13 подключаются к выводам дополнительной обмотки обратной связи 20 трансформатора 5.For example, the control circuit 13 can be performed as in the prototype block according to the scheme presented in [7]. In this case, the control circuit 13 is connected, as shown in Fig. 1, namely, the power supply terminals of the control circuit 13 are connected to the “positive” and “negative” terminals of the
Возможны другие реализации управляющей цепи 13, например в соответствии со схемами, представленными в [4] и [5]. В этом случае сохраняются показанные на фиг.1 подключения управляющей цепи 13 к конденсатору 10 и датчику тока 12, а вместо подключения к обмотке 20 применяется подключение к выходным зажимам 3 и 4.Other implementations of the control circuit 13 are possible, for example, in accordance with the schemes presented in [4] and [5]. In this case, the connections of the control circuit 13 to the
Возможна реализация управляющей цепи 13 по схеме, представленной в [6]. В этом случае сохраняются показанные на фиг.1 связи управляющей цепи 13 с конденсатором 10 и обмоткой 20, но отсутствует связь с датчиком тока 12 (датчик тока 12 при этом исключается и осуществляется непосредственное соединение конденсатора 10 с электронным ключом 11).Possible implementation of the control circuit 13 according to the scheme presented in [6]. In this case, the connections of the control circuit 13 with the
В простейшем случае, когда не требуется стабилизация выходного напряжения блока, возможна реализация управляющей цепи 13 в виде генератора импульсов постоянной скважности. В этом случае отсутствуют показанные на фиг.1 связи управляющей цепи 13 с обмоткой 20 и датчиком тока 12 (датчик тока 12 при этом исключается и осуществляется непосредственное соединение конденсатора 10 с электронным ключом 11).In the simplest case, when stabilization of the output voltage of the unit is not required, it is possible to implement the control circuit 13 in the form of a pulse generator of constant duty cycle. In this case, the connections of the control circuit 13 with the winding 20 and the current sensor 12 shown in FIG. 1 are absent (the current sensor 12 is thereby excluded and the
Работа заявляемого блока происходит следующим образом.The operation of the claimed unit is as follows.
В начальный момент при подключении блока к шинам источника первичного электропитания транзистор 14 заперт и по цепи «входной зажим 1 - резистор 15 - конденсатор 17 - входной зажим 2» протекает входной пусковой ток, начальное значение которого определяется частным от деления входного напряжения на величину сопротивления резистора 15 (фиг.2, кривая «а»). В рассматриваемом примере величина сопротивления резистора 15 выбрана таким образом, что начальное значение входного пускового тока соответствует примерно половине величины номинального тока Iном, что при Iном≈1,8 А соответствует примерно 0,9 А. Под действием этого тока конденсатор 17 начинает заряжаться.At the initial moment, when the unit is connected to the buses of the primary power source, the transistor 14 is locked and the input starting current flows, the initial value of which is determined by the quotient of the input voltage by the resistance value of the resistor, through the circuit "input terminal 1 - resistor 15 - capacitor 17 -
По мере заряда конденсатора 17 и в соответствии с ростом напряжения на нем транзистор 14 начинает открываться. Это приводит к тому, что через транзистор 14 начинает протекать ток, под действием которого начинает заряжаться конденсатор 10, входящий в силовой контур преобразующей цепи блока. По мере заряда конденсатора 17 транзистор 14 переходит в открытое, но ненасыщенное состояние, характеризующееся определенным сопротивлением перехода «коллектор-эмиттер», которое ограничивает ток заряда конденсатора 10 и, следовательно, входной ток блока на рассматриваемом этапе его пускового режима.As the capacitor 17 charges and in accordance with the increase in voltage across it, the transistor 14 begins to open. This leads to the fact that a current begins to flow through the transistor 14, under the action of which a
Для этого этапа характерно плавное возрастание относительной величины входного тока от значения I/Iном≈0,5 до значения I/Iном≈1,2 (см. фиг.2, кривая «а»), участок 0<t≤5 мсек).This stage is characterized by a smooth increase in the relative value of the input current from I / I nom ≈0.5 to I / I nom ≈ 1.2 (see figure 2, curve “a”),
Как только напряжение на конденсаторе 10 возрастет до величины, достаточной для начала работы управляющей цепи 13, в силовом контуре преобразующей цепи за счет периодического открытия-закрытия электронного ключа 11 начинает осуществляться преобразование входного напряжения постоянного тока в промежуточное импульсное напряжение. При этом в периоды, когда электронный ключ 11 закрыт, на конденсатор 16 через диод 19 и резистор 18 с первичной обмотки 9 поступает перемагничивающее напряжение, заряжающее конденсатор 16, в результате чего транзистор 14 переходит из ненасыщенного состояния в режим глубокого насыщения, для которого характерно существенное уменьшение сопротивления перехода «коллектор-эмиттер» и соответствующее уменьшение падения напряжения на нем до величины, не превышающей 0,2-0,3 В.As soon as the voltage across the
Этот этап знаменует окончание пускового режима и переход блока к стационарному режиму работы. Для этого этапа характерно плавное уменьшение относительной величины входного тока от значения I/Iном≈1,2 до значения I/Iном≈1,0 (фиг.2, кривая «а»), участок t>5 мсек).This stage marks the end of the start-up mode and the transition of the unit to the stationary mode of operation. This stage is characterized by a smooth decrease in the relative magnitude of the input current from the value I / I nom ≈ 1.2 to the value I / I nom ≈ 1.0 (Fig. 2, curve “a”), section t> 5 ms).
Работа блока в стационарном режиме происходит аналогично работе блока-прототипа в этом же режиме. С шин источника первичного электропитания входное напряжение постоянного тока поступает на входные «плюсовой» 1 и «минусовой» 2 зажимы, а с них - на «плюсовой» вывод конденсатора 10 (через переход «коллектор-эмиттер» полностью открытого транзистора 14) и «минусовой» вывод конденсатора 10. Далее это напряжение поступает на первичную обмотку 9 трансформатора 5 - через датчик тока 12 и электронный ключ 11, который периодически открывается и закрывается управляющими импульсами, формируемыми управляющей цепью 13. За счет этих переключений осуществляется преобразование входного напряжения постоянного тока в импульсное, при этом в периоды, когда электронный ключ 11 открыт, ток в первичной обмотке 9 линейно увеличивается, а когда электронный ключ 11 закрывается, магнитный поток в сердечнике трансформатора 5 начинает уменьшаться, вызывая ток в цепи его вторичной обмотки 6. Ток вторичной обмотки 6 выпрямляется с помощью диода 7, сглаживается с помощью сглаживающего фильтра 8 и поступает в нагрузку, подключенную к выходным «плюсовому» 3 и «минусовому» 4 зажимам.The operation of the unit in stationary mode occurs similarly to the operation of the prototype unit in the same mode. From the buses of the primary power supply, the input DC voltage is supplied to the input “positive” 1 and “negative” 2 terminals, and from them to the “positive” terminal of the capacitor 10 (through the collector-emitter junction of the fully open transistor 14) and the “negative” "The output of the
Стабилизация выходного напряжения блока осуществляется за счет соответствующего изменения скважности формируемых управляющей цепью 13 управляющих импульсов, в результате чего изменяется соотношение между открытым и закрытым состояниями электронного ключа 11. Изменение скважности управляющих импульсов, формируемых управляющей цепью 13, осуществляется под действием сигналов обратной связи, поступающих в рассматриваемом примере в управляющую цепь 13 с датчика тока 12 и обмотки обратной связи 20, выполняющей функцию датчика напряжения.The output voltage of the block is stabilized due to a corresponding change in the duty cycle of the control pulses generated by the control circuit 13, as a result of which the ratio between the open and closed states of the electronic switch 11 is changed. The change in the duty cycle of the control pulses generated by the control circuit 13 is carried out under the influence of feedback signals the considered example in the control circuit 13 with the current sensor 12 and the feedback winding 20, which performs the function of a voltage sensor.
При работе в стационарном режиме цепь, состоящая из диода 19, резистора 18 и конденсатора 16, поддерживает транзистор 14 в режиме глубокого насыщения, при котором величина падения напряжения на его переходе «коллектор-эмиттер» не превышает указанного значения 0,2-0,3 В. Это падение напряжения снижает, но несущественно, мощность и КПД заявляемого блока по сравнению с блоком-прототипом, что является вполне приемлемой «платой» за приобретение им нового свойства по ограничению входного пускового тока. Одновременно с этим данная цепь, состоящая из диода 19, резистора 18 и конденсатора 16, выполняют функцию демпфирующей цепи, улучшающей процессы формообразования импульсов в силовом контуре преобразующей цепи.When operating in stationary mode, the circuit consisting of a diode 19, a resistor 18 and a capacitor 16 supports the transistor 14 in the deep saturation mode, in which the voltage drop across its collector-emitter junction does not exceed the specified value 0.2-0.3 B. This voltage drop reduces, but not significantly, the power and efficiency of the claimed unit in comparison with the prototype unit, which is an acceptable “payment” for acquiring a new property to limit the input starting current. At the same time, this circuit, consisting of a diode 19, a resistor 18 and a capacitor 16, performs the function of a damping circuit, which improves the processes of pulse shaping in the power circuit of the conversion circuit.
Эффект ограничения входного пускового тока, реализуемый в заявляемом блоке, наглядно виден при сравнении характеристики его входного тока (фиг.2, кривая «а») с характеристикой входного тока блока, включенного по схеме прототипа (фиг.2, кривая «б»), когда выводы конденсатора 10 непосредственно подключены к шинам источника первичного электропитания и не используются элементы 14, 15, 17. Сравнивая кривые «а» и «б» на фиг.2, видно, что в заявляемом блоке обеспечивается более чем на порядок уменьшение выброса входного пускового тока.The effect of limiting the input inrush current, implemented in the inventive unit, is clearly visible when comparing the characteristics of its input current (figure 2, curve "a") with the characteristic of the input current of the unit included in the prototype circuit (figure 2, curve "b"), when the terminals of the
Рассмотренное ограничение входного пускового тока, реализуемое в заявляемом блоке, исключает недопустимые провалы напряжения на шинах источника первичного электропитания в момент подключения к ним блока.The considered limitation of the input inrush current, implemented in the inventive unit, eliminates unacceptable voltage drops on the buses of the primary power source at the time of connection of the unit.
Кроме этого, в заявляемом блоке реализуется такое полезное свойство, как ограничение потребляемого тока в аварийной ситуации, например при коротком замыкании в силовом контуре преобразующей цепи. В этом случае цепь, состоящая из диода 19, резистора 18 и конденсатора 16, перестает поддерживать транзистор 14 в режиме глубокого насыщения, транзистор 14 выходит из этого режима, увеличивается сопротивление его перехода «коллектор-эмиттер», что приводит к соответствующему ограничению потребляемого тока.In addition, in the inventive unit implements such a useful property as limiting the current consumption in an emergency, for example, with a short circuit in the power circuit of the converting circuit. In this case, the circuit, consisting of diode 19, resistor 18, and capacitor 16, ceases to support transistor 14 in deep saturation mode, transistor 14 exits this mode, and its collector-emitter junction resistance increases, which leads to a corresponding limitation of current consumption.
Отмеченные свойства заявляемого блока (ограничение входного пускового тока, ограничение потребляемого тока в аварийной ситуации) обеспечивают возможность для беспрепятственного его использования в составе многоблочного комплекса радиоэлектронной аппаратуры, в котором источник первичного электропитания является общим для нескольких потребителей, включая заявляемый блок.The noted properties of the claimed unit (limiting the input starting current, limiting the consumed current in an emergency) provide the opportunity for its unhindered use as part of a multi-unit complex of electronic equipment, in which the primary power supply is common to several consumers, including the claimed unit.
Таким образом, рассмотренное показывает, что заявляемое изобретение осуществимо и обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в ограничении входного пускового тока без существенных потерь мощности и снижения КПД блока, а также дополнительного технического результата, заключающегося в ограничении потребляемого тока в аварийной ситуации, например в ситуации короткого замыкания в силовом контуре преобразующей цепи.Thus, the above shows that the claimed invention is feasible and ensures the achievement of the technical result, which consists in limiting the input starting current without significant power losses and reducing the efficiency of the unit, as well as an additional technical result, which consists in limiting the current consumption in an emergency, for example, in a short short circuits in the power circuit of the conversion circuit.
Источники информации:Information sources:
1. RU №2201645 (C1), H 02 J 1/00, опубл. 27.03.2003.1. RU No. 2201645 (C1), H 02
2. Нефедов А.В. «Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги», Том 1, М.: КубК-а, 1996, с.458-459, 462-463, 469-475.2. Nefedov A.V. “Integrated circuits and their foreign analogues”,
3. US №6094365, H 02 M 3/335, H 02 H 7/122, опубл. 25.07.2000.3. US No. 6094365, H 02
4. DE №2613896, Н 02 Н 7/127, опубл. 13.10.1977.4. DE No. 2613896, H 02
5. RU №2107380 (C1), H 02 M 3/335, опубл. 20.03.1998.5. RU No. 2107380 (C1), H 02
6. RU №2210851 (С2), H 02 M 3/335, опубл. 20.08.2003.6. RU No. 2210851 (C2), H 02
7. Интегральные микросхемы: Микросхемы для импульсных источников питания и их применение / М.: ДОДЭКА, 2000, с.197, рис.3.7. Integrated microcircuits: Microcircuits for switching power supplies and their application / M .: DODEKA, 2000, p.197, Fig. 3.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004122723/09A RU2269858C1 (en) | 2004-07-23 | 2004-07-23 | Secondary power supply unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004122723/09A RU2269858C1 (en) | 2004-07-23 | 2004-07-23 | Secondary power supply unit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2269858C1 true RU2269858C1 (en) | 2006-02-10 |
Family
ID=36050064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004122723/09A RU2269858C1 (en) | 2004-07-23 | 2004-07-23 | Secondary power supply unit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2269858C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2565607C2 (en) * | 2013-08-20 | 2015-10-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Switch of power supply circuit (versions) |
| WO2018212671A1 (en) * | 2017-05-15 | 2018-11-22 | Закрытое Акционерное Общество "Драйв" | Device for converting direct-current voltage into pulse voltage |
| RU2779529C2 (en) * | 2021-01-26 | 2022-09-08 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Апроком" | Single-stroke flyback switched mode power supply with variable output voltage |
-
2004
- 2004-07-23 RU RU2004122723/09A patent/RU2269858C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Интегральные микросхемы: Микросхемы для импульсных источников питания и их применение, Москва, ДОДЭКА, 2000, с.197. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2565607C2 (en) * | 2013-08-20 | 2015-10-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Switch of power supply circuit (versions) |
| WO2018212671A1 (en) * | 2017-05-15 | 2018-11-22 | Закрытое Акционерное Общество "Драйв" | Device for converting direct-current voltage into pulse voltage |
| RU2779529C2 (en) * | 2021-01-26 | 2022-09-08 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Апроком" | Single-stroke flyback switched mode power supply with variable output voltage |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4391723B2 (en) | Switch mode power supply responsive to current derived from voltage across the input of the energy transfer element | |
| EP1605576B1 (en) | Device and method for extending the input voltage range of a DC/DC converter | |
| JP5618532B2 (en) | Flyback converter and method for adjusting output of flyback converter | |
| US7321224B2 (en) | DC-DC converter with clamping capacitor and output winding for reduced output voltage ripple | |
| JP5693877B2 (en) | Controller for power supply, power supply, and method of controlling power supply | |
| US20200266720A1 (en) | Auxiliary Power Supply Apparatus and Method for Isolated Power Converters | |
| US5949222A (en) | Self-oscillating switch mode DC to DC conversion with current switching threshold hystersis | |
| JP2003523711A (en) | Startup circuit for flyback converter with secondary side pulse width modulation | |
| US6295211B1 (en) | Switching power supply unit having delay circuit for reducing switching frequency | |
| US8498134B2 (en) | Voltage converter circuit and method for a clock supply of energy to an energy storage | |
| WO2005101623A2 (en) | Method and apparatus for starting power converters | |
| US6239585B1 (en) | Self-oscillating switch-mode DC to DC conversion with current switching threshold hysteresis | |
| US20110013426A1 (en) | Snubber capacitor generating an auxillary power supply voltage | |
| US11005382B2 (en) | Synchronous rectification controlling device, isolated synchronous-rectification DC-DC converter, gate driving device, isolated DC-DC converter, AC-DC converter, power adapter, and electric appliance | |
| US20090097291A1 (en) | Universal power supply for a laptop | |
| US9401634B2 (en) | Saturation prevention in an energy transfer element of a power converter | |
| JPS62155739A (en) | Source circuit | |
| Hung et al. | New voltage balance technique for capacitors of symmetrical half-bridge converter with current mode control | |
| RU2269858C1 (en) | Secondary power supply unit | |
| RU179345U1 (en) | Trigger Generator for High Voltage Input Power Supply | |
| RU2269859C1 (en) | Secondary power supply unit | |
| KR102583398B1 (en) | Prestart control circuit for switching power converters | |
| RU2396684C1 (en) | Secondary electric power supply unit | |
| RU2318290C1 (en) | Secondary power supply unit | |
| CN100365906C (en) | DC-DC converting charging apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190724 |