SU1117616A1 - Способ защиты от перегрузок и коротких замыканий стабилизированного источника питани и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

1. Способ защиты от перегрузок 1Л коротких замыканий стабилизированного источника питани  на основе ключевого элемента и выходного.CD фильтра , в котором защиту осуществл ют за счет ограничени  длительности импульсов управлени  ключевьм элементом посредством установлени  момента его выключени  в зависимости от параметра выходного напр жени , о т л ич а ю щи и с   тем, что, с целью снижени  потерь энергии и повышени  нести, подачу импульсов на включение ключевого элемента осуществл ют при достижении тока в дросреле LCD фильтра нулевого значени , измер ют напр жение на дросселе tCD -фильтра, которое и Используют в качестве указанного параметра вьрсодного напр жени .V С

Description

2. Стабилизированный источник питани  с защитой от перегрузок и коротких замыканий, содержащий последовательно включенные ключевой элемент и выходной LCD-фильтр, блок управлени , входом подключенный к выходу фильтра, селектор импульсов, состо щий из схемы совпадени  и врем задающей цеци, о т л и ч а ю щ и йс   тем, что, с целью снижени  потерь энергии и повышени  надежности, первый вход схемы совпадени  подключен к диоду LCD-фильтра, второй ее вход - к выходу блока управлени , входы врем задающей цепи щэдключены к дросселю liCO -фильтра, а ее выход подключен к третьему входу схемы совпадени  , выход которой подключен к входу ключевого элемента .

Изобретение.относитс  к электротехнике , а именно к источникам питани  автономной радиоэлектронной аппаратуры, например, малогабаритных переносных телевизионных камер.

Известен способ защиты стабилизатора , основанный на измерении сигнала , пропорционального току нагрузки, сравнении его с напр жением, пропорцибнальным токовой перегрузке, и формировании управл ющего воздействи  j

Недостатком способа  вл ютс  значительные потери энергии, обусловленные необходимостью измерени  сигнала пропорционального току нагрузки.

Известно устройство, реализующее этот способ на основе импульсного стабилизатора напр жени , содержащее включенный в одну из силовых шин транзисторный регулирующий элемент, к управл ющему входу которого подключен выход управл ющего узла, входом соединенного с измерительно-усилительным узлом. Выходной силовой вывод регулирующего элемента через последовательно соединенные сглаживающий дроссель и защитный узел подключен к одному из выходных выводов стабилизатора ij .

Недостатком стабилизатора  вл ютс  значительные потери энергии, обусловленные потер ми энергии в последовательно соединенном с силовым выводом регулирующего элемеИта и сглаживающим дросселем защитном узле.

Наиболе.е близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  способ защиты от перегрузок и коротких замыканий стабилизированного источника питани  на основе ключевого элемента и выходного LCD -фильтра, в котором защиту осуществл ют за-сче ограничени  длительностн импульсов управлени  ключевым элементом посредством установлени  момента его выключени  в зависимости от параметра выходного напр жени  2.

Недостатками способа  вл ютс  большие потери энергии и невысока  н дежность устройства из-за больших импульсных токов 4eipe3 ключевой элемент при перегрузках или коротком замыкании, а также вследствие зна-. чительной потребл емой стабилизатором мощности при коротком замьжании. Недостатки обусловлены тем, что вы вление сигнала, пропорционального току нагрузки, осуществл етс  по временным параметрам импульсов управлени , в частности по их ширине. При этом вы вл етс  не абсолютное значение тока нагрузки, а только его дифференциальна  составл юща . Поэтому импульсшле токи через регул тор при перегрузке или коротком замыкании могут достигать значительной величи ны . Возрастание инвтульсиь1х Токов и увеличение падени  напр жени  на стабилизаторе при коротком замыкании привод т к значительным потер м энергии при перегрузке или коротком за алсании , а также снижают надежность работы стабилизированного источника.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  стабилизированный источник питани  с защитой от перегрузок и коротких замыканий, содержащий последовательно включенный ключевой элемент и выходной ЬСП -фильтр, блок управлени , входом подключенный к выходу фильтра, селектор импульсов, 3n состо щий из схемы совпадени  и врем задающей цепи 2. Недостатками известного устройства  вл ютс  большие потери энергии и невысока  надежность работы из-за больших импульсных токов через силовой ключ при перегрузках или коротко замыкании, а также вследствие значительной потребл емой стабилизаторо мощности при коротком замыкании. Недостатки обусловлены тем, что отключаетс  стабилизированный источник от питающей сети по сигналу с выхода се лектора, выдел ющего разность между импульсами управлени  и импульсами, определ емыми врем задающей цепью. Поскольку ток, протека  через дроссель 1 С D -фильтра, зависит не только от времени коммутации силового ключа,.но и от тока в момент начала коммутации, импульсные токи через ключевой элемент при перегрузке или коротком замьжании могут достигать значительной величины. Возрастание импульсных токов и увеличение падени  напр жени  на стабилизированном источнике при коротком замыкании привод т к увеличению потребл емой мощности. Цель изобретени  - снижение потер энергии и повышение надежности стабилизированного источника питани . Поставленна  цель достигаетс  тем что согласно способу защиты от перегрузок и коротких замыканий стабилизированного источника питани  на основе ключевого элемента и выходного LCD фильтра, в котором защиту осуществл ют за счет ограничени  длительности импульсов управлени  ключе вым элементом посредством установлени  момента его выключени  в зависимости от параметра выходного напр же ни , подачу импульсов на включение ключевого элемента осуществл ют при достижении тока в дросселе LCD-фильт ра нулевого значени , измер ют напр жение на дросселе LCD-фильтра, ко торое и используют в качестве указанного параметра выходного напр жени  . В стабилизированном источнике питани  с защитой от перегрузок и коротких замыканий, содержащем последо вательно включенные ключевой элемент и выходнойL СО-фильтр, блок управлени , входом подключенный к выходу .фильтра, селектор импульсов, состо 64 щий из схемы совпадени  и врем задающей цепи, первый вход схемы совпадени  подключен к диоду LCD-фильтра, второй ее вход.- к выходу блока управЛенин ,входы врем задающей цепи подключены к дросселю LCD-фильтра, а ее выход подключен к третьему входу схемы совпадени , выход которой подключен к входу ключевого элемента. При этом максимальна  длительность импульсов ключевого элемента определ етс  напр жением на дросселе и, так как ток в индуктивном элементе начинает нарастать от нулевого значени , это приводит к ограничению импульсных токов через регул тор и, соответственно , потребл емой при коротком замыканий мощности. Поскольку резистивный датчик тока дл  непосредственного иэмерени  тока нагрузки в устройстве отсутствует, а импульсные токи через ключевой элемент ограничены, потери энергии в стабилизированном источнике посто нного напр жени  уменьшаютс  с повышением надежности его работы. На фиг.1 приведена структурна  схема стабилизированного источника с защитой от перегрузок и короткого замыкани  i на фиг.2 - диаграммы напр жений и токов в характерных точках стабилизированного источника. Одновременный способ защиты от перегрузок и короткого замыкани  стабилизированного источника посто нного напр жени , в котором стабилизацию напр жени  осуществл ют воздействием на регул тор импульсами управлени , формируемыми в функции величины выходного напр жени , например, путем их широтно-импульсной модул ции, закш )чаетс  в следующем. При перегрузке или коротком замыкании длительность импульсов управлени  начинает увеличиватьс , поэтому дл  ограничени  импульсов тока через регул тор ограничивают длительность очередного импульса управлени . После этого, при нулевом токе в дросселе фильтра, включают ключевой элемент. Дл  определени  нулевого значени  тока в дросселе измер ют напр жение на диоде 1,С1)-фильтра. Поскольку- .при увеличении напр жени  на дросселе скорость нарастани  тока в нём Также увеличиваетс , ограничение длительности импульсов управлени  осуществл ют обратно-пропорционально напр жению на дросселе, дл  чего измер ют напр жение на нем, и . по значению этого напр жени  измен ют длительность импульса ограничени . Стабилизированный источник посто-  нного напр жени  (фигЛ) содержит блок I регулировани , состо щий из - 5 последовательно соединенных ключевого элемента 2 и UCO -фильтра-диода 3., ;дроссел  4, конденсатора 5. Селектор 6 импульсов содержит схему 7 совпадени  и врем задающую цепь, например 0 управл емый одновибратор 8. Один вход схемы 7 совпадени  соединен с диодом 3 LCD -фильтра, например с его катодом Второй вход схемы,7 совпадени  подключен к выходу блока 9 5 упражнени . Входы врем з дающей цепи 8соединены с выводами дроссел  4, а выход врем з дакицей цепи соединен с третьим входом элемента 7 совпаде-, ни . Выход схемы совпадени  подклю- 20 чен к ключевому элементу 2. Стабилизированный источник работает следующим образом. В режиме номинальной нагрузки им- 2 пульсы управлени  Uu с выхода блока 9управлени  определ ют длительность импульсов на выходе схемы 7 совпадени  Ug., и, следовательно, длительность открытого состо ни  I ключевого эле- ЗО мента 2. Длительность импульсов ограничени  на выходе врем задающей цепи в режиме номинальной нагрузки больше длительности импульсов на выходе блока 9 управлени  и не оказывает вли ни  на работу устройства. Параметры дроссел  4 и конденсатора 5 выбираютс  таким образом, чтобы ток через дроссель i прекращалс  до прихода очередного импульса управлени  Uu . в этом случае напр жение на входе LCD -фильтра Unj в момент прихода импульса управлени  имеет высокий уровень, что вызьюает открывание ключевого элемента 2. В режиме перегрузки или коротко- го замыкани  на выходе блока 9 управ леНи  находитс  посто нный высокий логический уровень. В этом случае длительность открытого состо ни  ключевого элемента 2 будет определ тьс  длительностью импульсов ограничени  (jg|.p врем задающей цепи 8, а длительность закрытого состо ни  временем спада тока i ц через дроссель 4 до нулевого значени . Максимальна  величина тока черезй в этом случае равна . где про где ност П полу т.е рез ключ или и оп Р коро мент дe S гдеЦ 45 П 5Q жени пЬлу tofp - длительность импульсов ограничени  врем задающей цепи; U(« - напр жение на дросселе; U - индуктивность индуктивного элемента. . Врем  ограничени  iorp обратно порционально напр жению Уц огр U k - коэффициент пропорциональн . одставл   выражение (2) в (l) , чаем eT- COn9ij . максимальное значение тока че- дроссель, а следовательно,и ток евого элемента при перегрузке коротком замыкании ограничен редел етс  выражением (З). ассеиваема  при перегрузке или , тком замыкании wa ключевом элее мощность Р, гу .Ч|пах„ W r U«it ог,р аакр j - падение напр жени  на ключевом элементе; aicp- врем  закрытого состо ни  силового ключа, равное АЧ„а,М , в,,- выходное напр жение стаби- ; лизированного источника посто нного напр жени ;Цд - напр жение на диоде ЗЦСОфильтра .. . одставл   выражение (4) в выра  (2), f(3) и (5) и учитыва ,что ,,,, чаем Р .Л... ) 2ь(е-и,д.

7n

Из этого видно, что при уменьшении выходного напр жени  при перегрузке или коротком замыкании уменьшаетс  также и рассеиваема  мощность на ключевом элементе. Поскольку мощность на диоде остаетс  примерно посто нной вследствие посто нства среднего тока через него , суммарные потери энергии при перегрузке или коротком а&1ллка ш1 уменьщаютс .

176168

- Уменьшение потерь энергии в стабилизированном источнике питани  с защитой от,перегрузок и короткого замыкани  повьш1ает надежность его

5 работы, позвол ет использовать способ и устройство дл  питани  переносных передак цих малогабаритных телевизионных камер, в которых, вслествие их автомоощости, особые тр.е10 бовани  предъ вл ютс  к КПД и надежности источника питани .

ЕЛ

Фиг,2

Claims (2)

1. Способ защиты от перегрузок и коротких замыканий стабилизированного источника питания на основе ключевого элемента и выходного LCD - . фильтра, в котором защиту осуществля-’ ют за счет ограничения длительности ¹ импульсов управления ключевым элементом посредством установления момента его выключения в зависимости от параметра выходного напряжения, отличаю щ и й с я тем, что, с целью снижения потерь энергии и повышения надежности, подачу импульсов на включение ключевого элемента осуществляют при достижении тока в дросселе LCD фильтра нулевого значения, измеряют напряжение на дросселе LCD -фильтра, которое и используют в качестве указанного параметра выходного напряже ния. -.

ч

СО о

.1117616

2. Стабилизированный источник питания с защитой от перегрузок и коротких замыканий, содержащий последовательно включенные ключевой элемент и выходной LCD-фильтр, блок управления, входом подключенный к выходу фильтра, селектор импульсов, состоящий из схемы совпадения и времязадающей деци, отличающийс я тем, что, с целью снижения по терь энергии и повышения надежности, первый вход схемы совпадения подключен к диоду LCD-фильтра, второй ее вход - к выходу блока управления, входы времязадающей цепи подключены к дросселю LCD -фильтра, а ее выход подключен к третьему входу схемы совпадения , выход которой подключен к входу ключевого элемента.