Источник вторичного электропитания
Полезная модель относится к электротехнике, а именно к преобразователям переменного напряжения в постоянное и может быть использована в качестве источника вторичного электропитания для электронных приборов, в процессе эксплуатации которых необходимо подключать нагрузки, падения напряжения на которых при заданном токе находятся в достаточно широких пределах. Источник вторичного электропитания обеспечивает снижение величины мощности, которую необходимо погасить на балласте при переходе от нагрузки с большим падением напряжения к нагрузке с меньшим падением напряжения и, таким образом, обеспечивает повышение его энергетической эффективности.. Источник вторичного электропитания содержит диодный мост, входные выводы которого через первый конденсатор и резистор или без него соединены с сетью переменного напряжения, ключ, диод, второй конденсатор, управляемое устройство обратной связи. С положительным выходным выводом диодного моста соединены первый силовой вывод ключа и анод диода. С отрицательным выходным выводом диодного моста соединены второй силовой вывод ключа и второй вывод второго конденсатора. Первый вывод второго конденсатора соединен с катодом диода. Вход управляемого устройства обратной связи подключен к первому выводу второго конденсатора, а выход указанного устройства подсоединен к управляющему выводу ключа. Нагрузка со стабилизатором тока и коммутатором нагрузки подключается к первому и второму выводам второго конденсатора. Управляющий вывод управляемого устройства обратной связи подключается к коммутатору нагрузки.
Полезная модель относится к электротехнике, а именно к преобразователям переменного напряжения в постоянное и может быть использована в качестве источника вторичного электропитания для электронных приборов, в процессе эксплуатации которых необходимо подключать нагрузки, падения напряжения на которых при заданном токе находятся в достаточно широких пределах.
Известен источник вторичного электропитания, содержащий диодный мост, входные выводы которого через входной конденсатор соединены с сетью переменного напряжения, ключ, выполненный на основе тиристора, первый вывод (катод тиристора) которого подключен к отрицательному, а второй (анод тиристора) - к положительному выходным выводам диодного моста, фильтрующий конденсатор, первый вывод которого через диод подсоединен к положительному, второй - к отрицательному выходным выводам диодного моста, и эти выводы указанного конденсатора предназначены для подключения нагрузки, устройство обратной связи, выполненное на стабилитроне, вход которого (анод стабилитрона) подключен к первому выводу фильтрующего конденсатора, а выход (катод стабилитрона) - к управляющему выводу ключа. /Сергеев Б.С. Предельные возможности применения конденсаторных источников вторичного электропитания. - Электросвязь. - 1996, №2, с.38/.
Недостатком такого источника питания является сравнительно низкая энергетическая эффективность в случае, когда в процессе эксплуатации необходимо подключать нагрузки, падения напряжения на которых при заданном токе находятся в достаточно широких пределах. Это обусловлено тем, что устройство обратной связи отслеживает и поддерживает на фильтрующем конденсаторе только одно заданное напряжение, которое рассчитано на нагрузку с максимальным падением напряжения, и при подключении нагрузки с малым падением напряжения разность между напряжениями на фильтрующем конденсаторе и нагрузке необходимо гасить на балласте.
Технический результат, на достижение которого направлено заявленное решение, состоит в снижении величины мощности, которую необходимо погасить на балласте при переходе от нагрузки с большим падением напряжения к нагрузке с меньшим падением напряжения, и, таким образом, в повышении энергетической эффективности источника вторичного электропитания.
Технический результат достигается тем, что в источник вторичного электропитания, содержащий диодный мост, входные выводы которого через первый конденсатор и резистор или без него соединены с сетью переменного напряжения, диод, анод которого соединен с положительным выходным выводом диодного моста, второй конденсатор, первый вывод которого соединен с катодом диода, а второй - с отрицательным выходным выводом диодного
моста, при этом первый и второй выводы второго конденсатора предназначены для подключения нагрузки со стабилизатором тока и коммутатором нагрузки, ключ, первый силовой вывод которого соединен с положительным, а второй силовой вывод - с отрицательным выходными выводами диодного моста, введено управляемое устройство обратной связи, вход которого соединен с первым выводом второго конденсатора, выход - с управляющим выводом ключа, а управляющий вывод (выводы) подключен (подключены) к коммутатору нагрузки таким образом, что при подключении выбранной нагрузки в управляемом устройстве обратной связи задается соответствующий этой нагрузке уровень напряжения, поддерживаемый на втором конденсаторе.
Кроме того, в предложенном источнике вторичного электропитания в качестве вариантов исполнения ключ выполнен на основе транзисторного аналога тиристора, а управляемое устройство обратной связи для случая питания нагрузок, разделенных на две группы по величине падения напряжения на них при заданном токе, состоит из двух стабилитронов, двух транзисторов n-p-n типа, резистора, при этом катод первого стабилитрона соединен с анодом второго стабилитрона, а катод второго и анод первого стабилитронов являются соответственно входом и выходом указанного устройства, коллектор и эмиттер первого транзистора соединен соответственно с катодом и анодом первого (или второго) стабилитрона, база первого транзистора и коллектор второго транзистора соединены между собой и через резистор подсоединены к катоду второго стабилитрона, эмиттер второго транзистора соединен с отрицательным выходным выводом диодного моста, а базовый вывод второго транзистора служит управляющим выводом указанного устройства.
Далее полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена структурная электрическая схема предлагаемого источника вторичного электропитания.
На фиг.2 приведена электрическая схема одного из возможных практических вариантов исполнения источника вторичного электропитания для случая питания нагрузок, разделенных на две группы по величине падения напряжения на них при заданном токе.
Источник вторичного электропитания (фиг.1) содержит диодный мост 1, входные выводы которого через первый конденсатор 2 и резистор 3 подключены к сети переменного напряжения 4, ключ 5, диод 6, второй конденсатор 7, управляемое устройство обратной связи 8. К положительному выходному выводу диодного моста 1 подсоединены первый силовой вывод ключа 5 и анод диода 6. К отрицательному выходному выводу диодного моста 1 подсоединены второй силовой вывод ключа 5 и второй вывод второго конденсатора 7. Первый вывод второго конденсатора 7 соединен с катодом диода 6. Вход управляемого устройства обратной связи 8 подключен к первому выводу второго конденсатора 7, а выход указанного
устройства подсоединен к управляющему выводу ключа 5. Нагрузка 9 со стабилизатором тока и коммутатором нагрузки подключается к первому и второму выводам второго конденсатора 7. Управляющий вывод управляемого устройства обратной связи 8 подключен к коммутатору нагрузки 9.
Источник вторичного электропитания работает следующим образом. Пусть к конденсатору 7 подключена нагрузка 9 с падением напряжения u h1 (максимальное значение из всего набора нагрузок), при этом в управляемом устройстве обратной связи 8 устанавливается уровень напряжения UC1, который поддерживается на конденсаторе 7. При подаче напряжения от сети 4 конденсатор 7 начнет заряжаться током, величина которого определяется реактивным сопротивлением конденсатора 2 и активным сопротивлением резистора 3. При достижении на конденсаторе 7 напряжения примерно равного UC1 срабатывает управляемое устройство обратной связи 8, через управляющий вход ключа 5 потечет ток и ключ 5 откроется. Сопротивление ключа 5 упадет и тем самым зашунтирует конденсатор 7 и его заряд прекратится. По мере перетекания энергии конденсатора 7 в нагрузку 9 (диод 6 препятствует разряду конденсатора 7 через ключ 5) напряжение на конденсаторе 7 снижается, и когда оно станет меньше порога срабатывания устройства обратной связи 8, ключ 5 закроется, и начнется новый цикл зарядки конденсатора 7. В этом случае на балласте стабилизатора тока гасится мощность (UC1-UH1)Iн, где Iн - заданный ток в нагрузке. При соответствующем подборе величины емкости конденсатора 2 потребляемая источником вторичного электропитания мощность в период, когда ключ 5 открыт, будет значительно меньше, чем в период, когда ключ 5 закрыт. Пусть далее в процессе работы источника вторичного электропитания к конденсатору 7 подключена нагрузка 9 с падением напряжения UH2(U H2<UH1), при этом в управляемом устройстве обратной связи 8 устанавливается уровень напряжения UC2(UC2<U C1), который поддерживается на конденсаторе 7 путем его заряда и разряда по вышеописанной схеме, причем в цикле "заряд-разряд" время, в течение которого ключ 5 будет открыт, увеличится. В этом случае, во первых, при соответствующем подборе величины UC2 на балласте стабилизатора тока гасится мощность (UC2-UH2 )Iн (UC1-UH1)Iн. В известном источнике вторичного электропитания при прочих равных условиях необходимо гасить дополнительно мощность (U C1-UC2)Iн. Во вторых, выделяемая на ключе 5 в период его дополнительного открытого состояния мощность в среднем за цикл "заряд-разряд" меньше величины (U C1-UC2)Iн.
Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает снижение величины мощности, которую необходимо погасить на балласте при переходе от нагрузки с большим падением напряжения к нагрузке с меньшим падением напряжения, а значит, повышение энергетической эффективности источника вторичного электропитания.
В одном из возможных практических вариантов исполнения предлагаемого источника вторичного электропитания, когда указанный источник питает нагрузки с двумя уровнями падения напряжения при заданном токе (фиг.2), ключ 5 выполнен на транзисторах 10 и 11 и резисторах 12 и 13 (транзисторный аналог тиристора), управляемое устройство обратной связи 8 состоит из стабилитронов 14 и 15, соединенных последовательно, при этом катод стабилитрона 15 подключен к первому выводу конденсатора 2, а анод стабилитрона 14 подключен к базовому выводу транзистора 10, являющемуся управляющим выводом ключа 5, транзисторов 16 и 17, причем коллектор и эмиттер транзистора 16 соединены соответственно с катодом и анодом стабилитрона 14, база транзистора 16 и коллектор транзистора 17 соединены между собой и через резистор 18 подсоединены к катоду стабилитрона 15, эмиттер транзистора 17 соединен с отрицательным выходным выводом диодного моста 1, а базовый вывод транзистора 17 подсоединен к коммутатору нагрузки 9. При подключении нагрузки 9 с меньшим падением напряжения на базу транзистора 17 подается напряжение низкого уровня, в результате чего транзистор 17 закрыт, а транзистор 16 открыт и шунтирует стабилитрон 14. Таким образом, в управляемом устройстве обратной связи 8 задается уровень напряжения, примерно равный напряжению стабилизации стабилитрона 15, который поддерживается на конденсаторе 7. При подключении нагрузки 9 с большим падением напряжения на базу транзистора 17 подается напряжение высокого уровня, транзистор 17 открывается, транзистор 16 закрывается, а уровень напряжения, который при этом задается в управляемом устройстве обратной связи 8, становится примерно равным сумме напряжений стабилизации стабилитронов 14 и 15.
Работа предлагаемого источника вторичного электропитания была проверена на макете, собранном по схеме, приведенной на фиг.2, в котором в качестве нагрузки были использованы пять типов последовательно соединенных светодиодов (от красного до синего), которые подключались к указанному источнику как поочередно, так и все вместе. При поочередном подключении светодиодов на базу транзистора 17 подавалось напряжение низкого уровня, при подключении всех светодиодов - высокого уровня.
В макете были использованы компоненты: диодный мост 1 - диоды КД 209, конденсатор 2 - К73-17 емкостью 1 мкФ, конденсатор 7 - К50-35 емкостью 220 мкФ, транзисторы: 10 - КТ 502, 11, 16, 17 - КТ 503, стабилитроны 14, 15-Д814.
1. Источник вторичного электропитания, содержащий диодный мост, входные выводы которого через первый конденсатор и резистор или без него соединены с сетью переменного напряжения, диод, анод которого соединен с положительным выходным выводом диодного моста, второй конденсатор, первый вывод которого соединен с катодом диода, а второй - с отрицательным выходным выводом диодного моста, при этом первый и второй выводы второго конденсатора предназначены для подключения нагрузки со стабилизатором тока и коммутатором нагрузки, ключ, первый силовой вывод которого соединен с положительным, а второй силовой вывод - с отрицательным выходными выводами диодного моста, отличающийся тем, что в него введено управляемое устройство обратной связи, вход которого соединен с первым выводом второго конденсатора, выход - с управляющим выводом ключа, а управляющий вывод (выводы) подключен (подключены) к коммутатору нагрузки таким образом, что при подключении выбранной нагрузки в управляемом устройстве обратной связи задается соответствующий этой нагрузке уровень напряжения, поддерживаемый на втором конденсаторе.
2. Источник вторичного электропитания по п.1, отличающийся тем, что ключ выполнен на основе транзисторного аналога тиристора, при этом базовый вывод транзистора n-p-n типа является управляющим выводом указанного ключа.
3. Источник вторичного электропитания по п.1, отличающийся тем, что для случая питания нагрузок, разделенных на две группы по величине падения напряжения на них при заданном токе, управляемое устройство обратной связи состоит из двух стабилитронов, двух транзисторов n-p-n типа, резистора, при этом катод первого стабилитрона соединен с анодом второго стабилитрона, а катод второго и анод первого стабилитронов являются соответственно входом и выходом указанного устройства, коллектор и эмиттер первого транзистора соединен соответственно с катодом и анодом первого (или второго) стабилитрона, база первого транзистора и коллектор второго транзистора соединены между собой и через резистор подсоединены к катоду второго стабилитрона, эмиттер второго транзистора соединен с отрицательным выходным выводом диодного моста, а базовый вывод второго транзистора служит управляющим выводом указанного устройства.
