Устройство защиты блока питания

Устройство защиты блока питания относится к области измерительной техники и предназначено для использования в установках для поверки трехфазных и однофазных электронных и индукционных счетчиков электрической энергии, в частности, в источнике испытательных сигналов. Устройство содержит на входе резистор с отрицательным температурным коэффициентом, соединенный с выпрямителем напряжения, который соединен с ключом включения, соединенным с корректором коэффициента мощности, который соединен с выходным фильтром, подающим сигналы напряжения на нагрузку. Блок служебного питания, содержащий внутренний источник опорного напряжения, соединен с ключом включения и корректором коэффициента мощности. Внутренний источник опорного напряжения соединен с ключом включения, благодаря чему осуществляется управление ключом включения в момент, когда корректор готов к работе, и находится в режиме плавного пуска. Это позволило контролировать и управлять током заряда емкостей фильтра и исключить неконтролируемые броски пускового тока. Таким образом осуществляется двухступенчатая защита блока питания, как при пуске устройства, так и больших нагрузках, первая - за счет резистора и вторая - за счет задержки включения ключа включения с плавным пуском корректора, что обеспечивает корректный режим включения блока питания, при чем пусковой ток контролируется с момента включения и во всех режимах работы блока питания.

Заявляемая полезная модель относится к области измерительной техники и предназначена для использования в установках для поверки трехфазных и однофазных электронных и индукционных счетчиков электрической энергии, в частности, в источнике испытательных сигналов.

В настоящее время известны схемы блоков питания источников испытательных сигналов, используемые в установках для поверки и калибровки счетчиков электрической энергии, например, в установке для поверки счетчиков электрической энергии СУ201[1] и в устройстве по патенту на полезную модель [2]. Известные устройства предназначены для использования в установках для поверки трехфазных и однофазных счетчиков электрической энергии как электронных, так и индукционных.

В аналогах [1] и [2] блок питания выполнен по схеме корректора коэффициента мощности с преобразователем и как вариант без него.

Известные аналоги содержат: устройство служебного питания, выпрямитель напряжения силовой питающей сети, ключ включения, схему управления ключом, корректор коэффициента мощности, фильтр напряжения постоянного тока. В качестве элемента защиты используется резистор с отрицательным температурным коэффициентом, а также корректор коэффициента мощности, используемый в режиме плавного пуска.

Недостатком аналогов является то, что в момент включения силового питания происходит заряд фильтрующих емкостей (конденсаторов) импульсным током, который в этот момент не контролируется и не управляется. Защитный резистор, если он находится в нагретом состоянии, не защищает элементы от импульсного броска тока. Это может привести к пробою выпрямительных диодов, что снижает общую надежность испытательных средств.

Ближайшим аналогом-прототипом является источник испытательных сигналов с защитой блока питания в установке СУ201 [1]. Прототип содержит резистор с отрицательным температурным коэффициентом, выпрямитель напряжения силовой питающей сети, ключ включения, схему управления ключом, которая подает сигнал включения непосредственно при поступлении питающего напряжения с устройства служебного питания, содержащего внутри источник опорного напряжения, корректор коэффициента мощности, фильтр напряжения постоянного тока,

Недостаток схемы прототипа заключается в том, что схема управления ключом включения выдает сигнал включения непосредственно при поступлении питающего напряжения, при этом корректор коэффициента мощности в это время еще не готов к работе и не обеспечивает защиту от всплесков тока при больших нагрузках совместно с резистором с отрицательным температурным коэффициентом.

Целью заявляемой полезной модели является создание устройства защиты блока питания в источнике испытательных сигналов с двумя уровнями защиты: по уровню пускового тока силового питания с помощью резистора с отрицательным температурным коэффициентом и токовой защиты с помощью корректора коэффициента мощности. Это приведет к повышению надежности, как при пуске устройства, так и больших нагрузках.

Для реализации цели введена дополнительно связь ключа включения с внутренним источником опорного напряжения устройства служебного питания.

Общие признаки заявляемой полезной модели с прототипом:

наличие на входе резистора с отрицательным температурным коэффициентом, соединенного с выпрямителем напряжения, который соединен с ключом включения, соединенным с корректором коэффициента мощности, который, в свою очередь, соединен с выходным фильтром, подающим сигналы напряжения на нагрузку. Блок служебного питания, содержащий внутренний источник опорного напряжения, соединен с ключом включения и корректором коэффициента мощности.

Отличительные признаки заключаются в том, что дополнительно введена связь ключа включения с внутренним источником опорного напряжения устройства служебного питания, которая осуществляет управление ключом включения в момент, когда корректор готов к работе, и находится в режиме плавного пуска. Это позволило контролировать и управлять током заряда емкостей фильтра и исключить неконтролируемые броски пускового тока.

На фигуре изображена структурная схема заявляемого устройства.

На входе стоит резистор 1, последовательно соединенный с выпрямителем напряжения 2, ключом включения 3, корректором коэффициента мощности 4, выходным фильтром 5 и нагрузкой 6. Внутренний источник опорного напряжения 7 блока служебного питания 8 соединен с ключом включения 3, а блок служебного питания 8 соединен с ключом включения 3 и корректором коэффициента мощности 4.

Устройство работает следующим образом. Входное напряжение от внешней сети питания через резистор 1 подается на выпрямитель напряжения 2, выпрямленное напряжение подается на ключ включения 3, которое при включении ключа поступает на корректор коэффициента мощности 4, где после обработки нужный полезный сигнал (постоянный ток выпрямленного напряжения) подается на выходной фильтр 5 и нагрузку 6. Блок служебного питания 8 при включении выдает питающее напряжение на корректор коэффициента мощности 4 и ключ включения 3, который дополнительно управляется посредством связи с внутренним источником опорного напряжения 7 блока служебного питания 8, при этом осуществляется временная задержка для подготовки к работе корректора коэффициента мощности 4. Так осуществляется двухступенчатая защита блока питания, как при пуске устройства, так и больших нагрузках, первая - за счет резистора 1 и вторая - за счет задержки включения ключа включения 3 с плавным пуском корректора 4.

Таким образом, положительный эффект заключается в возникновении временной задержки при включении ключа, необходимой для подготовки (старта работы), и достигается за счет того, что введена новая связь ключа включения с блоком служебного питания по сигналу внутреннего источника опорного напряжения, что обеспечивает корректный режим включения блока питания, при этом пусковой ток контролируется с момента включения и во всех режимах работы блока питания.

Устройство промышленно применимо и может быть реализовано на следующих электронных компонентах: в качестве резистора 1 могут быть использованы терморезисторы B57364S0100M000 фирмы Epcos. В качестве выпрямителя напряжения 2 могут быть применены, например, диоды КД641ГС. Ключ включения 3 может быть реализован на транзисторах IRFPS37N50A фирмы International Rectifier. Корректор коэффициента мощности 4 может быть реализован на микросхеме типа L4981A фирмы ST Microelectronics. Выходной фильтр 5 может быть реализован на конденсаторах типа ЕНР-450 В-100 мкф±20% фирмы HITANO. Источник опорного напряжения 7 может использоваться от микросхемы типа L4981A. Блок служебного питания 8 может быть выполнен на микросхеме MC33363ADW фирмы ON Semiconductor.

Используемая информация:

1. Установка для поверки однофазных счетчиков электрической энергии ЭНЕРГОМЕРА СУ201. Руководство по эксплуатации. http://www.energomera.ru/documentations/su201_re.pdf.

2. Патент РФ на полезную модель 80245, пр. 01.09.2008, кл. МПК G01R 31/00.

Устройство защиты блока питания, содержащее на входе резистор с отрицательным температурным коэффициентом, соединенный с выпрямителем напряжения, который соединен с ключом включения, соединенным с корректором коэффициента мощности, который соединен с выходным фильтром, подающим сигналы напряжения на нагрузку, блок служебного питания, содержащий внутренний источник опорного напряжения, обеспечивает питанием ключ включения и корректор коэффициента мощности, отличающееся тем, что дополнительно введена связь ключа включения с внутренним источником опорного напряжения устройства служебного питания, осуществляющая управление ключом включения в момент, когда корректор готов к работе и находится в режиме плавного пуска.