Импульсный преобразователь напряжения

Полезная модель относится к технике вторичных источников питания. Задачей полезной модели является обеспечение защиты от переполюсовки, возможность оперативного отключения аккумулятора с целью недопущения непроизводительного расходования его заряда. Импульсный преобразователь напряжения содержит силовой трансформатор, подключенный первым выводом первичной обмотки к входной шине U_перв устройства, включенные последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора первый электронный ключ и первый датчик контроля тока, выпрямитель, подключенный входом к выводам вторичной обмотки силового трансформатора, аттенюатор, подключенный входом к выходу выпрямителя, широтно-импульсный модулятор, подключенный выходом к управляющему входу электронного ключа, компаратор, подключенный выходом к первому входу модулятора, генератор пилообразных импульсов, подключенный выходом ко вторым входам модулятора и компаратора, пороговое устройство, подключенное входом к выходу первого датчика тока, а выходом подключенное к третьему входу модулятора, усилитель сигнала ошибки, подключенный выходом к первому входу компаратора, и схему сервисного питания, подключенную соответствующими входами к шинам U_перв и U_втор устройства, а выходом подключенную к шине питания компонентов устройства U_серв, второй датчик контроля тока, подключенный соответствующими входами к выходу выпрямителя и выходной шине U_втор, второе пороговое устройство, подключенное входом к выходу второго датчика тока, аттенюатора и второго порогового устройства, а выходом подключенный к выходу усилителя сигнала ошибки, также в него введены индикатор переполюсовки, подключенный к шине U_перв, второй электронный ключ на полевом транзисторе, входом и выходом подключенный соответственно к шине U_перв и входу силового трансформатора, третий электронный ключ на полевом транзисторе, подключенный первым управляющим входом к входу силового трансформатора и подключенный первым выходом к управляющему входу второго электронного ключа на полевом транзисторе, первая и вторая кнопки с нормально разомкнутыми контактами, подключенные соответствующими выводами к второму выходу и второму и третьему управляющим входам третьего электронного ключа на полевом транзисторе, причем обе кнопки могут располагаться на вынесенной панели управления.

Полезная модель относится к технике вторичных источников питания.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является импульсный преобразователь [1], используемый в качестве эффективного вторичного источника питания усилителей мощности класса Е, схема которого приведена на фиг.1.

Импульсный преобразователь напряжения содержит силовой трансформатор, подключенный первым выводом первичной обмотки к входной шине U_перв устройства, включенные последовательно с первичной обмоткой трансформатора электронный ключ и первый датчик контроля тока, выпрямитель, подключенный входом к вторичной обмотке трансформатора, аттенюатор, подключенный входом к выходу выпрямителя, широтно-импульсный модулятор, подключенный выходом к управляющему входу ключа, компаратор, подключенный выходом к первому входу модулятора, генератор пилообразных импульсов, подключенный выходом ко вторым входам модулятора и компаратора, пороговое устройство, подключенное входом к выходу первого датчика тока, а выходом подключенное к третьему входу модулятора, усилитель сигнала ошибки, подключенный выходом к первому входу компаратора, и схему сервисного питания, подключенную соответствующими входами к шинам U_перв и U_втор устройства, а выходом подключенную к шине питания компонентов устройства U_серв второй датчик контроля тока, подключенный соответствующими входами к выходу выпрямителя и выходной шине U_втор, второе пороговое устройство, подключенное входом к выходу второго датчика тока, сумматор, подключенный соответствующими входами к выходам второго датчика тока, аттенюатора и второго порогового устройства, а выходом подключенный к входу усилителя сигнала ошибки.

Во многих случаях источником первичного напряжения является аккумулятор, применение которого обуславливает следующие дополнительные требования, не реализованные в описанном выше преобразователе:

- в преобразователе должна обеспечиваться защита от возможной переполюсовки первичного напряжения при заменах аккумулятора;

- должна обеспечиваться возможность оперативного отключения аккумулятора с целью недопущения непроизводительного расходования его заряда и подключения аккумулятора по мере надобности;

- оперативное подключение/отключение аккумулятора должно осуществляться с помощью слаботочных элементов, устанавливаемых или на самом преобразователе или на вынесенном пульте, общем для группы аппаратуры.

Задачей полезной модели является реализация в преобразователе перечисленных выше требований.

Поставленная задача достигается тем, что в импульсный преобразователь напряжения, содержащий силовой трансформатор, подключенный первым выводом первичной обмотки к входной шине U_перв устройства, включенные последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора первый электронный ключ и первый датчик контроля тока, выпрямитель, подключенный входом к выводам вторичной обмотки силового трансформатора, аттенюатор, подключенный входом к выходу выпрямителя, широтно-импульсный модулятор, подключенный выходом к управляющему входу электронного ключа, компаратор, подключенный выходом к первому входу модулятора, генератор пилообразных импульсов, подключенный выходом ко вторым входам модулятора и компаратора, пороговое устройство, подключенное входом к выходу первого датчика тока, а выходом подключенное к третьему входу модулятора, усилитель сигнала ошибки, подключенный выходом к первому входу компаратора, и схему сервисного питания, подключенную соответствующими входами к шинам U_перв и U_втор устройства, а выходом подключенную к шине питания компонентов устройства U_серв, второй датчик контроля тока, подключенный соответствующими входами к выходу выпрямителя и выходной шине U_втор, второе пороговое устройство, подключенное входом к выходу второго датчика тока, аттенюатора и второго порогового устройства, а выходом подключенный к входу усилителя сигнала ошибки введены индикатор переполюсовки, подключенный к шине U_перв, второй электронный ключ на полевом транзисторе, входом и выходом подключенный соответственно к шине U_перв и входу силового трансформатора, третий электронный ключ на полевом транзисторе, подключенный первым управляющим входом к входу силового трансформатора и подключенный первым выходом к управляющему входу второго электронного ключа на полевом транзисторе, первая и вторая кнопки с нормально разомкнутыми контактами, подключенные соответствующими выводами к второму выходу и второму и третьему управляющим входам третьего электронного ключа на полевом транзисторе, причем обе кнопки могут располагаться на вынесенной панели управления.

На фиг.1 представлено устройство-прототип, содержащее силовой трансформатор 2, подключенный первым выводом первичной обмотки к входной шине U_перв устройства, включенные последовательно с первичной обмоткой трансформатора 2 электронный ключ 3 и первый датчик контроля тока 8, выпрямитель 7, подключенный входом к вторичной обмотке трансформатора 2, аттенюатор 12, подключенный входом к выходу выпрямителя 7, широтно-импульсный модулятор 4, подключенный выходом к управляющему входу ключа 3, компаратор 5, подключенный выходом к первому входу модулятора 4, генератор пилообразных импульсов 1, подключенный выходом ко вторым входам модулятора 4 и компаратора 5, пороговое устройство 9, подключенное входом к выходу первого датчика тока 8, а выходом подключенное к третьему входу модулятора 4, усилитель сигнала ошибки 10, подключенный выходом к первому входу компаратора 5, и схему сервисного питания 6, подключенную соответствующими входами к шинам U_перв и U_втор устройства, а выходом подключенную к шине питания компонентов устройства U_серв, второй датчик контроля тока 11, подключенный соответствующими входами к выходу выпрямителя 7 и выходной шине U_втор, второе пороговое устройство 14, подключенное входом к выходу второго датчика тока 11, сумматор 13, подключенный соответствующими входами к выходам второго датчика тока 11, аттенюатора 12 и второго порогового устройства 14, а выходом подключенный к входу усилителя сигнала ошибки 10.

На фиг.2 представлено предлагаемое устройство, содержащее силовой трансформатор 2, подключенный первым выводом первичной обмотки к входной шине U_перв устройства, включенные последовательно с первичной обмоткой трансформатора 2, первый электронный ключ 3 и первый датчик контроля тока 8, выпрямитель 7, подключенный входом к вторичной обмотке трансформатора 2, аттенюатор 12, подключенный входом к выходу выпрямителя 7, широтно-импульсный модулятор 4, подключенный выходом к управляющему входу ключа 3, компаратор 5, подключенный выходом к первому входу модулятора 4, генератор пилообразных импульсов 1, подключенный выходом ко вторым входам модулятора 4 и компаратора 5, пороговое устройство 9, подключенное входом к выходу первого датчика тока 8, а выходом подключенное к третьему входу модулятора 4, усилитель сигнала ошибки 10, подключенный выходом к первому входу компаратора 5, и схему сервисного питания 6, подключенную соответствующими входами к шинам U_перв и U_втор устройства, а выходом подключенную к шине питания компонентов устройства U_серв , второй датчик контроля тока 11, подключенный соответствующими входами к выходу выпрямителя 7 и выходной шине U_втор , второе пороговое устройство 14, подключенное входом к выходу второго датчика тока 11, сумматор 13, подключенный соответствующими входами к выходам второго датчика тока 11, аттенюатора 12 и второго порогового устройства 14, а выходом подключенный к входу усилителя сигнала ошибки 10, индикатор переполюсовки 15, подключенный к шине U_перв, второй электронный ключ на полевом транзисторе 16, входом и выходом подключенный соответственно к шине U _перв и входу силового трансформатора 2, третий электронный ключ на полевом транзисторе 17, подключенный первым управляющим входом к входу силового трансформатора 2 и подключенный первым выходом к управляющему входу второго электронного ключа на полевом транзисторе 16, первая 18 и вторая 19 мембранные кнопки, подключенные соответствующими выводами к второму выходу и второму и третьему управляющим входам второго электронного ключа на полевом транзисторе 17, причем обе кнопки могут располагаться на вынесенной панели управления.

Предлагаемое техническое решение соответствует критерию «новизна», т.к. отличается от прототипа наличием новых функциональных элементов и новых связей между элементами.

Преобразователь работает при открытом электронном ключе 16 и подаче на шину U_перв первичного напряжения установленной полярности, когда индикатор переполюсовки выключен. Ключ 16 открывается сигналом открытого ключа 17, который открывается нажатием кнопки 18 (кнопка включения преобразователя) и удерживается в открытом состоянии напряжением, поступающим на его первый управляющий вход с выхода ключа 16. С появлением напряжения на выходе ключа 16 начинает работать генератор пилообразных импульсов 1. С началом очередного импульса сигналом модулятора 4 открывается электронный ключ 3 на время, пока уровень напряжения в пилообразном импульсе не сравняется с уровнем выходного сигнала усилителя сигнала ошибки 10, что фиксируется компаратором 5, по сигналу которого модулятор 4 закрывает электронный ключ 3. Периодическое открывание электронного ключа 3 вызывает в первичной обмотке силового трансформатора 2, который наводит во вторичной обмотке переменное напряжение.

После выпрямителя 7 получается постоянное напряжение U_втор с уровнем, пропорциональным уровню входного напряжения U_перв, отношению числа витков во вторичной и первичной обмотках трансформатора 2 и длительности интервалов, в течение которых открыт электронный ключ 3.

Длительность этих интервалов и, следовательно, выходное напряжение U_втор устанавливаются такими, что при изменениях входного напряжения U_перв и нагрузки оставалась бы постоянной снимаемая с выхода сумматора 13 сумма выходных сигналов второго датчика тока 11 и аттенюатора 12 с точностью некоторой ошибки, действующей на вход усилителя 10.

При холостом ходе для предотвращения появления предельно высоких уровней выходного напряжения U _втор, опасных для подключаемой аппаратуры, отсутствие сигнала второго датчика тока 11 компенсируется сигналом сработавшего при этом второго порогового устройства 14.

Нажатие кнопки 19 приводит к запиранию ключа 17, и, следовательно, ключа 16, т.е. к выключению преобразователя.

При переполюсовке первичного напряжения включается индикатор переполюсовки 15, а ключи 16 и 17 из-за смены полярности напряжения на управляющих электродах полевых транзисторов постоянно заперты, в том числе и при нажатиях кнопок 18 и 19, вследствие чего на последующие элементы схемы преобразователя воздействует безопасный уровень напряжения.

Кнопки 18 и 19 осуществляют коммутации в высокоомных цепях управления полевых транзисторов и их контакты работают с малыми токами. Эти кнопки могут располагаться как на самом преобразователе, так и на вынесенном пульте управления.

Таким образом, в предлагаемом преобразователе обеспечиваются защита схемы преобразователя от повреждений при переполюсовке U_перв, оперативное подключение/отключение аккумулятора и малые токи коммутации в кнопках управления, располагаемых на самом преобразователе или на вынесенном пульте управления.

Источники информации

1. Патент на полезную модель 78992 «Импульсный преобразователь напряжения».

Импульсный преобразователь напряжения, содержащий силовой трансформатор, подключенный первым выводом первичной обмотки к входной шине U_перв устройства, включенные последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора первый электронный ключ и первый датчик контроля тока, выпрямитель, подключенный входом к выводам вторичной обмотки силового трансформатора, аттенюатор, подключенный входом к выходу выпрямителя, широтно-импульсный модулятор, подключенный выходом к управляющему входу электронного ключа, компаратор, подключенный выходом к первому входу модулятора, генератор пилообразных импульсов, подключенный выходом к вторым входам модулятора и компаратора, пороговое устройство, подключенное входом к выходу первого датчика тока, а выходом подключенное к третьему входу модулятора, усилитель сигнала ошибки, подключенный выходом к первому входу компаратора, и схему сервисного питания, подключенную соответствующими входами к шинам U_перв и U_втор устройства, а выходом подключенную к шине питания компонентов устройства U_серв, второй датчик контроля тока, подключенный соответствующими входами к выходу выпрямителя и выходной шине U_втор, второе пороговое устройство, подключенное входом к выходу второго датчика тока, аттенюатора и второго порогового устройства, а выходом подключенный к входу усилителя сигнала ошибки, отличающийся тем, что в него введены индикатор переполюсовки, подключенный к шине U_перв , второй электронный ключ на полевом транзисторе, входом и выходом подключенный соответственно к шине U_перв и входу силового трансформатора, третий электронный ключ на полевом транзисторе, подключенный первым управляющим входом к входу силового трансформатора и подключенный первым выходом к управляющему входу второго электронного ключа на полевом транзисторе, первая и вторая кнопки с нормально разомкнутыми контактами, подключенные соответствующими выводами к второму выходу и второму и третьему управляющим входам третьего электронного ключа на полевом транзисторе, причем обе кнопки могут располагаться на вынесенной панели управления.