Блок питания

Полезная модель относится к силовой электронике, в частности к источникам питания, и может быть использована для создания источников питания лазеров.

Задачей полезной модели является плавное установление тока через нагрузку при подаче напряжения на блок питания (включении блока питания).

Сущность полезной модели заключается в том, что блок питания лазера содержит устройство сравнения, первый и второй транзисторы, индуктивность, датчик тока, два постоянных и переменный резисторы и конденсатор, при этом первый выход устройства сравнения электрически связан с управляющим выводом первого транзистора, второй выход устройства сравнения электрически связан с управляющим выводом второго транзистора, первые силовые выводы первого и второго транзистора и первый вывод индуктивности электрически связаны между собой, вторые силовые выводы первого и второго транзистора предназначены для подачи постоянного напряжения, первый вход устройства сравнения электрически связан с выходом датчика тока, вход которого и второй вывод индуктивности предназначены для электрической связи с нагрузкой, первые выводы первого и второго постоянного резисторов и конденсатора электрически связаны между собой, второй вывод второго постоянного и первый вывод переменного резисторов электрически связаны между собой, вторые выводы первого постоянного и переменного резисторов и конденсатора предназначены для подачи постоянного напряжения, второй вход устройства сравнения электрически связан с третьим выводом переменного резистора.

1 илл.

Полезная модель относится к силовой электронике, в частности к источникам питания, и может быть использована для создания источников питания лазеров.

Известно зарядное устройство для аккумуляторов [1], содержащее устройство сравнения, первый и второй транзисторы, индуктивность, датчик тока, в качестве которого используется резистор. Первый выход устройства сравнения электрически связан с управляющим выводом первого транзистора, второй выход устройства сравнения электрически связан с управляющим выводом второго транзистора, а вход электрически связан с выходом датчика тока. Первые силовые выводы первого и второго транзисторов и первый вывод индуктивности электрически связаны между собой, вторые силовые выводы первого и второго транзисторов предназначены для подачи напряжения питания. Второй вывод индуктивности электрически связан с первым выводом датчика тока, второй вывод которого электрически связан с первым выводом заряжаемого аккумулятора, второй вывод которого электрически связан с земляной шиной.

В связи с тем, что датчик тока находится в электрической цепи между индуктивностью и заряжаемым аккумулятором, для подачи сигнала с датчика тока на вход устройства сравнения необходимо иметь два соединительных проводника, что не всегда удобно, например, в тех случаях, когда размеры имеют существенное значение.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является блок питания (далее - БП) [2], содержащий устройство сравнения, первый и второй транзисторы, индуктивность, датчик тока, в качестве которого используется резистор. Первый выход устройства сравнения электрически связан с управляющим выводом первого транзистора, второй выход устройства сравнения электрически связан с управляющим выводом второго транзистора, первые силовые выводы первого и второго транзисторов и первый вывод индуктивности электрически связаны между собой, вторые силовые выводы первого и второго транзисторов предназначены для подачи напряжения питания, при этом второй вывод индуктивности электрически связан с первым выводом нагрузки, второй вывод которой электрически связан с входом датчика тока, выход которого электрически связан с входом устройства сравнения.

В качестве датчика тока используется резистор, первый вывод которого электрически связан с вторым выводом нагрузки, второй вывод резистора электрически связан с земляной шиной.

В связи с тем, что резистор находится в электрической цепи между нагрузкой и земляной шиной, для подачи сигнала с этого резистора на вход устройства сравнения, необходим только один проводник.

Однако указанный БП [2] в момент включения питания создает скачкообразное увеличение тока через нагрузку, что может вызвать выход нагрузки из строя.

Задачей полезной модели является плавное установление тока через нагрузку при подаче напряжения на блок питания (включении блока питания).

Сущность полезной модели заключается в том, что блок питания, содержащий устройство сравнения, первый и второй транзисторы, индуктивность, датчик тока, при этом первый выход устройства сравнения электрически связан с управляющим выводом первого транзистора, второй выход устройства сравнения электрически связан с управляющим выводом второго транзистора, первые силовые выводы первого и второго транзистора и первый вывод индуктивности электрически связаны между собой, вторые силовые выводы первого и второго транзистора предназначены для подачи постоянного напряжения, первый вход устройства сравнения электрически связан с выходом датчика тока, вход которого и второй вывод индуктивности предназначены для электрической связи с нагрузкой, в отличие от прототипа, содержит два постоянных и переменный резисторы и конденсатор, при этом первые выводы первого и второго постоянного резисторов и конденсатора электрически связаны между собой, второй вывод второго постоянного и первый вывод переменного резисторов электрически связаны между собой, вторые выводы первого постоянного и переменного резисторов и конденсатора предназначены для подачи постоянного напряжения, второй вход устройства сравнения электрически связан с третьим выводом переменного резистора.

Возможно применение резистора в качестве датчика тока.

Введение первого постоянного резистора с наличием электрической связи между собой первых выводов первого и второго постоянного резисторов и конденсатора, а также назначение для подачи постоянного напряжения вторых выводов первого постоянного и переменного резисторов и конденсатора позволяет ограничить ток заряда конденсатора в момент подачи напряжения на БП, и соответственно, ограничить потребляемый ток БП в момент его включения и получить плавное установление напряжения на конденсаторе.

Введение второго постоянного резистора и переменного резистора и наличие электрической связи между собой второго вывода второго постоянного и первого вывода переменного резисторов позволяет создать резистивный делитель напряжения, наличие электрической связи второго входа устройства сравнения с третьим выводом переменного резистора позволяет подать напряжение с резистивного делителя напряжения на второй вход устройства сравнения, и таким образом использовать его в устройстве сравнения в качестве опорного сигнала сравнения для сигнала, поступающего на первый вход устройства сравнения с выхода датчика тока.

Наличие конденсатора, имеющего электрическую связь первого вывода с первыми выводами первого и второго постоянного резисторов, наличие электрической связи между собой второго вывода второго постоянного и первого вывода переменного резисторов, назначение для подачи постоянного напряжения вторых выводов первого постоянного и переменного резисторов и конденсатора, позволяет, из-за наличия определенной постоянной времени заряда конденсатора получить необходимое время установления напряжения на третьем выводе переменного резистора.

Так как напряжение, поступающее с третьего вывода переменного резистора на второй вход устройства сравнения, используется в устройстве сравнения в качестве опорного сигнала сравнения для сигнала, поступающего на первый вход устройства сравнения с выхода датчика тока, наличие определенной постоянной времени установления напряжения на третьем выводе переменного резистора приводит к возрастанию опорного сигнала сравнения с определенной постоянной времени вплоть до установившегося значения. Соответственно, при подаче напряжения на БП (включении БП) с такой же постоянной времени установления происходит плавное возрастание тока БП через нагрузку вплоть до установившегося значения.

Возможное применение резистора в качестве датчика тока позволяет упростить электрическую схему БП.

Полезная модель поясняется фигурой.

На фигуре представлена схема БП.

БП содержит устройство сравнения 1, первый 2 и второй 3 транзисторы, индуктивность 4, датчик тока 5, в качестве которого применен резистор 6, конденсатор 7, первый 8 и второй 9 постоянные резисторы и переменный резистор 10. Возможно и иное выполнение датчика тока 5, например, с использованием датчика Холла.

Устройство сравнения 1 выполнено на микросхемах IR2104SPBF, LM397MF и LMC7101AIM5 и предназначено для сравнения сигнала, поступающего на первый вход устройства сравнения, с опорным сигналом, поступающим на второй вход устройства сравнения, и выдачи сигналов управления, поступающих на управляющие выводы первого 2 и второго 3 транзисторов.

Первый 2 и второй 3 транзисторы типа IRF1104PBF используются в ключевом режиме.

В качестве индуктивности 4 использован дроссель с индуктивностью около 100 мкГн.

В качестве датчика тока 5 используется резистор 6 OAR1-R010FI, конденсатор 7 емкостью 0,47 мкФ использован типа 2222 780 15658. В качестве постоянных резисторов 8 и 9 использованы резисторы Р1-12-0,25-22 кОм±5% - М-А, в качестве переменного 10 - резистор 3362P-1-103LF (10 кОм).

Первый выход устройства сравнения 1 электрически связан с управляющим выводом первого транзистора 2, второй выход устройства сравнения 1 электрически связан с управляющим выводом второго транзистора 3.

Первый вход устройства сравнения 1 электрически связан с выходом датчика тока 5.

Первые силовые выводы первого 2 и второго 3 транзисторов и первый вывод индуктивности 4 электрически связаны между собой, а вторые силовые выводы первого 2 и второго 3 транзистора предназначены для подачи постоянного напряжения U.

Вход датчика тока 5 и второй вывод индуктивности 4 предназначены для электрической связи с нагрузкой 11, в качестве которой используется лазерный диод.

Первые выводы первого 8 и второго 9 постоянного резисторов и конденсатора 7 электрически связаны между собой, второй вывод второго 9 постоянного и первый вывод переменного 10 резисторов электрически связаны между собой, вторые выводы первого 8 постоянного и переменного 10 резисторов и конденсатора 7 предназначены для подачи постоянного напряжения U₀, второй вход устройства сравнения 1 электрически связан с третьим выводом переменного резистора 10.

БП работает следующим образом.

Рассмотрим вначале работу БП в установившемся режиме, когда напряжение на втором входе устройства сравнения 1 постоянно и определяется постоянным напряжением U₀ и резистивным делителем, составленным из первого 8 и второго 9 постоянного резисторов и переменного резистора 10.

Рассмотрим момент времени, когда поступающий с датчика тока 5 сигнал на первом входе устройства сравнения 1 меньше сигнала на втором входе устройства сравнения 1.

В этом случае устройство сравнения 1 с первого выхода выдает сигнал на открывание первого транзистора 2 на управляющий вывод первого транзистора 2 (второй транзистор 3 в это время закрыт, так как отсутствует сигнал на втором выходе устройства сравнения 1). Ток от источника питания возрастая течет через транзистор 2, индуктивность 4, нагрузку 11 и датчик тока 5. При достижении максимального порогового значения тока, определяемого постоянным сигналом со второго входа устройства сравнения 1, устройство сравнения 1 выдает сигнал на закрывание первого транзистора 2 на управляющий вывод первого транзистора 2 и одновременно сигнал на открывание второго транзистора 3 на управляющий вывод второго транзистора 3. Первый транзистор 2 закрывается, а второй транзистор 3 открывается. При закрывании первого транзистора 2 и открывании второго транзистора 3 индуктивность 4 поддерживает убывающий ток через нагрузку 11 и через второй транзистор 3. Ток, протекающий через датчик тока 5, уменьшается, и при достижении минимального порогового значения тока, также определяемого постоянным сигналом со второго входа устройства сравнения 1, устройство сравнения 1 подает сигнал на открывание первого транзистора 2 на управляющий вывод первого транзистора 2 и одновременно сигнал на закрывание второго транзистора 3 на управляющий вывод второго транзистора 3. Первый транзистор 2 (второй транзистор 3 в это время закрывается) открывается, и ток от источника питания течет возрастая через первый транзистор 2, индуктивность 4, нагрузку 11 и датчик тока 5. При достижении максимального порогового значения тока устройство сравнения 1 подает сигнал на закрывание первого транзистора 2 на управляющий вывод первого транзистора 2 и одновременно сигнал на открывание второго транзистора 3 на управляющий вывод второго транзистора 3.

Таким образом, в установившемся режиме ток, протекающий через нагрузку 11 и датчик тока 5, периодически с частотой около 20 кГц растет до максимального порогового значения (определяемого постоянным напряжением на втором входе устройства сравнения 1) и спадает до минимального порогового значения (также определяемого постоянным напряжением на втором входе устройства сравнения 1).

Теперь рассмотрим работу БП от момента включения до установления режима работы.

В момент включения БП напряжение на втором входе устройства сравнения 1 равно нулю, так как конденсатор 7, шунтирующий второй вход устройства сравнения 1, не заряжен. При подаче напряжения питания на БП происходит апериодический процесс заряда конденсатора 7 через постоянный резистор 8, соответственно, напряжение на переменном резисторе 10 увеличивается от нулевого значения до установившейся величины. Также увеличивается от нулевого значения до установившейся величины сигнал, поступающий с третьего вывода переменного резистора 10 на второй вход устройства сравнения 1. Так как величина напряжения на втором входе устройства сравнения 1 определяет максимальное и минимальное пороговые значения тока через нагрузку 11, происходит апериодический процесс увеличения максимального и минимального порогового значения тока через нагрузку 11 до установившихся значений. Соответственно, и ток через нагрузку 11 ведет себя подобным образом, плавно увеличиваясь от нуля до установившихся значений.

Таким образом, обеспечивается плавное установление тока БП через нагрузку при подаче напряжения на блок питания (включении блока питания).

Источники информации.

1 http://www.farnell.com/datasheets/77082.pdf.-Adjustable-output, switch-mode current source with synchronous rectifier. - Page 7, fig.2b.

2 http://www.farnell.com/datasheets/77082.pdf.-Adjustable-output, switch-mode current source with synchronous rectifier. - Page 7, fig.2a. - Прототип.

1. Блок питания, содержащий устройство сравнения, первый и второй транзисторы, индуктивность, датчик тока, при этом первый выход устройства сравнения электрически связан с управляющим выводом первого транзистора, второй выход устройства сравнения электрически связан с управляющим выводом второго транзистора, первые силовые выводы первого и второго транзисторов и первый вывод индуктивности электрически связаны между собой, вторые силовые выводы первого и второго транзисторов предназначены для подачи постоянного напряжения, первый вход устройства сравнения электрически связан с выходом датчика тока, вход которого и второй вывод индуктивности предназначены для электрической связи с нагрузкой, отличающийся тем, что содержит два постоянных и переменный резисторы и конденсатор, при этом первые выводы первого и второго постоянных резисторов и конденсатора электрически связаны между собой, второй вывод второго постоянного и первый вывод переменного резисторов электрически связаны между собой, вторые выводы первого постоянного и переменного резисторов и конденсатора предназначены для подачи постоянного напряжения, второй вход устройства сравнения электрически связан с третьим выводом переменного резистора.

2. Блок питания по п.1, отличающийся тем, что в качестве датчика тока применен резистор.