Источник вторичного электропитания

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 02 M 3/335

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

F1I0J$

-ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ф о фь

j ОО

ОО.(21) 4737060/07 (22) 13.09.89, (46) 07.07.92. Бюл. М 25. (71) Центральный научно-исследователь.ский и .опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики (72) IO.H. Родионов, В,Д. Яковлев и Н.С.

Дмитриев (53) 621,314.57(088.8) (56)..Патент США hh 4041364, кл, Н 02 М 3/22, 1977.

Справочник радиолюбителя, издание третье. Киев; Наукова Думка, 1987, р. ЧП1.

31, с. 579. (54) ИСТОЧНИК ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ. (57) Использование: вторичные источники питания. Сущность изобретения — расширение .функциональных возможностей путем ослабления создаваемых им IloMGx и повышение надежности. Выход входного преобразователя постоянного напряжения в

ÄÄ5LJÄ,) 1746488 А1 переменное подключен через трансформатор переменного тока к входу выходного преобразователя переменного напряжения в постоянное, один из выходов которого подключен к первому экрану 1, охватывающему выходной преобразователь вместе с вторичными обмотками трансформатора.

Первый экран ограничивает первое пространство, в котором локализованы помехи, возникающие при работе выходного преобразователя. Устройство. заключено во вто- . рой экран 2, отделяющий первый экран 1 от первичных обмоток 4, трансформатора и входного преобразователя 5. Третий экран

3 ограничивает второе пространство, охватывая вторичные обмотки 6 и преобразователь 7, в котором локализованы помехи, возникающие при работе входного преобразователя. Благодаря разделению пространства экранами ослабляется несимметричная помеха, создаваемая устройством. 2 ил.

1746488

Изобретение относится к электронной технике, а более. конкретно к источникам вторичного электропитания, и может быть использовано, например, при построении устройств электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Известен источник вторичного электропитания, содержащий трансформатор переменного .тока, первичнь е обмотки которого подключены к преобразователю постоянного напряжения в переменное, а вторичные обмотки — к преобразователю переменного напряжения в постоянное, Последний содержит выпрямитель и фильтр, При помощи трансформатора амплитуда полученного в преобразователе переменного напряжения изменяется, а затем оно выпрямляется и фильтруется для получения постоянного выходного напряжения. Используемый для этого фильтр нижних частот ослабляет переменные составляющие выходного напряжения, обусловленные помехами, распространяющимися по симметричному пути, Путем совершенствования фильтра удается ослабить симметричные помехи (пульсации на выходе фильтра) в необходимой степени, Известен источник вторичного электро. питания, заключенный в первый экран и содержащий трансформатор переменного тока, снабженный вторым и третьим экранами, размещенными между первичными обмотками, подключенными к преобразователю постоянного напряжения в переменное, и вторичными обмотками, подключенными к преобразователю переменного напряжения впостоянное,,причем ближайший к вторичным обмоткам третий экран подключен к одному иэ выходов преобразователя переменного напряжения в постоянное, Последний содержит выпрямители и фильтры. Вход преобразователя постоянного напряжения в переменное подключен к выходу третьего преобразователя переменного сетевого напряжения в постоянное.

Первым иедостатком этого источника является то, что в нем не подавляются несимметричные помехи, источником которых ,являются как вторичные обмотки трансформатора, так и преобразователь переменного напряжения в постоянное, подключенный к вторйчным обмоткам трансформатора. Ведь на вторичных обмотках также действуют значительные импульсные напряжения и токи. Кроме того, импульсные напряжения и токи сложной формы действуют на нелинейных элементах этого преобра-. зователя (например, диодах выпрямителя).

Вторым недостатком рассматриваемого источника является то, что несимметрич55

50 ные помехи, источником которых является преобразователь постоянного напряжения в переменное. подавляются недостаточно, так как несмотря на то, что экраны трансформатора ослабляют электростатическую связь непосредственно между первичными и вторичными обмотками трансформатора, все же остается сильная паразитная электромагнитная связь между элементами преобразователя постоянного напряжения в переменное и элементами преобразователя переменного. напряжейия в постоянное.

Цель изобретения — ослабление несимметричных помех, создаваемых источником вторичного электропитания, и повышение

его надежности.

Указанная цель достигается тем, что в источнике, заключенном в первый экран и содержащем трансформатор переменного тока. снабженный вторым и третьим экранами, размещенными между первичными обмотками, подключенными к преобразователю постоянного напряжения в переменное, и вторичными обмотками, подключенными к преобразователю переменного напряжения в постоянное, причем ближайший к вторичным обмоткам третий экран подключен к одному из выходов преобразователя переменного напряжения в постоянное, третий акра охватывает вторичные обмотки трансформатора и преобразователь переменного напряжения в постоянное, а первый и.второй экраны объединены так, что они отделяют третий экран от первичных обмоток трансформатора и преобразователя постоянного напряжения в переменное.

На фиг,. 1 приведена принципиальная электрическая схема предложенного источника вторичного электропитания; на фиг, 2 — функциональная схема включения предложенного источника вторичного электропитания, Источник вторичного электропитания (фиг. 1). заключенный в первый экран 1, содержит трансформатор переменного тока, снабженный вторым 2 и третьим 3 экранами, размещенными между первичными обмотками 4, подкл ючен ными к преобразователю 5 постоянного напряжения в переменное, и вторичными обмотками

6, подключенными к преобразователю 7 переменного напряжения в постоянное. Ближайший к вторичным обмоткам 6 третий экран 3 подключен к одному из выходов преобразователя 7 переменного напряжения в постоянное. Третий экран 3 охватывает вторичные обмотки 6 трансформатора и преобразователь 7 переменного напряжения впостоянное,,Первый 1 и второй 2 экра1746488 ны объединены так, что они отделяют третий экран 3 от первичных обмоток 4 трансформатора и преобразователя 5 постоянного напряжения в переменное, На функциональной схеме (фиг. 2) предложенный источник подключен входом к первичному источнику 8 электропитания (например, сети переменного тока) через .преобразователь 9 переменного напряжения в постоянное; а выходом — к нагрузке 10 и осциллографу 11, включенному для наблюдения несимметричных помех, Сопротивление 12 учитывает комплексное сопротивление проводника между общим выводом осциллографа 11 и выходным выводом 13 предложенного источника.

В общем случае элемент 10 может обозначать любое функциональное устройство, получающее питание от предложенного источника, а элемент 11 —, любое устройство, получающее информационный сигнал функционального устройства 10, При некоторых вполне приемлемых допущениях общий случай сводится к частному с нагрузкой 10 и осциллографом 11, включенным в соответствии с фиг. 2. Эти допущения следующие: входное сопротивление устройства 11 многр больше выходного сопротивления функционального устройства 10, выходное напряжение последнего равно нулю, Второе допущение вытекает из того, что в соответствии с принципом суперпозиции мы рассматриваем только несимметричные помехи, но не рассматриваем работу функционального устройства. 10.

Кроме перечисленных элементов, на фиг. 2 показаны некоторые источники напряжений несимметричных помех, некоторые паразитные элементы схемы и некоторые образованные ими контуры, по которым протекают токи несимметричных помех, Преобразователь 7 содержит диод 15 выпрямителя, содержащий эквивалентный источник 16 и нелинейное сопротивление

17, а также конденсатор 18 фильтра, Парэзитные емкости 19, 20 соединяют выводы генератора 14 с экраном 2. Паразитные емкости 21, 22 соединяют выводы диода 15 с экраном 3. Паразитная емкость 23 включена между экранами 2, 3. Комплексные сопротивления 24, 25 соединяют общие выводы элементов 5 и 11 с металлической конструкцией 26. Элемент 26 может быть, например, шиной защитного зануления, тогда элемен ты 24, 25 соответствуют комплексным сопротивлениям зануляющих проводников, а металлический экран 1 подключен к элементу 26 проводником 27. В общем случае элемент 26 может быть любым металлическим

10 теля 9 эапитывает преобразователь 5. Его

35 постоянной ЭДС (на фиг, 2 не.показан, так как не представляет интереса для рассматриваемой проблемы), источника 16 ЭДС

55

30 предметом, например сейфом, тогда элементы 24, 25 соответствуют пэразитным емкостям 28, 29, а экран 1 может быть подключен либо к элементу 26 проводником 27, либо к общему выводу(корпусу) осциллографа 11 проводником 30.

Источник работает следующим образом.

Постоянное напряжение преобразоваэквивалентный выходной источник 14 ЭДС, имеющей вид прямоугольных импульсов, подключен к первичной обмотке 4 трансформатора (его сердечник не показан). Напряжение с его вторичной обмотки 6 выпрямляется диодом 15 выпрямителя и подается на выход для питания нагрузки 10.

Симметричная помеха отфильтровывается конденсатором 18 фильтра.

Несимметричная помеха регистрируется осциллографом 11. Она может создаваться не только источником 14 ЭДС прямоугольной формы, но и диодом 15 выпрямителя. В результате воздействия переменной ЭДС вторичной обмотки 6 трансформатора на цепь, содержащую нелинейный элемент — диод, в цепи появляется постоянная составляющая и гармоники переменной ЭДС, При фиксированном значении этой ЭДС ее совместно с диодом 15 допустимо заменить эквивалентным линейным активным двухполюсником, включенным вместо диода и представляющим собой последовательное соединение источника пульсаций и эквивалентного внутреннего комплексного сопротивления 17.

Источники 14 и 16 помех. благодаря наличию в схеме паразитных распределенных элементов создают протекающие через них токи помех. Некоторые из паразитных элементов показаны на фиг. 2 в виде сосредоточенных емкостей (элементы 19 — 23, 28, 29) и комплексного сопротивления 12 проводника. Вообще говоря, каждая точка каждого проводника имеет паразитную емкость по отношению к любой точке любого проводника и каждый отрезок проводника имеет некоторое комплексное сопротивление, не равное нулю, и взаимоиндуктивные связи с другими проводниками. Поэтому выбор паразитных элементов, показанных на фиг. 2; в определенной степени произволен: он сделан так, чтобы упростить дальнейшее изложение, не упустиs основные. эффекты.

При желании всегда можно дополнить схему другими паразитными элементами и оце1746488 нить их влияние на несимметричные помехи.

Составляющие мешающих токов создаются источниками 14 и 16 и, в соответствии с принципом.суперпозиции, могут быть рассмотрены раздельно. Если экраны 1 — 3 выполнены так, что на частотах составляющих спектра несимметричной помехи сопротивления экранов на несколько порядков меньше сопротивлений паразитных емкостей, то эти токи протекают, в основном, по контурам, показанным на фиг. 2 соответственно штриховой и сплошной линиями со стрелками, минуя сопротивление 12. При этом составляющие мешающих токов, ответвляющиеся через паразитную емкость 23 (емкость. между экраном 3 и экранами 1, 2) в, сопротивление 12, будут уменьшены на несколько порядков. Таким образом, несим- метричная помеха, поступающая с сопротивления 12 на вход осциллографа 11, уменьшается на несколько порядков. Конечно, источники 14 и 16 создают токи, протекающие по всем возможным контурам, имеющимся в рассматриваемой схеме. В данном случае представляют интерес только те составляющие, которые протекают по экранам 1 — 3 и в отсутствие последних могли бы протекать по сопротивлению 12. . Для экранов 1 — 3 следует выбирать материал с высокой электропроводимостью.

Размеры и направляющие щелей в экранах должны быть выбраны с учетом того, что экраны из материалов с хорошей проводимостью, благодаря вихревым токам, хорошо экранируют, и высокочастотные магнитные поля возникают в обмотках трансформатора и вокруг всех проводников устройства.

Такие экраны разрушают также и пути распространения несимметричных помех через паразитные взаимоиндуктивные связи между всеми проводниками предложенного устройства и осциллографа 11.

Экран 1 может быть подключен к выводу 13. Однако в этом случае может ухудшиться ослабление помех преобразователя

5. Этот вариант неудобен конструктивно.

Экран 1 может охватывать также и пре. образователь 9, В этом случае будут ослабляться также несимметричные помехи, возникающие в преобразователе 9.

Часть экрана 1, охватывающая преобразователь 5 может отсутствовать, Это означает; что элементы преобразователя 5 оказываются в открытом пространстве. в котором, в частности, находится осциллограф

11, При этом линии электрического поля источника 14 помех, ранее замкнутые внутри замкнутого пространства, ограниченного

5 экранами 1 и 2, теперь проходят через любые элементы; размещенные в открь|том пространстве. в частности через элементы осциллографа 11. Для ослабления этих паразитных связей придется заключить осцил10 лограф 11 в экран. подключенный к экрану

1, Может отсутствовать часть экрана 1, ох-. ватывающая преобразователь 7, Это мало влияет на распространение помех от преоб15 раэователя 7, однако ухудшает ослабление помех преобразователя 5. Кроме того, в окружающем пространстве есть другие, посторонние источники электропомех.

Поскольку в предложенном устройстве эк20 ран 3 имеет значительную площадь, то его емкость по отношению ко всем ïîсторонним источникам помех увеличена и поэтому увеличен ток; протекающий от них по сопротивлению 12.. Для ослабления этого

25 эффекта придется заключить все посторонние источники помех в экраны, соединенные с экраном 1.

Трансформатор может иметь также множество первичных и множество вторич30 ных обмоток, а преобразователь 7 может быть выполнен на другой элементной базе.

Формула изобретения

Источник вторичного электропитания, 35 заключенный в первый экран и содержащий трансформатор переменного тока, снабженный вторым и третьим экранами, размещенными между первичными обмотками, подключенными к преобразователю посто40 янного напряжения в переменное, и вторичными обмотками, подключенными к преобразователю переменного напряже.ния в постоянное, причем третий экран подключен к одному из выходов преобра45 зователя переменного напряжения в посто-. янное, отл ича ю щи йс ятем, что, с целью повышения надежности путем ослабления создаваемых им несимметричных помех, третий экран охватывает вторичные обмот50 ки трансформатора и преобразователь переменного напряжения в постоянное, а первый и второй экраны объединены так, что они отделяют третий экран от первичных обмоток трансформатора и преобразовате55 ля постоянного напряжения в переменное.

1746488

Составитель В.Морозов

Техред М.Моргентал Корректор М.Пожо

Редактор В.Данко

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ,2401 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5