Блок питания

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Пеленг(72) Авторы Борисов Виктор Викторович Жуков Олег Николаевич Батюшков Валентин Вениаминович Михайлов Юрий Тимофеевич Руховец Владимир Васильевич(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Пеленг(57) Блок питания, содержащий устройство сравнения, первый и второй транзисторы,первую индуктивность, датчик тока, причем первые силовые выводы первого и второго транзисторов и первый вывод первой индуктивности электрически связаны между собой,вторые силовые выводы первого и второго транзисторов выполнены с возможностью подачи напряжения питания драйвер, усилитель сигнала, вторую индуктивность, первый и второй конденсаторы, при этом вход драйвера электрически связан с выходом устройства 16713 1 2012.12.30 сравнения, первый и второй выходы драйвера электрически связаны с управляющими выводами первого и второго транзисторов соответственно, вход усилителя сигнала электрически связан с выходом датчика тока, а выход усилителя сигнала электрически связан со входом устройства сравнения второй вывод первой индуктивности, первый вывод второй индуктивности и первый вывод первого конденсатора электрически связаны между собой,второй вывод второй индуктивности электрически связан с первым выводом второго конденсатора, вторые выводы первого и второго конденсаторов и вход датчика тока электрически связаны между собой. Изобретение относится к силовой электронике, в частности к источникам питания, и может быть использовано в качестве источника электрического питания как для лазерных излучающих диодов, так и для излучающих диодов, а также для компьютеров, телефонов,зарядных устройств, шаговых двигателей - везде, где требуется электрическое питание стабильным и с малыми пульсациями током. Известен 1 блок питания (БП) для лазерных излучающих диодов (ЛИД), содержащий устройство сравнения, транзистор и диод, использующиеся в качестве ключевого устройства, индуктивность, датчик тока, в качестве которого используется резистор. Выход устройства сравнения электрически связан с управляющим выводом транзистора, вход устройства сравнения электрически связан с выходом датчика тока. Первые силовые выводы транзистора, диода и первый вывод индуктивности электрически связаны между собой, вторые силовые выводы транзистора и диода выполнены с возможностью подачи напряжения питания. Второй вывод индуктивности электрически связан с первым выводом ЛИД, второй вывод которого электрически связан со входом датчика тока. Во время работы БП, когда транзистор открыт, ток источника питания течет через него, индуктивность, ЛИД и датчик тока. Когда транзистор закрыт, индуктивность поддерживает ток, текущий в цепи диод - индуктивность - ЛИД - датчик тока. Во время работы падение напряжения на транзисторе составляет величину 0,1 В, на диоде 0,5 В, на ИД 35 В. Энерговыделение на диоде представляет собой пассивные потери, и так как падение напряжения на диоде составляет существенную часть от падения напряжения на ЛИД, то пассивные потери на диоде являются существенными для БП 1. Существенно меньше пассивные потери в БП, описанном в 2, являющемся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и выбранном в качестве прототипа. БП 2 содержит устройство сравнения, первый и второй транзисторы, использующиеся в качестве ключевого устройства, индуктивность, датчик тока, в качестве которого используется резистор. Первый выход устройства сравнения электрически связан с управляющим выводом первого транзистора, второй выход 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 выполнены с возможностью подачи напряжения питания. Второй вывод индуктивности электрически связан с первым выводом нагрузки, второй вывод которого электрически связан со входом датчика тока, выход которого электрически связан со входом устройства сравнения. Так как БП 2 содержит в ключевом устройстве вместо диода транзистор, падение напряжения на котором составляет величину 0,1 В (в отличие от падения напряжения на диоде 0,5 В), пассивные потери в БП 2 существенно меньше, чем в БП 1. 2 16713 1 2012.12.30 Однако маломощный сигнал с выхода устройства сравнения не может быстро открыть(или быстро закрыть) транзисторы в связи с наличием паразитных емкостей транзисторов. А слабый сигнал с выхода датчика тока приводит к увеличению времени реакции устройства сравнения. Обе эти причины приводят к нестабильности тока через нагрузку. Кроме того, в указанном БП 2 недостаточна фильтрация импульсов тока, что приводит к большим пульсациям тока через нагрузку. Указанные три причины приводят к тому, что ток БП через нагрузку будет нестабильным и с большими пульсациями. Задачей настоящего изобретения является повышение стабильности и уменьшение пульсаций тока через нагрузку. Сущность изобретения заключается в том, что блок питания содержит устройство сравнения, первый и второй транзисторы, первую индуктивность, датчик тока, причем первые силовые выводы первого и второго транзисторов и первый вывод первой индуктивности электрически связаны между собой, вторые силовые выводы первого и второго транзисторов выполнены с возможностью подачи напряжения питания драйвер, усилитель сигнала, вторую индуктивность, первый и второй конденсаторы, при этом вход драйвера электрически связан с выходом устройства сравнения, первый и второй выходы драйвера электрически связаны с управляющими выводами первого и второго транзисторов соответственно, вход усилителя сигнала электрически связан с выходом датчика тока,а выход усилителя сигнала электрически связан со входом устройства сравнения второй вывод первой индуктивности, первый вывод второй индуктивности и первый вывод первого конденсатора электрически связаны между собой, второй вывод второй индуктивности электрически связан с первым выводом второго конденсатора, вторые выводы первого и второго конденсаторов и вход датчика тока электрически связаны между собой. Введение в БП драйвера, электрическая связь входов драйвера с выходом устройства сравнения, электрическая связь первого и второго выходов драйвера с управляющими выводами первого и второго транзисторов соответственно позволяют увеличить мощность управляющего сигнала на управляющих выводах транзисторов, обеспечить стабильное открывание транзисторов в процессе работы и, таким образом, обеспечить повышение стабильности тока через нагрузку. Введение в БП усилителя сигнала, вход которого электрически связан с выходом датчика тока, а выход электрически связан со входом устройства сравнения, позволяет усилить сигнал на входе устройства сравнения, что обеспечивает стабильную работу устройства сравнения и, таким образом, обеспечивает повышение стабильности тока через нагрузку. Введение в БП второй индуктивности, первого и второго конденсаторов, наличие электрической связи между собой второго вывода первой индуктивности, первого вывода второй индуктивности и первого вывода первого конденсатора, наличие электрической связи второго вывода второй индуктивности и первого вывода второго конденсатора,наличие электрической связи между собой вторых выводов первого и второго конденсаторов и входа датчика тока создает индуктивно-емкостной фильтр и, таким образом, позволяет уменьшить пульсации тока через нагрузку. Изобретение поясняется фигурами. На фиг. 1 представлена схема БП и подключения нагрузки. На фиг. 2 представлена упрощенная схема устройства сравнения. БП (фиг. 1) содержит устройство сравнения 1, датчик тока 2, в качестве которого применен резистор 3, усилитель 4 сигнала, драйвер 5, первый и второй транзисторы 6 и 7 соответственно, первую и вторую индуктивности 8 и 9 соответственно, первый и второй конденсаторы 10 и 11 соответственно. Возможно и иное выполнение датчика тока 2,например на датчике Холла. 16713 1 2012.12.30 Вход устройства сравнения 1 электрически связан с выходом усилителя 4 сигнала, а выход устройства сравнения 1 электрически связан со входом драйвера 5. Первый выход драйвера 5 электрически связан с управляющим выводом первого транзистора 6, второй выход электрически связан с управляющим выводом второго транзистора 7. Первые силовые выводы первого 6 и второго 7 транзисторов и первый вывод первой индуктивности 8 электрически связаны между собой, а вторые силовые выводы первого 6 и второго 7 транзисторов выполнены с возможностью подачи напряжения питания. Второй вывод первой индуктивности 8, первый вывод второй индуктивности 9 и первый вывод первого конденсатора 10 электрически связаны между собой, второй вывод второй индуктивности 9 электрически связан с первым выводом второго конденсатора 11,вторые выводы первого 10 и второго 11 конденсаторов и вход датчика тока 2 электрически связаны между собой. Нагрузка 12 (ЛИД) подключена параллельно второму конденсатору 11. Устройство сравнения 1 предназначено для формирования опорного сигнала, сравнения его с сигналом, поступающим на его вход с выхода усилителя 4 сигнала, и выдачи сигнала управления на вход драйвера 5. Устройство сравнения 1 (фиг. 2) содержит компаратор 13, в качестве которого используется микросхема 397, первый вход которого электрически связан с выходом усилителя 4 сигнала, а второй вход электрически связан с переменным выводом переменного резистора 14, входящего в резистивный делитель, образованный переменным резистором 14 и постоянными резисторами 15, 16, 17. Выход компаратора 13 электрически связан со входом драйвера 5, постоянными резисторами 16 и 17 и переменным резистором 14. В качестве датчика тока 2 (фиг. 1) используется резистор 3 типа 1-010. Усилитель 4 сигнала предназначен для усиления сигнала, поступающего с выхода датчика тока 2, и выполнен на микросхеме 71015. Драйвер 5 предназначен для формирования мощных управляющих сигналов для управления транзисторами 6 и 7, обеспечивая стабильное открывание и закрывание транзисторов 6 и 7. Драйвер 5 выполнен на микросхеме 2104. В качестве первого и второго транзисторов 6 и 7 применены транзисторы 1104. В качестве первой и второй индуктивностей 8 и 9 использованы дроссели с индуктивностью около 100 мкГ, в качестве первого и второго конденсаторов 10 и 11 применены конденсаторы емкостью 220 мкФ типа 502201016. Резистор 14 применен типа 3362-1-103 (10), резистор 15 типа 1-12-0,25-24 кОм 5 , резистор 16 типа 1-12-0,25-51 кОм 5 , резистор 17 типа 1-12-0,2510 кОм 5 . БП работает следующим образом. При подаче напряженияпитания на БП постоянное положительное напряжение 1 подается в устройстве сравнения 1 (фиг. 1) на резистивный делитель (фиг. 2), образованный переменным резистором 14 и постоянными резисторами 15, 16, 17. Поступающее на второй вход компаратора 13 напряжение с переменного вывода переменного резистора 14 является опорным и служит для сравнения с сигналом, поступающим на первый вход компаратора 13 с выхода усилителя 4 сигнала. В начальный момент времени после подачи напряженияпитания на БП (фиг. 1) ток,текущий через индуктивность 8 и датчик тока 2, возрастает от нуля и является малым. Также возрастает от нуля и является малым сигнал с выхода датчика тока 2, и, соответственно, возрастает от нуля и является малым усиленный сигнал с выхода усилителя 4 сигнала, поступающий на первый вход компаратора 13. В то время пока сигнал на первом входе компаратора 13 меньше напряжения на втором его входе (фиг. 2), сопротивление между выходом и выводом компаратора 13, на который подано напряжение с вывода отрицательного напряжения источника питания, велико и существенно больше сопротивле 4 16713 1 2012.12.30 ния резисторов 17 и 16. В этом случае напряжение с переменного вывода переменного резистора 14 создается суммарным током от источника постоянного положительного напряжения 1, протекающим через переменный резистор 14 по цепям через резисторы 17, 16, 14 и через резисторы 15, 14. Напряжение с переменного вывода переменного резистора 14 поступает на второй вход компаратора 13 и определяет максимальное пороговое значение сигнала на первом входе компаратора 13 (фиг. 2). Напряжение на выходе компаратора 13 практически равно напряжению источника питания 1 и приложено ко входу драйвера 5 (фиг. 1), который при этом подает сигнал открывания на первый транзистор 6 и одновременно снимает сигнал открывания для второго транзистора 7. Первый транзистор 6 (второй транзистор 7 в это время закрыт) открыт, и ток от источника питания БП течет через первый транзистор 6, первую 8 и вторую 9 индуктивности, через нагрузку 12 и через конденсаторы 10 и 11, заряжая конденсаторы 10 и 11. По мере заряда конденсаторов 10 и 11 ток через нагрузку 12 растет, растет также ток, протекающий через датчик тока 2. Когда сигнал с выхода усилителя 4 сигнала (фиг. 1) возрастает до максимального порогового значения, выход компаратора 13 (фиг. 2) соединяется с выводом компаратора 13, на который подано напряжение с вывода отрицательного напряжения источника питания. При этом сопротивление между выходом и указанным выводом компаратора 13 становится малым и близким к нулю. Напряжение на выходе компаратора 13, приложенное ко входу драйвера 5, уменьшается от напряжения источника питания 1 практически до нуля. Драйвер 5 (фиг. 1) при этом подает сигнал открывания на второй транзистор 7 и одновременно снимает сигнал открывания для первого транзистора 6. Одновременно с уменьшением практически до нуля напряжения на выходе компаратора 13 (соответственно, на входе драйвера 5) уменьшается и напряжение с переменного вывода переменного резистора 14 (фиг. 2), так как в этом случае оно создается током от источника постоянного напряжения 1 через переменный резистор 14 по цепи через резисторы 15, 14 (параллельно переменной части которого соединен резистор 16). Так как напряжение с переменного вывода переменного резистора 14, поступающее на второй вход компаратора 13, определяет пороговое значение сигнала на первом входе компаратора 13 (фиг. 2), то уменьшенное значение напряжения с переменного вывода переменного резистора 14 определяет минимальное пороговое значение сигнала на первом входе компаратора 13 (фиг. 2). При закрывании первого транзистора 6 и открывании второго транзистора 7 конденсаторы 10 и 11 разряжаются через нагрузку 12 и через второй транзистор 7. Ток, протекающий через датчик тока 2, уменьшается, и при достижении минимального порогового значения сигнала с выхода усилителя 4 сигнала датчика тока 2 (фиг. 1) сопротивление между выходом компаратора 13 (фиг. 2) и выводом компаратора 13, на который подано напряжение с вывода отрицательного напряжения источника питания, становится велико и существенно больше сопротивления резисторов 17 и 16. Напряжение на выходе компаратора 13, приложенное ко входу драйвера 5, увеличивается практически до напряжения источника питания 1. Драйвер 5 (фиг. 1) при этом подает сигнал открывания на первый транзистор 6 и одновременно снимает сигнал открывания для второго транзистора 7. Далее повторяется процесс, описанный ранее при включении БП. Ток, протекающий через датчик тока 2, периодически растет до максимального порогового значения и спадает до минимального порогового значения. Время возрастания и уменьшения тока через датчик тока 2 определяется напряжением источника питанияи значением индуктивности 8 и составляет в нашем случае 510-5-2,510-5 с. Ток, протекающий через датчик тока 2, является суммой токов, протекающих через конденсаторы 10 и 11 и через нагрузку 12. При этом в установившемся режиме переменная составляющая тока протекает через конденсаторы 10 и 11, постоянная составляющая тока протекает через нагрузку 12. Изменения напряжения в цепи протекающего через 5 16713 1 2012.12.30 нагрузку 12 тока падают на индуктивностях 8 и 9. Индуктивности 8 и 9 и конденсаторы 10 и 11 создают индуктивно-емкостной фильтр, поддерживающий при этом практически постоянным и с малыми пульсациями ток через нагрузку 12. Таким образом, БП обеспечивает повышение стабильности и уменьшение пульсаций тока через нагрузку. Источники информации 1. Импульсный стабилизатор постоянного тока до 0,5 А для питания высокомощных светоизлучающих диодов, с. 10-12 (онлайн). (Найдено 2009-06-12). Найдено в Интернет////87851 2. -, -, 2007-03-03. . 7 (онлайн). (Найдено 2009-06-12). Найдено в Интернет// .-.///1640-1641. (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6