Стабілізоване джерело живлення з корекцією форми живильного струму

Корисна модель належить до стабілізованих джерел живлення з корекцією форми живильного струму і може бути використана в якості ефективного вторинного джерела живлення електронної апаратури різноманітного призначення, що забезпечує необхідні рівні та високу якість споживаного струму. Відоме стабілізоване джерело живлення з пасивними коректорами форми живильного струму, яке засновано на компенсації фаз спеціальним включенням ємнісних та індуктивних елементів, що здійснюють зсув фаз живильного струму. Але джерело живлення з пасивними коректорами форми струму використовують лише в пристроях з яскравою складовою навантаження - електричних двигунах, баластах розрядних джерел світла та ін. [А.с. СССР №951954, Н02В 13/18, Бюл. №30, 1982р.]. Сучасні стабілізовані джерела живлення використовують активні імпульсні коректори форми живильного струму, що переважають пасивні більш високим коефіцієнтом корекції форми струму і кращими показниками коефіцієнта потужності живильної мережі [Семенов Б.Ю. Силовая электроника. -М:, Энергия, 2002, с.297, рис.15.7]. Найбільш близьким за технічною сутністю до запропонованого пристрою є джерело живлення з корекцією форми живильного струму, що містить діодний міст, до якого приєднані датчик вихідної напруги моста та дросель, електронний ключ, який через датчик струму приєднаний до другого виходу діодного мосту, датчик вихідної напруги, вихід якого приєднаний до входу підсилювача сигналу розбаланса, до другого входу якого приєднаний датчик опорної напруги, множник напруги, один з входів якого приєднаний до датчика вихідної напруги моста, а другий - до підсилювача сигналу розбаланса, керуючого каскаду, один з входів якого з’єднаний з виходом множника напруги, а другий - з виходом датчика струму, електронний ключ, вход якого з’єднаний з виходом керуючого каскаду [Семенов Б.Ю. Силовая электроника. -М.: Энергия, 2002, с.210, рис.12.5.]. Пристрій працює наступним чином. З діодного мосту випрямлена напруга подається на послідовний ланцюг, що складається з дроселя, електронного ключа та датчика струму. При подачі однополярної напруги з виходу діодного моста струм, що проходить через дросель, електронний ключ та датчик струму, порівнюється з напругою датчика вихідної напруги моста і в момент їх рівності вимикається електронний ключ. При цьому живильний струм повторює форму мережевої напруги, чим забезпечується синусоідальність форми споживаємого з мережі струму. При цьому, приєднані до електронного ключа діод і накопичувальна ємність забезпечують рівномірний на протязі напівперіодів мережі відбір енергії, накопиченої в індуктивності дроселя. Оскільки пристрій чутливий до величини навантаження, то напруга автоматично регулюється за рахунок регулювання моменту порівняння сигналів з датчика струму і вихідної напруги з датчика вихідної напруги моста за рахунок множення його на деякий множник, що визначається відмінністю напруги від заданої. При цьому відбувається автоматичне регулювання тривалості моментів включення-виключення електронного ключа. Недоліком такого джерела живлення є висока (до 400В) однополярна вихідна напруга (при напрузі живильної мережі 220В), що потребує додаткового її перетворення до потрібного рівня і полярності. В основу корисної моделі поставлено завдання удосконалення стабілізованого джерела живлення з корекцією форми живильного струму, в якому за рахунок введення додаткових (функціональних) елементів забезпечується отримання ряду вихідних стабілізованих напруг різної величини з сінусоідальною формою живильного струму, що забезпечує можливість безпосередньо приєднувати до нього споживачів різного типу та призначення. Поставлене завдання отримання вихідних напруг необхідної величини і полярності вирішується тим, що в стабілізоване джерело живлення з корекцією форми живильного струму, який містить діодний міст, до якого приєднані датчик вихідної напруги моста та дросель, електронний ключ, який через датчик струму приєднаний до другого виходу діодного моста, датчик вихідної напруги, вихід якого приєднаний до входу підсилювача сигналу розбаланса, до другого входу якого приєднаний датчик опорної напруги, множник напруги, один з входів якого приєднаний до датчика вихідної напруги моста, а другий - до підсилювача сигналу розбаланса, керуючого каскаду, один з входів якого з’єднаний з виходом множника напруги, а другий - з виходом датчика струму, електронний ключ, вхід якого з’єднаний з виходом керуючого каскаду, згідно корисної моделі додатково введено силовий трансформатор, первинна обмотка якого містить середню точку, що приєднана до виходу дроселя, один кінець первинної обмотки приєднаний до електронного ключа, а другий - через анод діода до виходу діодного моста, а вторинні обмотки через двополярні випрямлячі приєднані до навантажень, причому одна з вторинних обмоток трансформатора приєднана до датчика вихідної напруги. Сутність корисної моделі полягає в тому, що за рахунок введення в пристрій силового трансформатора, діода та двополярних випрямлячів відбувається при збереженні ефекту корекції форми струму, що споживається, розв’язка виходів джерела живлення від живильної мережі, що дозволяє отримати ряд стабілізованих вихідних напруг різного рівня та полярності. Наведений рисунок пояснює особливості функціонування запропонованого пристрою. Функціональна схема стабілізованого джерела живлення містить діодний міст 1, до виходу якого приєднані датчик вихідної напруги моста 2, катод діода 3 та дросель 4, електронний ключ 8, який через датчик струму 9 приєднаний до другого виходу діодного моста 1, датчик вихідної напруги 12, один з виходів якого приєднаний до другого виходу діодного моста 1, а другий - до входу підсилювача сигнала розбаланса 10, до другого входу якого приєднаний датчик опорної напруги 11, множник напруги 7, один з входів якого приєднаний до датчика вихідної напруги моста 2, а другий - до підсилювача сигнала розбаланса 10, керуючого каскаду 6, один із входів якого з’єднаний з виходом множника напруги 7, а другий - з виходом датчика струма 9, електронний ключ 8, вхід якого з’єднаний з виходом керуючого каскаду 6 та датчика струму 9, силовий трансформатор 5, первинна обмотка якого містить середню точку, що приєднана до виходу дроселя 4, один кінець первинної обмотки приєднаний до електронного ключа 8, а другий - через анод діода 3 до виходу діодного моста 1, а вторинні обмотки через двополярні випрямлячі 13, 14 приєднані до навантажень, причому одна з вторинних обмоток трансформатора 5 приєднана до датчика вихідної напруги 12. Робота пристрою відбувається наступним чином. При подачі випрямленої однополярної напруги живильної мережі з виходу діодного мосту 1 на ланцюжок, що складається з дроселя 4, однієї з первинних обмоток силового трансформатора 5, електронного ключа 8, який знаходиться у відкритому стані, і датчика струму 9, в ній відбувається наростання струму по закону J ~ U моста -L др R ×t e å , де Lдр - індуктивність дроселя, t - час наростання, Rå - сумарний опір електронного ключа 8, датчика струму 9 і еквівалентний опір силового трансформатора 5 (перерахований до первинної обмотки). При співпаданні напруги з датчика струму 9 і частини напруги з виходу датчика вихідної напруги моста 2, керуючий каскад 6 здійснює відключення електронного ключа 8. В результаті струм в ланцюгу дросселя 4 спадає до нуля, внаслідок чого електронний ключ 8 відкривається і процес повторюється. Результуюча струму в ланцюгу з елементів 4, 5, 8, 9 повторює форму однополярної випрямленої мережевої напруги, однак за рахунок випрямляючих властивостей діодного моста форма струму, що споживається з мережі, близька до синусоідальної. При цьому на вторинних обмотках силового трансформатора 5 з’являється вихідна напруга, яка після двополярних випрямлячів 13, 14 з накопичувальних конденсаторів подається на навантаження. Внаслідок сильної залежності вихідної напруги від величини навантаження здійснюється її стабілізація за допомогою ланцюга зворотнього зв’язку, що складається з датчика вихідної напруги 12, сигнал з якого подається на підсилювач сигналу розбалансу 10, де порівнюється з сигналом з датчика опорної напруги 11 і після підсилення подається на множник напруги 7, куди одночасно подається сигнал з підсилювача сигналу розбалансу 10 і датчика вихідної напруги моста 2. В результаті на вхід керуючого каскаду 6 подається сигнал з формою, що повторює форму напруги з вихода датчика вихідної напруги моста 2, але з амплітудою, яка залежить від величини вихідної напруги датчика вихідної напруги 12. При цьому досягається автоматична підтримка рівня вихідних напруг джерела живлення у двополярних випрямлячах 13, 14 за рахунок зміни тривалості керуючих імпульсів, що подаються на вхід електронного ключа 8. Для зменшення ступеня насичення магнітопровода силового трансформатора 5 використовується діод 3, який дозволяє повертати в живильну мережу накопичену в індуктивностях дроселя 4 та силового трансформатора 5 реактивну енергію. Таким чином, запропоноване джерело живлення забезпечує стабілізацію живильної напруги на заданому рівні а також корекцію форми живильного (споживаємого) струму із заданою точністю і дає змогу отримати ряд вихідних напруг різного рівня та полярності для живлення споживачів різного типу та призначення.