Джерело електроживлення з автономною системою охолодження

Запропонований винахід відноситься до галузі електротехніки і може бути використаним при проектуванні джерел вторинного електроживлення. Відомі джерела вторинного електроживлення, в яких для забезпечення необхідного заданого температурного режиму застосовуються спеціальні системи охолодження. В одному із відомих джерел електроживлення (див. Исследования по созданию унифицированных источников питания для приборов и систем газового анализа: Отчет / ВНИИАП, ГР.№0181.3007385. Киев, 1983) необхідний температурний режим роботи вихідних каналів, виконаних на стабілізаторах, створюється за допомогою вентиляторів повітряної системи охолодження. Недоліками даного джерела електроживлення є складність забезпечення рівномірного охолодження елементів вихідних каналів та знижений ККД внаслідок потужності споживання вентиляторів, оскільки вони живляться напругою мережі. В другому відомому джерелі електроживлення (див. Функциональные устройства систем электропитания наземной РЭА / В.В. Авдеев, В.Г. Костиков, A.M. Новожилов, В.И. Чистяков; Под ред. В.Г. Костикова - М.: Радио и связь, 1990, стр.47, 48) вихідні канали охолоджуються рівномірно за рахунок наявності додаткового розподільчого повітроводу. Суттєвим недоліком другого відомого джерела електроживлення залишається підвищена потужність споживання та понижений ККД. Із відомих джерел живлення більш близьким за технічною суттю і прийнятим за прототип (див. Мкртчян Ж.А. Электропитание электронно-вычислительных машин. - М.: Энергия, 1980, стр.132, 133) є джерело електроживлення з автономною системою охолодження, що містить в собі вихідні канали, включаючі компенсаційні стабілізатори постійної напруги, виконані з використанням регулюючого елементу, колектор керуючого транзистора якого через послідовно з'єднані переходи база-емітер узгоджуючого та силового транзисторів сполучений з вхідним виводом, база через струмостабілізуючий двополюсник з'єднана з вхідним виводом, через діод підключена до вихідного виводу та колектору силового транзистора і безпосередньо сполучена з виходом підсилювача зворотнього зв'язку, а емітер з'єднаний з одним із виводів другого діоду та колектором узгоджуючого транзистора, а також вентилятори повітряної системи охолодження. В даному джерелі електроживлення кожний потужний вихідний канал містить вентилятор повітряної системи охолодження, що забезпечує достатню рівномірність охолодження при відсутності спеціального розподільчого повітроводу. Суттєвими недоліками даного джерела електроживлення, які обмежують його застосування, є понижений ККД та недостатня ефективність роботи системи охолодження. Понижений ККД джерела електроживлення пояснюється додатковою потужністю споживання вентиляторів повітряної системи охолодження. Робота системи охолодження недостатньо ефективна в режимах струмових перенавантажень, коротких замкнень в вихідних ланцюгах джерела електроживлення, та скиду навантаження. В основу винаходу поставлена задача створення джерела електроживлення, в якому шляхом виключення додаткової потужності споживання вентиляторів системи охолодження в нормальному режимі роботи і в режимі скиду навантаження, та покращення режиму роботи вихідних каналів в режимах вихідних струмових перевантажень та коротких замкнень підвищені ККД і ефективність роботи системи охолодження. Поставлена задача вирішена тим, що в джерелі електроживлення з автономною системою охолодження, що містить в собі вихідні канали, включаючі компенсаційні стабілізатори постійної напруги, виконані з використанням регулюючого елементу, колектор керуючого транзистора якого через послідовно з'єднані переходи база-емітер узгоджуючого та силового транзисторів сполучені з вхідним виводом, база через струмостабілізуючий двополюсник з'єднана з вхідним виводом, через перший діод підключена до вихідного виводу та колектора силового транзистора і безпосередньо сполучена з виходом підсилювача зворотнього зв'язку, а емітер з'єднаний з одним із виводів другого діоду та колектором узгоджуючого транзистора, а також вентилятори повітряної системи охолодження, в кожний потужний вихідний канал додатково введені перший та другий резистор, перший та другий транзистор, а в якості привідних двигунів вентиляторів системи охолодження використаний двигун постійного струму, причому другий вивід другого діоду через паралельно сполучені перший резистор та перехід база-емітер першого транзистора з'єднаний з колектором силового транзистора та вихідним виводом, колектор першого транзистора з базою другого транзистора сполучений безпосередньо, з колектором другого транзистора та загальною шиною - через другий резистор, а виводи живлення привідних двигунів вентиляторів системи охолодження підключені, відповідно, до колектору узгоджуючого транзистора та емітеру другого транзистора. В нормальному режимі роботи привідні двигуни вентилятора живляться струмом узгоджуючого транзистора, в режимах перевантаження та скиду навантаження привідні двигуни працюють, відповідно, з підвищеною потужністю для збільшення інтенсивності охолодження, та зі значно зменшеною потужністю споживання. Проведений аналіз науково-технічної та патентної літератури не виявив аналогічних те хнічних рішень. На Фіг. показана електрична схема запропонованого джерела електроживлення з автономною системою охолодження на прикладі наявності двох ви хідних каналів. Запропоноване джерело електроживлення з автономною системою охолодження містить в собі перший потужній вихідний канал 1, включаючий стабілізатор постійної напруги, виконаний на силовому 2, узгоджуючому 3 та керуючому 4 транзисторах, стр умостабілізуючому двополюснику 5, підсилювачі 6 зворотнього зв'язку, першому 7 та другому 8 діодах, першому 9 та другому 10 резисторах, першому 11 та другому 12 транзисторах, др угий потужний вихідний канал 13, включаючий стабілізатор постійної напруги, виконаний на силовому 14, узгоджуючому 15 та керуючому 16 транзисторах, стр умостабілізуючому двополюснику 17, підсилювачі зворотнього зв'язку 18, першому 19 та другому 20 діодах, першому 21 та другому 22 резисторах, першому 23 та другому 24 транзисторах, а також автономну систему повітряного охолодження 25, що складається з першого вентилятора 26 з привідним двигуном 27, та другого вентилятора 28 з привідним двигуном 29. Робота запропонованого джерела електроживлення з автономною системою охолодження пояснюється на роботі першого вихідного каналу 1 та першого вентилятора 26. Колектор керуючого транзистора 4 через переходи база-емітер узгоджуючого 3 та силового 2 транзисторів з'єднаний з вхідним виводом стабілізатора першого вихідного каналу 1, база через струмостабілізуючий двополюсник 5 підключена до емітера силового транзистора 2, через перший діод 7 з'єднана з колектором силового транзистора 2 та вихідним виводом стабілізатора першого вихідного каналу 1, і безпосередньо сполучена з виходом підсилювача 6 зворотнього зв'язку, а емітер безпосередньо підключений до колектору узгоджуючого 3 транзистора і через послідовно з'єднані другий діод 8 та перший резистор 9 з'єднаний з колектором силового транзистора 2, вихідним виводом стабілізатора першого вихідного каналу 1. Перехід базаемітер першого транзистора 11 включений паралельно першому резистору 9, його колектор через другий резистор 10 з'єднаний з загальною шиною стабілізатора та колектором другого транзистора 12 і безпосередньо сполучений з базою другого транзистора 12. Виводи живлення привідного двигуна 27 першого вентилятора 26 системи повітряного охолодження 25 підключено відповідно до колектору узгоджуючого транзистора 3 та емітера другого транзистора 12 стабілізатора першого вихідного каналу 1. Запропоноване джерело електроживлення з автономною системою охолодження працює наступним чином. В нормальному режимі роботи другий транзистор 12 знаходиться в насиченому стані та забезпечує протікання струмів узгоджуючого транзистора 3 (Із) та другого діода 8 (І 8) згідно з формулою: I U I12 = I3 + I 8 = н + еб11 b2 R 9 , де І12 - стр ум другого транзистора 12, Ін - стр ум ланцюга навантаження, b 2 - коефіцієнт підсилення силового транзистора 2, Ueб11 - напруга на переході емітер-база першого транзистора 11, R9 - опір першого резистора 9. При цьому одночасно забезпечується умова одержання малої величини мінімального падіння напруги на силовому транзисторі 2, Uке2min: Uкe2min=Ueб2+Ueб3+Uкб4+Ueб4-U8-Ueб11 , де Ueб2, Ueб3, Ueб4, Ueб11 - напруги на переходах емітер-база, відповідно, силового 2, узгоджуючого 3, керуючого 4 і першого 11 транзисторів, U8 - напруга на другому діоді 8, а також необхідна напруга для живлення привідного двигуна 27 першого вентилятора 26 U27: U27=Uвих.осн.-Ueб11-U8-Uке12нас , де Uке12нас - напруга на переході емітер-колектор другого транзистора 12 в режимі насичення ( » 0,8В). В режимі струмового перенавантаження збільшується колекторний струм узгоджуючого транзистора 3, а струм другого діода 8 зменшується. Відповідно зменшується падіння напруги на першому резисторі 9 і напруга на другому діоді 8, що забезпечує збільшення напруги живлення привідного двигуна 27, та підвищення інтенсивності роботи вентилятора 26 для забезпечення необхідного покращення теплового режиму роботи елементів стабілізатора. При короткому замкненні перший діод 7 відкривається та забезпечує суттєве зниження струму короткого замкнення Ікз згідно з формулою: U - Uек12 нас - Uеб 4 Iкз = 7 × b2 R27 , де U7 - напруга на другому діоді 7 ( » 0,7В), R27 - опір силового ланцюга привідного двигуна 27. В режимі скиду навантаження колекторний струм узгоджуючого транзистора 3 зменшується до нульового значення, збільшується колекторний струм першого транзистора 11, та суттєво збільшується падіння напруги на другому резисторі 10. В результаті другий транзистор 12 переходить з відкритого режиму в закритий, пропускаючи тільки струм першого діода 8, величина якого мала (U8=Ueб11/R9). Це призводить до зупинки привідного двигуна 27 першого вентилятора 26 та припиненню охолодження елементів стабілізатора. Таким чином одержане джерело електроживлення з автономною системою охолодження, в якому в нормальному режимі роботи привідний двигун 27 вентилятора 26 живиться колекторним струмом узгоджуючого транзистора 3, тобто не споживає додаткову електричну енергію, що підвищує ККД, в режимі струмового перенавантаження збільшується інтенсивність роботи вентилятора, а в режимах короткого замкнення і скиду навантаження, коли стабілізатор працює в полегшеному стані привідний двигун 27 зупиняється і не споживає електричну енергію, що підвищує ефективність роботи системи охолодження. Експериментальні дослідження підтвердили роботоздатність та позитивні якості запропонованого джерела електроживлення з автономною системою охолодження. В порівнянні з відомим джерелом електроживлення ККД підвищений на 8%, забезпечена ефективна робота системи охолодження.