Джерело живлення персональних еом

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питаниястабилизированными напряжениями постоянного тока персональных ЭВМ, микро-ЭВМ, устройств вычислительной техники и другой радиоэлектронной аппаратуры. Известен диухканальный преобразователь постоянного напряжения (I), содержащий две преобразовательные ячейки с общим узлом защиты, каждая из которых содержит транзистор, подключенный к первичной обмотке трансформатора, снабженного основной и дополнительной обмотками, которые подключены через выпрямительные диоды и сглаживающие LCD-фильтры к выходам соответствующих каналов, два усилителя рассогласования и широтно-импульсных модулятора. Недостатком устройства является наличие отдельной схемы управления и силовых регуляторов для каждого канала выходных напряжений, что усложняет устройство в целом и снижает его надежность. Наиболее близким техническим решением к заявляемому по достигаемому техническому эффекту и существенным признакам является модуль силовых стабилизаторов (2), содержащий сетевой выпрямитель с фильтром, вспомогательный стабилизатор напряжения, импульсный усилитель мощности, блок управления и защиты, первый и второй выпрямители, первый и второй выходные фильтры. Указанный модуль содержит также стабилизатор напряжения в канале второго выхода импульсного усилителя мощности. Недостатком устройства является необходимость применения дополнительной стабилизации напряжения второго выхода, наличие опорного источника для блока управления и отдельных узлов защиты по току для первого и второго выходов, а также повышенные установленные мощности вспомогательных источника питания и стабилизатора напряжения. В основу изобретения поставлена задача создания источника питания персональных ЭВМ, в котором необходимое качество стабилизации помимо широтно-импульсного регулирования по сигналу обратной связи по напряжению достигается также и путем дополнительной коррекции выходных напряжений по сигналам селективного датчика тока, узла вольтодобавки и корректирующей RD-цепи, что приводит к повышению надежности устройства в целом. Поставленная задача решается тем, что в источник питания персональных ЭВМ, содержащий сетевой выпрямитель с фильтром и вспомогательный источник питания, входы которых подключены к вводу сети питания, вспомогательный стабилизатор напряжения, подключенный к выходу вспомогательного источника питания, усилитель мощности со входом питания, первым выходом подключенный через первый выпрямитель к первому выходу источника питания персональных ЭВМ, вторым выходом и управляющим входом подключенный соответственно ко входу второго выпрямителя и к управляющему выходу блока управления, который снабжен входом защиты по току, входом защиты по напряженно, входом обратной связи, входом опорного напряжения и входом питания, последний подключен к выходу вспомогательного стабилизатора напряжения, вход обратной связи и вход защиты по напряжению соединены соответственно с выходом обратной связи и выходом защиты по напряжению делителя выходных напряжений, первый и второй входы которого подключен соответственно к первому и второму выходам источника питания персональных ЭВМ, выходной фильтр, подключенный выходом ко второму выходу источника питания персональных ЭВМ согласно изобретению введены корректирующая RD-цепь, узел вольтодобавки, резистор и селективный датчик тока, который силовыми выводами включен между выходом сетевого выпрямителя с фильтром и входом питания усилителя мощности, а информационным выходом подключен ко входу защиты по току блока управления, первый и второй выводы узла вольтодобавки подключены соответственно к выходам второго выпрямителя и вспомогательного источника питания, резистор включен между входами обратной связи и опорного напряжения блока управления, первый и второй выводы корректирующей RD-цепи подключены соответственно к выходу второго выпрямителя и входу выходного фильтра, а вход опорного напряжения блока управления соединен с выходом вспомогательного стабилизатора напряжения. Отличительные от прототипа признаки: корректирующая RD-цепь, узел вольтодобавки, резистор и селективный датчик тока и соответствующие связи между ними. Именно эти отличительные признаки в совокупности с остальными признаками обеспечивают повышение надежности устройства, причем повышение надежности устройства достигается благодаря тому, что корректирующая RD-цепь исключает необходимость применения дополнительного стабилизатора напряжения для второго выхода, применение селективного датчика тока позволяет использовать один узел защиты по току для первого и второго выходов, включение резистора между входами обратной связи и опорного напряжения блока управления и использование узла вольто-добавки для подпитки вспомогательного стабилизатора напряжения исключает необходимость иметь в составе устройства дополнительный источник опорного напряжения и позволяет уменьшить установленную мощность вспомогательного источника питания и стабилизатора напряжения. . На фиг. ! приведена функциональная схема источника; на фиг. 2 - внешние вольтамперные характеристики второго выхода устройства; на фиг. 3 - форма напряжения на выходе селективного датчика тока; на фиг. 4 - схема (один из вариантов) селективного датчика тока; на фиг. 5 - схема (один из вариантов) узла вольтодобавки; на фиг. 6 -схема (два из вариантов) корректирующей RD-цепи; на фиг, 7 - схема (один из вариантов) блока управления; на фиг. 8 - схема (один из вариантов) устройства в целом. Источник питания персональных ЭВМ (фиг. 1) содержит сетевой выпрямитель 1 с фильтром и вспомогательный источник 2 питания, входы которых подключены к вводу 3 сети питания, вспомогательный стабилизатор 4 напряжения, подключенный к выходу вспомогательного источника 2 питания, усилитель 5 мощности со входом питания, первым выходом подключенный через первый выпрямитель 6 к первому выходу 7 устройства, вторым выходом и управляющим входом подключенный соответственно ко входу второго выпрямителя 8 и к управляющему выходу блока 9 управления, который снабжен входами защиты по току, защиты по напряжению, обратной связи, опорного напряжения и питания, последний подключен к выходу вспомогательного стабилизатора 4 напряжения, вход обратной связи и выход защиты по напряжению соединены соответственно с выходом обратной связи и выходом защиты по напряжению делителя 10 выходных напряжений, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому 7 и второму 11 выходам устройства, выходной фильтр 12, подключенный выходом ко второму выходу 11 устройства. Источник электропитания содержит также корректирующую RD-цепь 13, узел 14 вольтодобавки, резистор 15, и селективный датчик 16 тока, который силовыми выводами включен между выходом сетевого выпрямителя 1 и входом питания усилителя 5 мощности, а информационным выходом подключен ко входу защиты потоку блока 9 управлений. Первый и второй выводы узла 14 вольтодобавки подключены соответственно к выходам второго выпрямителя 8 и вспомогательного источника 2 питания. Резистор 13 включен между входами обратной связи и опорного напряжения блока 9 управления, первый и второй выводы корректирующей RD-цепи 13 подключены соответственно к выходу второго выпрямителя 8 и входу выходного фильтра 12, а вход опорного напряжения блока 9 управления соединен с выходом вспомогательного стабилизатора 4 напряжения Селективный датчик 16 тока (фиг. 4) может состоять из трансформатора 17 тока, вторичные обмотки которого подключены к двухполупериодному выпрямителю, нагруженному на RC-фильтр (диоды 18. 19, резистор 20. конденсатор 21) и балластных резисторов 22, 23. Корректирующая RD-цепь 13 (фиг. 6) может состоять из дискретных элементов (резистор 28, диод 27 вариант а) или их эквивалентов (сопротивление 28, источник 29 ~ вариант б). Блок 9 управления (фиг, 7) может состоять из интегральной микросхемы 30 (например, КРШ21 ХАІ), включающей в себя узлы защиты от повышения и понижения питающего эту микросхему напряжения, защиты от превышения контролируемого этой микросхемой напряжения, выключения микросхемы, широтноимпульсной модуляции с выходом на однотактный усилитель мощности, а также из интегральных микросхем 31 (например, K56s ТМ2) и 32 (например, КР1006 ВИ1), транзисторных ключей 33, 34 и диодного моста 35. Сетевой выпрямитель 1 с фильтром (фиг. 8) может состоять из выпрямителя 36, собранного по мостовой схеме, конденсатора 37 и емкостного делителя напряжения, выполненного на конденсаторах 38, 39. Вспомогательный источник 2 питания (фиг. 8) может состоять из сетевого трансформатора 40, мостового выпрямителя 41 с емкостным фильтром 42. Вспомогательный стабилизатор 4 напряжения (фиг. 8) может быть собран на интегральной микросхеме 43 (например, КР142 ЕН8Б). Усилитель 5 мощности (фиг, 8) может включать в себя силовые транзисторы 44,45, силовой трансформатор 46, трансформатор 47 управления, управляющие транзисторы 48, 49. Первый выпрямитель 6 (фиг. 8) может состоять из выпрямительных диодов 50. 51, LC - фильтра (дроссель 52. конденсатор53) и балластного резистора 54. Выпрямитель 8 (фиг. 8) может состоять из выпрямительных диодов 55, 56, Делитель 10 выходных напряжений (фиг, 8) может состоять из суммирующего делителя напряжений первого 7 и второго 11 выходов устройства (резисторы 57, 58, 59) и согласующего резистора 60. Выходной фильтр 12 (фиг, 8) может состоять из LC - фильтра (дроссель 61, конденсатор 62) и балластного резистора 63. Выходной фильтр 12 (фиг. 8) может состоять из LС - фильтра (дроссель 61, конденсатор 62) и балластного резистора 63. На фиг. 1-8 приняты следующие обозначения: ~Uc - напряжение переменного тока питающей сети; Ubc, Uвд, Uви, U1, U2 - напряжения постоянного тока соответственно на выходах сетевого выпрямителя 1, узла 14 вольтодобавки, вспомогательного источника 2 и на выходах 7 и 11 устройства; - импульсные высокочастотные напряжения соответственно на первом и втором выходах усилителя 5 мощности; - выпрямленные напряжения соответственно на выходах второго выпрями геля 8 и корректирующей RD-цепи 13; - соответственно суммарные сигналы обратной связи и защиты по напряжению блока 9 управления; Uу, Usal - соответственно сигналы управления ы защиты по току блока 9 управления; Uст Еп, Uоп - соответственно напряжения на выходе вспомогательного стабилизатора 4 напряжения, напряжение питания и "норного напряжения блока 9 управления. Источник питаний персональных ЭВМ работает следующим образом. При включении источника питания напряжение ~Uc через ввод 3 (фиг. 1) поступает на входы сетевого выпрямителя 1 и вспомогательного источника 2 питания. Выпрямленное напряжение выпрямителя Ubc через силовые выводы селективного датчика 16 тока поступает на вход питания усилителя 5 мощности. Источник 2 вырабатывает на выхода напряжение Ubc, которое поступает на вход вспомогательного стабилизатора 4 напряжения. Стабилизатор 4 выдает на выходе напряжение Uct, которое для блока 9 управления является питающим (Еп) и опорным (Uon). При поступлении на блок 9 питания Еп выше определенного уровня вырабатываются управляющие импульсы с нарастающей от нуля длительностью, которые поступают на управляющий вход усилителя 5 мощности. Усилитель 5 вступает в работу и формирует на первом и втором выходах импульсные высокочастотные напряжения Uум1 и UyM2. С появлением напряжений UyM1 и UyM2 появляются напряжения U1 и U2 соответственно на выходах 7 и 11 устройства вследствие включения в работу соответственно первого выпрямителя 6 и последовательной цепи, состоящей из второго выпрямителя 8. корректирующей RD-цепи 13 и выходного фильтра 12. Одновременно напряжение Ub2 с выхода второго выпрямителя 8 через узел 14 вольтодобавки поступает на выход вспомогательного источника 2. Напряжения U1 и U2 подаются на делитель 10 выходных напряжений, который выдает суммарные (напряжений U1 и U2) сигналы обратной связи и защиты по напряжению для блока 9 управления. Блок 9, получив сигнал функционирует согласно известному принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ), вырабатывая сигналы управления Uy Сигналы Uy блока 9 воздействуют на усилитель 5 таким образом, чтобы напряжений U1 и U2 поддерживались неизменными (с допустимой нестабильностью) при изменении в заданных пределах напряжения ~UC и токов нагрузок 11, 12 соответственно выходам 7 и 11. Подключаемые к источнику питания модули и внешние устройства персональных ЭВМ в целом потребляют токи 11 и 12 одновременно и, как правило, пропорционально относительно друг друга. То есть можно говорить о пропорциональном (синхронном) изменении токов 11 и 12 в пределах от минимального до максимального значений с определенной дискретностью, определяемой числом подключаемых модулей и внешних устройств персональных ЭВМ. Следовательно, допустимой нестабильностью для напряжений U1 и U2 могут быть нестабильности от пропорционального изменения токов 11 и 12 Выход 7 (U1) является ведущим по отношению к выходу 11 (U2), так как делитель 10 и блок9 управления обеспечивают приоритетность сигнала обратной связи для выхода 7. Выход 11 является ведомым. Нестабильность напряжения U2 определяется внешними вольтамперными характеристиками выходов 7 и 11. На фиг. 2 видно, что при токах 12mах и 11mах напряжение U2 соответствует точке А0 характеристики При изменении тока 11mах до значения 11mах напряжение U2 будет определяться точкой А характеристики Отрезок А°А, также как и любая разность ординат характеристик а и б, определяет перекрестную (взаимную) нестабильность ведомого выхода 11(U2) от изменения тока нагрузки 11 ведущего выхода 7 (U1). Очевидно, что чем жестче внешняя характеристика выхода 7 (U1), тем меньше будет нестабильность которая практически не зависит от наклона собственной внешней характеристики. Внешняя характеристика выхода 11 (U2) определяет нестабильность напряжения U2 от изменения тока 12 и пропорциональную нестабильность При более жесткой характеристике а'(б1) нестабильность (соответствует отрезку С1 D1 - фиг. 2) меньше, чем при более крутой характеристике а(б) - соответствует будет определяться отрезку CD. Однако при более жесткой характеристике а1 (б1 ) нестабильность наклоном линии А1 В1 (соответствовать отрезку С 1 В1), а при более крутой характеристике а(б) - линией А °В (соответствовать точке В, совпадающей с точкой С), То есть в последнем случае нестабильность Если крутизну внешней характеристики увеличивать дальше (на фиг. 2 не показано), то, очевидно, что нестабильность будет увеличиваться. Элементы 26, 27 (или их эквиваленты 28, 29) корректирующей RD - цепи 13 выбираться такими, чтобы за счет коррекции наклона характеристик а и б (фиг. 2) было обеспечено наименьшее значение нестабильности Принцип действия селективного датчика 16 тока объясняется осциллограммами импульсов тока на выходе датчика 16 и импульсов управления на выходе блока 9 управления (фиг. 4). Исходный импульс E°F' F F° соответствует сумме токов, вызванных нагрузками выходов 7 и 11. При увеличении тока 11 или 12 на одну и ту же величину (характеризуется отрезком ЕЕ ') импульс тока на выходе датчика 16 изменяется по разному. От изменения тока 11 - пологой линией г и приращением FF1, от изменения тока 12 - более крутой линией в и приращением FF11 . Это объясняется тем, что напряжение U2HJ1 (например, U1=5b, U2=12b) и индуктивность дросселя 52 (фиг. 8) больше индуктивности дросселя 61. Соответственно при сравнении импульсов Е°Е 'f 1 F° (фиг. 3) и Е°Е Ε11 F0 с напряжением опорного источника Uon (линия Μ Ν) блок 9 управления формирует различную длительность импульсов управления Uy1 и Uy2. Таким образом датчик 16, включенный последовательно с первичной обмоткой трансформатора 4> (фиг. 8) усилителя 5 и, являясь общим для выходов 7 и 11, позволяет установить практически равные (в относительных единицах пороги срабатывания защиты по току выхо дов 7 и 11 при условии 1 1>1 2. Узел 14 вольтодобавки работает следующим образом. Выпрямленное и частичке стабилизированное напряжение Ub2 с выхо да выпрямителя 8 через узел 14 подпитывав! вход стабилизатора 4. При больших отклонениях напряжения ~UC. напряжение UB« поддерживается с меньшим отклонением. При таких условиях разность напряжений иВи и Uct в наихудшем случае не превышает примерно 1,5 В. Это позволяет повысить стабильность напряжения Uct, к.п.д. стабилизатора 4 и исключить защиту от перенапряжений на выходе этого стабилизатора. Включение резистора 15 между входами и Uon блока 9 управления позволяет использовать напряжение Uct в качестве опорного, так как изменение напряжения Uct передается не только на вход Uon блока 9 управления, но и через резистор 15 на делитель 10. То есть приращения напряжения UCT примерно одинаково влияют на сопоставляемые напряжения этих напряжений. и Uon в блоке 9 управления и не влияют на разность Напряжения U1 и U2 контролируются блоком 9 управления по входу а благодаря резистору 15 и узлу 14 в аварийных ситуациях вместе с напряжением Uct контролируются также блоком 9 управления по входу Е п. Таким образом, в предполагаемом изобретении по сравнению с прототипом достигнута необходимая стабильность напряжения ведомого выхода устройства с учетом характерного для персональных ЭВМ дискретно-пропорционального изменения нагрузок ведущего ведомого выходов. Уменьшение аппаратурных затрат достигнуто за счет исключения стабилизатора на выходе 11, источника опорного напряжения для блока управления и узла защиты для стабилизатора 4, за счет повышения к.п.д. источника 2 и стабилизатора 4, а также вследствие использования общего для выходов 7 и 11 датчика 16. Кроме того, в заявляемом устройстве достигнуто повышение надежности благодаря дублированию защиты от перенапряжений выходов 7 и 11 (по цепи сигнала и через резистор 15 и напряжение Еп), применения селективного датчика 16 тока, а также за счет упрощения устройства в целом.