Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. (19) BY (11) 7079
(13) U
(46) 2011.02.28
ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(51) МПК (2009)
H 01S 3/09
(54) БЛОК ПИТАНИЯ
(21) Номер заявки: u 20100680
(22) 2010.07.30
(71) Заявитель: Открытое акционерное
общество "Пеленг" (BY)
(72) Авторы: Борисов Виктор Викторович;
Жуков Олег Николаевич; Михайлов
Юрий Тимофеевич; Руховец Влади-
мир Васильевич (BY)
(73) Патентообладатель: Открытое акцио-
нерное общество "Пеленг" (BY)
(57)
1. Блок питания, содержащий устройство сравнения, первый и второй транзисторы,
индуктивность, датчик тока, при этом первый выход устройства сравнения электрически
связан с управляющим выводом первого транзистора, второй выход устройства сравнения
электрически связан с управляющим выводом второго транзистора, первые силовые вы-
воды первого и второго транзистора и первый вывод индуктивности электрически связа-
ны между собой, вторые силовые выводы первого и второго транзистора предназначены
для подачи постоянного напряжения, первый вход устройства сравнения электрически
связан с выходом датчика тока, вход которого и второй вывод индуктивности предназна-
чены для электрической связи с нагрузкой, отличающийся тем, что содержит два постоян-
ных и переменный резисторы и конденсатор, при этом первые выводы первого и второго
постоянного резисторов и конденсатора электрически связаны между собой, второй вывод
BY7079U2011.02.28

2. BY 7079 U 2011.02.28
2
второго постоянного и первый вывод переменного резисторов электрически связаны меж-
ду собой, вторые выводы первого постоянного и переменного резисторов и конденсатора
предназначены для подачи постоянного напряжения, второй вход устройства сравнения
электрически связан с третьим выводом переменного резистора.
2. Блок питания по п. 1, отличающийся тем, что в качестве датчика тока применен
резистор.
(56)
1. http://www.farnell.com/datasheets/77082.pdf. - Adjustable-output, switch-mode current
source with synchronous rectifier. - P. 7, fig. 2b.
2. http://www.farnell.com/datasheets/77082.pdf. - Adjustable-output, switch-mode current
source with synchronous rectifier. - P. 7, fig. 2a (прототип).
Полезная модель относится к силовой электронике, в частности к источникам пита-
ния, и может быть использована для создания источников питания лазеров.
Известно зарядное устройство для аккумуляторов [1], содержащее устройство сравнения,
первый и второй транзисторы, индуктивность, датчик тока, в качестве которого использу-
ется резистор. Первый выход устройства сравнения электрически связан с управляющим
выводом первого транзистора, второй выход устройства сравнения электрически связан с
управляющим выводом второго транзистора, а вход электрически связан с выходом дат-
чика тока. Первые силовые выводы первого и второго транзисторов и первый вывод ин-
дуктивности электрически связаны между собой, вторые силовые выводы первого и
второго транзисторов предназначены для подачи напряжения питания. Второй вывод ин-
дуктивности электрически связан с первым выводом датчика тока, второй вывод которого
электрически связан с первым выводом заряжаемого аккумулятора, второй вывод которо-
го электрически связан с земляной шиной.
В связи с тем, что датчик тока находится в электрической цепи между индуктивно-
стью и заряжаемым аккумулятором, для подачи сигнала с датчика тока на вход устройства
сравнения необходимо иметь два соединительных проводника, что не всегда удобно, на-
пример, в тех случаях, когда размеры имеют существенное значение.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является блок
питания (далее - БП) [2], содержащий устройство сравнения, первый и второй транзисторы,
индуктивность, датчик тока, в качестве которого используется резистор. Первый выход
устройства сравнения электрически связан с управляющим выводом первого транзистора,
второй выход устройства сравнения электрически связан с управляющим выводом второ-
го транзистора, первые силовые выводы первого и второго транзисторов и первый вывод
индуктивности электрически связаны между собой, вторые силовые выводы первого и
второго транзисторов предназначены для подачи напряжения питания, при этом второй
вывод индуктивности электрически связан с первым выводом нагрузки, второй вывод ко-
торой электрически связан с входом датчика тока, выход которого электрически связан с
входом устройства сравнения.
В качестве датчика тока используется резистор, первый вывод которого электрически
связан с вторым выводом нагрузки, второй вывод резистора электрически связан с земля-
ной шиной.
В связи с тем, что резистор находится в электрической цепи между нагрузкой и зем-
ляной шиной, для подачи сигнала с этого резистора на вход устройства сравнения необхо-
дим только один проводник.
Однако указанный БП [2] в момент включения питания создает скачкообразное уве-
личение тока через нагрузку, что может вызвать выход нагрузки из строя.

3. BY 7079 U 2011.02.28
3
Задачей полезной модели является плавное установление тока через нагрузку при по-
даче напряжения на блок питания (включении блока питания).
Сущность полезной модели заключается в том, что блок питания, содержащий уст-
ройство сравнения, первый и второй транзисторы, индуктивность, датчик тока, при этом
первый выход устройства сравнения электрически связан с управляющим выводом первого
транзистора, второй выход устройства сравнения электрически связан с управляющим
выводом второго транзистора, первые силовые выводы первого и второго транзистора и
первый вывод индуктивности электрически связаны между собой, вторые силовые выво-
ды первого и второго транзистора предназначены для подачи постоянного напряжения,
первый вход устройства сравнения электрически связан с выходом датчика тока, вход кото-
рого и второй вывод индуктивности предназначены для электрической связи с нагрузкой,
в отличие от прототипа, содержит два постоянных и переменный резисторы и конденса-
тор, при этом первые выводы первого и второго постоянного резисторов и конденсатора
электрически связаны между собой, второй вывод второго постоянного и первый вывод
переменного резисторов электрически связаны между собой, вторые выводы первого по-
стоянного и переменного резисторов и конденсатора предназначены для подачи постоян-
ного напряжения, второй вход устройства сравнения электрически связан с третьим
выводом переменного резистора.
Возможно применение резистора в качестве датчика тока.
Введение первого постоянного резистора с наличием электрической связи между со-
бой первых выводов первого и второго постоянного резисторов и конденсатора, а также
назначение для подачи постоянного напряжения вторых выводов первого постоянного и
переменного резисторов и конденсатора позволяет ограничить ток заряда конденсатора в
момент подачи напряжения на БП и, соответственно, ограничить потребляемый ток БП в
момент его включения, и получить плавное установление напряжения на конденсаторе.
Введение второго постоянного резистора и переменного резистора и наличие электри-
ческой связи между собой второго вывода второго постоянного и первого вывода пере-
менного резисторов позволяет создать резистивный делитель напряжения, наличие
электрической связи второго входа устройства сравнения с третьим выводом переменного
резистора позволяет подать напряжение с резистивного делителя напряжения на второй
вход устройства сравнения и таким образом использовать его в устройстве сравнения в
качестве опорного сигнала сравнения для сигнала, поступающего на первый вход устрой-
ства сравнения с выхода датчика тока.
Наличие конденсатора, имеющего электрическую связь первого вывода с первыми
выводами первого и второго постоянного резисторов, наличие электрической связи между
собой второго вывода второго постоянного и первого вывода переменного резисторов, на-
значение для подачи постоянного напряжения вторых выводов первого постоянного и пе-
ременного резисторов и конденсатора позволяет из-за наличия определенной постоянной
времени заряда конденсатора получить необходимое время установления напряжения на
третьем выводе переменного резистора.
Так как напряжение, поступающее с третьего вывода переменного резистора на вто-
рой вход устройства сравнения, используется в устройстве сравнения в качестве опорного
сигнала сравнения для сигнала, поступающего на первый вход устройства сравнения с
выхода датчика тока, наличие определенной постоянной времени установления напряже-
ния на третьем выводе переменного резистора приводит к возрастанию опорного сигнала
сравнения с определенной постоянной времени вплоть до установившегося значения. Со-
ответственно, при подаче напряжения на БП (включении БП) с такой же постоянной вре-
мени установления происходит плавное возрастание тока БП через нагрузку вплоть до
установившегося значения.
Возможное применение резистора в качестве датчика тока позволяет упростить элек-
трическую схему БП.

4. BY 7079 U 2011.02.28
4
Полезная модель поясняется фигурой.
На фигуре представлена схема БП.
БП содержит устройство сравнения 1, первый 2 и второй 3 транзисторы, индуктив-
ность 4, датчик тока 5, в качестве которого применен резистор 6, конденсатор 7, первый 8
и второй 9 постоянные резисторы и переменный резистор 10. Возможно и иное выполне-
ние датчика тока 5, например, с использованием датчика Холла.
Устройство сравнения 1 выполнено на микросхемах IR2104SPBF, LM397MF и
LMC7101AIM5 и предназначено для сравнения сигнала, поступающего на первый вход
устройства сравнения, с опорным сигналом, поступающим на второй вход устройства
сравнения, и выдачи сигналов управления, поступающих на управляющие выводы перво-
го 2 и второго 3 транзисторов.
Первый 2 и второй 3 транзисторы типа IRF1104PBF используются в ключевом режиме.
В качестве индуктивности 4 использован дроссель с индуктивностью около 100 мкГн.
В качестве датчика тока 5 используется резистор 6 OAR1-R010FI, конденсатор 7 емко-
стью 0,47 мкФ использован типа 2222 780 15658. В качестве постоянных резисторов 8 и 9
использованы резисторы Р1-12-0,25-22 кОм±5 % - M-A, в качестве переменного 10 - рези-
стор 3362Р-1-103LF (10 кОм).
Первый выход устройства сравнения 1 электрически связан с управляющим выводом
первого транзистора 2, второй выход устройства сравнения 1 электрически связан с
управляющим выводом второго транзистора 3.
Первый вход устройства сравнения 1 электрически связан с выходом датчика тока 5.
Первые силовые выводы первого 2 и второго 3 транзисторов и первый вывод индук-
тивности 4 электрически связаны между собой, а вторые силовые выводы первого 2 и вто-
рого 3 транзисторов предназначены для подачи постоянного напряжения U.
Вход датчика тока 5 и второй вывод индуктивности 4 предназначены для электриче-
ской связи с нагрузкой 11, в качестве которой используется лазерный диод.
Первые выводы первого 8 и второго 9 постоянного резисторов и конденсатора 7 элек-
трически связаны между собой, второй вывод второго 9 постоянного и первый вывод пе-
ременного 10 резисторов электрически связаны между собой, вторые выводы первого 8
постоянного и переменного 10 резисторов и конденсатора 7 предназначены для подачи
постоянного напряжения U0, второй вход устройства сравнения 1 электрически связан с
третьим выводом переменного резистора 10.
БП работает следующим образом.
Рассмотрим вначале работу БП в установившемся режиме, когда напряжение на вто-
ром входе устройства сравнения 1 постоянно и определяется постоянным напряжением U0
и резистивным делителем, составленным из первого 8 и второго 9 постоянного резисторов
и переменного резистора 10.
Рассмотрим момент времени, когда поступающий с датчика тока 5 сигнал на первом
входе устройства сравнения 1 меньше сигнала на втором входе устройства сравнения 1.
В этом случае устройство сравнения 1 с первого выхода выдает сигнал на открывание
первого транзистора 2 на управляющий вывод первого транзистора 2 (второй транзистор 3
в это время закрыт, так как отсутствует сигнал на втором выходе устройства сравнения 1).
Ток от источника питания, возрастая, течет через транзистор 2, индуктивность 4, нагрузку 11
и датчик тока 5. При достижении максимального порогового значения тока, определяемого
постоянным сигналом со второго входа устройства сравнения 1, устройство сравнения 1
выдает сигнал на закрывание первого транзистора 2 на управляющий вывод первого тран-
зистора 2 и одновременно сигнал на открывание второго транзистора 3 на управляющий
вывод второго транзистора 3. Первый транзистор 2 закрывается, а второй транзистор 3
открывается. При закрывании первого транзистора 2 и открывании второго транзистора 3
индуктивность 4 поддерживает убывающий ток через нагрузку 11 и через второй транзи-
стор 3. Ток, протекающий через датчик тока 5, уменьшается, и при достижении мини-

5. BY 7079 U 2011.02.28
5
мального порогового значения тока, также определяемого постоянным сигналом со второ-
го входа устройства сравнения 1, устройство сравнения 1 подает сигнал на открывание
первого транзистора 2 на управляющий вывод первого транзистора 2 и одновременно сиг-
нал на закрывание второго транзистора 3 на управляющий вывод второго транзистора 3.
Первый транзистор 2 (второй транзистор 3 в это время закрывается) открывается, и ток от
источника питания течет, возрастая, через первый транзистор 2, индуктивность 4, нагрузку 11
и датчик тока 5. При достижении максимального порогового значения тока устройство
сравнения 1 подает сигнал на закрывание первого транзистора 2 на управляющий вывод
первого транзистора 2 и одновременно сигнал на открывание второго транзистора 3 на
управляющий вывод второго транзистора 3.
Таким образом, в установившемся режиме ток, протекающий через нагрузку 11 и датчик
тока 5, периодически с частотой около 20 кГц растет до максимального порогового значе-
ния (определяемого постоянным напряжением на втором входе устройства сравнения 1) и
спадает до минимального порогового значения (также определяемого постоянным напря-
жением на втором входе устройства сравнения 1).
Теперь рассмотрим работу БП от момента включения до установления режима работы.
В момент включения БП напряжение на втором входе устройства сравнения 1 равно
нулю, так как конденсатор 7, шунтирующий второй вход устройства сравнения 1, не заря-
жен. При подаче напряжения питания на БП происходит апериодический процесс заряда
конденсатора 7 через постоянный резистор 8, соответственно, напряжение на переменном
резисторе 10 увеличивается от нулевого значения до установившейся величины. Также
увеличивается от нулевого значения до установившейся величины сигнал, поступающий с
третьего вывода переменного резистора 10 на второй вход устройства сравнения 1. Так
как величина напряжения на втором входе устройства сравнения 1 определяет максималь-
ное и минимальное пороговые значения тока через нагрузку 11, происходит апериодиче-
ский процесс увеличения максимального и минимального порогового значения тока через
нагрузку 11 до установившихся значений. Соответственно, и ток через нагрузку 11 ведет
себя подобным образом, плавно увеличиваясь от нуля до установившихся значений.
Таким образом, обеспечивается плавное установление тока БП через нагрузку при по-
даче напряжения на блок питания (включении блока питания).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.