Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. (19) BY (11) 7109
(13) U
(46) 2011.02.28
(51) МПК (2009)
H 01S 3/09
ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54) БЛОК ПИТАНИЯ
(21) Номер заявки: u 20100742
(22) 2010.08.24
(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)
Блок питания, содержащий устройство сравнения, первый и второй транзисторы, ин-
дуктивность, 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 транзисторов и первый вывод индуктивности электрически связа-
ны между собой, вторые силовые выводы первого и второго транзисторов 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 постоян-
ный и два переменных резистора и ключ, при этом первые выводы постоянного и первого
переменного резисторов электрически связаны между собой, вторые выводы постоянного
и первого переменного резисторов и первый силовой вывод ключа предназначены для по-
дачи постоянного напряжения, второй силовой вывод ключа и первый вывод второго пе-
ременного резистора электрически связаны между собой, третий вывод первого
переменного резистора, а также второй и третий выводы второго переменного резистора
электрически связаны с вторым входом устройства сравнения.
BY7109U2011.02.28

2. BY 7109 U 2011.02.28
2
(56)
1. http://www.farnell.com/datasheets/77082.pdf. - Adjustable-output, switch-mode current
source with synchronous rectifier. - Page 7, fig. 2b.
2. http://www.farnell.com/datasheets/77082.pdf. - Adjustable-output, switch-mode current
source with synchronous rectifier. - Page 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] (блок питания), содержащее уст-
ройство сравнения, первый и второй транзисторы, индуктивность, датчик тока, в качестве
которого используется резистор. Первый выход устройства сравнения электрически свя-
зан с управляющим выводом первого транзистора, второй выход устройства сравнения
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 вы-
воды первого и второго транзисторов предназначены для подачи напряжения питания.
Второй вывод индуктивности электрически связан с первым выводом датчика тока, вто-
рой вывод которого электрически связан с первым выводом заряжаемого аккумулятора,
второй вывод которого 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 транзисто-
ры, индуктивность, датчик тока, в качестве которого используется резистор. Первый вы-
ход 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 транзисторов и
первый вывод индуктивности электрически связаны между собой, вторые силовые выво-
ды первого и второго транзисторов предназначены для подачи напряжения питания, при
этом второй вывод индуктивности электрически связан с первым выводом нагрузки, вто-
рой вывод которой электрически связан с входом датчика тока, выход которого электри-
чески 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 при проведении тестирования нагрузки со включенным блоком питания ука-
занный БП [2] обеспечивает номинальный ток нагрузки с существенным энергопотребле-
нием, что вовсе не требуется.
Задачей настоящей полезной модели является уменьшение энергопотребления БП при
проведении тестирования нагрузки со включенным блоком 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 перво-
го транзистора, второй выход устройства сравнения электрически связан с управляющим

3. BY 7109 U 2011.02.28
3
выводом второго транзистора, первые силовые выводы первого и второго транзисторов и
первый вывод индуктивности электрически связаны между собой, вторые силовые выво-
ды первого и второго транзисторов предназначены для подачи постоянного напряжения,
первый вход устройства сравнения электрически связан с выходом датчика тока, вход ко-
торого и второй вывод индуктивности предназначены для электрической связи с нагруз-
кой, в отличие от прототипа, содержит постоянный и два переменных резистора и ключ,
при этом первые выводы постоянного и первого переменного резисторов электрически
связаны между собой, вторые выводы постоянного и первого переменного резисторов и
первый силовой вывод ключа предназначены для подачи постоянного напряжения, второй
силовой вывод ключа и первый вывод второго переменного резистора электрически свя-
заны между собой, третий вывод первого переменного резистора, а также второй и третий
выводы второго переменного резистора электрически связаны с вторым входом устройст-
ва сравнения.
Введение в БП постоянного и двух переменных резисторов и ключа, наличие электри-
ческой связи между собой первых выводов постоянного и первого переменного резисто-
ров, назначение для подачи постоянного напряжения вторых выводов постоянного и
первого переменного резисторов и первого силового вывода ключа, наличие электриче-
ской связи между собой второго силового вывода ключа и первого вывода второго пере-
менного резистора, наличие электрической связи третьего вывода первого переменного
резистора, а также второго и третьего вывода второго переменного резистора с вторым
входом устройства сравнения позволяют уменьшить напряжение (по сравнению с рабочим
напряжением) на втором входе устройства сравнения БП при проведении тестирования
нагрузки со включенным блоком питания.
Так как напряжение, поступающее на второй вход устройства сравнения, используется
в устройстве сравнения в качестве опорного сигнала сравнения для сигнала, поступающе-
го на первый вход устройства сравнения с выхода датчика тока, уменьшение напряжения
на втором входе устройства сравнения БП при проведении тестирования нагрузки со
включенным блоком питания приводит к уменьшению тока БП через нагрузку.
Возможное применение резистора в качестве датчика тока позволяет упростить элек-
трическую схему БП.
Полезная модель поясняется фигурой.
На фигуре представлена функциональная схема БП.
БП содержит устройство сравнения 1, первый и второй транзисторы 2 и 3, соответст-
венно, индуктивность 4, датчик тока 5, в качестве которого применен резистор, постоян-
ный 6, а также первый 7 и второй 8 переменные резисторы, соответственно, и ключ 9.
Возможно и иное выполнение 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 OAR1-R010FI.
В качестве постоянного резистора 6 использован резистор Р1-12-0,25-24 кОм±5 % - M-
A, в качестве переменных резисторов 7 и 8 - резисторы 3362P-1-103LF (10 кОм). В качест-
ве ключа 9 использован транзистор FMMT491A.
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.

4. BY 7109 U 2011.02.28
4
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.
Первые выводы постоянного 6 и первого переменного 7 резисторов электрически свя-
заны между собой, вторые выводы постоянного 6 и первого переменного 7 резисторов и
первый силовой вывод ключа 9 предназначены для подачи постоянного напряжения, вто-
рой силовой вывод ключа 9 и первый вывод второго переменного 8 резистора электриче-
ски связаны между собой, третий вывод первого переменного 7 резистора, а также второй
и третий выводы второго переменного 8 резистора электрически связаны с вторым входом
устройства сравнения 1.
Вход датчика тока 5 и второй вывод индуктивности 4 предназначены для электриче-
ской связи с нагрузкой 10, в качестве которой используется лазерный диод.
БП работает следующим образом.
Рассмотрим вначале работу БП в рабочем режиме, когда ключ 9 закрыт. Тогда напря-
жение на втором входе устройства сравнения 1 постоянно и определяется постоянным на-
пряжением U0 и резистивным делителем, составленным из постоянного резистора 6 и
переменного резистора 7.
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
10 и датчик тока 5. При достижении максимального порогового значения тока, опреде-
ляемого постоянным сигналом со второго входа устройства сравнения 1, устройство срав-
нения 1 выдает 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. 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 10 и через
второй транзистор 3. Ток, протекающий через датчик тока 5, уменьшается, и при дости-
жении минимального порогового значения тока, также определяемого постоянным сигна-
лом со второго входа устройства сравнения 1, устройство сравнения 1 подает сигнал на
открывание первого транзистора 2 на управляющий вывод первого транзистора 2 и одно-
временно сигнал на закрывание второго транзистора 3 на управляющий вывод второго
транзистора 3. Первый транзистор 2 (второй транзистор 3 в это время закрывается) откры-
вается, и ток от источника питания течет, возрастая, через первый транзистор 2, индук-
тивность 4, нагрузку 10 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 вто-
рого транзистора 3 на управляющий вывод второго транзистора 3.
Таким образом, в установившемся режиме ток, протекающий через нагрузку 10 и дат-
чик тока 5, периодически с частотой около 20 кГц растет до максимального порогового
значения (определяемого постоянным напряжением на втором входе устройства сравне-
ния 1) и спадает до минимального порогового значения (также определяемого постоян-
ным напряжением на втором входе устройства сравнения 1).
Теперь рассмотрим работу БП в режиме тестирования нагрузки 10 со включенным
блоком питания.
При проведении тестирования нагрузки 10 со включенным БП на управляющий вывод
ключа 9 подается сигнал, открывающий ключ 9.

5. BY 7109 U 2011.02.28
5
При открывании ключа 9 второй переменный резистор 8 шунтирует первый перемен-
ный резистор 7. Напряжение, подаваемое на второй вход устройства сравнения 1 с третье-
го вывода переменного резистора 7, образующего вместе с постоянным резистором 6
резистивный делитель, на который подано постоянное напряжение U0, уменьшается. Так
как величина напряжения на втором входе устройства сравнения 1 определяет максималь-
ное и минимальное пороговое значение тока нагрузки 10, указанные пороговые значения
тока нагрузки 10 уменьшаются, соответственно уменьшается энергопотребление БП.
Таким образом, обеспечивается уменьшение энергопотребления БП при проведении
тестирования нагрузки со включенным блоком питания.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.