Структурная схема выпрямительного модуля БП-500/48.

Структурная схема модуля БП–500/48приведена на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 – Структурная схема модуля БП–500/48

Выпрямительный модуль построен по схеме с бестрансформаторным входом и регулированием напряжения методом ШИМ. Силовая цепь состоит из следующих функциональных узлов: входного выпрямителя, собранного по однофазной мостовой схеме с емкостным сглаживающим фильтром на выходе, квазидвухтактного инвертора напряжения, выходного двухполупериодного выпрямителя со средней точкой и LC – сглаживающего фильтра. Для исключения воздействия входных помех на источник, самого источника на сеть и потребителя на входе и выходе установлены фильтры помех.

Драйвер преобразователя постоянного напряжения формирует траекторию перемещения рабочей точки силовых ключей в области безопасной работы и создаёт необходимую мощность сигнала управления для гарантированного включения транзисторов.

Система управления обеспечивает:

- стабилизацию и регулировку выходного напряжения методом широтно–импульсной модуляции;

- ограничение тока нагрузки;

- задержку включения и плавный запуск;

- выключение при уходе напряжения сети переменного тока за допустимые пределы;

- защиту от повышения выходного напряжения;

- защиту при коротком замыкании на выходе;

- световую и дистанционную сигнализацию;

- коррекцию напряжения заряда аккумуляторной батареи в зависимости от температуры окружающей среды;

- контроль напряжения АБ и ее отключение при глубоком разряде;

- ограничение тока заряда батареи;

- отображение измеряемых параметров на цифровом дисплее и мониторе компьютера.

Подключаемый к системе компьютер упрощает настройку, контроль и предоставляет возможность удаленного доступа в систему электропитания.

3.3.3 Функциональная схема модуля БП-500/48. Функциональная схема выпрямительного модуля представлена на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 – Функциональная схема выпрямительного модуля

Схема включает следующие функциональные узлы: входной помехоподавляющий фильтр, входной низкочастотный выпрямитель (VD1…VD4) с емкостным сглаживающим фильтром (С4), резистор для ограничения пускового тока выпрямителя (R10), два однотактных транзисторных инвертора напряжения с ключами VT5 и VT6 с противофазным управлением, высокочастотные трансформаторы T1, T2 c дополнительными обмотками и диодами VD10, VD11 для питания схемы управления, двухполупериодный выпрямитель со средней точкой VD12, VD13, сглаживающий фильтр L1, С7 и выходной фильтр помех.

Помехоподавляющие фильтры установлены на входе и выходе БП–500/48 для снижения уровня обратной помехи (наводимой в первичную сеть самим модулем) и защиты от коммутационных помех в сети (при воздействиях типа грозового разряда, техногенной аварии или др.). При воздействиях со стороны нагрузки, например, подключение АБ, также создаётся помеха. Кроме того, сам модуль, имеющий в составе полупроводниковые приборы, которые переключают токи и напряжения с высокими скоростями создает помехи.

Они оказывают влияние не только на работу аппаратуры связи, но и на работоспособность самих выпрямительных модулей, так как их схемы управления содержат аналоговые и импульсные преобразователи сигналов, конструктивно расположенные в непосредственной близости от силовых цепей. Принципиальные схемы входного и выходного помехоподавляющих фильтров приведены на рисунках 3.5 и 3.6 соответственно.

Для повышения степени фильтрации помех, распространяемых по проводам все цепи питания соединены с корпусом прибора (землей) через конденсаторы C1, С3, C4, C6, С7, С9 на рисунке 3.5 и конденсаторы C1…С3, С5…C9 на рисунке 3.6.

Рисунок 3.5 – Принципиальная схема входного помехоподавляющего фильтра

Рисунок 3.6 – Принципиальная схема выходного помехоподавляющего фильтра

Дроссели L1, L2, L3 (рисунок 3.5) и L1,L2 (рисунок 3.6) благодаря встречному включению обмоток и наличию конденсаторов C2, С5, С8 (рисунок 3.5) и C4 (рисунок 3.6) снижают дифференциальную составляющую помехи. Другие конденсаторы предназначены для подавления синфазной составляющей. Подключение этих конденсаторов непосредственно в точке соединения элементов позволяет подавлять обе составляющие помехи.

Транзисторный инвертор напряжения (рисунок 3.4) состоит из двух прямоходовых однотактных преобразователей (T1,VT5 и T2, VT6), работающих в противофазе. На затворы транзисторов VT5 и VT6 (приложение Л) от схемы управления поступают управляющие импульсы X1, X2 определенной длительности. Во время открытого состояния одного из транзисторов VT5(VT6) к первичной обмотке трансформатора Т1(T2) прикладывается напряжение источника питания, равное U_ПР (рисунок 3.4). При этом к закрытому транзистору прикладывается напряжение, равное 2U_ПР (рисунок 3.7). Для управления силовыми ключами методом ШИМ используется контроллер UC3846N, функциональная схема которого представлена на рисунке 3.8 , а назначение выводов - в приложении И.

Рисунок 3.7 – Алгоритм управления силовыми ключами

Конденсатор C3 и резистор R12 (рисунок 3.4), подключенные между землей (вывод 12 – GND) и точками CT и RT (выводы 8 и 9 соответственно), задают частоту внутреннего тактового генератора согласно следующему соотношению: . Синхронизация может осуществляться через вход SYNC (вывод 10) от внешнего источника сигнала. В схеме на рисунке 3.4 используется внутренний тактовый генератор. На вывод 15 микросхемы UС3846N поступает стабильное напряжение питания от отдельного выпрямителя В1 со сглаживающим фильтром (VIN = + 12 В). Выходное напряжение усилителя ошибки не превышает эффективное значение пилообразного напряжения (Uпилы). Полное выключение микросхемы обеспечивается схемой защиты по току (вывод 1) или схемой блокировки при понижении напряжения питания (вывод 16). Для контроля тока ключей VT5 и VT6 установлен резистор R16. Сигнал обратной связи поступает на вывод 4 с датчика тока через делитель R9, R16. Напряжение питания схемы управления в установившемся режиме поступает с дополнительных обмоток трансформаторов T1,Т2 и выпрямительные диоды VD10, VD11. При включении источника в сеть питание схемы управления осуществляется от выпрямителя В1. Когда напряжение питания на входе VIN (вывод 15) достигает порогового значения 5,1В происходит включение микросхемы. Вывод 16 обеспечивает “мягкий запуск” схемы. Пока ток через вывод 1 не достигнет 0,5 мА на выводе 16 (SHUTDOWN) удерживается потенциал земли, что обеспечивает блокирование управляющего сигнала на выводах 11, 14 (рисунок 3.4, 3.8). Величина тока через вывод 1 зависит от величины тока, протекающего через резистор RT1 , установленный в верхнее плечо делителя RT1, R4 на входе

Рисунок 3.8 – Функциональная схема контроллера UС3846N

VREF. Напряжение с резистора R4 поступает на инверсный вход усилителя рассогласования, который влияет на потенциал эмиттера встроенного транзистора и величину тока через вывод 1. Когда напряжение VREF достигает своего номинального значения 0,5 В на выводе 16 повысится потенциал и произойдет запуск схемы. При появлении сигнала ошибки в цепи обратной связи по току (напряжение на выводе 4 – C/ S превысило 0,5 В), потенциал на выводе 1 будет равен потенциалу земли, так как открыт транзистор VT1, а размах пилообразного напряжения достигает 0,35 В. Если сигнал ошибки появляется во время действия функции “мягкого запуска”, то выходы будут выключены и произойдет заряд емкости С2 до переустановки ШИМ – триггера. Ограничение тока входного выпрямителя VD1…VD4 на интервале “мягкого запуска” осуществляется посредством резистора R10, который шунтируется контактом К реле РК, управляемого транзистором VT2.

На вход усилителя ошибки (вывод 6) подается напряжение обратной связи с транзисторного оптрона VT9 через делитель R5, RT1, R4. Снижение напряжения на выходе усилителя ошибки приведет к повышению потенциала на выводе 7 (COMP), открыванию транзистора VT1 и блокированию управляющих импульсов на выходе контроллера.

Вывод VREF (вывод 2) является выходом источника опорного напряжения 5,1 В. Нагрузочная способность этого выхода составляет 30 мА. Имеется внутренняя схема ограничения тока короткого замыкания. Пока напряжение VIN не превышает верхнее пороговое напряжение “схемы блокировки при понижении питания”, тактовый генератор будет выключен, схема блокировки прекращает подачу выходных сигналов управления на выводы 11,14 (OUT A, OUT B). Емкость С2 находится в разряженном состоянии.

При повышении выходного напряжения на выводе 3 микросхемы DA2 (микросхема LM431, приложение К) увеличится потенциал, что приведет к открыванию транзистора VT8. Кроме того, изменится потенциал на выводе 3 микросхемы DA3 (микросхема LM431) при этом сработает защита от повышения выходного напряжения., т.е повысится потенциал на выводе 7 (COMP), откроется транзистор VT1 и произойдет блокирование управляющих импульсов на выходе контроллера DA1.

Выходные каскады контроллера A OUT, B OUT образуют быстродействующий двухтактный выходной формирователь. С выводов 11 и 14 ИМС UC3846N сигналы управления поступают на входы транзисторных ключей VT5, VT6. Дополнительные ключи VT3, VT4 обеспечивают форсирование разряда емкостей затвор – исток и затвор – сток на интервале выключения силовых ключей (так называемый тотемный выход). Когда на входе ключа присутствует импульс положительной полярности, транзистор открывается и форсирование может быть обеспечено только использованием источника сигнала с малым внутреннем сопротивлением. При этом транзистор VT3(VT4) закрыт. Когда напряжение управления становится равным нулю, что приводит к появлению базового тока транзистора VT3 (или VT4) его открыванию и шунтированию входа силового транзистора, что ускоряет процесс разряда емкости затвор – исток. Этим повышается результирующее быстродействие силового транзистора (приложение Л).

3.3.4 Управление источником ИБП5 – 48/36–4.2.Управление ИБП5–48/36–4.2 может осуществляться как с клавиатуры, расположенной на передней панели узла управления, так и с помощью персонального компьютера (ПК).