RU125000U1

RU125000U1 - DC POWER SUPPLY FOR LABORATORY WORKS

Info

Publication number: RU125000U1
Application number: RU2012118928/07U
Authority: RU
Inventors: Валерий Борисович Гаманюк; Константин Сергеевич Тверикин
Priority date: 2012-05-04
Filing date: 2012-05-04
Publication date: 2013-02-20

Abstract

Источник питания постоянного тока для проведения лабораторных работ, содержащий выпрямитель и узел защиты по току, соединенные с высокочастотным инверторным регулируемым преобразователем напряжения, выход источника питания, отличающийся тем, что выпрямитель и высокочастотный инверторный регулируемый преобразователь напряжения выполнены с возможностью подключения к сети переменного тока напряжением 42 В, высокочастотный инверторный регулируемый преобразователь напряжения выполнен с ключами на полевых транзисторах, а узел защиты выполнен триггерным, источник питания дополнительно содержит магнитный датчик тока и блок цифровой индикации напряжения и тока, последовательно включенные между высокочастотным инверторным регулируемым преобразователем напряжения и выходом источника питания, кнопку сброса сигнала перегрузки и индикатор срабатывания защиты, соединенные с узлом защиты, вспомогательный источник, соединенный с выпрямителем, высокочастотным инверторным регулируемым преобразователем напряжения и блоком цифровой индикации напряжения и тока, при этом узел защиты соединен с магнитным датчиком тока, представляющим собой геркон с размещенной на его корпусе обмоткой.A direct current power source for laboratory work, comprising a rectifier and a current protection unit connected to a high-frequency inverter adjustable voltage converter, a power source output, characterized in that the rectifier and high-frequency inverter adjustable voltage converter are configured to be connected to an alternating current voltage network of 42 In, a high-frequency inverter adjustable voltage converter is made with keys on field-effect transistors, and the protection node in complete with a trigger, the power supply additionally contains a magnetic current sensor and a digital voltage and current display unit, connected in series between the high-frequency inverter adjustable voltage converter and the output of the power source, an overload signal reset button and a protection operation indicator connected to the protection unit, an auxiliary source connected to a rectifier, a high-frequency inverter adjustable voltage converter and a unit for digital indication of voltage and current, with this l protection is connected to a magnetic current sensor, which is a reed switch with a winding placed on its body.

Description

Полезная модель относится к области электроники, а именно к источникам питания, и предназначена для использования преимущественно в учебном процессе для проведения лабораторных работ.The utility model relates to the field of electronics, namely to power sources, and is intended for use mainly in the educational process for laboratory work.

Известен источник питания (см. патент РФ на полезную модель №14478, МПК Н02М 7/155), содержащий сетевой выпрямитель с фильтром и преобразователь с узлом управления и транзисторным инвертором, выход которого через узел защиты преобразователя по току нагрузки и выходной трансформатор связан с выходным выпрямителем и фильтром, причем выход фильтра соединен с первым управляющим входом узла управления, второй вход которого связан с выходом узла защиты, а выход - с управляющим входом инвертора. В источник питания введен узел коррекции коэффициента мощности, вход которого соединен с выходом сетевого выпрямителя с фильтром, а выход - с силовым входом преобразователя, установлен узел защиты от перегрева, последовательно с которым включен датчик температуры, а также введены узлы параллельной работы, дистанционного управления, регулирования выходного напряжения, защиты от превышения выходного напряжения и узел сигнализации об аварии источника питания, параллельно входам введенных узлов установлены дополнительные клеммы, выходы узлов соединены с первым дополнительным входом узла управления, а параллельно второму дополнительному входу узла управления установлена дополнительная клемма.A known power source (see RF patent for utility model No. 14478, IPC Н02М 7/155), comprising a network rectifier with a filter and a converter with a control unit and a transistor inverter, the output of which is connected to the output transformer through the converter protection unit via the load current and the output transformer a rectifier and a filter, the filter output being connected to the first control input of the control unit, the second input of which is connected to the output of the protection unit, and the output is connected to the control input of the inverter. A power factor correction unit has been introduced into the power source, the input of which is connected to the output of the network rectifier with a filter, and the output is connected to the power input of the converter, an overheat protection unit is installed, a temperature sensor is connected in series with it, and parallel operation and remote control units are introduced, regulation of the output voltage, protection against exceeding the output voltage and a signaling unit about an accident of the power supply, additional terminals, outputs are installed in parallel with the inputs of the inputted nodes zlov connected to the first auxiliary input control unit, and in parallel to the second auxiliary input control unit further terminal is established.

Однако данный источник также не содержит блока цифровой индикации напряжения и тока.However, this source also does not contain a digital display unit of voltage and current.

Наиболее близким является источник питания постоянного напряжения (см. патент РФ на полезную модель №12634, МПК Н02М 7/155), содержащий сетевой выпрямитель с фильтром, выход которого подключен к силовому входу преобразователя, содержащего узел управления, транзисторный инвертор, выход которого через узел защиты преобразователя по току нагрузки и выходной трансформатор связан с выходным выпрямителем и фильтром, выход которого соединен с первым управляющим входом узла управления, второй управляющий вход которого связан с выходом узла защиты преобразователя по току нагрузки, а выход соединен с управляющим входом инвертора. Источник питания выполнен по технологии монтажа на поверхность печатной платы, расположен в металлическом корпусе. Данный источник имеет в своем составе сетевой выпрямитель, инверторный преобразователь напряжения и узел защиты по току, аналогичные примененным в заявляемом устройстве.The closest is a constant voltage power source (see RF patent for utility model No. 12634, IPC Н02М 7/155), containing a network rectifier with a filter, the output of which is connected to the power input of the converter containing the control unit, a transistor inverter, the output of which is through the unit protection of the converter according to the load current and the output transformer is connected to the output rectifier and a filter, the output of which is connected to the first control input of the control unit, the second control input of which is connected to the output of the protection unit Converter current load, and the output is connected to the control input of the inverter. The power source is made by mounting to the surface of the printed circuit board, located in a metal case. This source includes a network rectifier, an inverter voltage converter and a current protection unit, similar to those used in the inventive device.

Однако в прототипе не предусмотрен блок цифровой индикации выходного напряжения и тока, отсутствует индикатор срабатывания защиты, принцип срабатывания защиты не является триггерным, и не раскрыта возможность работы от безопасной сети переменного тока напряжением 42 В.However, the prototype does not provide a digital display unit for the output voltage and current, there is no indicator of the operation of the protection, the principle of the operation of the protection is not trigger, and the possibility of working from a safe AC network with a voltage of 42 V.

Задачей заявляемого технического решения является создание источника питания, отвечающего требованиям, предъявляемым к учебному источнику питания, а именно:The objective of the proposed technical solution is to create a power source that meets the requirements of the educational power source, namely:

1) возможность работы от сети переменного тока напряжением 42 В;1) the ability to work on AC 42 V;

2) наличие триггерной защиты с хорошо заметной индикацией режима срабатывания защиты;2) the presence of trigger protection with a clearly visible indication of the operation mode of protection;

3) возможность регулировки выходного напряжения;3) the ability to adjust the output voltage;

4) наличие понятного, желательного цифрового индикатора выходного напряжения и тока;4) the presence of a clear, desirable digital indicator of the output voltage and current;

5) малые массогабаритные показатели.5) small overall dimensions.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей, а именно обеспечение возможности применения источника питания в учебном процессе за счет создания компактного, недорогого, регулируемого источника питания, работающего от безопасной сети напряжением 42 В, имеющего тригтерную защиту с индикатором срабатывания, имеющего цифровой индикатор напряжения и тока.The technical result consists in expanding the functionality, namely, providing the possibility of using a power source in the educational process by creating a compact, inexpensive, regulated power source operating from a safe 42 V network, having trigger protection with a trip indicator, having a digital voltage and current indicator .

Поставленная задача решается за счет объединения в данной конструкции уже известных технических решений и получение качественного нового результата, а так же применения в составе источника питания широко распространенных компонентов, малогабаритного и не требующего большого количества меди трансформатора, входящего в состав высокочастотного инвертора, а также датчика тока специальной конструкции.The problem is solved by combining already known technical solutions in this design and obtaining a qualitatively new result, as well as using widely distributed components as a part of the power supply, a small-sized and not requiring a large amount of copper transformer, which is part of a high-frequency inverter, as well as a current sensor special design.

Указанный технический результат достигается тем, что источник питания постоянного тока для проведения лабораторных работ, содержащий выпрямитель и узел защиты по току, соединенные с высокочастотным инверторным регулируемым преобразователем напряжения, выход источника питания, согласно решению выпрямитель и высокочастотный инверторный регулируемый преобразователь напряжения выполнены с возможностью подключения к сети переменного тока напряжением 42 В, высокочастотный инверторный регулируемый преобразователь напряжения выполнен с ключами на полевых транзисторах, а узел защиты выполнен триггерным, источник питания дополнительно содержит магнитный датчик тока и блок цифровой индикации напряжения и тока, последовательно включенные между высокочастотным инверторным регулируемым преобразователем напряжения и выходом источника питания, кнопку сброса сигнала перегрузки и индикатор срабатывания защиты, соединенные с узлом защиты, вспомогательный источник, соединенный с выпрямителем, высокочастотным инверторным регулируемым преобразователем напряжения и блоком цифровой индикации напряжения и тока, при этом узел защиты соединен с магнитным датчиком тока, представляющим собой геркон с размещенной на его корпусе обмоткой.The specified technical result is achieved in that the DC power source for laboratory work, comprising a rectifier and a current protection unit connected to a high-frequency inverter adjustable voltage converter, the output of the power source, according to the solution, the rectifier and high-frequency inverter adjustable voltage converter are configured to AC voltage 42 V, high-frequency inverter adjustable voltage converter keys on field-effect transistors, and the protection unit is made trigger, the power supply additionally contains a magnetic current sensor and a digital voltage and current display unit connected in series between the high-frequency inverter adjustable voltage converter and the power source output, an overload signal reset button and a protection operation indicator connected to a protection unit, an auxiliary source connected to a rectifier, a high-frequency inverter adjustable voltage converter and a unit The digital voltage and current indication, the protection unit is coupled with the magnetic current sensor, which is a reed switch disposed with its coil housing.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена структурная схема источника питания, на фиг.2 - конструкция магнитного датчика тока. Позициями на чертежах обозначены:The utility model is illustrated by drawings, in which Fig. 1 is a structural diagram of a power source, and Fig. 2 is a construction of a magnetic current sensor. The positions in the drawings indicate:

1 - выпрямитель;1 - rectifier;

2 - высокочастотный инверторный регулируемый преобразователь напряжения;2 - high-frequency inverter adjustable voltage converter;

3 - вспомогательный источник;3 - auxiliary source;

4 - магнитный датчик тока;4 - magnetic current sensor;

5 - узел триггерной защиты;5 - trigger protection unit;

6 - индикатор срабатывания защиты;6 - protection operation indicator;

7 - кнопка сброса сигнала перегрузки;7 - reset button for overload signal;

8 - блок цифровой индикации напряжения и тока;8 - block digital indication of voltage and current;

9 - геркон (герметичный магнитоуправляемый контакт);9 - reed switch (sealed magnetically controlled contact);

10 - обмотка.10 - winding.

Выпрямитель 1 (фиг.1) предназначен для преобразования переменного напряжения питающей прибор сети в постоянное, которое подается на вспомогательный источник питания, предназначенный для обеспечения питающими напряжениями высокочастотного инверторного регулируемого преобразователя напряжения. Кроме того, вспомогательный источник предназначен для подачи питающих напряжений на блок цифровой индикации напряжения и тока 8 (фиг.1). Постоянное напряжение с выпрямителя также подается и на высокочастотный инверторный регулируемый преобразователь напряжения, функцией которого является преобразование постоянного напряжения одного уровня в постоянное напряжение другого уровня с высоким КПД, и обеспечение гальванической развязки выходного преобразованного напряжения от входного. Преобразование осуществляется посредством инвертирования постоянного напряжения в переменное высокой частоты, трансформации его и последующим выпрямлении. Поскольку трансформируется переменное напряжение высокой частоты, то сам трансформатор, входящий в состав подобного преобразователя, становится возможным выполнить малогабаритным, затратив сравнительно небольшое количество меди. Регулировка напряжения осуществляется за счет изменения длительности импульсов инвертированного переменного напряжения. Кроме того, сам преобразователь построен на полевых транзисторах, что увеличивает КПД устройства за счет снижения падения напряжения на участках «сток - исток» полевых транзисторов. С высокочастотного инверторного регулируемого преобразователя напряжение поступает на блок цифровой индикации напряжения и тока 8 (фиг.1) через магнитный датчик тока, функцией которого является выдача сигнала на срабатывание узла триггерной защиты 5 (фиг.1) в случае превышения тока нагрузки допустимой величины. Конструкция датчика поясняет фиг.2. Датчик представляет собой геркон 9 (герметичный магнитоуправляемый контакт) с размещенной на его корпусе обмоткой 10, по которой протекает ток нагрузки, создавая внутри катушки магнитное поле, величина индукции которого зависит от величины протекающего тока и числа витков в обмотке. Для замыкания контакта геркона требуется, чтобы величина индукции магнитного поля в зоне контакта достигла определенной величины. Таким образом, подбирая число витков в катушке, можно изменять величину тока срабатывания магнитного датчика. Схема триггерной защиты 5 (фиг.1), сработав по сигналу от магнитного датчика тока, отключает преобразователь 2 (фиг.1), тем самым снимая выходное напряжение источника питания, и выдает сигнал на индикатор срабатывания защиты 6 (фиг.1). В таком состоянии источник питания будет находиться до тех пор, пока оператор не сбросит сигнал перегрузки при помощи кнопки сброса 7 (фиг.1). После сброса возобновляется работа преобразователя 2 (фиг.1) и на выходе источника появляется напряжение.Rectifier 1 (Fig. 1) is designed to convert the alternating voltage of the mains supply network to a constant voltage, which is supplied to an auxiliary power source, designed to provide high-frequency inverter adjustable voltage converter with supply voltages. In addition, the auxiliary source is designed to supply voltage to the digital display unit of voltage and current 8 (figure 1). The direct voltage from the rectifier is also supplied to a high-frequency inverter adjustable voltage converter, the function of which is to convert a constant voltage of one level to a constant voltage of another level with high efficiency, and ensuring galvanic isolation of the output converted voltage from the input. The conversion is carried out by inverting the direct voltage into an alternating high frequency, transforming it and then rectifying it. Since the alternating voltage of high frequency is transformed, the transformer itself, which is part of such a converter, becomes possible to perform small-sized, spending a relatively small amount of copper. Voltage regulation is carried out by changing the pulse duration of the inverted AC voltage. In addition, the converter itself is built on field-effect transistors, which increases the efficiency of the device by reducing the voltage drop in the drain-source sections of field-effect transistors. From a high-frequency inverter adjustable converter, the voltage is supplied to the digital voltage and current display unit 8 (Fig. 1) through a magnetic current sensor, the function of which is to issue a signal to trigger the trigger protection unit 5 (Fig. 1) if the load current exceeds the permissible value. The sensor design is illustrated in FIG. The sensor is a reed switch 9 (sealed magnetically controlled contact) with a winding 10 located on its housing, through which the load current flows, creating a magnetic field inside the coil, the magnitude of the induction of which depends on the magnitude of the flowing current and the number of turns in the winding. To close the contact of the reed switch, it is required that the magnitude of the magnetic field induction in the contact zone reaches a certain value. Thus, choosing the number of turns in the coil, it is possible to change the magnitude of the response current of the magnetic sensor. The trigger protection circuit 5 (FIG. 1), triggered by a signal from a magnetic current sensor, turns off the converter 2 (FIG. 1), thereby removing the output voltage of the power source, and gives a signal to the protection operation indicator 6 (FIG. 1). In this state, the power source will remain until the operator resets the overload signal using the reset button 7 (Fig. 1). After the reset, the operation of the converter 2 (Fig. 1) resumes and the voltage appears at the source output.

Claims

A direct current power source for laboratory work, comprising a rectifier and a current protection unit connected to a high-frequency inverter adjustable voltage converter, a power source output, characterized in that the rectifier and high-frequency inverter adjustable voltage converter are configured to be connected to an alternating current voltage network of 42 In, a high-frequency inverter adjustable voltage converter is made with keys on field-effect transistors, and the protection node in complete with a trigger, the power supply additionally contains a magnetic current sensor and a digital voltage and current display unit, connected in series between the high-frequency inverter adjustable voltage converter and the output of the power source, an overload signal reset button and a protection operation indicator connected to the protection unit, an auxiliary source connected to a rectifier, a high-frequency inverter adjustable voltage converter and a unit for digital indication of voltage and current, with this l protection is connected to a magnetic current sensor, which is a reed switch with a winding placed on its body.