СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК G05F1/625 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания нагрузки, сопротивление которой динамически изменяется, а именно для питания исполнительных элементов аппаратуры вывода информации с целью защиты информации по цепи питания от несанкционированного съема.

В современных радиоэлектронных устройствах используются системы электропитания, в которых полезная нагрузка подключена к источнику питания через преобразователь. Функцией преобразователя является обеспечение стабильности заданных параметров электропитания, например, поддержание стабильного напряжения на нагрузке независимо от колебаний напряжения в сети питания, поддержание стабильного тока в нагрузке при изменении напряжения в сети или при изменении сопротивления нагрузки.

Специальной задачей является создание систем электропитания для динамически изменяющейся нагрузки, то есть для нагрузки, сопротивление которой в различные моменты времени принимает различные значения в заданном диапазоне величин, при этом в некоторые моменты времени сопротивление нагрузки может стать близким к нулевому или бесконечному значению. Так, в аппаратуре вывода информации, динамически изменяющейся нагрузкой являются формирующие информационный сигнал исполнительные элементы, количество и порядок которых включены в каждый дискретный момент времени зависит от выводимой информации.

Известна система электропитания для динамически изменяющейся нагрузки [а. с. СССР N 1549794, B 41 J 9/38, публ. 1990 г.]. Динамически изменяющейся нагрузкой в данной системе электропитания являются исполнительные механизмы печатающей головки электромагнитного знакосинтезирующего устройства вывода информации на печать.

Система электропитания включает источник выпрямленного постоянного напряжения, подключенный к преобразователю, формирующему ток в нагрузке, а именно - в обмотках электромагнитов, управляющих работой исполнительных механизмов печатающей головки. Включение и выключение в каждый конкретный момент времени тех или иных обмоток электромагнитов осуществляется с помощью блока формирования командных управляющих сигналов.

В качестве преобразователя использован релейный регулятор напряжения с параметрическим ограничением выходного тока, который обеспечивает стабильный режим работы электромагнитов независимо от изменения питающего напряжения и количества одновременно срабатывающих электромагнитов.

Однако в данной системе электропитания происходит скачкообразное изменение величины потребляемого тока в цепи питания, что связано со скачкообразным изменением сопротивления нагрузки при синтезировании печатного знака. По характеру изменения тока в цепи питания нагрузки можно раскрыть содержание выводимой на печать информации, то есть информация оказывается незащищенной от несанкционированного съема.

Известна система электропитания, которая позволяет стабилизировать ток в нагрузке и выбрана авторами в качестве прототипа [Е.В. Мамонтов, Б.Д. Малолетков. "Элементы схемотехники импульсных устройств", Рязань, 1986 г., с. 13-17, рис. 15].

В данной системе электропитания источник питания подключен к преобразователю, содержащему дифференциальный усилитель с контуром отрицательной обработки связи (ООС), в которой включена полезная нагрузка.

Рассматриваемая система электропитания (называемая в упомянутом источнике информации источником стабильного тока и представленная на фиг. 1) обеспечивает постоянство тока, потребляемого нагрузкой Z_н от источника питания E_n, в случаях, когда сопротивление нагрузки изменяется в некотором диапазоне от нулевого значения до значения Z_нкр.. Величина Z_нкр. определяется по известным в электротехнике зависимостям следующим образом:

где E_n - напряжение источника питания;
U_нас - напряжение насыщения активного элемента (операционного усилителя);
R - сопротивление датчика тока;
I_н - ток в нагрузке.

Однако рассматриваемая система не обеспечивает стабильную величину тока, потребляемого нагрузкой по цепи питания, в случаях, когда сопротивление нагрузки превышает значение Z_нкр. Следовательно, она не решает задачу обеспечения постоянства тока по цепи питания в случае применения ее для запитки такой динамически изменяющейся нагрузки, какой является сопротивление исполнительных элементов аппаратуры вывода информации, так как сопротивление указанной нагрузки в некоторые моменты времени превышает значение Z_нкр., а также становится близким к бесконечности. То есть указанная система питания не защищает выводимую информацию от несанкционированного доступа по цепи питания.

Задачей заявляемого изобретения является создание системы электропитания для исполнительных элементов аппаратуры вывода информации, обеспечивающей защиту выводимой информации от несанкционированного съема по цепи питания.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в системе электропитания, включающей источник постоянного напряжения, подключенный к преобразователю, содержащему дифференциальный усилитель с контуром отрицательной обратной связи, в которой включена полезная нагрузка, согласно изобретению параллельно нагрузке в контур отрицательной обратной связи дифференциального усилителя включен стабилитрон.

Кроме того, согласно изобретению целесообразным является включение конденсатора в контур отрицательной обратной связи дифференциального усилителя параллельно нагрузке и стабилитрону.

Для решения поставленной задачи принципиальным является наличие в заявляемой системе питания стабилитрона, включенного в контур ООС дифференциального усилителя параллельно динамически изменяющейся нагрузке.

Параметры стабилитрона выбраны таким образом, что в случае, когда сопротивление нагрузки превышает значение Z_кр, в параллельных ветвях контура ООС дифференциального усилителя происходит перераспределение потребляемого от источника питания тока, а в случае, когда сопротивление нагрузки принимает значение, близкое к бесконечности, практически весь потребляемый ток протекает через стабилитрон. При этом суммарный ток, протекающий в параллельных ветвях контура ООС дифференциального усилителя, остается неизменным по величине, а следовательно, и потребляемый от источника ток остается стабильным по величине.

Таким образом за счет использования в предлагаемой системе электропитания стабилитрона (который является динамической негативной нагрузкой) обеспечивается стабильный ток питания при скачкообразном изменении сопротивления нагрузки во всем диапазоне принимаемых значений, в том числе и в моменты времени, когда сопротивление нагрузки становится близким к бесконечному значению. Следовательно, предлагаемая система электропитания при применении ее в аппаратуре вывода информации для запитки исполнительных элементов, формирующих выводимый информационный сигнал, обеспечивает защиту выводимой информации от несанкционированного съема по цепи питания.

Целесообразным является дополнительное включение конденсатора в контур ООС дифференциального усилителя параллельно динамически изменяющейся нагрузке и стабилитрону. Это позволяет за счет использования накопленной в конденсаторе энергии сформировать пиковое значение тока в нагрузке, превышающее значение стабильного тока, потребляемого от источника питания. Таким образом оказывается возможным маскировать информацию не по амплитудному значению, а по действующему значению тока в нагрузке, что позволяет резко снизить потребляемую мощность устройства.

На фиг. 1 представлена схема источника стабильного тока; на фиг. 2 представлена схема предлагаемой системы электропитания.

Система электропитания (фиг. 2) содержит усилитель D, датчик тока R, динамически изменяющееся сопротивление нагрузки Z_н, стабилитрон V, накопительный конденсатор C. Сопротивление нагрузки Z_н, конденсатор C и стабилитрон V соединены параллельно друг другу и включены в контур ООС дифференциального усилителя D. Дифференциальный усилитель D подключен к источнику E_n постоянного напряжения. На вход дифференциального усилителя D подано напряжение U₁.

Устройство работает следующим образом.

В рассматриваемой системе электропитания сопротивлением нагрузки Z_н является сопротивление исполнительных элементов аппаратуры вывода информации. При работе аппаратуры сопротивление нагрузки Z_н динамически изменяется по величине в зависимости от передаваемого информационного сигнала и при этом может принимать значения, близкие к нулю или к бесконечности.

Параметры элементов системы электропитания выбраны таким образом, что в случае, когда сопротивление нагрузки Z_н изменяется в диапазоне от 0 до Z_нкр., падение напряжения на нагрузке Z_н не превышает напряжения пробоя стабилитрона V. В этом случае стабилитрон V закрыт, а выходной ток I_Dвых усилителя D протекает через нагрузку Z_н. Благодаря включению нагрузки Z_н в контур ООС дифференциального усилителя D обеспечивается стабилизация протекающего в нагрузке тока I_н при изменении сопротивления нагрузки Z_н в указанных пределах, а величина тока I_н определяется отношением величины напряжения U₁, поданного на вход усилителя D, к величине сопротивления датчика тока R. Учитывая, что элементы дифференциального усилителя D работают в активном режиме, ток, потребляемый усилителем D, пропорционален току нагрузки I_н, следовательно, также остается стабильным при изменении сопротивления нагрузки Z_н в указанном диапазоне. Таким образом, поскольку ток нагрузки I_н и ток, потребляемый усилителем D, определяют значение тока I_н, потребляемого от источника E_n питания, его значение также остается неизменным при указанном изменении сопротивления нагрузки Z_н. Постоянство тока I_н, потребляемого от источника E_n питания, обеспечивает защиту информации от несанкционированного съема по цепи питания.

При превышении сопротивлением Z_н значения Z_нкр. падение напряжения на нагрузке Z_н достигает напряжения U_vпроб пробоя стабилитрона V. Стабилитрон V открывается, происходит перераспределение выходного тока I_Dвых усилителя D в параллельных ветвях контура ООС усилителя D, в которые включены стабилитрон V и нагрузка Z_н. При этом суммарный ток, протекающий по обеим ветвям контура ООС усилителя D, а также ток I_н, потребляемый от источника E_n питания, остаются неизменными по величине, так как параметры элементов системы питания выбраны из условия
E_n > U_Dвых = U_vпроб + I_Dвых · R, (2)
где U_Dвых - выходное напряжение усилителя D.

Накопительный конденсатор C заряжается до значения напряжения пробоя стабилитрона U_vпроб.

В случае резкого снижения сопротивления Z_н и уменьшения падения напряжения на нем конденсатор C разряжается через сопротивление Z_н, увеличивая протекающий в нагрузке Z_н ток, пиковое значение которого может превышать значение I_Dвых. При этом величина стабильного тока, потребляемого нагрузкой Z_н от источника питания E_n, не изменяется.

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для питания исполнительных элементов аппаратуры вывода информации. Система электропитания включает источник постоянного напряжения, подключенный к преобразователю, содержащему дифференциальный усилитель (ДУ) с контуром отрицательной обратной связи (ООС). Согласно изобретению в контур ООС ДУ параллельно друг другу включены полезная нагрузка и стабилитрон. Кроме того, в контур ООС ДУ параллельно нагрузке и стабилитрону включен накопительный конденсатор. Технический результат: улучшена защита выводимой информации по цепи питания от несанкционированного съема. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система электропитания, включающая источник постоянного напряжения, подключенный к преобразователю, содержащему дифференциальный усилитель с контуром отрицательной связи, в который включена полезная нагрузка, отличающаяся тем, что параллельной нагрузке в контур отрицательной обратной связи дифференциального усилителя включен стабилитрон. 2. Система электропитания по п.1, отличающаяся тем, что в контур отрицательной обратной связи дифференциального усилителя параллельно нагрузке и стабилитрону включен конденсатор.