УСТРОЙСТВО РЕЗЕРВНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ Российский патент 2012 года по МПК H02J9/06 

Предлагаемое устройство относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания потребителей, не допускающих перерывов в работе.

Известны устройства для резервирования электропитания по а.с. 1065961, Н02J 9/06 и а.с. 1501214, Н02J 9/06, в которых переключение с основного источника на резервный осуществляется с помощью реле. Однако данные устройства недостаточно надежны и имеют повышенное потребление в режимах резервирования.

Известны также бесконтактные переключатели питания по а.с. 1056363, Н02J 9/06 и а.с. 1336154, Н02J 9/06, реализованные на базе транзисторных ключей, которые осуществляют автоматическое переключение нагрузки с основного на резисторный источник питания. Основной недостаток этих устройств - усложнение блоков коммутации и их схем управления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство резервированного электропитания по а.с. 1059640, Н02J 9/06, принятое за прототип.

Схема этого устройства резервированного электропитания приведена на фиг.1, где обозначено

1 - основной источник питания;

2 - резервный источник питания;

3 - нагрузка;

4 - транзистор датчика исправной работы;

5 - транзистор ключевого усилителя;

6 - стабилитрон;

7 - резистор.

Устройство-прототип содержит основной 1 и резервный 2 источники питания, нагрузку 3, транзистор ключевого усилителя 5, включенный в цепь резервного источника 2, управляющий вход которого через стабилитрон 6 подключен к транзистору датчика исправной работы основного источника, выполненного на транзисторе датчика 4, база которого подключена к нагрузке 3, а его эмиттерно-коллекторный переход включен между отрицательным выходом основного источника 1 и катодом стабилитрона 6, к которому подключен вывод резистора 7.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Если основной источник 1 включен, то через переход эмиттер-база транзистора датчика 4 ток источника течет в нагрузку 3, вследствие чего транзистор открыт до насыщения. Через его коллектор протекает ток, определяемый резистором 7. К стабилитрону 6 и переходу эмиттер-база транзистора 5 приложена разность напряжений источников 1 и 2, за вычетом напряжения коллектор-эмиттер транзистора датчика 4, которое в рассматриваемом случае мало. Если резервный источник 2 имеет большее напряжение, то эта разность приложена к стабилитрону в обратной полярности. Стабилитрон должен быть выбран с напряжением пробоя несколько большим, чем предельно возможная в эксплуатации разность напряжений источников, тогда он будет заперт и базовый ток транзистора 5 отсутствует. Если большее напряжение имеет основной источник 1, то стабилитрон 6 смещен в прямом направлении, однако разностью напряжений источников закрыт переход эмиттер-база транзистора 5. В обоих случаях транзистор 5 закрыт и резервный источник 2 отключен от нагрузки 3. При прекращении, по каким-либо причинам, тока от основного источника 1 транзистор датчика 4 закрывается. Ток через резистор 7, ранее отбираемый коллектором транзистора датчика 4, теперь через стабилитрон 6 течет в базу транзистора 5, который открывается и соединяет резервный источник 2 с нагрузкой 3.

Основной источник 1 при этом отключен смещенным в обратном направлении напряжением на эмиттерном переходе транзистора датчика 4.

Недостатком устройства-прототипа является то, что устройство не может автоматически восстанавливать работу от основного источника питания 1 при кратковременном пропадании его напряжения. При внезапном пропадании напряжения основного источника питания 1 ключевой усилитель, выполненный на транзисторе 5, включенный в цепь резервного источника 2, открывается и подключает резервный источник питания к нагрузке 3. Но при повторном появлении напряжения основного источника питания 1 резервный источник питания 2 остается подключенным к нагрузке 3 и от него продолжает расходоваться электроэнергия. Это уменьшает его ресурс, поскольку к моменту аварии резервный источник питания может оказаться разряженным. Кроме того, устройство имеет ограниченную область применения, так как может быть использовано только для маломощных источников питания.

Задачей предлагаемого технического устройства является расширение функциональных возможностей.

Для решения поставленной задачи в устройство резервного электропитания, содержащее основной и резервный источники питания, положительные выводы которых соединены между собой, с одним выводом первого резистора и выводом нагрузки, ключевой усилитель, включенный в цепь резервного источника эмиттерно-коллекторным переходом, причем его коллектор соединен с другим выводом нагрузки, а управляющий вход через стабилитрон подключен к датчику исправной работы основного источника, выполненному на транзисторе, при этом другой вывод первого резистора соединен с катодом стабилитрона, согласно изобретению база транзистора датчика через введенный второй резистор подключена к положительному выводу основного источника, а эмиттерно-коллекторный переход транзистора датчика - между отрицательным выводом основного источника и коллектором транзистора ключевого усилителя.

Схема предлагаемого устройства резервного электропитания, приведенного на фиг.2, где обозначено:

1 - основной источник питания;

2 - резервный источник питания;

3 - нагрузка;

4 - транзистор датчика;

5 - транзистор ключевого усилителя

6 - стабилитрон

7, 8 - первый и второй резисторы.

Предлагаемое устройство резервного электропитания содержит основной 1 и резервный 2 источники питания, положительные выводы которых соединены между собой и выводом нагрузки 3, ключевой усилитель, выполненный на транзисторе 5, эмиттерно-коллекторным переходом включенный между отрицательным выводом резервного источника 2 и выводом нагрузки 3, а базой соединен с анодом стабилитрона 6, катод которого через первый резистор 7 соединен с общей точкой положительных выводов основного 1 и резервного 2 источников и с отрицательным выводом основного источника 1 и эмиттером транзистора датчика 4, используемого в качестве датчика исправной работы, база которого через второй резистор 8 соединена с положительным выводом основного источника 1, а коллектор - с коллектором ключевого усилителя 5 и выводом нагрузки 3.

Предлагаемое устройство резервированного электропитания работает следующим образом.

При номинальных напряжениях основного 1 и резервного 2 источников питание нагрузки 3 осуществляется от основного источника 1, так как током, протекающим через второй резистор 8, датчик исправной работы основного источника, выполненный на транзисторе датчика 4 открыт и насыщен. Через его переход эмиттер-коллектор ток источника 1 течет в нагрузку 3. К стабилитрону 6 и переходу эмиттер-база транзистора 5 приложена разность напряжений источников 1 и 2. Если резервный источник 2 имеет большее напряжение, то эта разность приложена к стабилитрону в обратной полярности. Стабилитрон должен быть выбран с напряжением пробоя несколько большим, чем предельно возможная в эксплуатации разность напряжений источников, тогда он будет заперт и базовый ток транзистора 5 отсутствует. Если большее напряжение имеет основной источник 1, то стабилитрон смещен в прямом направлении, однако разностью напряжений источников закрыт переход эмиттер-база транзистора 5. В обоих случаях транзистор 5 закрыт и резервный источник 2 отключен от нагрузки 3. При прекращении по каким-либо причинам тока от основного источника 1 транзистор датчика 4 закрывается. Ток через резистор 7, ранее отбираемый коллектором транзистора датчика 4, теперь через стабилитрон 6 течет в базу транзистора 5, который открывается и соединяет резервный источник 2 с нагрузкой 3.

При восстановлении напряжения основного источника питания 1 нагрузка 3 снова подключается к нему, так как транзистор датчика 4 открывается, а ключевой усилитель, выполненный на транзисторе 5, закрывается, и резервный 2 источник отключается от нагрузки 3. Переключение транзисторов, коммутирующих источники питания, происходит строго согласованно.

Таким образом, при отказе основного источника питания происходит автоматическое переключение на резервный источник питания.

При восстановлении основного источника происходит отключение резервного источника и подключение нагрузки к основному источнику. При этом переключение с резервного источника на основной происходит независимо от длительности интервала времени в течение, которого отсутствует напряжение основного источника. Это позволяет использовать предлагаемое устройство на периферийных объектах без обслуживающего персонала, где возможно кратковременное пропадание сети.

Преимущество предлагаемого устройства по сравнению с прототипом заключается в повышении надежности переключения с резервного источника на основной, так как датчик исправной работы основного источника, выполненный на транзисторе, обеспечивает обязательное выключение ключевого усилителя, включенного в цепь резервного источника, при появлении напряжения основного источника, при этом исключается расход ограниченного энергоресурса резервного источника. Другим преимуществом предлагаемого устройства является повышенная нагрузочная способность, так как ток нагрузки проходит через эмиттерно-коллекторный переход транзистора, тогда как в прототипе - через эмиттер-базовый переход. Это расширяет область применения предлагаемого устройства, т.к. позволяет применять его при работе с повышенными токами нагрузки.

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания потребителей, не допускающих перерывов в работе. Технический результат - повышение надежности переключения с резервного источника на основной, а также расширение функциональных возможностей. Для достижения технического результата в устройство резервного электропитания введен второй резистор (8), через который база транзистора датчика (4) подключена к положительному выводу основного источника питания (1), а его эмиттерно-коллекторный переход - между отрицательным выводом основного источника (1) и точкой соединения коллектора транзистора ключевого усилителя (5) и вывода нагрузки (3). 2 ил.

Устройство резервного электропитания, содержащее основной и резервный источники питания, положительные выводы которых соединены между собой, с одним выводом первого резистора и выводом нагрузки, ключевой усилитель, включенный в цепь резервного источника эмиттерно-коллекторным переходом, причем его коллектор соединен с другим выводом нагрузки, а управляющий вход через стабилитрон подключен к датчику исправной работы основного источника, выполненному на транзисторе, при этом другой вывод первого резистора соединен с катодом стабилитрона, отличающееся тем, что база транзистора датчика через введенный второй резистор подключена к положительному выводу основного источника, а эмиттерно-коллекторный переход транзистора датчика - между отрицательным выводом основного источника и коллектором транзистора ключевого усилителя.