УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗЕРВНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК H02J9/06 

Предлагаемое изобретение 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, выполненные на тиристоре по а.с. 775822, Н02J 9/06 и на базе транзисторных ключей по а.с. 1336154, Н02J 9/06, которые осуществляют автоматическое переключение нагрузки с основного на резервный источник питания. Основной недостаток этих устройств - сложность их схем управления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для резервного энергоснабжения блока микропроцессорной памяти по а.с. 1056363, Н02J 9/06, принятое за прототип.

Схема этого устройства резервного энергоснабжения приведена на фиг.1, где обозначено:

1, 2 - первый и второй транзисторы p-n-p типа;

3 - транзистор n-p-n типа;

5, 13 - первый и второй источники питания;

6 - стабилитрон;

7, 8 - первый и второй диоды;

9-12 - первый - четвертый ограничивающие резисторы;

14 - нагрузка;

15-17 - первый - третий резисторы утечки;

18 - операционный усилитель;

19 - делитель напряжения.

Устройство-прототип содержит первый 5 и второй 13 источники питания, одноименные (отрицательные) выводы которых соединены с общей шиной. Положительный вывод первого источника 5 через эмиттерно-коллекторный переход первого транзистора p-n-p типа 1 соединен с соответствующим выводом нагрузки 14 и через коллекторно-эмиттерный переход второго транзистора p-n-p типа 2 - с одноименным (положительным) выводом второго источника питания 13, при этом отрицательные выводы второго источника 13 и нагрузки 14 соединены с общей шиной. База первого транзистора 1 через четвертый ограничивающий резистор 12 соединена с коллектором транзистора 3, эмиттер которого соединен с общей шиной, а его база через последовательно соединенные второй резистор 10 и второй диод 8 соединена с выходом операционного усилителя 18 и через последовательно соединенные первый диод 7 и третий резистор 11 - с базой второго транзистора 2. Положительный вывод первого источника питания 5 соединен с делителем напряжения 19, другой вывод которого подсоединен к общей шине, а средняя точка - к первому входу операционного усилителя 18, второй вход которого подключен к точке соединения катода стабилитрона 6 и вывода первого ограничивающего резистора 9, другой вывод которого соединен с положительным выводом второго источника питания 13, причем анод стабилитрона 6 соединен с общей шиной. Кроме того, между базой и эмиттером каждого из транзисторов 1-3 подключены соответственно первый - третий резисторы утечки 15-17.

Устройство-прототип работает следующим образом.

При номинальных напряжениях первого 1 и второго 2 источников питания напряжение на первом входе операционного усилителя 18 превышает напряжение на втором его входе. Транзистор 2 оказывается закрытым, поскольку напряжение на выходе операционного усилителя 18 равно напряжению питания источника 13, а также благодаря пороговым свойствам диода 7 и перехода база - эмиттер транзистора 2. При этом проводящей окажется цепь, состоящая из следующих элементов: выход операционного усилителя 18 - диод 8 - резистор 10 - переход база - эмиттер транзистора 3. Транзистор 3 открыт и своим коллекторным током через резистор 12 поддерживает открытым и насыщенным транзистор 1. В результате первый источник питания оказывается подключенным к нагрузке 14 через транзистор 1.

При отказе первого источника питания 1 или при постепенном уменьшении его напряжения на первом входе операционного усилителя 18 напряжение становится меньше, чем на его втором входе. Вследствие этого напряжение на выходе операционного усилителя 18 скачкообразно уменьшается до нуля. При этом выключаются транзисторы 3 и 1. Диод 8 выполняет функцию порогового элемента и способствует удерживанию транзистора 3 в области отсечки коллекторного тока. Одновременно открывается транзистор 2, поскольку появляется ток в цепи, состоящей из элементов: переход эмиттер - база транзистора 2 - резистора 11 - диод 7 - выход операционного усилителя 18. В результате второй источник питания 2 оказывается подключенным к нагрузке через транзистор 2. При восстановлении первого источника 1 происходит отключение второго источника 2 и подключение нагрузки к первому источнику 1.

Недостатками устройства-прототипа являются относительная сложность схемного решения и низкая нагрузочная способность при работе от второго источника питания, так как режим насыщения транзистора, подключенного ко второму источнику питания, определяется выходным током операционного усилителя.

Задача предлагаемого технического решения - расширение функциональных возможностей устройства и упрощение его схемного решения.

Для решения поставленной задачи в устройство для резервного энергоснабжения, содержащее первый и второй источники питания, отрицательные выводы которых соединены с выводом нагрузки и общей шиной, первый и второй транзисторы p-n-p типа, коллекторы которых подключены к нагрузке, их эмиттеры - к положительным выводам соответственно первого и второго источников питания, база первого транзистора p-n-p типа соединена с выводом четвертого ограничивающего резистора, эмиттер первого транзистора n-p-n типа соединен с общей шиной, эмиттер второго транзистора p-n-p типа через первый ограничивающий резистор соединен с анодом первого диода 7, базой - с первым выводом третьего ограничивающего резистора, а также стабилитрон, второй диод и второй ограничивающий резистор, согласно изобретению введен второй транзистор n-p-n типа, коллекторно-эмиттерный переход которого включен между вторым выводом третьего ограничивающего резистора и общей шиной, а база соединена с катодами первого и второго диодов и коллектором первого транзистора n-p-n типа, база которого через последовательно соединенные стабилитрон и второй ограничивающий резистор подключена к положительному выводу первого источника питания, при этом анод второго диода соединен с соответствующим выводом четвертого ограничивающего резистора.

Схема предлагаемого устройства для резервного электроснабжения приведена на фиг.2, где обозначено:

1, 2 - первый и второй транзисторы p-n-p типа;

3, 4 - первый и второй транзисторы n-p-n типа;

5, 13 - первый и второй источники питания;

6 - стабилитрон;

7, 8 - первый и второй диоды;

9-12 - первый - четвертый ограничивающие резисторы;

14 - нагрузка.

Предлагаемое устройство содержит первый 5 и второй 13 источники питания, отрицательные выводы которых соединены с выводом нагрузки 14 и общей шиной, а также первый 1 и второй 2 транзисторы p-n-p типа, коллекторы которых подключены к нагрузке 14, эмиттеры - к положительным выводам соответственно первого 5 и второго 13 источников питания. База первого транзистора 1 через последовательно соединенные четвертый резистор 12 и второй диод 8 соединена с коллектором первого транзистора n-p-n типа 3, эмиттер которого соединен с общей шиной, а его база через последовательно соединенные стабилитрон 6 и второй резистор 10 - с эмиттером первого транзистора 1. Кроме того, эмиттер второго транзистора 2 через последовательно соединенные первый резистор 9 и первый диод 7 соединен с коллектором первого транзистора n-p-n типа 3 и базой второго транзистора n-p-n типа 4, а база транзистора 2 через третий резистор 11 соединена с коллектором транзистора 4, эмиттер которого соединен с общей шиной.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При наличии напряжения первого источника питания 5 пробивается стабилитрон 6 и током, протекающим через второй ограничивающий резистор 10, открывается транзистор 3 и своим коллекторным током через четвертый ограничивающий резистор 12 и второй диод 8 поддерживает открытым и насыщенным транзистор 1. В результате первый источник питания 5 оказывается подключенным к нагрузке 14. Одновременно открытый первый транзистор n-p-n типа 3 шунтирует база-эмиттерный переход второго транзистора n-p-n типа 4 и закрывает его. В результате ток в цепи базы транзистора 2 отсутствует, следовательно, транзистор 2 находится в закрытом состоянии, и второй источник питания 13 отключен от нагрузки 14. При пропадании по каким-либо причинам напряжения первого источника 5 выключается транзистор 3 и транзистор 1. При этом ток через первый ограничивающий резистор 9 и первый диод 7, ранее отбираемый коллектором транзистора 3, теперь течет в базу транзистора 4, который открывается, и током, протекающим через третий ограничивающий резистор 11, поддерживает открытым и насыщенным транзистор 2, в результате второй источник питания 13 оказывается подключенным к нагрузке 14.

При восстановлении напряжения первого источника питания 5 вновь включается транзистор 3 и транзистор 1, а транзистор 4 выключается, при этом транзистор 2 закрывается, отключая второй источник питания 13 от нагрузки 14.

Переключение транзисторов, коммутирующих источники питания, происходит строго согласованно. Переключение при внезапном пропадании напряжения первого источника 1 и повторном его возникновении происходит независимо от длительности интервала времени, в течение которого отсутствует напряжение первого источника питания 1, что расширяет область применения предлагаемого устройства.

Кроме того, номиналы напряжений первого 1 и второго 2 источников питания могут быть выбраны произвольно или же могут изменяться в процессе работы устройства, что также расширяет функциональные возможности.

Использование: в области электротехники. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства и упрощение его схемного решения. Устройство содержит первый и второй источники питания (5, 13), первый и второй транзисторы p-n-p типа (1, 2), первый и второй транзисторы n-p-n типа (3, 4), четыре ограничивающих резистора (9, 10, 11, 12), первый и второй диоды (7, 8), стабилитрон (6), нагрузку (14). 2 ил.

Устройство для резервного энергоснабжения, содержащее первый и второй источники питания, отрицательные выводы которых соединены с выводом нагрузки и общей шиной, первый и второй транзисторы p-n-p типа, коллекторы которых подключены к нагрузке, их эмиттеры - к положительным выводам соответственно первого и второго источников питания, база первого транзистора p-n-p типа соединена с выводом четвертого ограничивающего резистора, эмиттер первого транзистора n-p-n типа соединен с общей шиной, эмиттер второго транзистора p-n-p типа через первый ограничивающий резистор соединен с анодом первого диода, базой - с первым выводом третьего ограничивающего резистора, а также стабилитрон, второй диод и второй ограничивающий резистор, отличающееся тем, что в него введен второй транзистор n-p-n типа, коллекторно-эмиттерный переход которого включен между вторым выводом третьего ограничивающего резистора и общей шиной, а база соединена с катодами первого и второго диодов и коллектором первого транзистора n-p-n типа, база которого через последовательно соединенные стабилитрон и второй ограничивающий резистор подключена к положительному выводу первого источника питания, при этом анод второго диода соединен с соответствующим выводом четвертого ограничивающего резистора.