УСТРОЙСТВО РЕЗЕРВНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ Российский патент 2013 года по МПК H02J9/04 

Предлагаемое устройство относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания средств связи.

Известны устройства для включения резервного источника питания по а.с. 826501, H02J 9/06 и а.с. 1065961, H02J 9/06, обеспечивающие переключение питания нагрузки с основного на резервный источник питания и обратно. В этих устройствах в качестве исполнительного элемента применяется реле.

Недостатком известных устройств является их невысокая надежность из-за наличия электромеханических контактов реле, т.к. момент коммутации сопровождается импульсными помехами и возможностью их подгорания.

Известны также устройства для резервного электроснабжения по а.с. 1056363, H02J 9/06 и а.с. 775822, H02J 9/06, обеспечивающие переключение нагрузки с основного источника питания на резервный источник и обратно.

Недостатком этих устройств является относительная сложность схемного решения, а также потребление питания от резервного источника при его подключении к нагрузке.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство резервного электропитания по а.с. 1501214, H02J 9/06, принятое за прототип.

Схема устройства-прототипа представлена на фиг.1, где обозначено:

1 - основной источник питания;

2 - нагрузка;

3 - диод;

4 - резервный источник питания;

5 - транзистор р-n-р типа;

6, 14 - диоды;

7 - резистор;

8 - стабилитрон датчика напряжения;

9 - транзисторный ключ;

10 - резистор датчика напряжения;

11 - транзистор n-p-n типа;

13 - датчик напряжения;

15 - контакты реле;

16 - реле.

Устройство-прототип содержит основной источник питания 1, положительный полюс которого через диод 3 подключен к нагрузке 2, резервный источник питания 4, подключенный положительным полюсом через коллекторно-эмиттерный переход транзистора 11 к нагрузке 2, база которого подключена к выводу датчика напряжения 6, выполненного в виде параметрического стабилизатора на резисторе 10 и стабилитроне 8. Вход датчика напряжения 13 подключен к коллектору транзистора 11. Транзисторный ключ 9 выполнен на транзисторе 5, эмиттер которого подключен к катоду диода 3, а коллектором - к обмотке реле 16, зашунтированной диодом 14. База транзистора 5 подключена к точке соединения катода диода 6 и резистора 7. Анод диода 6 соединен с анодом диода 3. Замыкающий контакт 15 реле 16 подключен параллельно переходу коллектор-эмиттер транзистора 11. При этом отрицательные полюса обоих источников питания, другой вывод нагрузки 2, анод стабилитрона 8 и соответствующий вывод обмотки реле 16 соединены с общим выводом.

Устройство-прототип работает следующим образом.

В исходном состоянии напряжение на базе транзистора 11 стабилизировано на уровне минимально допустимого на нагрузке 2 с помощью датчика напряжения 13. При этом устройство потребляет ток по цепи: резервный источник питания 4, резистор 10, стабилитрон 8. При любом допустимом значении напряжения на нагрузке 2 транзистор 11 закрыт, т.к. его переход эмиттер-база смещен в обратном направлении, и электропитание нагрузки 2 осуществляется от основного источника питания 1 через диод 3.

Кроме того, устройство также потребляет ток по цепи: основной источник питания 1, диод 6, резистор 10. Прямое падение напряжения на диодах 3 и 6 обеспечивает надежное запирание транзистора 5, при этом обмотка реле 16 обесточена, а его замыкающий контакт 15 разомкнут.

При снижении выходного напряжения основного источника питания 1, с учетом прямого падения напряжения на диоде 3, ниже минимально допустимого уровня на нагрузке 2, переход эмиттер-база транзистора 11 получает прямое смещение, и транзистор 11 открывается, стабилизируя напряжение на нагрузке 2. При этом электропитание осуществляется уже от резервного источника питания 4, т.к. напряжение на катоде диода 3 становится больше напряжения на его аноде, и диод 3 закрывается. Закрытый диод 3 обеспечивает прямое смещение перехода эмиттер-база транзистора 5, а резистор 7 - режим его насыщения. Реле 16 срабатывает, и его замыкающий контакт 15 шунтирует транзистор 11 и повышает напряжение на нагрузке 2 до величины выходного напряжения резервного источника питания 4. При повышении выходного напряжения на основном источнике питания 1 до уровня выходного напряжения резервного источника 4 и выше диод 3 открывается, транзисторный ключ 9 закрывается, обмотка реле 16 обесточивается, контакт 15 размыкается, транзистор 11 закрывается, и электропитание осуществляется опять от основного источника 1 через диод 3.

Недостатками устройства-прототипа являются сложность схемного решения и невысокая надежность из-за наличия электромеханических контактов реле, обеспечивающих переключение нагрузки с основного источника на резервный и обратно, т.к. из-за слабого контактного давления и вследствие высокого переходного сопротивления контакты выгорают и деформируются. Кроме того, устройство имеет повышенное потребление от резервного источника при его подключении к нагрузке, т.к. все элементы управления реле и само реле питаются от резервного источника.

Задача предлагаемого устройства - уменьшение потребления в режиме резервного питания, повышение надежности устройства, а также упрощение схемного решения.

Для решения поставленной задачи в устройство резервного электропитания, содержащее основной и резервный источники питания, отрицательными выводами подключенные к одному выводу нагрузки, а к ее другому выводу через первый диод подключен положительный полюс основного источника питания, а также транзистор р-n-р типа, база которого соединена через резистор с отрицательными полюсами источников и через второй диод - с анодом первого диода, согласно изобретению, положительный полюс резервного источника питания через эмиттерно-коллекторный переход транзистора соединен с катодом первого диода.

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

1 - основной источник питания;

2 - нагрузка;

3, 6 - первый и второй диоды;

4 - резервный источник питания;

5 - транзистор р-n-р типа;

7 - резистор.

Предлагаемое устройство резервного электропитания содержит основной 1 и резервный 4 источники питания, подключенные к нагрузке 2 отрицательными полюсами, а положительными полюсами соответственно через диод 3 и эмиттерно-коллекторный переход транзистора р-n-р типа 5, база которого соединена с катодом второго диода 6 и через - резистор 7 с отрицательными полюсами источников питания, анод второго диода 6 соединен с анодом первого диода 3.

Предлагаемое устройство резервного электропитания работает следующим образом.

При наличие напряжений основного 1 и резервного 4 источников питания, электропитание нагрузки 2 осуществляется от основного источника питания 1 через первый диод 3. При этом транзистор 5 закрыт, так как его переход эмиттер - база смещен в обратном направлении (величина напряжения основного источника больше величины напряжения резервного источника на величину прямого падения напряжения на втором диоде 6).

При пропадании или снижении напряжения основного источника питания 1, с учетом прямого падения напряжения на втором диоде 6, ниже минимально допустимого уровня на нагрузке 2 переход эмиттер - база транзистора 5 получает прямое смещение и транзистор 5 открывается, а резистор 7 обеспечивает режим его насыщения. При этом электропитание осуществляется уже от резервного источника питания 4.

При восстановлении напряжения основного источника питания 1 до уровня напряжения резервного источника питания 4 и выше, транзистор 5 закрывается и электропитание осуществляется опять от основного источника 1 через диод 3.

Преимуществом предлагаемого устройства является простота схемного решения, повышение надежности устройства и малое потребление от резервного источника питания.

Использование: в области электротехники. Технический результат - уменьшение потребления в режиме резервного питания, повышение надежности устройства, а также упрощение схемного решения. Устройство содержит основной (1) и резервный (4) источники питания, отрицательными выводами подключенные к одному выводу нагрузки (2), а к ее другому выводу через первый диод подключен положительный полюс основного источника питания, а также транзистор p-n-p типа (5), база которого соединена через резистор с отрицательными полюсами источников и через второй диод - с анодом первого диода, отличающееся тем, что положительный полюс резервного источника питания через эмиттерно-коллекторный переход транзистора соединен с катодом первого диода. 2 ил.

Устройство резервного электропитания, содержащее основной и резервный источники питания, отрицательными выводами подключенные к одному выводу нагрузки, а к ее другому выводу через первый диод подключен положительный полюс основного источника питания, а также транзистор p-n-p-типа, база которого соединена через резистор с отрицательными полюсами источников и через второй диод - с анодом первого диода, отличающееся тем, что положительный полюс резервного источника питания через эмиттерно-коллекторный переход транзистора соединен с катодом первого диода.