УСТРОЙСТВО РЕЗЕРВНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ Российский патент 2013 года по МПК H02J9/06 

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, H02J 9/06 и а.с. 1501214, H02J 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, H02J 9/06 и на базе транзисторных ключей по а.с. 1336154, H02J 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 является устройство для резервного энергоснабжения блока микропроцессорной памяти по а.с. 1056363, H02J 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;

4 - нагрузка;

5, 6 - первый и второй источники питания;

7, 8, 11, 13 - с первого по четвертый ограничивающие резисторы;

9, 10, 14 - с первого по третий резисторы утечки;

15, 16 - первый и второй диоды;

17 - делитель напряжения;

18 - операционный усилитель.

19 - транзистор n-p-n-типа;

20 - стабилитрон.

Устройство-прототип содержит первый 5 и второй 6 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 4 и через эмиттерно-коллекторный переход второго транзистора p-n-p-типа 2 с одноименным (положительным) выводом второго источника питания 6, при этом отрицательные выводы второго источника 6 и нагрузки 4 соединены с общей шиной. База первого транзистора 1 через четвертый ограничивающий резистор 7 соединена с коллектором транзистора 19, эмиттер которого соединен с общей шиной, а его база через последовательно соединенные второй резистор 13 и второй диод 16 соединена с выходом операционного усилителя 18 и через последовательно соединенные первый диод 15 и третий резистор 11 - с базой второго транзистора 2. Положительный вывод первого источника питания 5 соединен с делителем напряжения 17, 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 20 и вывода первого ограничивающего резистора 8, другой вывод которого соединен с положительным выводом второго источника питания 6, причем анод стабилитрона 20 соединен с общей шиной. Кроме того, между базой и эмиттером каждого из транзисторов 1, 2, 19 подключены соответственно первый - третий резисторы утечки 9, 10, 14.

Устройство-прототип работает следующим образом.

При номинальных напряжениях первого 5 и второго 6 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 6, а также благодаря пороговым свойствам диода 15 и перехода база-эмиттер транзистора 2. При этом проводящей окажется цепь, состоящая из следующих элементов: выход операционного усилителя 18, диод 16, резистор 13, переход база-эмиттер транзистора 19. Транзистор 19 открыт и своим коллекторным током через резистор 9 поддерживает открытым и насыщенным транзистор 1. В результате первый источник питания 5 оказывается подключенным к нагрузке 4 через транзистор 1.

При отказе первого источника питания 5 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 19 и 1. Диод 16 выполняет функцию порогового элемента и способствует удерживанию транзистора 19 в области отсечки коллекторного тока. Одновременно открывается транзистор 2, поскольку появляется ток в цепи, состоящей из элементов: переход эмиттер-база транзистора 2, резистор 11, диод 15, выход операционного усилителя 18. В результате второй источник питания 6 оказывается подключенным к нагрузке через транзистор 2. При восстановлении первого источника 5 происходит отключение второго источника 6 и подключение нагрузки к первому источнику 5.

Недостатками устройства-прототипа являются относительная сложность, связанная с функциональной избыточностью при построении схемы управления транзисторами p-n-p-типа.

Задача предлагаемого технического решения - повышение надежности устройства путем упрощения его схемного решения.

Для решения поставленной задачи в устройство резервного электропитания, содержащее первый и второй источники питания, отрицательные выводы которых объединены в общий вывод и соединены с соответствующим выводом нагрузки, первый и второй транзисторы p-n-p-типа, коллекторы которых подключены к другому выводу нагрузки, их эмиттеры - к положительным выводам соответственно первого и второго источников питания, базы первого и второго транзисторов соединены соответственно с первым и вторым резисторами, а между базой и эмиттером каждого транзистора включены соответственно третий и четвертый резисторы, согласно изобретению, введен транзисторный оптрон, светодиод которого включен между выводами первого резистора и общим выводом, а фототранзистор шунтирует базо-эмиттерный переход второго транзистора p-n-p-типа, при этом другой вывод второго резистора соединен с общим выводом.

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

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

3 - транзисторный оптрон;

3.1 - светодиод оптрона;

3.2 - фототранзистор оптрона;

4 - нагрузка;

5, 6 - первый и второй источники питания;

7 - 10 - с первого по четвертый резисторы.

Предлагаемое устройство содержит первый 5 и второй 6 источники питания, отрицательные выводы которых объединены в общий вывод и соединены с соответствующим выводом нагрузки 4, а также первый 1 и второй 2 транзисторы p-n-p-типа, коллекторы которых подключены к нагрузке 4, эмиттеры - к положительным выводам соответственно первого 5 и второго 6 источников питания. База первого транзистора 1 через последовательно соединенные первый резистор 7 и светодиод 3.1 оптрона 3 соединена с общим выводом, а база транзистора 2 через второй резистор 8 соединена с общим выводом. При этом базо-эмиттерный переход транзистора 2 шунтирован фототранзистором 3.2 оптрона 3, а между базой и эмиттером каждого из транзисторов 1 и 2 включены соответственно третий 9 и четвертый 10 резисторы.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При наличии напряжения первого источника питания 5 током, протекающим через первый резистор 7 и светодиод 3.1 оптрона 3, открывается транзистор 1. В результате первый источник питания 5 оказывается подключенным к нагрузке 4. Одновременно током, протекающим через светодиод 3.1 оптрона 3, включается фототранзистор 3.2 оптрона 3, который шунтирует базо-эмиттерный переход второго транзистора p-n-p-типа 2 и закрывает его. В результате второй источник питания 6 отключается от нагрузки 4. При пропадании по каким-либо причинам напряжения первого источника 5 выключается транзистор 1. При этом ток через светодиод 3.1 оптрона 3 не протекает, фототранзистор 3.2 выключается, и в цепи базы второго транзистора 2 появляется ток, транзистор 2 открывается, и второй источник питания 6 оказывается подключенным к нагрузке 4.

При восстановлении напряжения первого источника питания 5 вновь включается транзистор 1 и светодиод 3.1 оптрона 3, при этом транзистор 2 закрывается, отключая второй источник питания 6 от нагрузки 4.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом имеет более простую схему управления транзисторами, что повышает ее надежность.

Кроме того, номиналы напряжений первого 5 и второго 6 источников питания могут быть выбраны произвольно или же могут изменяться в процессе работы устройства, что расширяет его функциональные возможности.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности устройства и упрощение его схемного решения. Устройство содержит первый и второй источники питания, отрицательные выводы которых объединены в общий вывод и соединены с соответствующим выводом нагрузки, первый (1) и второй (2) транзисторы р-n-р-типа, коллекторы которых подключены к другому выводу нагрузки, их эмиттеры - к положительным выводам соответственно первого и второго источников питания, базы первого и второго транзисторов соединены соответственно с первым (7) и вторым (8) резисторами, а между базой и эмиттером каждого транзистора включены соответственно третий (9) и четвертый (10) резисторы, отличающееся тем, что в него введен транзисторный оптрон (3), светодиод (3.1) которого включен между выводами первого резистора и общим выводом, а фототранзистор (3.2) шунтирует базо-эмиттерный переход второго транзистора р-n-р-типа, при этом другой вывод второго резистора соединен с общим выводом. 2 ил.

Устройство резервного электропитания, содержащее первый и второй источники питания, отрицательные выводы которых объединены в общий вывод и соединены с соответствующим выводом нагрузки, первый и второй транзисторы р-n-р-типа, коллекторы которых подключены к другому выводу нагрузки, их эмиттеры - к положительным выводам соответственно первого и второго источников питания, базы первого и второго транзисторов соединены соответственно с первым и вторым резисторами, а между базой и эмиттером каждого транзистора включены соответственно третий и четвертый резисторы, отличающееся тем, что в него введен транзисторный оптрон, светодиод которого включен между выводами первого резистора и общим выводом, а фототранзистор шунтирует базо-эмиттерный переход второго транзистора р-n-р-типа, при этом другой вывод второго резистора соединен с общим выводом.