Многоканальный источник питания Советский патент 1984 года по МПК G05F1/58 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам питания, и может быть использовано в системах питания устройств автоматики и вычислительной техники, 5

Известны многоканальные источники питания, содержащие несколько стабилизаторов положительной и отрицательной полярности, узел защиты, разделительные диоды, отключающие элементы О и тиристоры защиты.

Эти источники обеспечивают одновременное отключение стабилизаторов только за время перегорания отключающих элементов, например плавких пре- 15 дохранителей, т.е. за время порядка миллисекунд, что недопустимо для систем, использующих микропроцессоры. А при коротком замыкании в этих источниках выгорают сразу все плавкие 20 предохранители, на поиск и замену которых требуется дополнительное время, тем более, что короткое замыкание по выходу встречается довольно часто. Они не обеспечивают также включения 25 стабилизаторов по заданной программе. Кроме того, стабилизаторы не имеют гальванической развязки.

Известен многоканальный источник питания, содержащий N стабилизаторов ЗО напряжения постоянного тока, каждый из которых состоит из регулирующего транзистораj измерительно-усилительного узла и узла защиты .от перегрузок, перенапряжений и понижения выходиого напряжения с оптроном, содержащим светоизлучающий диод, фототиристор и дополнительный фототиристор, выводы которого подключены между управляющим электродом тиристора испол- jo нительного органа и индикатором, про;тивополЬжный вывод которого подклю- . чей к аноду тиристора, который через обмотку реле соединен с отрицательным полюсом узла питания, а размыкаю- д щие контакты указанногсГ реле вклЬчены в цепь первичной обмотки питающего выходного трансформатора.

В этом источнике питания предусмот рена индикация стабилизатора напря- JQ женин, являющегося причиной отключения. Таким образом поиск неисправного стабилизатора ускорен L1 1Однако для питания микропроцессорных систем такие источники непригод- 55 ны, так как при включении напряжение появляется на входе всех кана;Лов одновременно, а не в той последовательности, какая нужна дляконкретной микропроцессорной системы, а при коротком замыкании, перегрузке или выключении напряжение на выходах разных каналов пропадает практически неодновременно, т.е. разница даже в несколько миллисекунд недопустима для микропроцессорных систем. А эта разница возникает Из-за разброса параметров стабилизаторов, разного характера нагрузки и т.д. Кроме того, известные многоканальные источники питания после кратковременного короткого замыкания не возвращаются автоматически в рабочий режим. Для этого их нужно выключить и потом снова включить.

Наиболее близким по техническому решению к изобретению является многоканальный источник питания постоянного напряжения, содержащий W стабилизаторов напряжения, каждый из которых состоит из регулирующего элемента, включенного в одну из силовых щин, узла сравнения, одним входом подключенного к одному из выходных выводов, а выходом - к управляющему входу регулирующего элемента одним входом соединенного с входом регулирукицего элемента, другим - с выходом коммутирукицего элемента, а выходом с управляющим входом регулирующего элемента. При этом в силовую шину каждого стабилизатора введены датчик тока со светодиодом оптрона, ждущий мультивибратор, к управляющему входу которого подсоединен фототранзистор оптрона, и управляемое реле времени, к входу которого подключен стабилизатор тока, входом соединенный с основными ключами, и блок программного управления, выполненный в виде логического органа с памятью и узла запуска Г23«

Известный многоканальный источник питания обеспечивает получение выходных стабилизированных напряжений ПО определенной программе во времени С2 .

Однако обеспечивается это путем значительного усложнения схемы. Кроме того, при пропадании напряжения в сети или при коротком замыкании . на выходе стабилизаторы выключаются с разницей во времени порядка несколь ких миллисекунд, так как накопленная в элементах и схемах потребления энергия исчезает не сразу. А это недопустимо при питании микропроцессорных систем, тем более, что при использовании микросхем, в том числе и микропроцессоров, предусматривается включение в схемы распределенных емкостей, так как может вызвать по- , явление неисправности в микропроцессорной системе, например стирание памяти или выход из строя микропроцессора, что в свою очередь уменьшает надежность микропроцессорных систем, использующих эти источники.

Кроме того, известный многоканальный источник питания не обеспечивает гальваническую развязку между стабилизаторами, что ограничивает возможности их использования в различных устройствах.

Целью изобретения является расширение области применения многоканального источника питания.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальный источник питания, содержащий N стабилизаторов напряжения, каждый из которых состоит из регулирующего элемента, выключенного в одну из силовых шин, узла сравнения, одним входом подключенного к одному из выходных выводов стабилизатора, а вькодом - к управляющему входу регулирующего элемента, источника опорного напряжения, входом соединенного с силовьм входом регулирующего элемента, датчика аварийного сигнала, включенного последовательно в силовую шину, первого светодиода, оптически связанного с фототранзистором, входящим в схему отключения выходных напряжений, коммутирующих элементов, введено устройство для отключения напряжения питания, в каждый стабилизатор введены второй светодиод, фотодиод, оптрон, усилительный транзистор и шунтирующий тиристор, а в схему отключения выходных напряжений введены светодиод, тиристор, управляющий трансформатор и отключения выходных напряжений при пропадании напряжения питания, причем второй вход узла сравнения подключен к выхоу источника опорного напряжения и к выходу коммутирукицего элемента,

светодиод схемы отключения выходных . напряжений оптически связан с фотоиодом первого стабипизатора и электрически подключен череэ резистор к шинам питания cxei« i отключения выходных напряжений, в каждом стабилизаторе второй светодиод через резистор подключен параллельно к выходу и оптически связан с фотодиодом очередного стабилизатора, подключенным между силовым входом регулирующего элемента и входом управления коммутирующих элементов, светодиод оптрона одним выводом подлкючен к силовому входу регулирующего элемента,, а другим - к выводу первого светодиода, фотодиод оптрона подключен к входам устройства для отключения напряжения питания, усилительный транзистор эмиттером и базой подключен к выводам датчика аварийного сигнала, а коллектором - к другому выводу первого светодиода, шунтирующий тиристор анодом и катодом подключен

параллельно к выходу стабилизатора.

а управлякзщим электродом - к одной из вторичных обмоток управляющего трансформатора схемы отключения выходных напряжений, первичная обмот,ка которого включена между шиной питания и катодом тиристора указанной схемы, при этом управляюш:ий электрод тиристора через параллельно включенные фототранэисторы подключен к одной иэ шин питания и к выходу узла отключения выходных напряжений при пррпадании напряжения питания, другая шина питания схемы отключения выходных напр;шений соединена с анодом тиристора.

На фиг. 1 показана принципиальная схема многоканального источника питания на фиг. 2 - схема устройства; для отключения напряжения питания|

.З- схема запуска устройства для отключения напряжения питания.. Для облегчения понимания сущности изобретения в качестве примера исполнения взят трехканальный источник питания.

Источник питания содержит стабилизаторы 1-3 напряжения, устройство 4 для отключения напряжения питания, трансформаторы 5т8, выпрямители 9 11 и схему 12 отключения выходных напряжений.

Стабилизаторы 1-3 содержат транзисторы 13-15 в качестве регулирующих элементов, силовые щины 16-21, операционные усилители 22-24 в качестве узлов сравнения, источники 25-27 опорного напряжения в качестве стабилизирующих элементов, датчики 28-30 тока в качестве датчиков авари ного сигнала транзисторы 31-36 и чрезисторы 37-39 в качестве коммутирующих элементов, нагрузки 40-42, оптроны 43-45, светодиоды 46-51, фотодиоды 52-54, усилительные транзисторы 55-57, шунтирующие тиристоры 58-60. Схема 12 отключения выходных напряжений содержит узел 61 отключения выходных напряжений при пропадании напряжения питания, узел 62 включения тиристоров, светодиод 63 и шины 64 и 65 питания. Узел 61 включает выпрямительные диоды 66-69, подключенные к обмотке трансформатора 5, ограничительные резисторы 70 и 71, транзистор 72, развязывающий диод 73 и RC-цепочку, содержащую резистор 74 и конденсатор 75. Узел 62 содержит фототранзисторы 76-78, подключенные коллекторами к плюсовой шине 65 питания, а эмиттера ми - к управляющему электроду тиристора 79, анод которого через первичную обмотку ВО управляющего трансформатора соединен с шиной 65 питания, а катод подключен к шине 64 питания. Вторичные обмотки 80.1, 80.2 и 80.3 управляющего трансформатора одними концами подключены соответственно к шинам 16, 18 и 20 питания, а другими концами - к управляющим электродам тиристоров 58-60 стабилизаторов 1-3. Фототранзисторы 76-78 схемы 12 отключения выходных напряжений оптически связаны с соответствующими све тодиодами 46-48. Светодиод 63 схемы 12 отключения выходных напряжений оп тически связан с фотодиодом 52 стаби лизатора 1, светодиод 48 Стабилизато ра 1 оптически связан с фотодиодом 53 стабилизатора 2, Светодиод 50 стабилизатора 2 оптически связан с фотодиодом 54 стабилизатора 3. Светодиод 51 стабилизатора 3 служит для подключения очередного стабилизатора (не показан). Устройство 4 для отключения напр жения питания состоит из операционного усилителя 81, RC-триггера 82, транзистора 83 и диода 84 и входит в преобразователь 85 напряжения, со держащий выпрямитель 86, схему 87 запускаj конденсаторы 88 и 89, транзисторы 90 и 91, шунтирукяцие диоды 92 и 93,диоды 94 и 95, дроссель 96 насьпцения, выходной трансформатор 97 и ограничительные резисторы 98-102. Схема 87 запуска содержит однопереходной транзистор 103, зарядный конденсатор 104, разделительный конденсатор 105 и ограничительные резис торы 106-108. Многоканальный источник питания работает следующим образом. Напряжение сети, поданное на входные клеммы выпрямителя 86, выпрямляется и подается на схему 87 запуска через ограничительный резистор 106. . заряжая конденсатор 104. После достижения на эмиттере транзистора напряжения открывания он пробивается и напряжение с конденсатора 104 в виде кратковременного импульса поступает через открытый транзистор 103 и конденсатор 105 на базу транзистора 91. Преобразователь 85 начинает работать, вьщавая напряжение на трансформаторы 5--8. Напряжение с трансформатора 5 через выпрямительные диоды 66 и 67 и ограничительный резистор 70 поступает на базу транзистора 72, открывая его. При этом диод 73 своим анодом подключается через открытый транзистор 72 к шине 64 питания, тем самым отключая управляющий электрод тиристора 79 с подключенными к нему фо- тотранзисторами 76-78 от узла 61 отключения выходных напряжений при пропадании напряжения питания. Таким образом, тиристор 73 срабатьгоает только в том случае, если включается любой из фоторезисторов 76-78 (режим перегрузки). Одновременно напряжение с трансформаторов подается на вьшрямители 9-11 стабилизаторов 1-3. Выпрямленное .напряжение с выпрямителей 9-11 поступает на коммутирующие элементы 31-79. Транзисторы 31-33 открываются и шунтируют выход источников 25-27 опорного напряжения, благодаря чему транзисторы 13-15 остаются закрытыми и -напряжения на нагрузках 40-42 отсутствуют. При достижении на шинах 64 и 65 питания номинальной напряжения загорается светодиод 63, передавая сигнал на фотодиод 52 стабилизатора 1. Транзистор 34 открывается и закрывает транзистор 31, и опорное напряжение с источника 25 опорного напряжения через операционный усилитель 22 открывает транзистор 13, в резуль тате чего на нагрузке 40 появляется напряжение. При достижении на шинах 16 номинального напряжения загорается светодиод 49, передавая сигнал на фотодиод 53 стабилизатора. Сигнал от стабилизатора 2 на стабилизатор 3 и дальше передается аналогичным образом. Так обеспечивается поочереднЕое включение всех стабилизаторов источника питания. При перегрузке или, коротком замыкании по любому из каналов, например по стабилизатору 3, падение напряжения на датчике 30 тока увеличивается открывается транзистор 57,и через светодиод 48 и светодиод оптрона 45 потечет ток. При этом через фотодиод оптрона 45 сигнал о перегрузке или коротком замыкании передается на схему 4 отключения входного напряжения, в которой он усиливается операционньм усилителем 31 и через RCтриггер поступает на базу транзистора 83, открывая его, благодаря чему шунтируется обмотка дросселя 96 нас{дцения. Это приводит к подаче запирающего напряжения на базу транзисто ра 91, блокируя работу преобразовате ля 85. Напряжение на выходе преобразователя 85 пропадает. Одновременно сигнал со светодиода 48 поступает на фототранзистор 76 узла 62 включения тиристоров, транзистор 76 открывается, открывает . тиристор 79, на первичной и всех вторичных обмотках появляется напряжение, и все шунтирующие тиристоры 58-60 одновременно открьшаются. практически мгновенно (в течение нескольких микросекунд) разряжая все имеющиеся емкости как в стабилизаторах, так и у потребителей. А так как напряжение на всех светодиодах 49-51 и 62 пропадает транзисторы 31-33 открываются, шунтируя выходы источников 25-27 опорного напряжения, и-транзисторы 13-15 закрываются. Таким образом, в многоканальном источнике питания срабатывает каК-бы тройная защита. Такое выполнение многоканального источника питания создает возможность его применения для питания устройств автоматики и вычислительной техники, вьтолненных как на дискретных элементах, так и с использованием микропроцессоров, обеспечивая необходимое быстродействие и очередность включения и одновременность выключения стабш1изаторов. Тройная система защиты обеспечивает высокую надежность работы стабилизатора. Наличие гальванической развязки позволяет путем соединения различных выходных клемм получать разнополярные соединения, обеспечивая возможность применения в различных устройствах. Упрощается также конструкция многоканального источника питания. Простота его схемы позволяет легко устанавливать очередность включения стабилизаторов, например простой коммутацией оптических связей стабилизаторов, с помощью волоконной оптики.

Ы

MOB

/r«f

i

,Ki9

H83M4a,i9.wt

Фиг.З

к S3,91

МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ, содержащий N стабилизаторов напряжения, каждый из которых состоит из регулирующего элемента, включенного в одну из силовых шин, узла еравнения, одним входом подключенного к одному из выходных выводов стабилизатора, а выходом - к управляющему входу регулирующего элемента, источника опорного напряжения, входом соединенного с силовым входом регулирующего элемента, датчика аварийного сигнала, включенного последовательно в силовую шину, первого светодиода, оптически связанного с фототранзистором, входящим в схему отключения выходных напряжений, коммутирующих элементов, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью расщирения области применения, в него введено устройство для отключения напряжения питания, в каждый стабрилизатор введены второй светодйод, фотодиод, оптрон, усилительный тран;зистрр и шунтирующий тиристор, а в схему отключения выходных напряжений введены светодйод, тиристор, управляниций трансформатор и узел отключения выходных напряжений при пропадании напряжения питания, причем второй вход узла сравнения подключен к вьгходу источника опорного напряжения и к выходу коммутирую1чего элемента, светодйод схемы отключения выходныхнапряжений оптически связан с фотодиодом первого стабилизатора и электрически подключен через резистор к щинам питания схемы отключения вькоднык напряжений, в каждом стабилизаторе второй светодйод через резистор подключен параллельно к выходу и оптически связан с фотодиодом очередного стабилизатора, подключенным между силовым входом регулирующего элемента и входом управления коммутирующих элементов, светодйод оптро- на одним выводом подключен к силовоО) му входу регулируюн1его элемента, а другим - к выиоду Первого светодиода фотодиод оптрона подключен к входам {устройства для отключения напряжения питания, усилительный fpaH3HCTop эмиттером и базой подключен к выводам датчика аварийного сигнала, а коллектором - к другому выводу первого светодиода, щунтирующий тиристор анодом и катодом подключен параллельно к выходу стабилизатора, а управляющим электродом - к одной из вторичных обмоток управляющего трансформатора схемы отключения выходных напряжений, первичная обмотка которого включена между шиной питания и катодом тиристора указанной схемы, при этом управляющий электрод тиристора через параллельно включенные фототранзисторы подключен к одной из шин питания и к выходу узла отключения выходных напряжений npt пропадании напряжения питания,другая шина питания схемы отключения выходных напряжений соединена с анодом тиристора.