Устройство для резервирования питания нагрузки постоянным током Советский патент 1984 года по МПК H02J9/06 H05K10/00 

Изобретение относится- к электротехнике и может быть использовано для обеспечения надежного энергоснабжения автоматических и контрольно-измерительных приборов, Тперерывы питания которых недопустимы.

Известно устройство для питания нагрузки постоянньлм током, содержащее основной источник переменного тока и резервный источник постоянного тока, подключенные к нагрузке через выпрямительные элементы, причем между резервным источником постоянного тока и выпрямительными элементами включен преобразователь, выходной трансформатор которого содержит вторичные обмотки по числу питаемых нагрузок ij .

Однако преобразователь работает непрерывно, в том числе и в то время, когда нагрузка питается от основного источника, в результате снижается КПД всего устройства и бесполезно расходуется энергия резервного источника (аккумулятора.

Известно также устройство, содержащее основной источник переменного тока, подключенный через первый трансформатор, к группе первых выпрямителей, резервный источник постоянного тока, выход которого через последовательно соединенные преобразователь постоянного тока в переменный и второй трансформатор подключен к группе вторых выпрямителей, связанных с соответствующим выходом устройства и соответствующим первым выпрямителем, и блок запуска, состоящий из последовательно включенного резистора, трансформаторной обмотки преобразователя и транзисторного ключа, вход которого через дополнительный выпрямитель подключен к отдельной обмотке первого трансформатора. При отключении основного источника переменного тока преобразователь запускается и нагрузка начинает питаться от резервного источника. Если же основной источник работает нормально, то преобразователь выключен, чем повышается его надежность и КПД 2 .

Однако при снижении напряжения ос HQBHoro источника до границы допустимого уровня -Запуск преобразователя точно не фиксируется и происходит с большим разбросом по величине отклонения напряжения основного источника, а в точке отпирания за-, пускающего транзисторного ключа возможно хаотичное включение и отключение резервного источника, что вызывает большие пульсации напряжения на нагрузке и может привести к ее ненормальной работе.

Цель изобретения повышение надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для резервирования питания нагрузки постоянным током, содержащем основной источник переменного тока, подключенный через первый трансформатор к группе первых выпё1Ямителей, резервный источник постоянного тока, выход которого через, последовательно соединенные преобразователь постоян.ного тока в переменный и второй трансформатор подключен к труппе вторых выпрямителей, связанных с соответствующим выходом устройства и соответствующим первым выпрямителем группы, и блок запуска, состоящий из первого транзисторного ключа и связанный управляющим входом через третий выпрямитель с первым трансформатором, в блок запуска введены источник постоянного опорного напряжения, первый операционный усилитель, второй транзисторный ключ, времязадающий конденсатор, ограничивающий диод, второй операционный усилитель, щесть масштабирующих резисторов., три токоограничивающих резистора и два резистора обратной связи, каждый из которых одним выводом подключен к выходу соответствующего операционного усилителя, а другим выводом - к прямому входу данного операционного усилителя, прямые входы первого и второго операционных усилителей соответственно через первый и второй масштабирующие резисторы связаны с общей шиной подключённой к первому выводу времязадающего конденсатора, эмиттеру второго транзисторного ключа, катоду ограничивающего диода, общей точке источника постоянного опорног напряжения и отрицательному выводу третьего выпрямителя, управляющий, вход блока запуска через третий . масштабирующий резистор подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя и через четверты масштабирующий резистор к отрицательному выводу источника постоянного опорного напряжения, выход первого операционного усилителя подключен первый токоограничивающий резистор к аноду ограничивающего диода и базе второго транзисторного ключа, коллектор которого подключен к второму выводу времязадающего конденсатора и через второй токоограничивающий резистор к отрицательному выводу источника постоянного опорно го напряжения, а через пятый масштабирующий резистор - к инвертирующему второго операционного усилителя, подсоединенного к положительному выводу источника постоянного опорного напряжения, выход вто-. рого операционного усилителя чере третий токоограничивающий резистор

подключен к базе первого транзисторного ключа, к коллектору которого подсоединен управляющий вход преобразователя постоянного тока в переменный, а к эмиттеру - отрицательный вывод резервного источника постоянного тока.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 временная диаграмма работы отдельных его элементов.

Устройство для резервирования питания нагрузки постоянным током содержит основной источник 1 переменного тока, первый трансформатор 2, первые выпрямители 3, резервный источник 4 постоянного тока, преобразователь 5, второй трансформатор 6, вторые выпрямители 7, выходы 8 устройства, блок 9 запуска, первый транзисторный ключ 10, третий выпрямитель 11, источник 12 постоянного опорного напряжения, первый операционный усилитель 13, второй транзисторный ключ 14, времязадающий конденсатор 15, ограничивающий диод 16 второй операционный усилитель 17, масштабирующие резисторы 18, токоограничивающие резисторы 19, резисторы 20 обратной связи, стабилитрон 21 резисторы 22, трансформатор 23 связи и транзисторы 24.

На фиг.2 обозначено U „j - напряжение основного источника переменного тока, подводимое после выпрямителя 11 к масштабирующему резистору 18, UQ - напряжение источника 12 постоянного опорного напряжения, подводимое к масштабирующему резистору IS; U( - суммарное напряжение, на инвертирующем входе первого операционного усилителя 13, и2 - напряжение на выходе первого операционного усилителя 13; DC - напряжение на время задающем конденсаторе 15; У напряжение на инвертирующем аходе второго операционного усилителя 17; управляющее напряжение, подаваемое на первый транзисторный ключ 10; io - начальный момент времени ,i - начало снижения напряжения основного источника с выходом за допуск; i2 запуск преобразователя; ij - время восстановления напряжения основного источника;i4 время отключения преобразователя.

Устройство работает следующим образом.

«

В случае, если действующее значение напряжения в сети переменного тока находится в допустимых пределах, например, не ниже 187 В, амплитуда выпрямленного синусоидального напряжения, поступающего на вход блока 9 управления запуском пробразователя, превышает уровень постоянного напряжения, поступающего

от опорного источника 12, при этом на выходе блока 9 отсутствует сигнал запуска преобразователя 5, преобразователь выключен, к в общую магистраль 8 питания устройства поступают напряжения с выходов выпрямителей 3, питающихся от сети 1 переменного тока.

При кратновременном или длительном снижении напряжения питающей се0ти переменного тока за установленную норму, амплитуда напряжения, поступающего на вход блока 9 от источника 1, становится меньше уровня напряжения, поступающего от опорного источника 12,при этом на выходе

5 блока 9 появляется сигнал запуска преобразователя, преобразователь 5 начинает работать и в магистраль питания поступают преобразованные напряжения от резервной сети 4 постоянного тока (например, аккумуляторной батареи). В блоке 9 запуска преобразователя на первом и втором операционных усилителях 13 и 17 собраны соответственно первый и вто5рой нуль-органы, сигнал первого нуль-органа подается на управляющий вход транзисторного ключа 14, управляющего зарядом и разрядом времязадающего конденсатора 15, сигнал с

0 которого подается на второй нуль-орган (второй операционный усилитель 17), управляющий первым транзисторным ключом 10, осуществляющим запуск или останов преобразователя 5.

5 Для создания ключевого режима работы усилители 13 и 17 охвачены положительной обратной связью через резисторы 20.Стабилитроны 21 и резистор 22 образуют источник 12 постоянного опорного напряжения. Диод 16 фикси0рует положительное напряжение на входе ключа 14. В интервале t - (фиг.2) действующее значение-напряжения питающей сети переменного тока превЕдиает нижний допустисяый предел,

5 например 187 В, при этом амплитуда выпрямленного синусоидального напряжения и„(, выпрямителя 11 превышает уровень опорного напряжения Чд, в каждый полупериод происходит пере0ключение нуль-органа 13. При отрицательных значениях Uo ключ 14 открыт, напряжениеУС на конденсаторе 15 равно 0. В интервале 1 -ij напряжение и на входе нуль-органа 17 ос5тается положительным, а на его выходе - отрицательным, при этом ключ 10 и соотиетственно цепь запуска преобразователя постоянного напряжения 5 разомкнуты. Начиная с

0 полупериода, следующего за моментом времени i , действующее значение напряжения питающей сети переменного тока падает ниже установленнвго предела, при этом амплитуда напряжения U с не достигает уровняQO f напря5жение Ut на входе нуль-органа 13 остается отрицательным, а на его выходе положительным, ключ 14 закрывается, конденсатор 15 заряжается, напряжение Up на нем возрастает и стре мится к максимальному отрицательному значению. Соответственно напряжение U) на входе нуль-органа 17 умень шается, в момент 12 достигается нулевое значение и далее становится отрицательным. В момент tj напряжение на выходе нуль-органа 17 изменяется на положительное, ключ 10 открывается и запускается преобразователь 5. Начиная 6 полупериода, следующего за моментом ij, действующее значение сетевого напряжения повышается до установленной нормы и в момент i происходит размыкание ключа 10,.преобразователь выключается и далее все процессы происходят так жеу как в интервале (-to -i-i) . Предлагаемая схема обладав повышенным быстродействием. При соответствующем выборе постоянных времени заряда и разряда конденсатора 15, время включения и выключения преобразователя послг. выхода за допуск или возвращения к норме напряжения питающей сети переменного тока не превышает длительности одного полупериода . Таким образом,преобразователь н« дежно запускается не только при полном выключении основного источника, но и при снижении его напряжения с выходом за допустимый предел, а после восстановления нормального пи- тания от основного источника отключается, чем повышается его надежность и экономится электроэнергия резервного источника.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ, содержащее основной источник переменного тока, подключенный через первый трансформатор к группе первых выпрямителей, резервный источник постоянного тока, выход которого через последовательно соединенные преобразователь постоянного тока в переменный и второй трансформатор подклк)чен к группе вторых выпрямителей, связанных с соответствующим выходом устройства и соответствующим первым выпрямителем группы, и блок запуска, состоящий из первого транзисторного ключа и связанный управляющим входом через третий выпрямитель с первым трансформатором, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства, в блок запуска введены источник постоянного опорного напряжения, первый операционный усилитель, второй транзисторный ключ, времязадающий конденсатор, ограничивающий диод, второй операционный усилитель,, шесть масштабирующих резисторов, три токоограничивающих резистора и два резистора обратной связи, каждый из которых одним выводом подключен к выходу соответствующего операционного усилителя, а другим выводом - к прямому входу данного операционного усилителя, прямые вхо ды первого и второго операционных усилителей соответственно через первый и второй масштабирующие резисторы связаны с общей шиной, подключенной к первому выводу времязадающего конденсатора, эмиттеру второго транзисторного ключа, катоду ограничивающего диода, общей точке источника постоянного опорного напряжения и. отрицательному выводу третьего выпрямителя , управляющий вход блока запуска через третий масштабирующий резистор подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя и через четвертый масштабирующий резистор к отрицательному выво(Л ду источника постоянного опорного напряжения, выход первого операцион--j ного усилителя подключен через первый токоограничивающий резистор к аноду ограничивающего диода и базе второго транзисторного ключа, коллектор которого подклю ен к второму выводу времязадающего конденсатора и через второй токоограничивающий ю резистор к отрицательному выводу ис4 точника постоянного опорного напряжения, а через пятый масштабирую:,о ;о щий резистор - к инвертирующему входу второго операционного усилителя , подсоединенного к положи:о тельному выводу источника постоянного опорного напряжения, выход второго операционного усилителя через третий токоограничивающий резистор подключен к базе первого транзисторного ключа, к коллектору которого подсоединен управляющий вход преобразователя постоянного тока в переменный, а к эмиттеру - отрицательный вывод резервного источника постоянного тока.

ffuc, Uo

Uuc

Vi

Vr

.М.,

- I

Фиг. 2

t