Система электропитания Советский патент 1990 года по МПК H02M3/335 H02H7/12 G05F1/577 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания стабилизированными напряжениями постоянного тока микроЭВМ, уст-г ройств вычислительной техники и другой радиоэлектронной аппаратуры,

, . Цель изобр.етения - повышение надежности и упрощение системы.

На фиг, 1 приведена функциональная схема системы; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжения, поясняю- пще работу узлов и системы в целом; на фиг. 3 - схема (один из вариантов) узла блокировки запуска; на фиг. 4 то же, датчика взаимных параметров вькодов усилителя мощностиj на фиг.5 - то же, порогового элемента максимального напряжения; на фиг. 6 - то же, порогового элемента минимального напряжения; на фиг. 7 - то же, датчика напряжения сети; на фиг. 8 - то же, узлов формирования сигналов и яварий- ной блокировки; на фиг. 9 - схема управления, силовая часть-и узлы вспомогательного питания.

Система электропитания (фиг. 1) содержит соединенные последовательно вывод 1 для подключения сети питания,

о: о со

4

со :о

3160

сетевой выпря1.штаг1ь 2 с фильтром и усилитель 3 мощности, управляющий вход которого подключен к управляющему выходу блока 4 управления и защиты, первый и второй ведомые выходы усилителя 3 мопщости соединены соответственно с первым 5 и вторым 6 выходными выводами через первый 7 и второй 8 стабилизаторы напряжения. В систему входят трансформатор 9 запуска с вы- пр мителем, входом подключенный к выводу 1, выходом вторичной обмотки - к ЬХОДУ датчика 10 напряжения сети, выходом выпрямителя - к входу датчи- ка 11 запуска и силовому входу вспомогательного стабилизатора 12 напряжения ,. управляюрщй вход которого соединен с выходом датчика 11 запуска, выходной выпрямитель 13 с фильтром, выход которого Соединен с третьим выходным вывод ом 14 и входом обратной связи блока 4, первый 15 и второй 16 блокировочные диоды, причем анод диода 15 подключен к выходу вспомога- тельного стабилизатора 12 напряжения,, а -объединенные катоды диодов 15,16 со ед|инены с шиной питания блока 4 управления и заг Ц1Ты.

Система электропитания содержит также первый 17, и второй 18 и третий 19 пороговые элементы минималь- н(го напряжения, входами подключенные соответственно к выходным выводам 5, 6jl4, .а выходами соединенные соответственно с первыми входами первого 20, второго 21 и третьего 22 элементов 2ЙЛИ-НЕ, элемент 2И-НЕ 23, первый вход которого соединен с выходами элементов 21,22 и с первым выходом 24 индикации системы, второй вход соединен с выходом элемента 20 и с вторым выводом 25 индика1ши системы, а выход подключен к входу контроля выходных напряжений узла 26 .формирования сиг- налов, вход контроля сети питания которого соединен с выходом датчика 10 напряжения сети, а первый и второй выходы узла 26 соединены соответственно с выводом 27 аварии выходных напряжений и выводом 28 аварии сети питания. В систему электропитания введены узел -29 блокировки запуска, узел 30 аварийной блокировки, датчик 31 взаимных параметров выходов усилителя 3 мощности, первый 32, второй 33 kii третий 34 пороговые элементы макси- мального напряжения, причем выход узла 29 блокировки запуска подключен к

входу вспомогательного стабилизатора 12, вход - к третьему выходному выводу 14, силовые выводы датчика 31 взаимных параметров включены между третьим веду1 9- м выходом усилителя 3 мощ- .ности и входом выходного выпрямителя 13 с фильтром, информационный вькод датчика 31 соединен с входом защиты блока 4 управления и защиты, пороговые элементы 32 - 34 максимального напряжения включены соответственно между выводами 5,6,14 и вторыми входами элементов 20 - 22, входы контроля выходньк напряжений и задержки узла 30 аварийной блокировки включены соответственно между выходом элемента 23 и вьосодом задержки узла 26 формирования сигналов, выход узла 30 аварийной блокировки подключен к входу аварии источника питания узла 26 формирования сигналов, а анод диода 16 соединен с выходным выводом 6.

Узел 29 блокировки запуска (фиг.З) может состоять из транзистора 35, резисторов 36,37 и конденсатора 38.

Датчик 31 взаимных параметров (фиг. 4) может состоять из трансформатора 39 тока, вторичная обмотка которого подключена к однополупериодно- му выпрямителю с фильтром (диод 40, конденсатор 41), и балластных резисторов 42,43,

Пороговые элементы 32 - 34 (фиг. 5 могут быть построены на компараторе 44 с резистором 45, к инвертирующему входу которого подключен источник 46 опорного напряжения, к неинвертирующему - выход делителя напряжения на резисторах 47,48.

Пороговые элементы 17-19 (фиг.6) могут быть построены на компараторе 49 с резистором 50, к неинвертирующему входу которого подключен источник 51 опорного напряжения, к инвертирующему - выход делителя напряжения на резисторах 52,53.

Датчик 10 напряжения сети (фиг.7) может состоять из компаратора 54 с резистором 55, к инвертирующему входу которого подключен источник 56 опорного напряжения, к неинвертирующему - вькод делителя напряжения на резисторах 57,58, к выходу - расширитель 59 импульсов с резистором 60 и конденсатором 61.

д..тчика, 10 образуется вырями- телем 62 и КС-(Ьильтром на резисторе

1

63 и конденсаторе 64, который полр ключей к входу делителя .напряжения (резисторы 57,58).

Узел 26 формирования сигналов

(фиг. 8) может состоять из раздели- тельных диодов 65,66, подключенных катодами к входу узла задержки сигнала аварии выходных напряжений системы (АИЛ), выполненного на транзисторах 67,68, резисторах 69 - 72, из узла задержки сигнала аварии сети питания (АСП), выполненного на транзисторах 73, резисторах 75 - 78 и конденсаторе 79, а также из инверторов 80 - 82 и элемента 2И-НЕ 83.

Узел 30 аварийной блокировки (фиг. 8) применительно к приведенному вьше варианту узла 26 формирования сигналов может состоять из инвертора 84 и элемента 2И-НЕ 85.

Сетевой выпрямитель 2 с фильтром (фиг. 9) может состоять из выпрямителя 86, собранного по мостовой схеме, и емкостного фильтра - конденсато- ра 87. Усилитель 3 мощности (фиг. 9) может состоять из однотактного преоб разователя напряжения на транзисторах 88,89, силового трансформатора 90, вторичные обмотки 91 - 93 которого

образуют первый, второй и третий выходы усилителя 3 мощности, и из импульсного датчика тока - трансформатора 94 тока.

Первый стабилизатор 7 напряжения .(фиг. 9) может включать в себя вход-. ной вьирямитель с фильтром (диоды 95, 96, дроссель 97, конденсатор 98) и линейный стабилизатор 99 напряжения с выходным конценсатором 100.

Второй стабилизатор 8 напряжения может включать в себя выпрямительный диод 101, транзисторный ключевой стабилизатор 102, выходом подключенный к LCD-фильтру (диод 103, дроссель

104, конденсатор 105).

Выходной выпрямитель 13 с фильтром (фиг. 9) может состоять из выпрямительного диода 106 и LCD-фильтра (диод 107, дроссель 108, конденсатор 109)

Блок управле ия и загциты (фиг.9) может состоять из интегральной микросхемы 110 (например,. КР1021ХА1), включающей в себя узел защиты от повыше- ния и понижения питающего ее напряжения, трансформатора 111 управления с ключом на транзисторе 112, управляю- 1ЦИХ транзисторов 113,114, узла 115 .

защиты, опорного источника 116, операционного усилителя 117.

Трансформатор 9 запуска с выпрямителем (фиг. 9) может состоять из сетевого понижающего трансформатора 118 и мостового выпрямителя 119 с конден- ;сатором 120.

; Датчик 11 запуска (фиг.9) может состоять из транзистора 121, база- вмиттерный переход которого включен ., в диагональ моста (резисторы 122 - 124, стабилитрон 125).

Вспомогательный стабилизатор 12 (фиг. 9) может состоять из стабилизатора тока на транзисторе 126, подключенного к входу параметрического стабилизатора напряжения на стабилктро- не 127.

На фиг. 1 - 9 приняты следукодие обозначения

и.

и

вык

А-и

gw

и

СП

Ue и„

и

и 9V л

и

ОС

Е и,. g,

и„. .и

U1

U2

и.„ напряжения переменного и постоянного соответственно токов на входе и выходе системы;

напряжения переменного тока, напряжение сигнала сети питания соответственно на входе и выходе датчика напряжения сети; входное и выходное соответственно напряжения вспомогательного стабилизатора напряжения;

выходные напряжения датчика запуска и узла блокировки запуска; напряжение вспомогательного питания; входное напряжение сигнала обратной связи и напряжение сигнала управления блока управления и защиты; напряжения входного и выходного вьшодов и информационного выхода соответственно датчика 31 взаимных параметров; напряжения сигналов индикации выходных напряжений системы; напряжения опорного источника питания;

оип

асп

аип напряжения сигналов и-сточника питания (выходных напряжений системы), задержанно- го сигнала источника на входах узла ава- рийной блокировки и инверсного сигнала аварии источника пиг тания соответственно; - напряжения сигналов

источника питания. Система электропитания работает сл.едуюпхим образом,

При включении системы напряжение гЛ сети переменного тока через Bjpi- вод 1 (фиг. 1) поступает на сетевой выпрям1 тель 2 с фильтром и трансформатор 9. По достижении напряжением

ал

U(, определенного значения U - порога срабатывания датчика 11 запуска- (фиг. 2) - датчик 11 выдает напряжение Uja на включение вспомогательного стабилизатора 12, выход ное стабилизи- рованное напряжение U, которого через диод 15, образуя напряжение E,s поступает на шину питания блока 4 управления. По достижении напряже1даем /vUp определенного значения U - по- рога срабатывания датчика 10 напряжения сети - последний, прекращая формирование логической 1 (сигнал и,- ) вьрт,ает сигнал логического О (сигнал Uc) . . Блок 4, получив питание Ер, вырабатывает управляю1 Д1е импульсы Uu, (на фиг. 2 не приведены), которые поступают на управляю1ций вход усилит ел.я 3 морщости. Усилитель 3 вступает в раб ту; На его выходах, а затем на выводах 5,6,14 систем1 1 появляются напряжния Uftj,|y,, , Uebix,- При пявлении напряжения . U вых Узел 2 . блокировки запуска-через некоторое время задержки определяемое временем установления напряжения UB(,,X-, выдает напряжение , которое выключает стабилизатор 12, и в дальнейшем напряжение Е jij поддержива- ется за счет стабилизированного напряжения , подаваемого через диод 16. Появление напряжений Uиых,

. 9 |хз выводах 5,6 и 14 анализируется пороговыми элементами 17,18,19 и 32,33,34 соответственно в заданных диапазонах допустимых значений, налример :t(3-7)% от номиналь

ных значений напряжений Ир;,)

и

еых2.

и 6ЫХ 3

Если значения этих напряжений соответствуют допустимым, на выходах всех пороговых элементов вырабатываются сигналы логического О. Соответственно на выходах элементов 2ИЛИ-НЕ 20 - 22 формируются сигналы логической 1. Эти сигналы от элемента 20 поступают на вывод 25 и первый вход элемента 2И-НЕ 23, от элементов 21,22 - на вывод 24 и второй вход элемента 23. Имея на входах две логические 1, элемент 23 формирует

на выходе логический О

сигнал и

ИП:,

0

5

соответствуюидии допустимым значениям напряжений на выводах 5,6,14. Сигналы Un,TJy на выводах 24,25 могут быть использованы для управления узлом индикадии состояния напряжений

Uebi)( бЫУг Ugbixj или узлом порядка включения и выключения этих напряжений (на фиг. 1 эти узлы не.показаны, как не относящееся к сущности изобретения). Следовательно, при включении системы электропитания по истечении некоторого времени, за которое все системные напряжения принимают допустимые яначения, на входы контроля выходных напряжений узла 26 формирования сигналов и узла 30 аварийной блокировки поступает сигнал и ц , а на вход контроля сети питания узла 26 - сигнал , , которые имеют уровни логических О. Узел 26

7

С некоторой задержкой tg, вьдает сигнал V с уровнем логической 1 на вход сигнала задержки узла 30, который сразу же формирует на выходе инверсный сигнал Uqvin с уровнем логического О. Узел 26 вьдает на выходе 27 и 28 соответственно сигнал и с некоторой задержкой сигнал Ug,pf, , имеющие уровни логической 1

Выдача сигналов U сп заданной последовательности гарантирует корректньй запу ск начала работы процессора микроэвм.

При аварии одного из выходных напряжений, например при превьш1ении напряжением ищ,|у- допустимого значе5 ния и

1П95

(фиг. 2), срабатывает пороговьй элемент 33 максимального напря- жения, вьцтавая сигнал логической 1 на первый вход Элемента 21. На выхо1603499

дах элементов 21 и 23 формируются сигналы логического О и логической , 1 соответственно, т.е. сигнал Uy, с уровнем логической 1 поступает на входы контроля выходных напряжений узлов 26 и 30..Это позволяет узлу 30 без задержки вьщать сигнал UQ, с уровнем логической 1 и соответственно без задержки получить на вътх.о- Q дах узла 26. сигналы и с уровнем логического О.

Следовательно, наличие порогового элемента 33 максимального напряжения

ТОБОЙ индикаш-1и допустимых значени ЭТИХ напряжений. Или иначе, в любо аварийной ситуации нагрузка будет KHpoBatia сигналами ,, а вознккиме перенапряжения на вывода и б до11усти и для системы питания заблокированной cигнaлa c нз.грузкн. Кроме того, благодаря вв Данию узла 29 и подключению диода блок 4 т1равления и защиты дополни тапьно контролирует, кроме напряже Е., напряжение Uet,;x./

При выключении систем электро(для примера относительно напряжения J5 питания напряжение Uj. уменьшается - йь 2. и узла 30 исключает формирование в аварийных ситуациях сигналов Ugy, и Ugj,p только посла срабатывания зарщты от перенапряжений на уровне (фиг. 2) и снижения затем напряжения U ,1x2 уровня . Как видно из временных диаграмм напряжений Up х 2 aц(t а СП (фиг. 2), в таком случае увеличивается вьщача сигналов Ugj-n , Паип некоторое вре- 25 мя fiit, определяемое временем спада напряжения Uebix ( разрядом конденсаторов узлов задержки узла 26,

до значения U (фиг. 2), когда да чик .10 выдает сигнал U сп с уровне логической 1. Узел 26 без задерж вьш;ает сигнал и через некотор 20 время t - сигнал уровнями логических О. После уменьше1 ия на пряжения

-vU ниже значения Ч.ИК 11 запуска выключает стабилизат 12, выходные напряжения ,x,2,г поддерживаются на время .. Следоватапьно, при аварийных ситуа ях своевременное . формирование сиг лов Ugi(.f, и , и обеспечение зада го времени t, связаны с установлен

При перегрузке ведущего выхода , усилителя 3 по току датчик 31 взаимных- параметров ограничивает ток этого выхода на определенном уровне, а следовательно, и ширину импульсов управ-vU ниже значения ил удат- Ч.ИК 11 запуска выключает стабилизатор 12, выходные напряжения ,x,2,г поддерживаются на время .. Следоватапьно, при аварийных ситуациях своевременное . формирование сигна лов Ugi(.f, и , и обеспечение заданного времени t, связаны с установлен ными МОЩНОСТЯМ индуктивно-емкостных элементов силовых цепей системы, за счет запасенной энергии которых поддерживаются выходные напряжения при

ления Uu, блока 4 управления, в связиснятии (исчезновении) напряжения сети

„ ..J .. 35 или при отклонении выходных напряжег

НИИ от допустимых значений.

с чем напряжения на ведомых выходах усилителя 3 также ограничиваются на определенных уровнях, которые могут быть заданы для стабилизаторов 7 и 8 ниже порогов срабатывания защиты от перенапряжений на выходах стабилизаторов 7 и 8, т.е. датчик 31, контролируя максимальный ток ведущего выхода усилителя 3, косвенно контролирует

Таким образом, в изобретении по сравнению с npoTOTimoM использована Q функщ-юнальная избыточность блока управления и защиты, имеющей контроль своего питающего напряжения. Благодаря узлу блокировк - запуска и питания через один из блокировочных диодов

Таким образом, в изобретении по сравнению с npoTOTimoM использована Q функщ-юнальная избыточность блока управления и защиты, имеющей контроль своего питающего напряжения. Благодаря узлу блокировк - запуска и питания через один из блокировочных диодов

взаимные параметры ведомых выходов - j от одного из выходных напряжений стал

их максимально допустимые напряжения. Поэтому, если напряжение на регули,рующих органах стабилизаторов 7 и 8 падает ниже допустимых порогов ср.абавозможным контроль, одновременно вспомогательного и выходного питания. Использованы пороговые элементы максимальных напряжений для ускоренного тывания от перенапряжений этих 50 Формз1рования совместно с узлом аварий- стабилизаторов, автономные узлы защи- ной блокировки сигналов аварии сети ты от перенапряжений на выходах стабилизаторов 7 и 8 могут отсутствовать. Этому способствует также введение пороговых элементов 32 - 34 мак-г который прямо осуществляет контроль симальных напряжений и узла 30, такмаксимального тока ведз щего выхода

как отклонения выходных напряжений контролируются в узком диапазоне для выработки сигналов U. ,Uai ,п свепитания и аварии выходных напряжений системы. Расширены возможности датчика взаим ых (перекрестных) параметров.

усилителя мощности и косвенно определяет максимальные значения напряжений на ведомых выходах этого усили1603499

10

ТОБОЙ индикаш-1и допустимых значений ЭТИХ напряжений. Или иначе, в любой аварийной ситуации нагрузка будет бло- KHpoBatia сигналами ,, а вознккиме перенапряжения на выводах 5 и б до11усти и для системы питания и заблокированной cигнaлa c нз.грузкн. Кроме того, благодаря вве Данию узла 29 и подключению диода 16 блок 4 т1равления и защиты дополни- тапьно контролирует, кроме напряжеьшя Е., напряжение Uet,;x./

При выключении систем электропитания напряжение Uj. уменьшается

питания напряжение Uj. уменьшается

до значения U (фиг. 2), когда датчик .10 выдает сигнал U сп с уровнем логической 1. Узел 26 без задержки вьш;ает сигнал и через некоторое время t - сигнал уровнями логических О. После уменьше1 ия на-- пряжения

-vU ниже значения ил удат- Ч.ИК 11 запуска выключает стабилизатор 12, выходные напряжения ,x,2,г поддерживаются на время .. Следоватапьно, при аварийных ситуациях своевременное . формирование сигна лов Ugi(.f, и , и обеспечение заданного времени t, связаны с установленными МОЩНОСТЯМ индуктивно-емкостных элементов силовых цепей системы, за счет запасенной энергии которых подерживаются выходные напряжения при

Таким образом, в изобретении по сравнению с npoTOTimoM использована Q функщ-юнальная избыточность блока управления и защиты, имеющей контроль своего питающего напряжения. Благодаря узлу блокировк - запуска и питания через один из блокировочных диодов

возможным контроль, одновременно вспомогательного и выходного питания. Использованы пороговые элементы максимальных напряжений для ускоренного Формз1рования совместно с узлом аварий- ной блокировки сигналов аварии сети который прямо осуществляет контроль максимального тока ведз щего выхода

питания и аварии выходных напряжений системы. Расширены возможности датчика взаим ых (перекрестных) параметров.

усилителя мощности и косвенно определяет максимальные значения напряжений на ведомых выходах этого усили

теля. В сочетании с использованными возможностями блока управления и пороговых элементов исключены узлы автономной защиты от перенапряжений выходных напряжений и,, и Ugbix,i.

Формула изобретения

Система электропитания, содержащая соединенные последовательно вывод для г одключения сети питания, сетев ой фпрямите ль с фильтром и усилитель Мощности, управляющий вход которого подключен к управляющему выходу блока З правления и защиты, первый и второй ведомые выходы усилителя мощности соединены с соответствующими выходным1Я выводами через соответствую1чие стаби- изаторы напряжения, трансформатор запуска с выпрямителем, входом подклю- Ценный к вьгооду для подключения сети йитания , выходом вторичной обмотки - к входу датчика напряжения сети, выхо . fyoM выпряш1теля соединен с входом датчика запуска и силовым входом вспо- :могательного стабилизатора напряже-, ния, управляющий вход которого соеди- fieH с выходом датчика запуска, вьгход- ой выпрямитель с фильтром, выход ко- горого соединен с третьим выходным йыводом и входом обратной связи блока управления и за1циты, первьш и второй блокировочные диоды, причем анод первого диода подключен к выходу вспомогательного стабилизатора напряжения, а объединенные катоды диодов соединены с шиной питания блока управления: и защиты, первый, второй и третий пороговые элементы минимальных напря

0

20

элементов 2lOTi-HE и с первым выводом инп,икации, второй вход - с.выхо дом первого элемента 2ИЛИ-НЕ и вторым выводом индикации, а выход подключен к входу контроля выходных напряжений узла формирования сигналов, вход контроля сети питания которого соединен с выходом датчика напряжения сети, а первый и второй выходы узла формирования сигналов соединены соответственно с выводами аварии выходных напряжений и сети питания, отличаю- щ а я с я тем, что, с целью повьше- 5 ния надежности и упрощения, в нее введены узел блокировки запуска, узел аварийной блокировки, датчик взаимных параметров выходов усилителя мощности, первый, второй и третий пороговые элементы максимального напряжения, причем выход узла блокировки запуска подключен к входу блокировки вспомогательного стабилизатора напряжения, вход - к третьему выходному выводу, силовые выводы датчика взаимных параметров включены между третьим ведущим выходом усилителя мощности и входом выходного выпрямителя с фильтром, информационный выход этого датчика соединен с входом загщты блока управления и защиты, первый, второй и третий пороговые элементы максимального напряжения включены между соответствующими выходными выводами и вторыми входами соответствуюпщх элементов 2ИЛИ-НЕ, входы контроля выходных напряжений и задержки уяла. аварийной блокировки включены соответственно между выходом элемента 2И-НЕ и выхо25

30

35

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - повышение надежности и упрощение. Устройство представляет собой однотактный регулируемый сетевой инвертор с многоканальным выходом и рядом линейных и импульсных стабилизаторов, содержащий узел контроля служебных и выходных напряжений, узел выработки логических сигналов аварии сети и аварии источника питания и совокупность взаимосвязанных узлов защиты по перенапряжению и перегрузке по току. Устройство отличается повышенной надежностью, расширенными функциональными возможностями и простым схемным решением. Это достигается за счет ускоренного контроля выходных напряжений, контроля вспомогательного стабилизированного напряжения, совмещения функций контроля тока ведущего выхода и напряжений ведомых выходов, управления порядком включения. 9 ил.

жений, входами подключенные к соответ-40 дом задержк узла форьирования сигна- ствующим выходным выводам, а выходалов, выход узла аварийной блокировки подключен к входу аварии выходных напряжений узла формирования сигналов, а анод второго блокировочного диода соединен с вторым выходным выводом. ми соединенные с первыми входами соот- ветствуюпщх элементов 2ИЛИ-НЕ, элемент 2И-НЕ, первьй вход которого соединен с выходами второго и третьего 45

дом задержк узла форьирования сигна-

лов, выход узла аварийной блокировки подключен к входу аварии выходных напряжений узла формирования сигналов, а анод второго блокировочного диода соединен с вторым выходным выводом. 27 28

Фиг.1

25 гf

Фиг. 2.

и,

вп

35

37

38

Фиг

Г

3004

Фиг.

2fZ3)

kl

гад

Tl

53

«4

U

/7A

((5,6)

Фие.5

Л7

A

u.

.3)

Фиг.6

Фиг. 7

Фиг. 8

АИП

UACH

; . , тг

-

Составитель С.Ситко Редактор А.Маковская Техред М.ДидыкКорректор Л.Бескид

Заказ 3392

Тираж 506

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Лл5 ffl4

eJ

Подписное