Устройство бесперебойного питания Советский патент 1991 года по МПК H02J9/06 

Изобретение относится к электротехнике, к системам бесперебойного питания, в частности питания вычислительных систем, и может быть использовано для питания средств вычислительной техники, недопускающих потери питания на время более Юме.

Целью изобретения является расширение области применения устройства за счет сокращения времени переключения питания нагрузки с основного источника питания на резервный.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства бесперебойного питания; на фиг.2-5 - функциональные схемы блоков устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит преобразователь 1 напряжения, входные клеммы предназначены для подключения аккумуляторной батареи (АБ), первый генератор 2 импульсов, первый выпрямитель 3, входные клеммы которого предназначены для подключения сети переменного тока, блок 4 контроля напряжения сети, блок 5 управления, блок 6 переключения питания нагрузки 7, схему 8 стабилизации выходного напряжения преобразователя 1, схему 9 формиро- вания паузы импульсов, схему 10 синхронизации первого генератора с сетью, схему 11 фазирования запускающих преобразователь 1 импульсов с сетевым напряжением, второй генератор 12 импульсов, второй выпрямитель 13.

Схема 11 фазирования (фиг.2) содержит первую RC-цепь 14 с ограничителем напряжения и первый инвертор 15. Схема 10 синхронизации содержит второй инвертор 16 и вторую RC-цепь 17с ограничителем напряжения. Блок 5 управления (фиг.З) содержит первый JK-триггер 18. а также первый 19 и второй 20 логические элементы И-НЕ. Преобразователь 1 напряжения содержит первый 21 и второй 22 силовые транзисторы, подключенные к первичной обмотке выходного трансформатора 23. Средний вывод первичной обмотки подключен к плюсовой клемме аккумуляторной батареи. Блок 6 переключения (фиг.4) содержит третий 24 и четвертый 25 логические элементы И-НЕ, первый 26 и второй 27 формирователи, а также первый 28 и второй 29 тиристорные ключи, причем ключ 28 включен в цепь питания нагрузки 7 от сети, а ключ - в цепь питания нагрузки 7 от преобразователя 1 напряжения. Схема 9 формирования паузы импульсов (фиг.5) содержит второй IK-триг- гер 30, третий 31 и четвертый 32 инверторы и конденсатор 33. Схема 8 стабилизации содержит делитель 34 напряжения, усилитель 35 тока и транзистор 36.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме, когда напряжение основного источника питания (сети) находится в допустимых пределах, на первом выходе блока 4 устанавливается сигнал логического О, который поступает на третий вход блока 5 управления и блокирует прохождение запускающих импульсов на вход

0 преобразователя 1. Преобразователь 1 при этом не работает. На втором и третьем выходах блока 4 устанавливаются сигналы логический О и 1 соответственно. Импульсы с выхода генератора 12, работа5 ющего с частотой 5 кГц, через логический элемент И 24 и формирователь 26 поступают на управляющий вход тиристорного ключа 28 и обеспечивают его открытое состояние, при этом нагрузка 7 получает

0 питание от сети. Ключ 29 в этом режиме закрыт. Напряжение с выхода синхронизации выпрямителя 3 с помощью RC-цепи 17 с ограничителем напряжения преобразуется в напряжение трапецеидальной формы с

5 частотой 100 Гц, поступающее на вход инвертора 16. Сформированные по фронту импульсы с выхода инвертора 16 поступают на вход генератора 2, работающего с частотой 100 Гц, что обеспечивает синхронизацию

0 генератора 2 с сетью. Напряжение с одного из выводов переменного тока выпрямительного моста выпрямителя 3 с помощью RC-цепи 1Д с ограничителем напряжения преобразуется в напряжение тра5 пецеидальной формы с частотой 50 Гц, поступающее на вход инвертора 15. Сформированные по фронту импульсы с выхода инвертора 15 поступают на S-вход триггера 18 блока 5, на С-вход которого поступают

0 импульсы с частотой 100 Гц от генератора 2. Таким образом, обеспечивается синхронизация и фазирование импульсов управления преобразователем 1 с напряжением сети, что сокращает время переходного процесса

5 при запуске преобразователя 1.

При исчезновении напряжения сети или снижении его ниже допустимого уровня сигналы на выходах блока 4 изменяются на инверсные. При этом изменяется состояние

0 тиристорных ключей блока 6: ключ 28 закрывается, а ключ 29 открывается, подключая нагрузку 7 к выходу преобразователя 1. Одновременно снимается блокировка блока 5 по третьему входу, и импульсы управления

5 с .выхода блока 5 запускают преобразователь 1. Таким образом, нагрузка 7 переключается на питяние от аккумуляторной батареи через преобразователь 1,

Стабилизации схемы 8 и формирования 9 паузы импульсов (фиг.5) обеспечивают

стабилизацию выходного напряжения преобразователя 1 и защиту от сквозных токов его силовых транзисторов. Выходное напряжение преобразователя 1 через второй выпрямитель 13, делитель 34 напряжения и усилитель 35 тока поступает в базовую цепь транзистора 36, цепь эмиттер-коллектор которого выполняет функцию переменного резистора, сопротивление которого совместно с емкостью конденсатора 33 определяет величину паузы между запускающими преобразователь импульсами. Паузы между запускающими импульсами обеспечивают защиту силовых транзисторов преобразователя 1 от сквозных токов, а изменение вели- чины паузы при изменении выходного напряжения преобразователя (ввиду изменения нагрузки) обеспечивает стабилизацию выходного напряжения преобразователя.

Формула изобретения Устройство бесперебойного питания, входные клеммы которого предназначены для подключения сети переменного тока и аккумуляторной батареи, а выходные - для подключения нагрузки, содержащее преобразователь напряжения, входы управления которого соединены с выходами блока управления, первый генератор импульсов, первый выпрямитель, блок контроля напряжения сети, один выход которого соединен с одним из входов блока управления, а другой выход соединен с входом блока переключения, а также схему стабилизации выходного напряжения преобразователя, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения устройства за счет сокращения времени переключения питания нагрузки с основного источника питания на резервный, в него дополнительно введены схема синхронизации, схема фазирования, второй выпрямитель, схема формирования паузы импульсов, причем вход первого выпрямителя подключен к входным клеммам, предназначенным для подключения сети, выход первого выпрямителя подключен к входу блока контроля напряжения сети, один из выводов переменного тока выпрямительного моста, являющийся выходом фазирования первого выпрямителя, подключен через схему фазирования к первому входу блока управления, плюсовой вывод выпрямительного моста, являющийся выходом синхронизации первого выпрямителя, подключен через схему синхронизации к входу первого генератора импульсов, выход которого подключен к второму входу блока управления и первому входу схемы формирования паузы импульсов, первый выход блока контроля

напряжения сети подключен к третьему входу блока управления, а второй и третий выход - соответственно к третьему и второму входам блока переключения, первый вход

которого подключен к выходу второго генератора импульсов, первый выход блока переключения подключен к одной из выходных клемм, предназначенных для подключения сети, второй выход подключен к

0 одной из выходных клемм, предназначенных для подключения нагрузки, третий выход подключен к второму выходу преобразователя напряжения, первый выход которого подключен к другим выход5 ным клеммам, предназначенным для подключения сети и нагрузки, первый и второй выходы преобразователя напряжения подключены к соответствующим входам второго выпрямителя, выход которого под0 ключей к входу схемы стабилизации выходного напряжения преобразователя, выход этой схемы подключен к второму входу схемы формирования паузы импульсов, выход которой подключен к четвертому входу бло5 ка управления, схема фазирования содержит первый инвертор, вход которого является входом этой схемы, параллельно входу первого инвертора подключена первая RC-цепь, с ограничителем напряжения,

0 состоящая из соединенных параллельно резистора, конденсатора и стабилитрона, выход первого инвертора является выходом этой схемы, схема синхронизации содержит второй инвертор, вход которого является

5 входом этой схемы, параллельно входу второго инвертора подключена вторая RC-цепь с ограничителем напряжения, аналогичная первой, выход второго инвертора является выходом этой схемы, блок управления со0 держит первый JK-триггер, S-вход которого является первым, а С-вход - вторым входом этого блока, Q - выход подключен к первому входу первого логического элемента И-НЕ, Q-выход подключен к первому входу второ5 го логического элемента И-НЕ, вторые, а также третьи входы первого и второго логических элементов И-НЕ объединены и являются соответственно четвертым и третьим входами блока управления, выходы этих ло0 гических элементов являются выходами блока управления, блок переключения содержит третий и четвертый логические элементы И-НЕ, первые входы которых объединены и являются первым входом это5 го блока, вторые входы являются соответственно третьим и вторым входами этого блока, а выходы подключены соответственно через первый и второй формирователи к управляющим входам соответственно пер- вого и второго тиристорных ключей, первые

выводы силовых цепей которых объединены и являются вторым выходом этого блока, а аторые выводы являются соответственно первым и третьим выходами этого блока, преобразователь напряжения содержит первый и второй силовые транзисторы, входы управления которых являются входами управления преобразователя напряжения, а выходы силовых транзисторов соединены с выводами первичной обмотки выходного трансформатора преобразователя напряжения, средняя точка первичной обмотки соединена с выходной клеммой, предназначенной для подключения плюсового вывода аккумуляторной батареи, а выводы вторичной обмотки являются выходами преобразователя напряжения, схема стабилизации

выходного напряжения преобразователя содержит делитель напряжения, вход которого является входом этой схемы, а выход через усилитель тока подключен к цепи база-эмиттер транзистора, коллектор которого является выходом этой схемы, схема формирования паузы импульсов содержит второй IK-триггер, С-вход которого является первым входом этой схемы, Q - выход является выходом этой схемы и подключен к входу третьего инвертора, выход которого является вторым входом этой схемы и подключен к входу четвертого инвертора, параллельно входу четвертого инвертора

включен конденсатор этой схемы, а выход четвертого инвертора подключен к S-входу второго Ж-триггера.

ИзбФретение относится к электротехнике, к системам бесперебойного питания, в частности питания вычислительных систем, и может быть использовано для питания средств вычислительной техники, не допускающих потери питания более чем на 10 мс. Цель изобретения - расширение области применения устройства за счет сокращения времени переключения питания нагрузки с основного источника питания на резервный. В нормальных условиях, когда напряжение основного источника питания Сеть ггов Фиа 1 (сети) находится в допустимых пределах, нагрузка 7 получает питание от этой сети через первыйтиристорны ключ блока 6 переключения. В этом режиме осуществляются предварительная синхронизация и фазирование выходных импульсов генератора 2, предназначенных для запуска преобразователя 1 напряжения, с напряжением сети, однако запуск преобразователя 1 блокирован сигналом на третьем входе блока 5 управления. При снижении напряжения сети ниже допустимого уровня сигналы на выходах блока 4 контроля напряжения сети изменяются на инверсные. При этом первый тиристорный ключ блока 6 переключения закрывается, а открывается второй тиристорный ключ этого блока, подключая нагрузку 7 к выходу преобразователя 1, Одновременно осуществляется запуск преобразователя 1, и нагрузка 7 переходит на питание от аккумуляторной батареи. Схема 8 стабилизации и схема 9 формирования паузы импульсов обеспечивают стабилизацию выходного напряжения преобразователя 1 и защиту от сквозных токов его силовых транзисторов.5 ил. АБ 243 IX 8ых1 Ш о XJ о ю Сеть 220В

Вх 8x3 л , +248(Аб) Фиг. 5

Г

Вх2 ВхЗ о о

L.

249- 259-

Л

J

Фиг Л