Источник питания с кратковременным резервированием Советский патент 1980 года по МПК G05F1/62 

(54) ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ С КРАТКОВРЕМЕННЫМ РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ

Изобретение относится к электротахни ке и может быть использовано для электропитания радиоэлектронной аппаратуры, в частности для электропитания устройств передачи данных. .. Для обеспечения бесперебойного электропитания применяются выпрямители с встроенными узлами емкостных нак опителей. При пропадании переменного напряжения к нагрузке выпрямителя с. помощью HDMMjTaTopa и разрядной цепи автомати чески подключается накопитель. При этом время резервирования определяется величиной энергии, запасенной в узле ЕМКОСТ него накопителя, параметрами нагрузки и устройством разрядной цепи. . . .Известен источник питания, в котором узел емкостного накопителя через коммутатор непосредственно подключается к нагрузке В этом источнике питания величина требуемой емкости конденсаторов накопителя однозначно определяемаятолько параметрами нагрузки, получается значительной.. Известен также источник питания с кратковременным резервированием для уменьшения габаритов узла емкостного накопителя в цепь коммутатора, управляемого реле контроля входного напряжения, в котором параллельно н грузке включена разрядная цепь, представляющая собой стабилизатор напряжения. Узел емкостного накопителя состоит из 1онденсаторной батареи, реле контроля разряда и устройства заряда (вспомогательный выпрямитель). Для увопичения времени резервирования конденсаторная батарея узла емкостного накопителя разделена на две . . Чисти, которые с помоишю реле контроля аходного напряжения и релр контроля Kafiря«ения разряда могут включаться и параллельно и последовательно. Кроме того, источник питания содержит узел выпрямителя, состоящий из трансформатора, ко вторичной обмотке котррого подключен силовой выпрямитель и емкостный фильтр.

соединенный с выходом узла .выпрямитедя и нагрузкой через раздепйтельныё ди-; , включенные в проводящем направлении. Реле контроля входного напряжения входом подключено к выходу узла выпрямителя, В процессе резервированчя накопитель разряжается на нагрузку через стабилизатор напряжения. Если нагрузка

пШтТэйЙйй, то напрй1сенйе на конденсаторной батарее накбпйтёля снижается линейно. После насыщения стабнлизатО|эа напря женйё на наг|эузке и на накопителе падает, При минимально допустимом напряжении срабатывает репе вапряЖенйя разряда. При этом обе части конденсаторной. батареи накопителя включаются последовательно и дораэряжаются через стабилизатор напряжения на нагрузку, в свя чем увеличивается время, резервирования 2 . Недостатком данного источника питани является то, что как на первой стадии ра ряда, так и при доразрядке конденсаторно батарей накопителя на регулИрузбщем элементе стабилизатора напряжения рассеивается в виде тепла значительная энергия пропорциональная разности величин напряжений на выходе узла емкостного наксу7Ителя ина нагрузке что снижает Т1адё к- «ность устройства в целом и увеличивает габариты разрядной цепи, а при меНьщи.х габаритах снижается время резервирования. Кроме того, включение первого .разделительного диода (необходимо только для обеспечения работы реле контроля нкод. . ноГо, напряжения) между узлом вьшрямиtertH и емкостным ф1шьтром, а также последовательное соединение коммутатора со стабилизатором напряжения разрядной цепи являются принципиальной необходимостью вавестного источника питаний; ffc .полнительно ведущие к сни-жению его надежности. Причем замена электромаханического реле контроля входного напряжений, обмотка которого в нормальном режиме находится пЬд током, полупроводниковым и использование в разрядной цепи вместо непрерывного стабадизатОра импульсного с целью уменьшения потерь энергии на регулирующем элементе и уве- лнчБ1тя времени резервирования) этой пришдип |альной необ.ходимости не исключают, , .. , . - : Цель изобретения -повышение надежности к увеличение времеш рвэервирсюа кия. Поставленная цепь достигается тем, ; что в источнике питания i с кратковремен748389

ным резервированием, содержащем Koib дейсаторМуто бйтарею, разделенную на . две части; реле коктроля входного н рряжения, вьтрямитель, одним вьшодом подключенный к одному выходному вьюоду, разделительный диод, соединенный с другим вьйсоДным выводом, узел ёмкостнрго накопителя, соединенный через коммутатор и разрядную цепь с выходными выводами и входные выводы, соединенные со входом узла выпрямителя и со входом узла емкостного. накопителя, другой вывод уг а накопитёля соединен с разделйтелыным диодом, одна часть конденсаторной батареи фильтра по;цслючена и выходным клеммам, а другая часть соединена с выходом узла выпрямителя, при этом разрядная цепь выполнена на дросселе, который через коммутирующий диод соединен, с одним выходным выводом, а к выходньгм выводам - аходом подключен узел с двумя устойчивыми состояниями, выход которого и выход репе ко1ггрс«я аходного напряжения через элемент И соединены с управ - ляющим входом коммутатора. Реле кокаропя аходного напряжения входом подключено ко В.ХОДНЫМ клеммам. На чертеже приведена функциональная схема предложенного источника питания с кратковременным резервированием. Схема содержит входные выводы 1, узел 2 выпрямителя, узел 3 емкостного Накопителя, реле .4 контроля аходного напряжения, разделитадьный диод 5, узел 6 с двумя устойчивыми состояниями, выходные вьшоды 7 и 8, Harpy3ity 8, емкостный фильтр 10, конденсаторную бата-рею (одна часть) 11, конденсаторную батарею (другая часть) 12, коммутатор 13, разрядную цепь 14, дроссель 15, коммутирующий диод 16, элемент 17 И, входньп«1 выводам 1 подключены входом выпрямитель 2, узел 3 емкостного накопителя и реле 4 контроля влсодного напряжения, Вьсходом узел 2 выпрямителя через разделительный диод 5, включенный в проводящем направлении,подключен ко входу узла 6 с двумя устойчивыми состояниями, к выходным вьтод1ам 7 и 8 и к нагрузке 9, Емкостный фильтр 10 состоит из конденсаторной батареи 11, подключенной к выходу узла 2 выпрямителя, и конденсаторной батареи 12, подключенной к вькодным клеммам 7 и 8. Выходом узел 3 емкостного накопителя подключен через коммутатор 13 и разрядную цвпь 14, состоящую из дросселя 15, к выходнь1М клеммам 7 и В, Между точкой соединения дросселя 15 с коммутатором 13 н выкодной клеммой 8 включен диод 16, Вьруэд раде 4 контроля входного напри жения и выход узла 6 с двумя устойчивыми состояниями через элемент 17 И соединены с управляющим входом коммутатора 13, При подаче переменного напряжения на входные клеммы 1 сигнал на вькЬде рапе 4 контроля входного напряжения исчезает узап 3 емкостного накопителя начинает заряжаться, а выпрямленное напряжение н выходе узла 2 выпрямителя фильтруется . помощью емкостного фильтра 10 и через диод S. подается на аход устройства 6 с двумя устойчивыми состояниями и выходные клеммы 7 и 8, Узел б с двумя устойчивыми состояни ми может быть выполнен, например, на триггере Шмитта, перебрасьшаемом из од ного устойчивого состояния в другое в . зависимости от уровня управляющего сигнала. Оно выполняет функции модулятора переменной частотой коммутации 9 деди управления стабилизатора напряжения с двухпозиционным регулированием, образуемого коммутатором 13, дросселем 15, диодом 16 и конденсаторной бaтiapeёй 12 емкостного фильтра 1О,. Напряжение на. выходных клеммах 7 и 8 не стабилизировано и оно может находиться в пределах зоны работы узла 6 с двумя устойчивыми состояниями. Для исключения ложного включения ксялмутаТора 13 сигналы на его управляющий вход с выходов реле 4 контроля входного напряжевия и узла 6 с двумя устойчивыми состояниями подаются через элемент 17 И, Поскольку сигаал на выходе реле 4 контроля входного напряжения отсутствует, то и коммутатор 13 также разомкнут, При пропадании переменного напряжени на аходных вьшодах 1 конденсаторная батарея 12 непосредственно, а ковденсаторная батарея 11ч ерёз диод 5 разряжаются на нагрузку 9, На выходе реле 4 крнтроля входного напряжения появляется сигна При достижении величины напряжения на вькодных клеммах 7,и 8 значения ниж него порога срабатьюания узла 6 с двумя устойчивыми состояниями последний переключается и на его выходе появляется сигнал, который через элемент 17 И поступает на управляющий вход коммутатора 13-и замыкает его. За счет энергии, запасенной в узле 3 емкостного накопителя, через дроссель 15 начинает протекать нарастающий Ток, который поступает в нагрузку 9 и заряжает юнденсаторную батарею 12, При этом раэрф конденсаторной батареи 11 прекращается. При достижении величины напряжения на вьгхоДных вывода.х 7 и 8 значения вер- хнего порога срабатывания узел б с двумя устойчивыми состояниякт переключается и на его выходе сигнал исчезает, а ком-мутатор 13 размыкается. За счет накопленной магнитной.энергии в дросселе 15 возникает ЭДС -самоиндукции обратного сзнака, которая через коммутирующий диод 16 подается на выходные выводы 7 и 8, Ток дросселя 15, протекая через диод 16, нагрузку 9 и конденсаторную батарею 12, начинает уменьшаться. Напряжение на наг рузке 9 также падает, , При снижении напряжения на выхоаньп Bbffionax 7 и 8 до значения нижнего срабатьюания узле 6 с двумя устойчи ми состояниями цикл работы коммутатора 13, разрядной цепи 14 и конденсаторной батареи 12 повторяется. Таким образом, энергия узла емкостного накопителя 3 поступает в нагрузку 9 прерывисто ,с переменной частотой и скважностью. Величина пульсаций напряжения на нагрузке 9 (путем выбора значений величин зоны работы узла б с двумя устойчивыми состояниями, емкости конденсатор ной батареи 12 и индуктивности дросселя 15) при резервировании может быть меньшей величины пульсации напряжения на нагрузке 9 при питании ее от узла 2 выпрямителя. При появлении переменного напряжения на входных вьшодах 1 сигнал на выходе реле 4 кокгроля входного напряжения исчезает, а коммутатор 13 вьшлючается. Нагрузка 9 начинает получать электропитание от узла 2 выпрямителя, а узел 3 емкостного накопителя дозаряжается, аким образом, реле 4 коетроля входнох) напряжения осуществляет преобразоваие непрерьюной величины сигнала о на-. Л11чии переменного напряжения на входе В дискретный сигнал на выходе, имеющий два различньпс значения. Реле 4 контро ля аходного напряжения может быть выполнено и на электромеханическом реле переменного тока, и на электромеханическом реле постоянного тока, питанием выпрямленным напряжением, и на полупроводниках. Отделение раздельным диодом конденсаторной батареи 11 от нагрузки 9 по.эволяет сократить время установления выпрямленного напряжения электропитания {по окончании кратковременного перерыва в подаче электропитания). Диод 5 и кондвнсаторная батарея .12 осуществляют фильтрацию провалов йапряження микросекундной длительности на вьгеоде узла 2 выпрямителя, возникающих в результате воздействия сетевьвс помах, для этого кон j денсаторы батареей 12 выбираются с минимальной индуктивностью-вьшодов, а конденсаторы батареи 11 могут бьггь низкочастотными. При такой конструкции емкостного фильтра Ю устройство питания мо- ю кет работать на нагрузку с рекуперацией тока,.

Снижение потерь ;энергни при резервироваиии, осуществление К01 1мутатбром функции регулирующеро элемента разряд-. 5 ной цепи, а также упрощение силовой цепи узла выпрямителя способствует повь шению надежности.

При более полной отдаче энергии, запасенной в узле емкостного накопителя, 20 При применений предложенного источника

пит|ания с краткбвременньшс реаврвированием по сравнению с известньил общее . время резервирования увеличив ается на 20-50% при возрастатши надежности, js

Потери энергии при резервировании, опредвпяемые лишь потерями ца коммута торе, работающем в ключевом режиме,на коммутирующем диоде и дросселе а так- Зо же собственным потреблением устройства с двумя устойчивыми СОСТОЯНИЯМИ, HMeiqT менее выраженные зависимости от велич ины напряжения на выходе узла, бмкостнсм го накопитвпя, чем в известном. Это поэ-ц вопяет более полно использовать метод увеличения длительности резервирования путем увеличения Напряжения начального заряда узла емкостного накопитотя, при котором время разервированЬя в предла- 40 гаемом устройстве увеличивается почти в квадратичной зависимости.

Формула изобретения

а другая к выходу выпрямителя, а разрядная цепь выполнена в виде дросселя. Который через коммутирзпощий диод соединен с выходным вьшоДом,

2,Источник по п. 1, о т л и ч а до щ и и с я тем, что реле контроля входного напряжения входом подключено к входным йьтьдам, . .

Источники информации, принятые во ашманив при экспертизе

1,Рогински1й В. Расчет устройств электропитания, М., Связь, 1972, с. 23бг237, рис, 8,1 б,в.

2.Авторское свидетельство СССР .N 513358, кл, G 05 F 1/62, 1976.