Устройство импульсного стабильного питания функциональных блоков электронно-вычислительных машин

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности, к источникам электропитания электронно-вычислительных машин. Цель изобретения - повышение надежности, снижение потребляемой мощности и расширение функциональных возможностей. Устройство работает в двух режимах - Ожидание и Работа. Для нормальной работы устройства с малым энергопотреблением необходимо, чтобы время разряда накопительного конденсатора 18 tp бьшо минимально и независимо от длительности цикла обращения,было постоянным. При коротком замыкании в режиме Работа устройство автоматически , отключает дефектную нагрузку. Устройство может иметь один и N питающих выходов 3. При N выходах 3 устройство содержит N - 1 оконечных формирователей 36 импульсов . Считывание информации происходит только с одной из N интегральных микросхем постоянного запоминающего устройства. Это обеспечивается выработкой импульса электропитания только на одном выходе 3 соответстствующего оконечного формирователя 36 импульсов. Остальные N - 1 формирователей 36 остаются в режиме Ожидание. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. W ю 00 00 о: 1 фиг.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Ю4005Р320

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3891759/24-07 (22) ?6.04.85 (46) 07.02.87, Бюл. Ф 5 (72) Б.П.Щурчков и Н,Н.Яцюк (53) 621,316.722(088.8) (56) Иканфиев А.Б. и др. Постоянные запоминающие устройства на микросхемах к 155РЕЗ. — Электронная промышленность, 1975, Р 3, с,23-25, Авторское свидетельство СССР

Р 1086418, кл. G 05 F 3/20, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ИМПУЛЬСНОГО СТАБИЛЬНОГО ПИТАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ БЛОКОВ

ЭЛЕКТРОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности, к источникам электропитания электронно-вычислительных машин. Цель изобретения— повышение надежности, снижение потребляемой мощности и расширение функциональных возможностей, Устройство работает в двух режимах — "Ожидание"

„„SU„„12 86 7 А1 и "Работа". Для нормальной работы устройства с малым энергопотреблением необходимо, чтобы время разряда накопительного конденсатора

18 было минимально и независимо от длительности цикла обращения,было постоянным, При коротком замыкании в режиме "Работа" устройство автоматически,отключает дефектную нагрузку. Устройство может иметь один и N питающих выходов 3. При N выходах 3 устройство содержит N — 1 оконечных формирователей 36 импульсов. Считывание информации происходит только с одной из N интегральных микросхем постоянного запоминающего устройства. Это обеспечивается выработкой импульса электропитания только на одном выходе 3 соответстствующего оконечного формирователя

36 импульсов. Остальные N — 1 формирователей 36 остаются в режиме

"Ожидание". 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

8677 2 третьего транзистора 11 соединен с вторым выводом третьего резистора 15, первой шиной 9 питания, которая является третьим выходом расширения устройства, первый источник 26 управляющих сигналов, выход которого подключен к первому управляющему входу 22 устройства, а первый и второй выводы питания соединены соответст10 венно с первой шиной 9 питания и вторым выходом 21 расширения устройства, второй источник 27 управляющих сигналов, первый и второй выходы которого подключены соответственно к второму 23 и третьему 24 управляющим входам устройства, а первый и второй выводы питания соединены соответственно с первой 9 и второй 25 шинами питания, интегральные микросхемы постоянного запоминающего устройства (ИМС ПЗУ) 28, выводы питания которой подключены к первой шине 9 питания и питающему выходу 3 устройства, а информационный вывод 29 через шестой резистор 30 соединен с второй шиной 25 питания.

Источник 7 опорного напряжения содержит стабилитрон 31 и пятый диод 32, аноды которых объединены, катод .стабилитрона 31 соединен с выходом 6 источника 7, а катод пятого диода 32 соединен с первой шиной 9 питания.

Пятый диод 33 предназначен для

35 уменьшения задержки выключения второго транзистора 5, его применение целесообразно при использовании транзистора 5 с недостаточно высокими частотными характеристиками. Шестой

40 диод 34 предназначен для уменьшения задержки выключения третьего транзистора 11.

Кроме того, устройство содержит (фиг.1 и 2) предварительный формиро45 ватель 35 импульсов (ПФИ) и оконечный формирователь 36 импульсов (ОФИ).

Первая шина 9 питания заземляется.

На вторую шину 25 питания подается стабилизированное напряжение, наприS0 мер, +5 В.

Устройство импульсного стабильного питания содержит первый транзистор 1, эмиттер которого соединен с анодом первого диода ? и является питающим выходом 3 устройства, коллектор первого транзистора 1 соединен через первый резистор 4 с эмиттером второго транзистора 5, коллектор которого соединен с выходом 6 источника 7 опорного напряжения, через второй резистор 8 — с первой шиной 9 питания, анодом второго диода

10, катод которого соединен с коллектором третьего транзистора 11, катодами первого 2, третьего 12, четвертого 13 диодов и является первым выходом 14 расширения устройства (организованным в пепи разряда емкостной составляющей нагрузки), анод третьего диода 12 соединен с первыми выводами третьего 15 и четвертого 16 резисторов, базой четвертого транзистора 17,эмиттер которого соединен с анодом четвертого диода

13 и первым выводом накопительного конденсатора 18, второй вывод которого соединен через пятый резистор 19 с эмиттером пятого транзистора 20, коллектором первого транзистора 1 и является вторым выходом 21 расширен ния устройства (организованным в цепи формирования импульса повышенного напряжения), первым 22, вторым 23 и третьим 24 управляющими входами которого являются соответственно базы второго 5, третьего 11 и пятого 20 транзисторов, коллектор пятого транзистора 20 соединен с коллектором четвертого транзистора 17, вторым выводом четвертого резистора 16 и второй шиной ?.5 питания, а эмиттер

1 128

Изобретение относится к электротехнике и электронике и может быть использовано для снижения энергопотребления устройствами, периодически находящимися в режимах "Работа" и "Ожидание".

Цель изобретения — повышение надежности, снижение потребляемой мощности и расширение функциональных возможностей. !

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства импульсного стабильного питания; на фиг.2 устройство импульсного стабильного питания, организованное на N питающих выходов.

В режиме "Ожидание" (исходное состояние устройства) на базах третьего 11 и пятого 20 транзисторов установлен высокий уровень управляющих сигналов соответственно с выходом

23 и 24 второго источника 27 управляющих сигналов, вследствие чего третий 11 и пятый ?0 транзисторы от12 крыты. Четвертый транзистор 17 закрыт низким уровнем сигнала на его базе, которая подключена к первой шине 9 питания через третий диод

12 и открытый третий транзистор 11.

Открытое состояние третьего 11 и пятого 20 транзисторов обеспечивает заряд накопительного конденсатора 18 по следующей цепи: первая шина 9 питания, третий транзистор 11, четвертый диод 13, накопительный конденсатор 18, пятый резистор 19, пятый транзистор 20, вторая шина ?5 питания. Накопительный конденсатор 18 заряжается до значения

Г Ф 1б

Ц =(u -ц -U -0 !(1-е ) 3 ks кэн оэ з кэао (i)

3 где U — напряжение на второй

25 шине 25 питания;

U„ — напряжение на эмиттере пятого транзистора 20 относительно второй шины 25 питания; время, в течение которого осуществляется заряд накопительного конденсатора 18; постоянная времени цепи заряда накопительного конденсатора 18.

При этом напряжение на втором выходе 21 расширения устройства равно где У„ — падение напряжения на пятом резисторе 19.

Кроме того, открытое состояние третьего транзистора 11 обеспечивает разряд емкостной составляющей нагрузки и паразитной емкости источника 7 опорного напряжения, которые осуществляются следующим образом.

Питающий выход 3 устройства подключен к первой шине 9 питания через первый диод 2, первый выход 14 расширения устройства и третий транзистор 11. В результате этого паразитная емкость нагрузки разряжается до напряжения, не превышающего па/ дение напряжения на первом диоде 2 и открытом транзисторе 11, при котором обеспечивается полное отключение внутренних узлов ИМС ПЗУ 28.

Выход 6 источника 7 опорного напряжения подключен к первой шине 9 питания через второй диод 10, пер88677 4 вый выход 14 расширения устройства и открытый транзистор 11. В результате этого параз: тная емкость источника 7 опорного напряжения разряжается до напряжения, не превышающего падение напряжения на первом диоде

2 и открытом транзисторе 11, при котором обеспечивается надежное запирание первого транзистора 1.

f0 Второй транзистор 5 в режиме "Ожидание" также закрыт высоким уровнем сигнала на его базе, установленным с выхода 22 первого источника 26 управляюших сигналов.

15 В режиме "Работа" на втором 23 и третьем 24 управляющих входах устройства, а следовательно, и на базах третьего 11 и пятого 20 транзисторов устанавливаются сигналы низкого

20 уровня (момент времени t ). В результате этого третий 11 и пятый 20 транзисторы закрываются. Четвертый транзистор 17 открывается сигналом высокого уровня на его базе, подключенной через четвертый резистор 16 к второй шине 25 питания и отключенной от первой шины 9 питания при закрытом транзисторе 11. При этом заряженный (в режиме Ожидание ) наЗО копительный конденсатор 18 через открытый четвертый транзистор 17 подключается к второй шине ?5, т.е. последовательно и согласно источнику питания, подключенного к шинам 9 и

25 питания. Напряжение на втором выходе 21 расширения устройства увеличивается до значения

-т1

= Ц вЂ” П + U Х (3) где С, — время, в течение которого осуществляется разряд накопительного конденсато45 ра 18 ) постоянные времени цепи разряда накопительного конденсатора 18.

Кроме того, при закрытом состоянии третьего транзистора 11 питающий выход 3 устройства и выход 6 источника 7 опорного напряжения отклю-. чены от первой шины 9 питания. В момент времени t2 на первом управляющем входе 22 устройства, а следовательно, и на базе второго транзистора 5 устанавливается сигнал низкого уровня, под действием которого второй транзистор 5 открывается.

128867

Задержка (4) ьй 2 б бэ1

U — U + U > U (5) 40 где U — амплитуда импульса электро5 питания на питающем выходе

3 устройства;

U — напряжение на выходе 6 исб точника 7 опорного напряжения;

- напряжение на базе первого транзистора 1 относительно питающего выхода 3 устройства. 50

Возврат устройства в режим "Ожидание" осуществляется следующим образом.

На первом 22, втором 23 и третьем 24 управляющих входах устройства, а следовательно, и на базах второго 5, третьего 11 н пятого

20 транзисторов одновременно устанавливаются сигналы высокого уровподачи сигнала низкого уровня на лер5 выи управляющий вход 22 устройства относительно подачи сигналов низкого уровня на второй 23 и третий 24 управляющие входы устройства необходима для полного переключения состоя- l0 ния третьего 11, четвертого 17 и пятого 20 транзисторов и определяется частотными характеристиками этих транзисторов.

При переходе второго транзистора

5 в открытое состояние начинает протекать ток через источник 7 опорного напряжения по следующей цепи: второй выход 21 расширения устройства, первый резистор 4, второй транзистор 20

5, источник 7 опорного напряжения, первая шина 9 питания. В результате этого на выходе источника 7 опорного напряжения появляется напряжение. Напряжение с выхода б источника 7 опор-25 ного напряжения поступает через эмит-, терный повторитель, питающий выход 3 устройства на вывод питания ИМС ПЗУ

28 (момент времени ). Амплитуда импульса электропитания на питающем 30 выходе 3 устройства определяется значением напряжений, на выходе 6 источника 7 опорного напряжения, на второй шине 25 питания и на накопительном конденсаторе 18

7 6 ня (момент времени t ), В результа3 те этого второй транзистор 5 закрывается, а третий 11 и пятый 20 транзисторы открываются. Переход третьего транзистора 11 в открытое состояние приводит к запиранию четвертого транзистора 17, так как его база подключена к первой шине 9 питания через третий диод 12 и открытый транзистор 11. В результате перехода в закрытое состояние второго транзистора 5 прекращается протекание тока через источник 7 опорного напряжения, напряжение на его выходе 6 уменьшается с постоянной времени цепи разряда параэитной емкости источника 7 опорного напряжения до значения, определяемого падением напряжения на втором диоде tO и открытом третьем транзисторе 11.

При этом первый транзистор 1 закрывается, а напряжение на питающем выходе 3 устройства форсированно уменьшается с постоянной времени цепи разряда паразитной емкости нагрузки до значения, определяемого падением напряжения на первом диоде 2 и открытом третьем транзисторе 11. Таким образом Аормируется один импульс электропитания ИМС ПЗУ 28. К моменту Аормирования второго импульса электропитания (момент времени t ) накопительный конденсатор 18 заряжается до значения

2 -t, /т, U =(U -V -U -LI -0 1*

18 25 кэ11 АР13 кэ2О 18 (1-(э 5)+ U (6)

18 а напряжение на втором выходе 21 расширения устройства увеличится в режиме "Работа1 до значения

2 t111.

К моменту Аормирования п-го импульса электропитания накопительный конденсатор !8 заряжается в режиме 110жидание11 до значения !

l1 =(u -U -U -U -U" 1 !.

f 8 25 КЭ11 "1 13 К Э20 1Q .(s-Ã " )-и" с "

1В

1 а напряжение на втором выходе 21 расширения устройства увеличивается в режиме "Работа" до значенця

11 о в ) Р

U =U -U +U 1 (9)

21 25 к э 11 18

Из выражений (1), (6) и (8), описываюших динамику изменения напря1288677 8 жения на накопительном конденсаторе

18 в режиме "Ожидание", и выражений (3), (7), (9), описывающих динамику изменения напряжения на втором выходе 21 расширения устройства в режиме Работа", можно сделать сле дующие выводы. Для обеспечения нормальной работы устройства с малым энергопотреблением на различных, в том числе и на максимальной частоте обращений к ИМС ПЗУ 28, необходимо, чтобы t было минимально и незави—

P симо от длительности цикла обращения имело постоянное значение. Минимальное значение определяется временем, необходимым для надежного считывания информации с ИМС ПЗУ 28.

Минимальная, но достаточная для нормальной работы устройства (выработки импульса электропитания необходимой амплитуды на питающем выходе 3 устройства), амплитуда импульса повьш>енного напряжения на втором выходе 21 расширения устройства определяется отношением 1р)1 при максимальной частоте обращений, а номинал накопительного конденсатора 18 при этом определяет уровень пульсации напряжения на втором выходе 21 расширения устройства, а также время подготовки устройства к работе после подключения источника питания к первой 9 и второй 25 шинам питания.

При возможном коротком замыкании в режиме "Работа" в цепи питания нагрузки устройство работает следующим образом, В случае замыкания питающего выхода 3 устройства и первой шинв|

9 питания накопительный конденсатор

18 разряжается по цепи: первая шина 25 питания, четвертый транзистор

17, накопительный конденсатор 18, второй выход 21 расширения устройства, первый транзистор 1, питающий выход 3 устройства и первая шина 9 питания. При этом ток короткого замыкания, определяемый током в цепи

1 разряда накопительного конденсатора

18, уменьшается в процессе его разряда и ограничивается по времени.

Б результате устройство автоматически отключает "дефектную" нагрузку, что существенно снижает вероятность выхода из строя его ключевых элементов.

С помощью выходов 9, 14 и 21 расширения устройства число питающих

55

Предлагаемое устройство по сравнению с известным имеет более высокую надежность, достигаемую уменьшением числа источников питания до одного и причем общего с электроникой обрамления, а также уменьшением вероятности выхода из строя ключевых элементов устройства при возможном коротком замыкании в цепи питания нагрузки за счет подключения ее выходов 3 устройства может быть увеличено до необходимого числа N, если выработка импульсов электропитания на этих выходах должна быть разнесена во времени.

Устройство импульсного стабильного питания, организованное на N питающих выходов 3 (фиг.2), по сравнению с устройством импульсного стаf0 бильного питания на один питающий выход 3 (фиг,1) дополнительно содержит N — 1 ОФИ 36, которые подключены параллельно к соответствующим выходам 9, 14 и 21 расширения устрой15 ства, N — 1 первых источников 2о управляющих сигналов, выходы которых подключены к первым управляющим входам 22 соответствующих N — 1

ОФИ 36, N — 1 ИМС ПЗУ 28, выводы пи20 тания которых подключены соответственно к выходам 3 N — 1 ОФИ, 36, а информационные выходы ИМС ПЗУ 28 объединены по схеме "Проводное ИЛИ". Такая организация устройства предполагает считывание информации в каждом такте его работы только с одной из Х ИМС ПЗУ, что обеспечивается выработкой импульса электропитания только на одном питающем вы30 ходе 3 соответствующего ОФИ 36.При этом остальные N — 1 ОФИ 36 остаются в режиме Ожидание" под действием сигналов высокого уровня на их первых управляющих входах 22 и вли35 яния на работу устройства не оказывают, так как не потребляют энергию (первые 1 и вторые 5 транзисторы в режиме "Ожидание" закрыты).

В остальном работа устройства им40 пульсного питания, организованного на питающих выходах 3, не отличается от описанной для устройства на один питающий выход 3.

Таким образом в предлагаемом уст45 ройстве импульсного питания для формирования спада импульса электропитания обеспечены условия, аналогичные известному устройству.

128867?

io к источнику питания через накопительный конденсатор.

Потребление энергии в режиме

"Ожидание" устройством, организованным на N питающих выходах, в N раз меньше, поскольку в режиме "Ожидание" ОФИ энергии не потребляют, а потребление энергии ПФИ примерно такое же как одним известным устройством, имеющим один питающий выход. 1IO

Более широкие функциональные воэможности достигаются уменьшением числа источников питания устройства до одного за счет формирования предварительного импульса электропитания 15 повышенного напряжения, а также за счет возможности наращивания питающих выходов устройства до необходимого числа при минимальных дополнительных затратах оборудования и беэ 20 увеличения потребляемой устройством мощности, Формула изобретения

1, Устройство импульсного стабильного питания функциональных блоков электронно-вычислительных машин, содержащее три транзистора, источник опорного напряжения, первый диод, ЗО два резистора и шину питания, причем первый вывод первого резистора соединен с эмиттером второго TpRH зистора, первый вывод второго резистора соединен с базой первого транзистора, эмиттер которого соединен с анодом первого диода и является питающим выходом устройства, а второй.вывод второго резистора соединен с общей шиной, о т л и ч а ю — 40 щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности путем обеспечения защиты от перегрузки по току и улучшения эксплуатационных характеристик путем уменьшения числа источников 45 питания до одного, в него введены четвертый и пятый транзисторы,второй, третий и четвертый диоды,конденсатор, третий, четвертый и пятый резисторы, причем база первого тран- 5р зистора соединена с выходом источника опорного напряжения, коллектором второго транзистора и анодом второго диода, катод которого соединен с коллектором третьего транзистора, катодами первого, третьего и четвертого диодов и служит выводом для подключения к разрядной шине нагрузки, анод третьего диода соединен с первыми выводами третьего и четвертого резисторов и базой четвертого транзистора, эмиттер которого соединен с анодом четвертого диода и первым выводом конденсатора, второй ,.вывод которого соединен через пятый резистор с эмиттером пятого транзистора, коллектором первого транзистора, вторым выводом первого резистора и является шиной повышенного напряжения устройства, первым, вторым и третьим управляющими входами которого являются соответственно базы второго, третьего и пятого транзисторов, коллектор пятого транзистора соединен с коллектором четвертого транзистора, вторым выводом четвертого резистора и шиной питания, а эмиттер третьего транзистора соединен с вторым выводом третьего резистора и общей шиной, причем первый и второй транзисторы, первый и второй диоды, первый и второй резисторы и источник опорного напряжения образуют оконечный формирователь импульсов, а третий, четвертый и пятый транзисторы, третий и четвертый диоды, третий, четвертый и пятый резисторы и конденсатор образуют предварительный формирователь импульсов, при этом оконечный формирователь импульсов и предварительный формирователь импульсов объединены по шине повышенного напряжения, общей шине и по выводу, служащему для подключения разрядной шины нагрузки.

2 ° Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения работы на N нагрузок без увеличения потребляемой мощности и при минимальных аппаратурных затратах, в него ввецено N — 1 аналогичных оконечных формирователей импульсов, объединенных с предварительным формирователем импульсов аналогичным образом.

1288677

Составитель А.Дамирян

Редактор О.Головач Техред Н.Глущенко Корректор M.Ïoæo !

Заказ 7807/4б Тираж 885 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д,4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4