Устройство для бесперебойного питания

Предлагаемое устройство относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания средств связи и других ответственных потребителей. Технический результат - повышение надежности, снижение потребления питания в режиме резервирования и упрощение устройства. Для получения указанного результата в предлагаемое устройство введены второй транзистор n-p-n типа (12) и транзистор p-n-p типа (11), при этом эмиттер второго транзистора n-p-n типа (12) соединен с общим отрицательным полюсом, база - с коллектором первого транзистора n-p-n типа (5), а коллектор - через третий резистор (10) с базой транзистора p-n-p типа (11), коллектор которого подключен к зажиму нагрузки (3), а эмиттер соединен с положительным полюсом резервного источника питания (2) и со вторым выводом конденсатора (7), первый вывод которого подключен к катоду разделительного диода (4). 2 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания средств связи и других ответственных потребителей.

Известно устройство для включения резервного источника питания по а.с. 826501, H02J 9/06, обеспечивающее переключение питания нагрузки с основного источника на резервный и обратно. В этом устройстве в качестве исполнительного элемента применяется реле, что снижает надежность из-за наличия электромеханических контактов реле.

Известны также устройства для резервного электроснабжения по а.с. 1056363, H02J 9/06, а.с. 1336154, H02J 9/06, в которых в качестве исполнительного элемента применяются транзисторные ключи. Недостатком этих устройств является относительная сложность их схем управления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для бесперебойного питания потребителя постоянного тока по а.с. 1065961, H02J 9/06, принятое за прототип.

Схема устройства-прототипа приведена на фиг.1, где обозначено:

1 - основной источник питания;

2 - резервный источник питания;

3 - нагрузка;

4 - разделительный диод;

5 - транзистор n-p-n типа;

6, 16, 18 - первый, второй и третий стабилитроны;

7 - конденсатор;

8, 9, 10 - первый, второй и третий резисторы;

13 - реле;

14, 17 - первый и второй диоды;

15 - оптрон;

15.1 - светоизлучатель оптрона;

15.2 - фоторезистор оптрона;

19 - тиристор;

20 - контакты реле.

Устройство-прототип содержит основной 1 и резервный 2 источники питания, соединенные одноименными полюсами между собой и одним зажимом нагрузки 3, другой зажим которой через разделительный диод 4 подключен к другому полюсу основного источника 1, а через тиристор 19 - с другим полюсом резервного источника 2. Параллельно нагрузке 3 через второй диод 17 включен резисторный делитель напряжения, образованный третьим резистором 10 и фоторезистором 15.2 оптрона 15. Резисторный делитель напряжения шунтирован конденсатором 7, при этом средняя точка делителя напряжения через второй стабилитрон 16 соединена с управляющим электродом тиристора 19. Светоизлучатель 15.1 оптрона 15 последовательно с обмоткой реле 13 включен в выходную цепь транзисторного ключа, состоящего из транзистора 5, первого 8 и второго 9 резисторов и первого стабилитрона 6. Обмотка реле 13 шунтирована первым диодом 14. Светоизлучатель 15.1 оптрона 15 шунтирован третьим стабилитроном 18. Тиристор 19 шунтирован размыкающими контактами 20 реле 13.

Устройство-прототип работает следующим образом.

При наличии напряжения основного источника 1 питание нагрузки 3 осуществляется от него через разделительный диод 4, при этом реле 13 находится во включенном состоянии, контакты 20 реле 13 разомкнуты. Тиристор 19 включиться не может, т.к. через второй стабилитрон 16 ток не проходит (сопротивление фоторезистора 15.2 оптрона 15 незначительно, потому что светоизлучатель 15.1 возбужден).

При снижении напряжения основного источника 1 ниже заданного предела через первый стабилитрон 6 ток не будет протекать и транзистор 5 выключится, причем соотношение плеч делителя напряжения резко изменится (т.к. светоизлучатель 15.1 оптрона 15 не возбужден), и напряжение с конденсатора 7 через резистор 10 и стабилитрон 16 подается на управляющий электрод тиристора 19, который выключается, и питание на нагрузку 3 подается от резервного источника 2. Через промежуток времени, определяемый временем выключения реле 13, оно выключается и шунтирует своими контактами 20 тиристор 19, выключая его. При восстановлении напряжения основного источника 1 вновь включится транзистор 5 и возбудится светоизлучатель 15.1 оптрона 15, соотношение плеч резисторного делителя напряжения вновь изменится. Через стабилитрон 16 напряжение не будет подаваться на управляющий электрод тиристора 19. По прошествии промежутка времени, определяемого временем включения реле 13, оно выключится и его контакты 20 разомкнутся, отключая резервный источник питания 2 от нагрузки 3.

Недостатками устройства-прототипа являются низкая надежность, обусловленная наличием электромеханических контактов реле, а также повышенное потребление от основного источника питания, т.к. все элементы управления реле и само реле питаются от основного источника 1.

Задачей предлагаемого устройства является снижение потребления от основного источника питания, упрощение устройства и повышение его надежности.

Для решения поставленной задачи в устройство для бесперебойного питания потребителя постоянного тока, содержащее основной и резервный источники питания, соединенные отрицательными полюсами между собой и одним зажимом нагрузки, а также разделительный диод, анодом соединенный с положительным полюсом основного источника питания, а катодом - с другим зажимом нагрузки, конденсатор, транзистор n-p-n типа, эмиттером соединенный с общим отрицательным полюсом, базой - через последовательно соединенные стабилитрон и первый резистор - с положительным полюсом основного источника питания, второй и третий резисторы, согласно изобретению введены второй транзистор n-p-n типа и транзистор p-n-p типа, при этом эмиттер второго транзистора n-p-n типа соединен с общим отрицательным полюсом, база - с коллектором первого транзистора n-p-n типа, а коллектор - через третий резистор с базой транзистора p-n-p типа, коллектор которого подключен к соответствующему зажиму нагрузки, а эмиттер соединен с положительным полюсом резервного источника питания и со вторым выводом конденсатора, первый вывод которого подключен к катоду разделительного диода, кроме того, коллектор первого транзистора n-p-n типа через второй резистор подключен к коллектору транзистора p-n-p типа.

На фиг.2 представлена схема предлагаемого устройства, где обозначено:

1 - основной источник питания;

2 - резервный источник питания;

3 - нагрузка;

4 - разделительный диод;

5, 12 - первый и второй транзисторы n-p-n типа;

6 - стабилитрон;

7 - конденсатор;

8, 9, 10 - первый, второй и третий резисторы;

11 - транзистор p-n-p типа.

Предлагаемое устройство содержит основной 1 и резервный 2 источники питания, соединенные отрицательными полюсами между собой и одним зажимом нагрузки 3, а положительными полюсами - с другим зажимом нагрузки 3 соответственно через разделительный диод 4 и коллекторно-эмиттерный переход транзистора p-n-p типа 11, конденсатор 7, одним выводом соединенный с зажимом нагрузки 3, а другим выводом - с положительным полюсом резервного источника питания 2, первый транзистор n-p-n типа 5, база которого через последовательно соединенные первый стабилитрон 6 и первый резистор 8 подключена к аноду разделительного диода 4, а коллектор - к базе второго транзистора n-p-n типа 12 и через второй резистор 9 к коллектору транзистора 11, эмиттеры первого транзистора 5 и второго транзистора 12 соединены с общим отрицательным полюсом, а коллектор транзистора 12 через третий резистор 10 соединен с базой транзистора 11.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При наличии напряжения основного 1 и резервного 2 источников питания в нормированных пределах питание нагрузки 3 осуществляется от основного источника 1 через разделительный диод 4. При номинальном напряжении основного источника питания 1 включается стабилитрон 6 и током, протекающим через резистор 8, открывается транзистор 5. Открытый транзистор 5 шунтирует базо-эмиттерный переход транзистора 12, и он закрывается. Вследствие этого ток в цепи базы транзистора 11 отсутствует, он закрывается, а резервный источник питания 2 отключается от нагрузки 3.

При наличии напряжения основного 1 и резервного 2 источников питания выводы конденсатора 7 находятся практически под одинаковым потенциалом, ток через конденсатор 7 не протекает, и он находится в разряженном состоянии. При пропадании напряжения основного источника 1 конденсатор 7 начинает заряжаться от резервного источника 2 через нагрузку 3, и в первый момент все напряжение резервного источника питания 2 прикладывается к нагрузке 3, что создает условия для открывания транзистора 12, который своим коллекторным током, протекающим через третий резистор 10, поддерживает открытым и насыщенным транзистор 11, и питание нагрузки 3 осуществляется от резервного источника 2. Появление напряжения резервного источника питания 2 на нагрузке обуславливает установление постоянного открывающего потенциала на базе транзистора 12 и поддержание транзистора 11 в открытом и насыщенном состоянии.

При восстановлении напряжения основного источника 1 вновь включится транзистор 5, а транзисторы 11 и 12 закроются и питание нагрузки 3 будет осуществляться от основного источника 1 через разделительный диод 4.

Таким образом, при отказе основного источника питания 1 происходит автоматическое переключение на резервный источник 2, при восстановлении основного источника 1 происходит отключение резервного источника и подключение нагрузки 3 к основному источнику питания 1.

Устройство для бесперебойного питания, содержащее основной и резервный источники питания, соединенные отрицательными полюсами между собой и одним зажимом нагрузки, а также разделительный диод, анодом соединенный с положительным полюсом основного источника питания, а катодом - с другим зажимом нагрузки, конденсатор, транзистор n-p-n типа, эмиттером соединенный с общим отрицательным полюсом, базой через последовательно соединенные стабилитрон и первый резистор - с положительным полюсом основного источника питания, второй и третий резисторы, отличающееся тем, что в него введены второй транзистор n-p-n типа и транзистор p-n-p типа, при этом эмиттер второго транзистора n-p-n типа соединен с общим отрицательным полюсом, база - с коллектором первого транзистора n-p-n типа, а коллектор через третий резистор - с базой транзистора p-n-p типа, коллектор которого подключен к соответствующему зажиму нагрузки, а эмиттер соединен с положительным полюсом резервного источника питания и со вторым выводом конденсатора, первый вывод которого подключен к катоду разделительного диода, кроме того, коллектор первого транзистора n-p-n типа через второй резистор подключен к коллектору транзистора p-n-p типа.