устройство для бесперебойного питания потребителя постоянного тока

Формула изобретения

Устройство для бесперебойного питания потребителя постоянного тока, содержащее основной и резервный источники питания, соединенные одноименными полюсами между собой и одним зажимом нагрузки, разделительный диод, анодом соединенный с положительным полюсом основного источника питания, а катодом - с другим зажимом нагрузки, транзистор n-p-n типа, эмиттер которого соединен с общим отрицательным полюсом источников питания, база через первый стабилитрон и первый резистор - с положительным полюсом основного источника питания, при этом между базой и эмиттером транзистора n-p-n типа включен третий резистор, а также оптрон, фоторезистор которого одним выводом подключен к общему отрицательному полюсу, второй стабилитрон и второй резистор, отличающееся тем, что в него введен транзистор p-n-p типа, коллектор которого подключен к зажиму нагрузки, эмиттер - к положительному полюсу резервного источника питания, а база - к другому выводу фоторезистора оптрона, при этом точка соединения анодов второго стабилитрона и светоизлучателя оптрона подключена к коллектору транзистора n-p-n типа, кроме того, второй резистор, второй стабилитрон и светоизлучатель оптрона последовательно соединены и подключены параллельно резервному источнику питания.

Описание изобретения к патенту

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, 9, 11 - первый, второй и третий резисторы;

7, 10, 15 - первый, второй и третий стабилитроны;

8 - оптрон;

8.1 - фоторезистор оптрона;

8.2 - светоизлучатель оптрона;

13 - реле;

14, 17 - первый и второй диоды;

16 - конденсатор;

18 - тиристор;

19 - 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 первый диод 4 подключен к другому полюсу основного источника 1, а через тиристор 18 - с другим полюсом резервного источника 2. Параллельно нагрузке 3 через второй диод 17 включен резисторный делитель напряжения, образованный вторым резистором 9 и фоторезистором 8.1 оптрона 8. Резисторный делитель напряжения шунтирован конденсатором 16, при этом средняя точка делителя напряжения через второй стабилитрон 10 соединена с управляющим электродом тиристора 18. Светоизлучатель 8.2 оптрона 8 последовательно с обмоткой реле 13 включен в выходную цепь транзисторного ключа, состоящего из транзистора 5, первого 6 и третьего 11 резисторов и первого стабилитрона 7. Обмотка реле 13 шунтирована первым диодом 14. Светоизлучатель 8.2 оптрона 8 шунтирован третьим стабилитроном 15. Тиристор 18 шунтирован размыкающими контактами 19 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 19 реле 13 разомкнуты. Тиристор 18 включиться не может, т.к. через второй стабилитрон 10 ток не проходит (сопротивление фоторезистора 8.1 оптрона 8 незначительно, потому что светоизлучатель 8.2 возбужден).

При снижении напряжения основного источника 1 ниже заданного предела через первый стабилитрон 7 ток не будет протекать, и транзистор 5 выключится, причем соотношение плеч делителя напряжения резко изменится (т.к. светоизлучатель 8.2 оптрона 8 не возбужден), и напряжение с конденсатора 16 через резистор 9 и стабилитрон 10 подается на управляющий электрод тиристора 18, 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 19 тиристор 18, выключая его. При восстановлении напряжения основного источника 1, вновь включится транзистор 5 и возбудится светоизлучатель 8.2 оптрона 8, соотношение плеч резисторного делителя напряжения вновь изменится. Через стабилитрон 10 напряжение не будет подаваться на управляющий электрод тиристора 18. По прошествии промежутка времени, определяемого временем включения реле 13, оно выключится, и его контакты 19 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 одноименными полюсами между собой и одним зажимом нагрузки, разделительный диод, анодом соединенный с положительным полюсом основного источника питания, а катодом - с другим зажимом нагрузки, транзистор n-p-n типа, эмиттер которого соединен с общим отрицательным полюсом источников питания, база через первый стабилитрон и первый резистор - с положительным полюсом основного источника питания, при этом между базой и эмиттером транзистора n-p-n типа включен третий резистор, а также оптрон, фоторезистор которого одним выводом подключен к общему отрицательному полюсу, второй стабилитрон и второй резистор, согласно изобретению введен транзистор p-n-p типа, коллектор которого подключен к зажиму нагрузки, эмиттер - к положительному полюсу резервного источника питания, а база - к другому выводу фоторезистора оптрона, при этом точка соединения анодов второго стабилитрона и светоизлучателя оптрона подключена к коллектору транзистора n-p-n типа, кроме того, второй резистор, второй стабилитрон и светоизлучатель оптрона последовательно соединены и подключены параллельно резервному источнику питания.

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

1 - основной источник питания;

2 - резервный источник питания;

3 - нагрузка;

4 - разделительный диод;

5 - транзистор n-p-n типа;

6, 9, 11 - первый, второй и третий резисторы;

7, 10 - первый и второй стабилитроны;

8 - оптрон;

8.1 - фоторезистор оптрона;

8.2 - светоизлучатель оптрона;

12 - 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 12, база которого через фоторезистор 8.1 оптрона 8 соединена с общим отрицательным полюсом источников питания, цепочку из последовательно соединенных второго резистора 9, второго стабилитрона 10 и светоизлучателя 8.2 оптрона 8, подключенную параллельно резервному источнику питания 2, транзистор 5 n-p-n типа, база которого через последовательно соединенные первый стабилитрон 7 и первый резистор 6 подключена к положительному полюсу основного источника питания 1, эмиттер - к общему отрицательному полюсу источников питания, а коллектор - к точке соединения анодов второго стабилитрона 10 и светоизлучателя 8.2 оптрона 8, а между базой и эмиттером транзистора 5 включен третий резистор 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 диод 4. При номинальном напряжении основного источника питания 1 пробивается первый стабилитрон 7 и через первый резистор 6 начинает протекать базовый ток транзистора 5, вызывающий его отпирание. Открытый транзистор 5 коллекторно-эмиттерным переходом шунтирует светоизлучатель 8.2 оптрона 8. Ток через светоизлучатель 8.2 не протекает, сопротивление фоторезистора 8.1 оптрона 8 велико, цепь базы транзистора 12 практически разомкнута и тем самым нарушено условие насыщения транзистора 12, он закрыт, и резервный источник питания 2 отключен от нагрузки 3.

При пропадании или снижении напряжения основного источника питания 1 ниже порогового значения, задаваемого первым стабилитроном 7, ток через стабилитрон 7 не будет проходить и транзистор 5 закрывается. Третий резистор 11, включенный параллельно переходу база-эмиттер транзистора 5, защищает его от самоотпирания собственным тепловым коллекторным током. Ток через второй резистор 9 и второй стабилитрон 10, ранее отбираемый коллектором транзистора 5, теперь начинает протекать через светоизлучатель 8.2 оптрона 8, вызывающий свечение светоизлучателя 8.2, что приводит к резкому уменьшению сопротивления фоторезистора 8.1 оптрона 8. При этом восстанавливается условие насыщения транзистора 12, и он открывается, подключая резервный источник 2 к нагрузке 3.

При восстановлении напряжения основного источника питания 1, вновь включится транзистор 5, который шунтирует светоизлучатель 8.2 оптрона 8, ток через светоизлучатель 8.2 не протекает, сопротивление фоторезистора 8.1 оптрона 8 резко увеличивается, нарушается условие насыщения транзистора 12 и он закрывается, отключая резервный источник 2 от нагрузки 3.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обладает сниженным потреблением питания в режиме резервирования, повышенной надежностью и более простой схемой построения.