УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА
UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY FOR DIRECT CURRENT CONSUMER

Изобретение 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, 18 - второй и третий диоды;
7, 15, 20 - первый, второй и третий стабилитроны;
8 - конденсатор;
9, 10, 11 - первый, второй и третий резисторы;
14 - оптрон;
14.1 - фоторезистор оптрона;
14.2 - светоизлучатель оптрона;
17 - тиристор;
19 - реле;
21 - 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 17 - с другим полюсом резервного источника 2. Параллельно нагрузке 3 через второй диод 6 включен резисторный делитель напряжения, образованный вторым резистором 10 и фоторезистором 14.1 оптрона 14. Резисторный делитель напряжения шунтирован конденсатором 8, при этом средняя точка делителя напряжения через второй стабилитрон 15 соединена с управляющим электродом тиристора 17. Светоизлучатель 14.2 оптрона 14 последовательно с обмоткой реле 19 включен в выходную цепь транзисторного ключа, состоящего из транзистора 5 n-p-n типа, первого 9 и третьего 11 резисторов и первого стабилитрона 7. Обмотка реле 19 шунтирована третьим диодом 18. Светоизлучатель 14.2 оптрона 14 шунтирован третьим стабилитроном 20. Тиристор 17 шунтирован размыкающими контактами 21 реле 19.
Устройство-прототип работает следующим образом.
При наличии напряжения основного источника 1 питание нагрузки 3 осуществляется от него через первый диод 4, при этом реле 19 находится во включенном состоянии, контакты 21 реле 19 разомкнуты. Тиристор 17 включиться не может, т.к. через второй стабилитрон 15 ток не проходит (сопротивление фоторезистора 14.1 оптрона 14 незначительно, потому что светоизлучатель 14.2 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 14.2 оптрона 14 не возбужден), и напряжение с конденсатора 8 через резистор 10 и стабилитрон 15 подается на управляющий электрод тиристора 17, который выключается, и питание на нагрузку 3 подается от резервного источника 2. Через промежуток времени, определяемый временем выключения реле 19, оно выключается и шунтирует своими контактами 21 тиристор 17, выключая его. При восстановлении напряжения основного источника 1, вновь включится транзистор 5 и возбудится светоизлучатель 14.2 оптрона 14, соотношение плеч резисторного делителя напряжения вновь изменится. Через стабилитрон 15 напряжение не будет подаваться на управляющий электрод тиристора 17. По прошествии промежутка времени, определяемого временем включения реле 19, оно выключится, и его контакты 21 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 резервные источники питания, соединенные отрицательными полюсами между собой и одним зажимом нагрузки, разделительный диод, анодом соединенный с положительным полюсом основного источника питания, а катодом - с другим зажимом нагрузки, цепь из последовательно соединенных диода и конденсатора, подключенную параллельно нагрузке, при этом средняя точка цепи соединена с одним выводом второго резистора, первый транзистор n-p-n типа, эмиттер которого соединен с общим отрицательным полюсом, а база через последовательно соединенные стабилитрон и первый резистор - с положительным полюсом основного источника питания, а также третий резистор, согласно изобретению, введены второй транзистор n-p-n типа и транзистор p-n-p 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 соединен с катодом разделительного диода, а эмиттер - с положительным полюсом резервного источника питания, кроме того, другой вывод второго резистора соединен с базой второго транзистора n-p-n типа.
На фиг.2 представлена схема предлагаемого устройства, где обозначено:
1 - основной источник питания;
2 - резервный источник питания;
3 - нагрузка;
4 - разделительный диод;
5, 13 - первый и второй транзисторы n-p-n типа;
6 - диод;
7 - стабилитрон;
8 - конденсатор;
9, 10, 11 - первый, второй и третий резисторы;
12 - транзистор p-n-p типа.
Предлагаемое устройство для бесперебойного питания потребителя постоянного тока 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 12 p-n-p типа, цепь из последовательно соединенных диода 6 и конденсатора 8, подключенная параллельно нагрузке 3, средняя точка которой через второй резистор 10 подключена к точке соединения коллектора первого транзистора 5 n-p-n типа и базы второго транзистора 13 n-p-n типа, эмиттеры которых соединены с общим отрицательным полюсом, база первого транзистора 5 через последовательно соединенные стабилитрон 7 и первый резистор 9 соединена с положительным полюсом основного источника питания 1, а коллектор второго транзистора 13 - через третий резистор 11 с базой транзистора 12.
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 питания 1 через разделительный диод 4.
При номинальном напряжении основного источника питания 1 включается стабилитрон 7 и током, протекающим через резистор 9, открывается транзистор 5. Открытый транзистор 5 шунтирует базо-эмиттерный переход транзистора 13, и он закрывается. Вследствие этого ток в цепи базы транзистора 12 отсутствует, он закрывается, а резервный источник питания 2 отключается от нагрузки 3. Одновременно через диод 6 заряжается конденсатор 8.
При пропадании или снижении напряжения основного источника питания 1 ниже заданного предела через стабилитрон 7 ток не будет проходить и транзистор 5 выключится. Напряжение с конденсатора 8 через резистор 10 подается на базу транзистора 13, последний включается и своим коллекторным током, протекающим через резистор 11, поддерживает открытым и насыщенным транзистор 12, и питание нагрузки 3 осуществляется от резервного источника 2.
При восстановлении напряжения основного источника питания 1 вновь включится транзистор 5, а транзисторы 13 и 12 закроются, и питание нагрузки 3 будет осуществляться от основного источника питания 1 через разделительный диод 4.
Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство имеет простое схемное решение, что повышает надежность работы, и малое потребление питания в режиме резервирования.