ИСТОЧНИК БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ
UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY UNIT

Изобретение относится к электротехнике, а именно - к источникам бесперебойного питания (ИБП) с резервированием преобразователя электрической энергии буферной кислотно-свинцовой герметизированной аккумуляторной батареей, и может быть использовано для электропитания электронной аппаратуры различного назначения.
Известны источники бесперебойного электропитания (ИБП) [1, 2], предназначенные для обеспечения работоспособности аппаратуры при пропадании напряжения питающей сети, состоящие из стабилизированного преобразователя переменного напряжения в постоянное (класс ac/dc) и кислотно-свинцовой герметизированной аккумуляторной батареи (АКБ), работающей в буфере с преобразователем. В таких ИБП возможен разряд АКБ ниже допустимого значения, что приводит к сокращению срока ее службы.
Известен ИБП (3), содержащий стабилизированный преобразователь класса ac/dc, буферную кислотно-свинцовую герметизированную аккумуляторную батарею, компаратор с резисторами на входах и гистерезисным резистором, стабилизатор питания цепей компаратора, усилитель, и реле защиты АБ от глубокого разряда, контакты которого, включенные между плюсом АБ и плюсом нагрузки, отключают АБ от нагрузки при снижении напряжения на АБ ниже допустимого уровня. Значительным недостатком этого ИБП является то, что при восстановлении напряжения сети разряженная кислотно-свинцовая герметизированная аккумуляторная батарея заряжается током, величина которого существенно превышает допустимое значение. Чрезмерный зарядный ток разогревает электролит, количество которого при этом уменьшается в результате его испарения, что сокращает срок службы кислотно-свинцовой герметизированной аккумуляторной батареи.
Известен ИБП [4], принятый в качестве прототипа изобретения, имеющий стабилизированный преобразователь переменного напряжения класса ac/dc, буферную кислотно-свинцовую герметизированную аккумуляторную батарею, компаратор с резисторами на входах и гистерезисным резистором, стабилизатор питания цепей компаратора, усилитель мощности, реле, диод и резистор, ограничивающий ток заряда, благодаря которому зарядный ток ограничен на допустимом уровне.
Основным недостатком данного ИБП является то, что его невозможно включить при отсутствии сетевого напряжения, хотя аккумуляторная батарея может находиться в заряженном состоянии.
Целью изобретения является обеспечение возможности включения ИБП при отсутствии сетевого напряжения.
Поставленная цель достигается тем, в состав известного ИБП, имеющего АКБ, компаратор с резисторами на входах и гистерезисный резистор, стабилизатор питания цепи компаратора тока, усилитель мощности, реле, первый диод и ограничительный резистор, дополнительно введены второй и третий диоды, нормально-разомкнутая кнопка, выключатель «АКБ» и выключатель «Сеть», причем второй диод и кнопка соединены в последовательную цепочку, которая включена между плюсовой клеммой АКБ и плюсовым входом стабилизатора, а третий диод включен между плюсом преобразователя и плюсовым входом стабилизатора.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием дополнительных элементов при соответствующем схемном решении.
Таким образом, заявляемое устройство соответствует критериям изобретения «новизна».
Сравнение заявляемого устройства с другими аналогичными решениями показывает, что наличие в подобных устройствах компаратора с резисторами на входах и гистерезисным резистором, стабилизатора питания цепей компаратора, усилителя, реле, диода и ограничивающего ток заряда резистора, известно.
Однако, благодаря дополнительному введению в состав устройства второго и третьего диодов и кнопки, причем второй диод и кнопка соединены в последовательную цепочку, которая включена между плюсовой клеммой АКБ и плюсовым входом стабилизатора, а третий диод включен между плюсом преобразователя класса ac/dc и плюсовым входом стабилизатора, появляется новое свойство заявляемого устройства, проявляющееся в возможности включения ИБП при отсутствии сетевого напряжения.
Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «существенные отличия».
На фигуре изображена структурная схема ИБП, согласно которой ИБП содержит:
1 - стабилизированный преобразователь класса ac/dc,
2 - аккумуляторная батарея (АКБ);
3 - стабилизатор,
4 - компаратор;
5 - первый резистор на входе компаратора;
6 - второй резистор на входе компаратора;
7 - гистерезисный резистор;
8 - усилитель мощности;
9 - обмотка реле;
10 - нормально разомкнутые контакты реле с обмоткой 9;
11 - первый диод;
12 - ограничивающий резистор;
13 - нормально разомкнутая кнопка;
14 - второй диод;
15 - третий диод;
16 - выключатель «АКБ»;
17 - выключатель «Сеть».
Элементы, входящие в состав ИБП, соединены между собой следующим образом.
Плюс преобразователя 1 соединен с анодами первого диода 11 и третьего диода 15 и разомкнутым контактом 10 реле с обмоткой 9, он же является и плюсовым выходом ИБП.
Минус преобразователя 1 соединен с минусовым входом стабилизатора 3 и через выключатель «АКБ» 16 с минусом АКБ 2, он же является и минусовым выходом ИБП.
Катод первого диода 11 соединен с ограничивающим резистором 12, который вторым выводом подключен к плюсу АКБ 2 и подвижным контактам 10 реле с обмоткой 9 и нормально разомкнутой кнопки 13. Параллельно цепочке первый диод 11 и ограничивающий резистор 12 подключены разомкнутые контакты 10 реле с обмоткой 9.
Катоды второго диода 14 и третьего диода 15 соединены вместе и подключены к плюсовому входу стабилизатора 3 и к первому резистору 5, второй вывод которого подключен к неинверсному входу компаратора 4 и через гистерезисный резистор 8 к выходу компаратора 4, который соединен со входом усилителя мощности 8.
Выход усилителя мощности 8 соединен с обмоткой 9 реле.
Плюсовой выход стабилизатора 3 подключен к плюсу питания компаратора 4, а также через второй резистор 6 соединен с инверсным входом компаратора 4.
Минусовый выход стабилизатора 3 подключен к минусу питания компаратора 4.
Преобразователь 1 подключается к источнику переменного напряжения через выключатель 17 «Сеть».
Работает ИБП следующим образом.
При наличии сети и заряженной АКБ 2 состояние выхода компаратора 4 - «1», усилитель мощности 8 открыт и обеспечивает питанием обмотку 9 реле, контактами 10 которого плюсовой выход АКБ 2 подключен к плюсовому выходу ИБП, т.е. к плюсовому входу нагрузки. Стабилизированный преобразователь класса ac/dc 1 обеспечивает питание нагрузки и ток содержания АКБ 2.
При пропадании сети питание нагрузки обеспечивает АКБ 2. В момент, когда в результате разряда напряжение на АКБ 2 уменьшится до минимально-допустимого значения, срабатывает компаратор 3 и его выход обнуляется, усилитель мощности 8 закрывается, обесточивается обмотка 9 реле, контакты которого 10 размыкаются, АКБ 2 отключается от нагрузки, а цепочка первый диод 11 и ограничивающий резистор 12 готова к ограничению тока заряда при включении сети. Гистерезисный резистор 7 препятствует срабатыванию компаратора 3 из-за повышения напряжения на клеммах разгруженной АКБ 2.
При выключении ИБП оператор вначале отключает выключатель «АКБ» 16, а затем выключатель «Сеть» 17.
При включении ИБП оператор вначале включает выключатель АКБ 16, а затем выключатель «Сеть» 17. При отсутствии сети оператор нажимает кнопку 13 и питание от АКБ 2 через второй диод 14 подается на стабилизатор 3. Если величина напряжения на АКБ 2 достаточна, то контакты 10 реле 9 срабатывают и АКБ подключается к нагрузке, при этом цепочка первый диод 11 ограничивающий резистор 12 шунтируется. Затем ИБП работает как при пропадании сети питания.
Два обязательных элемента, присущие любому ИБП, выключатель «Сеть» 17 и выключатель «АКБ» 16, используются, когда ИБП находится на хранении, при ремонте и техническом обслуживании (ТО), - выключатель «АКБ» 16 позволяет исключить разряд АКБ 2 при хранении.
Техническим результатом заявляемого технического устройства является возможность включения ИБП при отсутствии сетевого напряжения.
Следовательно, можно сделать вывод, что цель, поставленная перед данным изобретением - обеспечение возможности включения ИБП при отсутствии сетевого напряжения - достигнута.
К достоинствам предложенного источника бесперебойного питания относятся простота его реализации, основанная на использовании широко известных и применяемых электронных элементов и составных частей.
Предложенный источник бесперебойного питания может найти применение при создании высоконадежных устройств электропитания постоянным током различного назначения.
Технико-экономический эффект, обусловленный применением предложенного ИБП, заключается в существенном повышении надежности функционирования и увеличении срока эксплуатации построенных на его основе устройств электропитания постоянным током.
Количественная величина ожидаемого технико-экономического эффекта от использования предложенного источника бесперебойного питания зависит в первую очередь от области его применения и конкретных вариантов исполнения, - ее определение возможно только после его практической реализации.
Источники информации
1. ПО «Бастион». Сборник статей, ст.9, Ростов-Дон, 2002 г.
2. Российские системы электропитания. Штиль. Стр. 12, М. 2003 г.
3. Обзор/аппаратные средства. СТА 1/2000, стр. 20-22.
4. Патент №2332770 на изобретение «Источник бесперебойного питания». 2008 г., Бюл. №4.