СИСТЕМА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОМПЬЮТЕРА

Полезная модель относится к области электропитания и может быть использована в системе электропитания компьютеров и компьютерных систем.
Известен источник бесперебойного электропитания компьютера по свидетельству РФ на полезную модель №13122, который содержит преобразователь переменного напряжения в постоянное, аккумулятор и конвертор, преобразующий напряжение 12 В в напряжения +5 В, -5 В, +12 В, -12 В. Однако дополнительное преобразование снижает надежность, КПД и увеличивает габариты устройства.
Известен источник бесперебойного электропитания компьютера по свидетельству РФ на полезную модель №19972. В этом устройстве необходимые для электропитания компьютера напряжения формируются аккумулятором, емкостным делителем, полумостовым преобразователем без установки мощного конвертора, что повышает КПД и уменьшает габариты устройства в сравнении с предыдущим решением. Однако для обеспечения бесперебойного электропитания компьютера требуется постоянно заряженный аккумулятор. В случае неожиданной его разрядки резко снижается надежность обеспечения бесперебойного электропитания компьютера и КПД.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является система бесперебойного электропитания компьютеров по патенту РФ на полезную модель №44011, МПК 7 H 02 J 9/06, опубл. 10.02.2005. Данное устройство принято за прототип. Для повышения надежности и КПД устройства, обеспечивающего бесперебойное электропитание компьютера, известная система бесперебойного электропитания компьютера содержит сетевой блок электропитания компьютера, на выходах которого сформированы напряжения + 12 В, -12 В,
+5 В и -5 В, и резервный источник электропитания, выходы которого объединены с соответствующими по знаку и значению выходами сетевого блока электропитания компьютера. Резервный источник электропитания включает в себя аккумулятор, разделительные диоды, анод одного из которых соединен с положительным выводом аккумулятора, катод другого - с его отрицательным выводом, емкостной делитель, который подключен к выводам аккумулятора и через разделительные диоды ко входам компьютера +5 В и -5 В, задающий генератор, полумостовой преобразователь постоянного напряжения, выполненный из последовательно соединенных транзисторов, трансформатора, зарядных и выпрямительных диодов. Коллектор одного из транзисторов полумостового преобразователя соединен с положительным выводом аккумулятора, эмиттер другого транзистора соединен с отрицательным выводом аккумулятора, а их базы подключены к задающему генератору, к средней точке этих транзисторов подсоединен один вывод первичной обмотки трансформатора, другой вывод которой соединен со средней точкой зарядных диодов, а средняя точка первичной обмотки трансформатора соединена со средней точкой емкостного делителя, выводы вторичной обмотки трансформатора соединены с катодами выпрямительных диодов, аноды которых объединены, образуя единый выход -12 В. Средняя точка вторичной обмотки трансформатора подключена к отрицательному выводу аккумулятора.
Поскольку предлагаемая система включает и сетевой блок электропитания, и резервный, а их выходы объединены, питание компьютера может осуществляться и от сети, и от резервного источника электропитания в случае неожиданного снижения или пропадания напряжения в сети. Поэтому надежность такого устройства и КПД повышаются.
Однако описанная система электропитания имеет и существенный недостаток. При разряде аккумулятора и, как следствие, уменьшении
выходных напряжений резервного блока питания более чем на 10% от номинальных значений, происходит отключение системного блока компьютера.
Задача полезной модели - увеличить время работы системы бесперебойного электропитания системного блока компьютера, и тем самым расширить ее функциональные возможности.
Технический результат, позволяющий решить поставленную задачу, заключается в стабилизации напряжения на выходе резервного источника электропитания компьютера при разряде аккумулятора.
Указанный результат достигается следующим образом.
Система бесперебойного электропитания компьютера имеет общее с прототипом то, что содержит сетевой блок электропитания, на выходах которого сформированы напряжения +12 В, -12 В, +5 В и -5 В, резервный источник электропитания, выходы которого объединены с соответствующими по величине и знаку выходами сетевого блока электропитания компьютера и который включает аккумулятор, емкостной делитель, разделительный диод, катод которого подключен ко входу +5 В компьютера, задающий генератор, полумостовой преобразователь постоянного напряжения, выполненный из последовательно соединенных двух транзисторов, трансформатора, зарядных и выпрямительных диодов, и в котором эмиттер одного из транзисторов соединен с отрицательным выводом аккумулятора, их базы подключены к задающему генератору, к средней точке транзисторов подключен один вывод первичной обмотки трансформатора, другой вывод которой соединен со средней точкой зарядных диодов, при этом средняя точка первичной обмотки трансформатора соединена со средней точкой емкостного делителя, выводы вторичной обмотки трансформатора соединены с катодами выпрямительных диодов, аноды которых объединены, образуя единый выход резервного источника -12 В, а средняя точка вторичной обмотки трансформатора подключена к отрицательному выводу аккумулятора.
В отличие от прототипа заявляемое устройство дополнительно содержит вольтдобавочный высокочастотный инвертор, включающий силовой трансформатор, диоды и силовые транзисторы, выходной LC-фильтр, широтно-импульсный модулятор, схему сравнения, источник опорного напряжения. Средняя точка первичных обмоток силового трансформатора и объединенные концы его вторичных обмоток соединены с положительным выводом аккумулятора, а вторые концы вторичных обмоток подключены к анодам диодов, катоды которых объединены и подключены к входу LC-фильтра. Выход LC-фильтра соединен с входом емкостного делителя. Базы силовых транзисторов вольтдобавочного инвертора соединены с выходами широтно-импульсного модулятора, входы которого соединены с выходом схемы сравнения и дополнительным выходом задающего генератора, при этом прямой вход схемы сравнения соединен с выходом источника опорного напряжения, а инверсный вход соединен с выходом +5 В резервного источника электропитания компьютера. Отличием является также то, что трансформатор полумостового преобразователя снабжен второй вторичной обмоткой и двумя дополнительными выпрямительными диодами, с катодами которых соединены выводы второй вторичной обмотки трансформатора. Аноды дополнительных выпрямительных диодов объединены, образуя единый выход источника электропитания -5 В, при этом средние точки обеих вторичных обмоток объединены. Кроме того, в отличие от прототипа анод разделительного диода резервного источника электропитания соединен со средней точкой емкостного делителя, коллектор второго транзистора полумостового преобразователя соединен с дросселем LC-фильтра.
Отличия от наиболее близкого технического решения подтверждают новизну заявляемой полезной модели.
В нормальном режиме, когда выходное напряжение аккумулятора соответствует его номинальному напряжению, оно подается непосредственно для формирования напряжений ±5 В, ±12 В. При разряде
аккумулятора происходит снижение его выходного напряжения, что приводит к снижению выходных напряжений резервного источника электропитания компьютера. Стабилизацию выходного напряжения, как известно, принято выполнять за счет напряжения обратной связи с выхода наиболее нагруженного канала электропитания системного блока, которым в нашем случае является выход +5 В. С этим выходом соединен один из входов схемы сравнения, другой вход которой подключен к выходу источника опорного напряжения. Поскольку выход схемы сравнения соединен с входом широтно-импульсного модулятора, на выходных обмотках силового трансформатора вольтдобавочного высокочастотного инвертора появляются импульсы напряжения, длительность которых определяется отклонением выходного напряжения +5 В от опорного напряжения. Это позволяет стабилизировать напряжения на выходе резервного источника электропитания компьютера при разряде аккумулятора, что значительно увеличивает время работы системного блока компьютера от резервного источника в случае аварии в основном блоке электропитания компьютера.
Таким образом, введение вольтдобавочного инвертора, источника опорного напряжения, схемы сравнения и широтно-импульсного модулятора обеспечивают стабилизацию напряжения на выходе резервного источника электропитания и тем самым расширить функциональные возможности системы бесперебойного электропитания компьютера.
На чертеже изображена схема заявляемой системы бесперебойного электропитания компьютера.
Система бесперебойного электропитания компьютера содержит сетевой блок электропитания компьютера 1, формирующий напряжения +12 В, -12 В, +5 В, -5 В и резервный источник электропитания, формирующий те же напряжения по знаку и значению. Резервный источник электропитания включает в себя аккумулятор 2,
вольтдобавочный высокочастотный инвертор 3, LC-фильтр, состоящий из дросселя 4 и конденсатора 5, емкостной делитель на конденсаторах 6, 7, полумостовой преобразователь, который состоит из последовательно соединенных транзисторов 8, 9, трансформатора 10, последовательно соединенных зарядных диодов 11, 12 и выпрямительных диодов 13, 14, 15, 16. К средней точке первичной обмотки 17, 18 трансформатора 10 подключена средняя точка емкостного делителя 6, 7. Вывод первичной обмотки 17 трансформатора 10 соединен со средней точкой транзисторов 8, 9, а другой вывод первичной обмотки 18 трансформатора 10 соединен со средней точкой зарядных диодов 11, 12. Выводы вторичной обмотки 19, 20 трансформатора 10 соединены с катодами выпрямительных диодов 13, 14, аноды которых объединены и образуют единый выход источника -12 В. Средняя точка вторичной обмотки 19, 20 трансформатора 10 подключена к минусовой клемме аккумулятора 2. Выводы вторичной обмотки 21, 22 трансформатора 10 соединены с катодами выпрямительных диодов 15, 16, аноды которых объединены и образуют единый выход источника -5 В. Средняя точка вторичной обмотки 21, 22 трансформатора 10 подключена к минусовой клемме аккумулятора 2. К средней точке емкостного делителя 6, 7 подключен анод разделительного диода 23, катод которого подключен к шине питания компьютера +5 В, обеспечивая подачу указанного напряжения на вход компьютера при пропадании соответствующего напряжения на выходе основного источника питания компьютера. Для управления транзисторами 8, 9 резервный источник питания содержит задающий генератор 24, выход которого соединен с базами этих транзисторов. Выходы резервного источника электропитания соединены с соответствующими выходами сетевого блока электропитания 1 компьютера. Средняя точка первичных обмоток 25, 26 силового трансформатора 27 вольтдобавочного высокочастотного инвертора 3 соединена с положительным выводом аккумулятора 2. К этому же выводу подключены объединенные концы вторичных обмоток 28, 29 силового
трансформатора 27, вторые концы которых подключены к анодам диодов 30, 31, катоды которых объединены и подключены ко входу LC-фильтра 4, 5, выход которого соединен со входом емкостного делителя на конденсаторах 6, 7. Базы силовых транзисторов 32, 33 вольтдобавочного инвертора 3 соединены с выходом широтно-импульсного модулятора 34, входы которого соединены с выходом схемы сравнения 35 и дополнительным выходом задающего генератора 24. Прямой вход схемы сравнения 35 соединен с выходом источника опорного напряжения 36, а инверсный выход - с объединенными выходами +5 В резервного источника и сетевого блока электропитания компьютера.
Система бесперебойного электропитания работает следующим образом. В нормальном режиме электропитание компьютера осуществляется от сетевого блока электропитания напряжением ±5 В, ±12 В. При возникших неполадках в сети, отсутствии напряжения, электропитание компьютера осуществляется от резервного источника электропитания. В этом случае напряжение +12 В снимается непосредственно с аккумулятора 2. Напряжение +5 В образуется благодаря установленному на выходе LC-фильтра 4, 5 емкостному делителю 6, 7 и разделительному диоду 23, падение напряжения на котором около 1 В. Для устранения несимметрии разделения напряжения на емкостном делителе из-за разброса номиналов емкостей конденсаторов 6, 7 используется управление транзисторами 8, 9 от задающего генератора 24. Это происходит следующим образом. Допустим, что напряжение на конденсаторе 6 больше, чем на конденсаторе 7. При включении транзистора 8, за счет протекания тока разряда конденсатора 6 через транзистор 8 и первичную полуобмотку 17 трансформатора 10, во второй полуобмотке 18 трансформатора 10 наводится ЭДС, открывающая диод 12, и происходит подзаряд конденсатора 7. Если напряжение на конденсаторе 7 будет больше, чем на конденсаторе 6, то включается транзистор 9 и конденсатор 7 разряжается на полуобмотку 17 трансформатора 10. ЭДС,
трансформированная во вторую первичную полуобмотку 18 трансформатора 10, открывает диод 11 и происходит подзаряд конденсатора 6. На выходных обмотках 19, 20 трансформатора 10 с помощью выпрямительных диодов 13, 14 формируется напряжение -12 В. На выходных обмотках 21, 22 трансформатора 10 с помощью выпрямительных диодов 15, 16 формируется напряжение -5 В. Таким образом, на выходах резервного источника электропитания формируются напряжения, которые необходимы для электропитания компьютера в случаях отклонения напряжений сети от требуемых значений.
Стабилизация выходных напряжений производится напряжением обратной связи с выхода наиболее нагруженного канала электропитания системного блока компьютера, то есть с выхода +5В. Это происходит следующим образом. В нормальном режиме, когда выходное напряжение аккумулятора соответствует его номинальному напряжению, оно подается непосредственно для формирования напряжений ±5 В, ±12 В. При разряде аккумулятора происходит снижение его выходного напряжения, что приводит к снижению выходных напряжений резервного источника электропитания компьютера, соответственно на выходных обмотках 28,29 силового трансформатора 27 вольтдобавочного высокочастотного инвертора 3 появляются импульсы напряжения, длительность которых определяется отклонением выходного напряжения +5 В от опорного напряжения. Тем самым происходит стабилизация напряжения на выходе резервного источника электропитания компьютера при разряде аккумулятора, что значительно увеличивает время работы системного блока компьютера от резервного источника в случае аварии в основном блоке электропитания компьютера.