УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ
DEVICE FOR UNINTERRUPTED POWER SUPPLY

Предлагаемое устройство относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания средств связи и других ответственных потребителей.
Известны устройства резервного электропитания по а.с. 826501, H02J 9/06, а.с. 1501214, H02J 9/06, обеспечивающие переключение нагрузки с основного источника питания на резервный. Недостатком этих устройств является низкая надежность вследствие наличия электромагнитного реле.
Известны также устройства по а.с. 881714, G05F 1/58 и а.с. 1056363, H02J 9/06, реализованные на базе транзисторных ключей, которые обеспечивают переключение нагрузки с основного источника на резервный. Недостатком первого устройства является относительная сложность схемы управления силовыми транзисторами. Недостатком второго устройства является малая коммутируемая мощность при работе резервного источника питания.
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, 7, 10 - первый, второй и третий резисторы;
6, 15, 17 - первый, второй и третий стабилитроны;
8 - оптрон;
8.1 - фоторезистор оптрона;
8.2 - светоизлучатель оптрона;
9 - транзистор n-p-n типа;
13 - реле;
14, 16 - первый и второй диоды;
18 - конденсатор;
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 - к другому полюсу резервного источника 2. Параллельно нагрузке 3 через второй диод 16 включен резисторный делитель напряжения, образованный вторым резистором 7 и фоторезистором 8.1 оптрона 8. Резисторный делитель напряжения шунтирован конденсатором 18, при этом средняя точка делителя напряжения через третий стабилитрон 17 соединена с управляющим электродом тиристора 19. Светоизлучатель 8.2 оптрона 8 последовательно с обмоткой реле 13 включен в выходную цепь транзисторного ключа, состоящего из транзистора 9, первого 5 и третьего 10 резисторов и первого стабилитрона 6. Обмотка реле 13 шунтирована первым диодом 14. Светоизлучатель 8.2 оптрона 8 шунтирован вторым стабилитроном 15. 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 первый диод 4, при этом реле 13 находится во включенном состоянии, контакты 20 реле 13 разомкнуты. Тиристор 19 включиться не может, т.к. через третий стабилитрон 17 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 6 ток не будет протекать, и транзистор 9 выключится, причем соотношение плеч делителя напряжения резко изменится (т.к. светоизлучатель 8.2 оптрона 8 не возбужден), и напряжение с конденсатора 18 через резистор 7 и стабилитрон 17 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 9 и возбудится светоизлучатель 8.2 оптрона 8, соотношение плеч резисторного делителя напряжения вновь изменится. Через стабилитрон 17 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, содержащее основной и резервный источники питания, соединенные отрицательными полюсами между собой и одним зажимом нагрузки, разделительный диод, анодом соединенный с положительным полюсом основного источника, а катодом - с другим зажимом нагрузки, цепочку из последовательно соединенных первого резистора и стабилитрона, при этом один вывод первого резистора цепочки подключен к положительному полюсу основного источника питания, первый транзистор n-p-n типа, база которого соединена с анодом стабилитрона, а коллектор - с отрицательным полюсом резервного источника, оптрон, фоторезистор которого одним выводом подключен к общему отрицательному полюсу источников питания, второй и третий резисторы, согласно изобретению введены два транзистора разной проводимости, причем коллектор второго транзистора n-p-n типа подключен к положительному полюсу резервного источника питания, эмиттер - через последовательно соединенные светоизлучатель оптрона и второй резистор к общему отрицательному полюсу, а база - к эмиттеру первого транзистора n-p-n типа, коллектор транзистора p-n-p типа соединен с соответствующим зажимом нагрузки, эмиттер - с положительным полюсом резервного источника питания, а база - с другим выводом фоторезистора оптрона, кроме того, третий резистор включен между базой и коллектором второго транзистора n-p-n типа.
Схема предлагаемого устройства представлена на фиг.2, где обозначено:
1 - основной источник питания;
2 - резервный источник питания;
3 - нагрузка;
4 - разделительный диод;
5, 7, 10 - первый, второй и третий резисторы;
6 - стабилитрон;
8 - оптрон;
8.1 - фоторезистор оптрона;
8.2 - светоизлучатель оптрона;
9, 11 - первый и второй транзисторы n-p-n типа;
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 подключена к общему отрицательному полюсу, второй транзистор n-p-n типа 11, коллектором подключенный к эмиттеру транзистоpa 12, эмиттером - через последовательно соединенные светоизлучатель 8.2 оптрона 8 и второй резистор 7 к общему отрицательному полюсу источников питания, а базой - к выходу стабилизатора напряжения, который выполнен в виде параметрического стабилизатора напряжения на третьем резисторе 10, включенном между базой и коллектором транзистора 11, и стабилитроне, выполненном на основе эмиттерно-коллекторного перехода первого транзистора n-p-n типа 9, коллектор которого подключен к отрицательному полюсу резервного источника 2, а база - через последовательно соединенные стабилитрон 6 и первый резистор 5 к положительному полюсу основного источника 1. 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 этом пробивается стабилитрон 6 и через первый резистор 5 протекает базовый ток транзистора 9, вследствие чего транзистор 9 входит в режим насыщения, это приводит к уменьшению напряжения на его эмиттере и, следовательно, приводит к уменьшению выходного напряжения параметрического стабилизатора напряжения, при этом прекращается протекание тока через светоизлучатель 8.2 оптрона 8, сопротивление фоторезистора 8.1 оптрона 8 резко увеличивается, транзистор 12 закрывается, и резервный источник 2 отключается от нагрузки 3.
При пропадании напряжения основного источника питания 1 стабилитрон 6 запирается, цепь базы транзистора 9 оборвана, и он работает в режиме электрического пробоя эмиттерного перехода в качестве опорного элемента. Так как транзистор 9 включен так, что его эмиттерный переход смещен в обратном направлении, он выполняет функции стабилитрона с напряжением стабилизации, равном 6,2 В. Стабилизатор напряжения начинает работать в заданном режиме, при этом выходное напряжение стабилизатора восстанавливается до своего номинального значения и через светоизлучатель 8.2 оптрона 8 протекает ток, сопротивление фоторезистора 8.1 оптрона 8 резко уменьшается, транзистор 12 открывается, подключая резервный источник 2 к нагрузке 3.
При восстановлении напряжения основного источника питания 1 транзистор 9 вновь переходит в режим насыщения, выходное напряжение параметрического стабилизатора напряжения уменьшается, ток через светоизлучатель 8.2 оптрона 8 не протекает, сопротивление фоторезистора 8.1 оптрона 8 резко увеличивается, нарушаются условия насыщения транзистора 12 и он закрывается, отключая резервный источник 2, а нагрузка 3 автоматически подключается к основному источнику питания 1.
Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство имеет простое схемное решение, обладает повышенной надежностью работы, и малым потреблением питания в режиме резервирования.