Устройство резервного электропитания

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в системах электропитания потребителей, не допускающих перерывов в работе.
Уровень техники
Известно устройство для резервного энергоснабжения блока микропроцессорной памяти содержащее: первый и второй транзисторы р-n-р-типа; нагрузку; первый и второй источники питания; с первого по четвертый ограничивающие резисторы; с первого по третий резисторы утечки; первый и второй диоды; делитель напряжения; операционный усилитель; транзистор n-p-n-типа; стабилитрон (авт. свид. SU 1056363, МКИ: H02J 9/06).
Недостатком данного устройства является относительная сложность, связанная с функциональной избыточностью при построении схемы управления транзисторами р-n-р-типа.
Наиболее близким аналогом - прототипом к заявляемому техническому решению является устройство резервного электропитания (патент RU №2446543, МПК: H02J 9/06).
Устройство резервного электропитания содержит: основной и резервный источники питания, подключенные к нагрузке отрицательными выводами, а положительными выводами соответственно через диод и эмиттерно-коллекторный переход транзистора p-n-р типа, база которого через первый резистор подключена к коллектору транзистора n-p-n типа, эмиттером подключенному к общему отрицательному выводу, а базой - через второй резистор к эмиттеру транзистора p-n-р типа. Кроме того, последовательно соединенные датчик напряжения и светоизлучатель оптрона подключены параллельно основному источнику питания, причем датчик напряжения состоит из последовательно соединенных резистора и стабилитрона, а фотоприемник оптрона шунтирует эмиттерно-базовый переход транзистора n-p-n типа.
Недостатком данного устройства является невысокая надежность, обусловленная низким к.п.д., в силу использования в качестве коммутационного элемента (биполярного транзистора p-n-р типа) - прибора управляемого током, собственное энергопотребление которого, а также тепловой режим, напрямую связаны с величиной коммутируемого тока.
Раскрытие полезной модели
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к повышению надежности устройства.
Технический результат достигается тем, что в устройство резервного электропитания, содержащее: два резистора; оптрон состоящий из светоиз-лучателя (светодиода) и фотоприемника (фототранзистора); диод; основной и резервный источники питания, подключенные выводами отрицательной полярности, служащие общим выводом устройства, к выводу отрицательной полярности нагрузки, катоду светоизлучателя (светодиода) оптрона и эмиттеру фотоприемника (фототранзистора) оптрона; последовательно соединенные датчик напряжения, состоящий из последовательно соединенных резистора и стабилитрона, и светоизлучатель (светодиод) оптрона, подключенные параллельно основному источнику питания, причем стабилитрон датчика напряжения и светоизлучатель (светодиод) оптрона ориентированы анодами друг к другу; вывод положительный полярности основного источника питания подключен к аноду диода, катод которого соединен с выводом положительный полярности нагрузки; вывод положительный полярности резервного источника питания подключен к первому выводу второго резистора, второй вывод которого соединен с коллектором фотоприемника (фототранзистора) оптрона, введен полевой транзистор с изолированным затвором и каналом n-типа, исток которого соединен с выводом положительной полярности нагрузки, сток - с первым выводом второго резистора и выводом положительной полярности резервного источника питания, а затвор - со вторым выводом второго резистора и коллектором фотоприемника (фототранзистора) оптрона, и через первый резистор с общим выводом устройства.
Краткое описание чертежа
На фиг. представлена функциональная схема устройства резервного электропитания.
Осуществление полезной модели
Устройство резервного электропитания содержит основной и резервный источники питания 1 и 4, нагрузку 2, диод 3, полевой транзистор 5 с изолированным затвором и каналом n-типа, датчик напряжения 6, состоящий из последовательно соединенных резистора 7 и стабилитрона 8, первого и второго резисторов 9 и 10, оптрон 11, состоящий из светоизлучателя (светодиода) 11.1 и фотоприемника (фототранзистора) 11.2, при этом: выводы отрицательной полярности основного и резервного источников питания 1 и 4, служащие общим выводом устройства, подключены к выводу отрицательной полярности нагрузки 2, катоду светоизлучателя (светодиода) 11.1 оптрона 11, второму выводу первого резистора 9 и эмиттеру фотоприемника (фототранзистора) 11.2 оптрона 11; последовательно соединенные датчик напряжения 6 и светоизлучатель (светодиод) 11.1 оптрона 11, подключенные параллельно основному источнику питания 1, причем стабилитрон 8 датчика напряжения 6 и светоизлучатель (светодиод) 11.1 оптрона 11 ориентированы анодами друг к другу; вывод положительный полярности основного источника питания 1 подключен к аноду диода 3, катод которого соединен с выводом положительный полярности нагрузки 2; вывод положительный полярности резервного источника питания 4 подключен к стоку полевого транзистора 5, первому выводу второго резистора 10, второй вывод которого соединен с коллектором фотоприемника (фототранзистора) 11.2 оптрона 11, первым входом первого резистора 9 и затвором полевого транзистора 5.
Устройство резервного электропитания работает следующим образом.
При наличии напряжения на выводах основного источника питания 1, и выполнения условия (1)
ОИП
где U - выходное напряжение основного источника питания 1;
пробоя
СТ
U - напряжение пробоя стабилитрона 8 датчика напряжения 6,
питание нагрузки 2 осуществляется от основного источника питания 1 через диод 3, при этом пробой стабилитрона 8, датчика напряжения 6, переводит оптрон 11 в активное состояние (ток, протекающий через светоизлучатель (светодиод) 11.1 оптрона 11 обеспечивает открытие фотоприемника (фототранзистора) 11.2 оптрона 11). Открытый фотоприемник (фототранзистор) 11.2 оптрона 11 шунтирует первый резистор 9 и при выполнении условия (2)
РИП
где U - выходное напряжение резервного источника питания 4;
1
2
R, R - сопротивления первого и второго резисторов 9 и 10;
вкл.ФП
R - сопротивление включенного (открытого) фотоприемника (фототранзистора) 11.2;
пор.ПТ
U - пороговое напряжение индуцирования (открытия) канала полевого транзистора 5,
обеспечивает закрытие полевого транзистора 5. В результате резервный источник питания 4 отключается от нагрузки 2.
При пропадании или снижении напряжения основного источника питания 1 ниже заданного предела (напряжения пробоя стабилитрона 8 датчика напряжения 6) оптрон 11 переходит в неактивное состояние (светоизлучатель (светодиод) 11.1 и фотоприемник (фототранзистор) 11.2 выключается), и при выполнении условия (3)
выкл.ФП
где R - сопротивление выключенного (закрытого) фотоприемника (фототранзистора) 11.2,
осуществляет индуцирование (открытие) канала полевого транзистора 5. Подключая, тем самым, нагрузку 2 через открытый полевой транзистор 5 к выходу резервного источника питания 4.
При восстановлении номинала напряжения основного источника 1 нагрузка 2 опять подключается к нему через диод 3, т.к. вновь включится стабилитрон 8 датчика напряжения 6, светоизлучатель (светодиод) 11.1 оптрона 11 получает питание, срабатывает его фотоприемник (фототранзистор) 11.1 и полевой транзистор 5 закрывается, отключая резервный источник питания 4 от нагрузки 2.
Таким образом, в отличие от прототипа, где в качестве коммутационного элемента использовался биполярный транзистор p-n-р типа, относящийся к классу приборов управляемых током, у которых, в зависимости от типа используемого транзистора и величины коммутируемого тока ток базы составляет от единиц до десятков миллиампер, в предлагаемом устройстве в качестве коммутационного элемента использовался полевой транзистор с изолированным затвором и каналом n-типа (полевой транзистор 5), относящийся к классу приборов, управляемых напряжением, у которых, как правило, ток затвора не превышает единиц микроампер, что, в сою очередь, способствует как повышению к.п.д., так и надежности предлагаемого устройства по сравнению с прототипом.