УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОРАБЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ

Устройство электропитания корабельной аппаратуры
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована для электропитания корабельной аппаратуры автоматики и связи, преимущественно, аппаратуры, снабженной входным выпрямителем со сглаживающим емкостным фильтром.
Известно устройство электропитания 1 с комбинированной защитой преобразователя напряжения, содержащее узел управления преобразователем, нагрузку, датчик тока, включенный последовательно с ним резистор ограничения переходного процесса, параллельно включенную цепь из резистора и светодиода оптопары, фотоприемник которой включен в цепь дополнительного источника питания, конденсатор задержки, включенный параллельно свегодиоду оптопары, а также схему формирования длительности и амплитуды импульсов управления и узел контроля частоты преобразователя, построенный на сдвиговых регистрах и триггерах.
Недостатком устройства является его сложность и использование дополнительного источника питания в узле управления преобразователем.
Известно также устройство 2 для защиты источника питания нагрузки, имеющей в своем составе входной емкостной фильтр. В устройстве применено однообмоточное реле, обмотка которого подключена между базой транзистора и выходом пореH02H 7/12
гового элемента, и RC-цепь, шунтирующую обмотку реле и обеспечивающую, с одной стороны, постоянство тока транзистора, а с другой - защиту выходных цепей порогового элемента от перенапряжений. Заряд емкости нагрузки обеспечивается по цепи: положительный вывод источника питания - насыщенный транзистор - токоограничивающий резистор - нагрузка - отрицательный вывод источника питания. При снятии порогового напряжения ток через обмотку реле прекращается, и его контакты размыкаются, отключая нагрузку от источника питания.
Недостатком устройства является использование в щунтирующей ограничивающий резистор цепи транзистора, вьщерживающего сравнительно невысокие перегрузки.
В качестве прототипа предлагаемой полезной модели принят источник электропитания 3, содержащий последовательно соединенные выпрямитель с емкостным сглаживающим фильтром на выходе, инвертор и нагрузку, подключенную ко вторичной обмотке выходного трансформатора инвертора. Узел защрпы, обеспечивающий плавное включение устройства, содержит токоограничивающий резистор, защунтированный тиристорным ключом, и датчик напряжения, выполненный в виде вторичной добавочной обмотки выходного трансформатора инвертора. По окончании заряда емкости сглаживающего фильтра выпрямителя через токоограничивающий резистор на ключи инвертора подается сигнал управления, и в его вторичной обмотке появляется напряжение, которое выпрямляется диодами, сглаживается RC-фильтром и подается на управляющий электрод тиристора. Тиристор отпирается, щунтируя токоограничивающий резистор, и остается в этом положении до тех пор, пока работает инвертор.
Недостатком устройства является вероятность самоотпирания тиристорного ключа из-за больщой скорости напряжения анод-катод при включении напряжения сети. Кроме этого, устройство не обеспечивает защиту источника питания от зарядных экстратоков нагрузки, имеющей на входе выпрямитель с емкостным фильтром.
Задачей полезной модели является повыщение надежности устройства электропитания при работе на нагрузку, содержащую входной выпрямитель с емкостным сглаживающим фильтром и требующую для нормальной работы подключение при номинальном входном напряжении и токе.
Для решения поставленной задачи в устройство электропитания корабельной аппаратуры, содержащее последовательно соединенные выпрямитель и инвертор, а также узел защиты и коммутации, включающий токоограничивающий резистор с параллельно подключенными контактами первого управляемого ключа, и датчик напряжения, подключенный к выходу инвертора, введен второй управляемый ключ, замыкающие контакты которого соединены с нагрузкой и токоограничивающим резистором, который последовательно подключен к выходу инвертора. Датчик напряжения выполнен в виде последовательно соединенных диода, резистора и светодиода первой оптопары узла защиты и коммутации, эмиттер фотоприемника которой через сглаживающий фильтр соединен с резистором первой времязадающей RC-цепи, общая точка которой подключена к первому пороговому блоку, выход которого через элемент НЕ подключен к катоду светодиода второй оптопары, а также к конденсатору второй времязадающей RC-цепи, общая точка которой через второй пороговый блок соединена с катодом светодиода третьей оптопары, в коллекторные цепи фотоприемников второй и третьей оптопар последовательно включены обмотки первого и второго управляемых ключей, соответственно, при этом вторые концы обмоток управляемых ключей, аноды светодиодов второй и третьей оптопар и коллектор первой оптопары подключены к положительному выводу выпрямителя, а эмиттеры второй и третьей оптопар, вывод резистора второй времязадающей RC-цепи и вторая обкладка конденсатора первой времязадающей RCцепи - к его отрицательному выводу.
При этом первый пороговый блок выполнен в виде двух последовательно соединенных элементов НЕ, охваченных цепью положительной обратной связи по току из диода и резистора.
Сущность полезной модели поясняется чертежом электрической схемы устройства.
Устройство электропитания корабельной аппаратуры содержит последовательно соединенные выпрямитель 1, подключенный к вторичной обмотке входного трансформатора (не показан) сети переменного тока  220В, 400Гц, инвертор 2, токоограничивающий резистор 3 с параллельно подключенными контактами 4 первого управ.11яемого
ключа, контакты 5 второго управляемого ключа и нагрузку 6, работающую от входного переменного напряжения  220В, 50Гц и снабженную входным выпрямителем со сглаживающим емкостным фильтром.
Выпрямитель 1 может быть реализован по известной схеме диодного моста с емкостным фильтром 3, разд. 2.1 и обеспечивает на выходе постоянное напряжение ±12В. Инвертор 2 осуществляет преобразование входного постоянного напряжение в переменное прямоугольной формы  220В, 50Гц и может быть реализован по схеме инверторного моста на мощных транзисторах, регулируемого по методу щиротноимпульсной модуляции 3, разд. 2.3.
К выходу инвертора 2 подключен также датчик выходного напряжения, выполненный виде последовательно соединенных диода 7, резистора 8 и светодиода первой оптопары 9 блока защиты и коммутации, получающего питание от выходных выводов выпрямителя 1. Фотоприемник первой оптопары 9, коллектор которого подключен к выводу +12В выпрямителя 1, а база соединена с эмиттером через резистор 10, подключен эмиттером через сглаживающий RC-фильтр 11 к резистору 12 первой времязадающей RC-цепи, общая точка соединения которой с конденсатором 13 подключена через резистор 14 к первому пороговому блоку 15, выполненному в виде двух последовательно соединенных элементов НЕ 16 и 17, охваченных цепью 18 положительной обратной связи, состоящей из диода и резистора. Выход порогового блока 15 через элемент НЕ 19 соединен с катодом светодиода второй оптопары 20, анод которого через резистор 21 подсоединен к выводу +12В выпрямителя 1. В коллекторную цепь фотоприемника оптопары 20, база которого соединена с эмиттером через резистор 22, последовательно включена обмотка 23 первого управляемого ключа, защунтированная диодом 24 и подключенная вторым концом к выводу +12В выпрямителя 1. К выходу первого порогового блока 15 подключен также конденсатор 25 второй времязадающей RC-цепи, точка соединения которого с резистором 26 подключена ко входу второго порогового блока 27 из двух последовательно соединенных элементов НЕ 28 и 29. Выход порогового блока 27 подключен к катоду светодиода третьей оптопары 30, анод которой через резистор 31 подключен к выводу +12В выпрямите.ля 1. В коллекторную цепь фотоприемника оптопары 30 включена обмотка 32 второго управляемого ключа, зашунтированная диодом 33 и подключенная к выводу +12В выпрямителя 1 аналогично обмотке 23 первого управляемого ключа. База фотоприемника оптопары 30 соединена с эмиттером через резистор 34. Эмитгеры оптопар 20 и 30, второй вывод резистора 26 второй времязадающей RC-цепи, вторая обкладка конденсатора 13 первой времязадающей цепи и конденсатора сглаживающего фильтра 11 подключены к выводу -12В выпрямителя 1.
Устройство работает следующим образом.
После подключения устройства к сети выпрямленное и отфильтрованное постоянное напряжение ±12В выпрямите.11я 1 поступает на входы инвертора 2 и на питание узла защиты и коммутации устройства. Подача положительного потенциала на анод светодиода оптопары 30 при отрицательном потенциале катода возбуждает светоизлучение светодиода, в результате чего открывается фотоприемный транзистор оптопары 30, и через обмотку 32 второго управляемого ключа начинает протекать ток, замыкая его контакты 5 и обеспечивая подачу напряжения питания на нагрузку 6 с инвертора 2 через токоограничивающий резистор 3. После появления на выходе инвертора 2 (и, соответственно, в цепи 7-8-9 датчика напряжения) переменного напряжения включается светодиод оптопары 9, в результате чего в эмштерной цепи транзистора оптопары 9 появляется пульсирующий ток, который сглаживается фильтром 11 и начинает заряжать конденсатор 13 первой времязадающей RC-цепи, постоянная времени (КС  3-5 с) которой определяется временем заряда емкостного фильтра нагрузки 6. По окончании времени заряда конденсатора 13 на выходе порогового блока 15 появляется постоянное положительное напряжение, которое инвертируется элементом НЕ 19, и на катод светодиода оптопары 20 подается отрицательный потенциал, возбуждая излучение светодиода. Через обмотку 23 первого управляемого ключа по цепи фотоприемника оптопары 20 начинает протекать ток, и контакты 4 ключа замыкаются, шунтируя токоограничивающий резистор 3. Введение цепи 18 положительной обратной связи в пороговый блок 15 позволяет устранить «дребезг контактов ключа и обеспечить надежное соединение цепи питания нагрузки. После появления положительного напряжения на выходе порогового блока 15 начинается протекание зарядного тока через конденсатор 25 второй времязадающей RC-цепи (постоянная времени RC  350-400 мс), в течение которого происходит кратковременное обесгочивание обмотки 32 второго управляемого ключа и размыкание его контактов 5. По окончании заряда емкости 25 светоизлучение светодиода оптопары 30 возобновляется, и контакты 5 второго управляемого ключа замыкаются вновь.
Предлагаемая двухступенчатая схема подключения нагрузки обеспечивает на первом этапе защиту инвертора от зарядных экстратоков емкостного фильтра нагрузки и плавный его вывод на рабочий режим, а на втором этапе - подключение узлов нагрузки при номинальном входном напряжении и токе нагрузки, что необходимо для нормального функционирования аппаратуры.
Промышленная применимость полезной модели определяется тем, что предлагаемое устройство может быть изготовлено согласно приведенным описанию и чертежу электрической схемы при использовании серийно выпускаемых комплектующих изделий по известной технологии и может быть использовано в качестве вторичного источника питания аппаратуры различного назначения, имеющей входной выпрямитель с емкостным фильтром.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Патент РФ № 2011261, МПК Н02Н 7/12, публикация 15.04.94
2.Авторское свидетельство СССР № 1707688, МП Н 02Н 7/12, публикация 23.01.92
3.А.А. Бас, В.П. Миловзоров, А.К. Мусолин. Источники вторичного электропитания с бестрансформаторным входом. - М.: Радио и связь. - 1987. - С. 30, (прототип).