СИСТЕМА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к системам для обеспечения бесперебойного питания ответственных потребителей.
Известна система бесперебойного питания ответственных потребителей (патент РФ №78013 на полезную модель от 16.06.2008 г.), содержащая сетевой выпрямитель, емкостный накопитель резервной энергии, регулятор выходного напряжения, регулятор входного напряжения, входной и выходной фильтры на конденсаторах, входное и выходное пускоограничивающие устройства, второй выпрямитель, силовой трансформатор с первичной и тремя вторичными обмотками, полумостовой высокочастотный инвертор, третий выпрямитель на IGBT-транзисторах и трансформаторы тока для контроля заряда накопителя резервной энергии.
Недостатком известной системы бесперебойного питания ответственных потребителей является сложная схема управления зарядом емкостного накопителя, что ведет к снижению надежности системы бесперебойного питания в целом, а также к увеличению габаритно-массовых характеристик.
Известна система бесперебойного питания (патент РФ №2032975 на изобретение от 17.06.1991 г.), выбранная в качестве прототипа, содержащая последовательно соединенные силовой выпрямитель и инвертор, емкостный накопитель, включенный через быстродействующий ключ, и его зарядное устройство, блок контроля параметров емкостного накопителя.
Недостатком известной системы бесперебойного питания является наличие зарядного устройства и быстродействующего ключа. Зарядное устройство представляет собой полноценный источник питания и ведет к увеличению габаритов системы и уменьшению ее надежности. При переходе на резервное питание от емкостного накопителя наличие быстродействующего ключа ведет к задержке времени формирования выходного напряжения.
Общим недостатком рассмотренных выше систем является ограничение величины входного напряжения на уровне сетевой, что ограничивает функциональные возможности систем при дальнейшем увеличении величины входного напряжения.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей за счет возможности системы бесперебойного питания работать при повышенных входных напряжениях и повышении надежности за счет уменьшения числа применяемых элементов, а также сокращении времени формирования выходного напряжения при переходе к резервному питанию от емкостного накопителя.
Для достижения указанного технического результата в систему бесперебойного питания, содержащую входную и выходную клеммы, силовой выпрямитель, инвертор, емкостный накопитель, дополнительно введен блок заряда и защиты емкостного накопителя. В первом блоке заряда и защиты емкостного накопителя первые выводы первого и третьего резисторов соединены с первым выводом емкостного накопителя и положительными полюсами силового выпрямителя и инвертора. Второй вывод третьего резистора соединен с катодом первого стабилитрона, анод которого соединен с катодом второго стабилитрона, первым выводом второго резистора и затвором первого МОП-транзистора. Сток первого МОП-транзистора подключен ко второму выводу первого резистора, а исток - ко второму выводу второго резистора, аноду второго стабилитрона и второму выводу емкостного накопителя, а также к входу ограничителя тока заряда емкостного накопителя и катоду второго диода. Анод второго диода соединен с отрицательным полюсом инвертора и анодом третьего диода, катод которого подключен к катоду первого диода и отрицательному полюсу силового выпрямителя. Анод первого диода соединен с выходом ограничителя тока заряда емкостного накопителя.
Для расширения функциональных возможностей предпочтительным является дополнительный ввод в систему бесперебойного питания второго блока заряда и защиты емкостного накопителя между анодом второго стабилитрона и первым входом ограничителя тока заряда емкостного накопителя. Это позволит увеличить величину входного напряжения при ограниченном рабочем напряжении емкостного накопителя, а также увеличить энергоемкость накопителя, так как запасенная в накопителе энергия пропорциональна квадрату напряжения (см. формулу 1)
где E - энергия, запасаемая в накопителе,
U - величина входного напряжения,
C - величина емкости накопителя.
В системе бесперебойного питания является предпочтительным, если ограничитель тока заряда емкостного накопителя выполнен из второго МОП-транзистора, сток которого подключен к аноду второго стабилитрона второго блока заряда и защиты емкостного накопителя. Затвор второго МОП-транзистора соединен с первым выводом четвертого резистора, катодом третьего стабилитрона и коллектором биполярного транзистора. База биполярного транзистора соединена с истоком второго МОП-транзистора и одним из выводов пятого резистора, второй вывод которого соединен с анодом четвертого стабилитрона, эмиттером биполярного транзистора и анодом первого диода. Второй вывод четвертого резистора подключен к положительному полюсу силового выпрямителя.
На фиг. 1 показана схема системы бесперебойного питания. На фиг. 2 показана схема ограничителя тока заряда емкостного накопителя.
На фиг. 1 показано:
1 - входная клемма;
2 - силовой выпрямитель;
3 - первый блок заряда и защиты емкостного накопителя;
4 - второй блок заряда и защиты емкостного накопителя;
5 - инвертор;
6 - выходная клемма;
7 - ограничитель тока заряда емкостного накопителя;
8 - первый резистор;
9 - первый МОП-транзистор;
10 - второй резистор;
11 - третий резистор;
12 - первый стабилитрон;
13 - второй стабилитрон;
14 - емкостный накопитель;
15 - первый диод;
16 - второй диод;
17 - третий диод.
На фиг. 2 показано:
18 - третий стабилитрон;
19 - четвертый резистор;
20 - биполярный транзистор;
21 - второй МОП-транзистор;
22 - пятый резистор.
Технический результат достигается следующим образом.
При наличии напряжения на входной клемме 1 и включении силового выпрямителя 2 в первом блоке заряда и защиты емкостного накопителя 3 начинает заряжаться емкостный накопитель 14 и одновременно происходит формирование выходного напряжения на выходной клемме 6 при помощи инвертора 5.
Ток заряда емкостного накопителя 14 регулируется ограничителем тока заряда 7 и определяется отношением напряжения база-эмиттер биполярного транзистора 20 к величине сопротивления пятого резистора 22 и не зависит от величины входного напряжения на клемме 1. Третий стабилитрон 18 предназначен для защиты от перенапряжения p-n-перехода коллектор - эмиттер биполярного транзистора 20 и затвора второго МОП-транзистора 21. Четвертый резистор 19 предназначен для ограничения тока заряда затвора второго МОП-транзистора 21.
Для защиты емкостного накопителя 14 от перенапряжения предусмотрена цепь, состоящая из третьего резистора 11, который ограничивает протекающий по этой цепи ток, и первого 12 и второго 13 стабилитронов.
В случае применения данной системы бесперебойного питания при высоких напряжениях на клемме 1 (свыше 380 В напряжения переменного тока) введен второй блок защиты и заряда емкостного накопителя 4, полностью идентичный первому блоку 3. В случае неравенства величин емкостей емкостного накопителя 14 и емкостного накопителя в составе блока 4 в каждый из блоков 3 и 4 введена токовая цепь защиты от протекания тока заряда через цепь защиты от перенапряжения. Цепь защиты по току состоит из второго 13 и третьего 14 резисторов и первого МОП-транзистора 12.
Для предотвращения перетекания токов из инвертора 5 в емкостный накопитель 14 предусмотрена диодная развязка, состоящая из первого 15, второго 16 и третьего 17 диодов.
При переходе на резервное питание от емкостного накопителя 14 запасенная в нем энергия без временных задержек будет передана в инвертор 5 для формирования выходного напряжения на клемме 6.
Таким образом, использование предложенного технического решения в системах бесперебойного питания позволит улучшить габаритно-массовые характеристики, повысить надежность и расширить функциональные возможности системы, а также сократить временные задержки выдачи выходного напряжения при переходе на резервное питание.