УСТРОЙСТВО РЕЗЕРВНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
DEVICE FOR RESERVE POWER SUPPLY

Предлагаемое устройство относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания средств связи.
Известны устройства для включения резервного источника питания по а.с. 826501, Н02J 9/06 и а.с. 1065961, Н02J 9/06, обеспечивающие переключение питания нагрузки с основного на резервный источник питания и обратно. В этих устройствах в качестве исполнительного элемента применяется реле.
Недостатком известных устройств является их невысокая надежность из-за наличия электромеханических контактов реле, т.к. момент коммутации сопровождается импульсными помехами и возможностью их подгорания.
Известны также устройства для резервного электроснабжения по а.с. 1056363, Н02J 9/06 и а.с. 775822, Н02J 9/06, обеспечивающие переключение нагрузки с основного источника питания на резервный источник и обратно.
Недостатком этих устройств является относительная сложность схемного решения, а также потребление питания от резервного источника при его подключении к нагрузке.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство резервного электропитания по а.с. 150124, Н02J 9/06, принятое за прототип.
Схема устройства-прототипа представлена на фиг.1, где обозначено:
1 - основной источник питания;
2 - нагрузка;
3, 6, 9 - первый, второй и третий диоды;
4 - резервный источник питания;
5 - транзистор n-p-n типа;
7 - резистор датчика напряжения;
8 - стабилитрон датчика напряжения;
10 - транзистор p-n-p типа;
11 - резистор;
13 - датчик напряжения;
14 - реле;
15 - контакты реле.
Устройство-прототип содержит основной источник питания 1, положительный полюс которого через диод 3 подключен к нагрузке 2, резервный источник питания 4, подключенный положительным полюсом через коллекторно-эмиттерный переход транзистора 5 к нагрузке 2, база которого подключена к выводу датчика напряжения 13, выполненного в виде параметрического стабилизатора на резисторе 7 и стабилитроне 8. Вход датчика напряжения 13 подключен к коллектору транзистора 5. Транзисторный ключ выполнен на транзисторе 10, эмиттер которого подключен к катоду диода 3, а коллектором - к обмотке реле 14, зашунтированной третьим диодом 9. База транзистора 10 подключена к точке соединения катода второго диода 6 и резистора 11. Анод диода 6 соединен с анодом диода 3. Замыкающий контакт 15 реле 14 подключен параллельно переходу коллектор-эмиттер транзистора 5. При этом отрицательные полюса обоих источников питания 1 и 4, другой вывод нагрузки 2, анод стабилитрона 8 и соответствующий вывод обмотки реле 14 соединены с общим проводом.
Устройство-прототип работает следующим образом.
В исходном состоянии напряжение на базе транзистора 5 стабилизировано на уровне минимально допустимого на нагрузке 2 с помощью датчика напряжения 13. При этом устройство потребляет ток по цепи: резервный источник питания 4, резистор 7, стабилитрон 8. При любом допустимом значении напряжения на нагрузке 2 транзистор 5 закрыт, т.к. его переход эмиттер-база смещен в обратном направлении, и электропитание нагрузки 2 осуществляется от основного источника питания 1 через диод 3.
Кроме того, устройство также потребляет ток по цепи: основной источник питания 1, второй диод 6, резистор 11. Прямое падение напряжения на диодах 3 и 6 обеспечивает надежное запирание транзистора 10, при этом обмотка реле 14 обесточена, а его замыкающий контакт 15 разомкнут.
При снижении выходного напряжения основного источника питания 1, с учетом прямого падения напряжения на диоде 3 ниже минимально допустимого уровня на нагрузке 2, переход эмиттер-база транзистора 10 получает прямое смещение, и транзистор 10 открывается, стабилизируя напряжение на нагрузке 2. При этом электропитание осуществляется уже от резервного источника питания 4, т.к. напряжение на катоде диода 3 становится больше напряжения на его аноде, и диод 3 закрывается. Закрытый диод 3 обеспечивает прямое смещение перехода эмиттер-база транзистора 10, а резистор 11 - режим его насыщения. Реле 14 срабатывает, и его замыкающий контакт 15 шунтирует транзистор 5 и повышает напряжение на нагрузке 2 до величины выходного напряжения резервного источника питания 4. При повышении выходного напряжения на основном источнике питания 1 до уровня выходного напряжения резервного источника 4 и выше диод 3 открывается, транзисторный ключ закрывается, обмотка реле 14 обесточивается, контакт 15 размыкается, транзистор 5 закрывается, и электропитание осуществляется опять от основного источника 1 через диод 3.
Недостатками устройства-прототипа являются невысокая надежность из-за наличия электромеханических контактов реле, обеспечивающих переключение нагрузки с основного источника на резервный и обратно, а также повышенное потребление от резервного источника, т.к. все элементы управлением реле и само реле питаются от резервного источника.
Задача - повышение надежности и снижение потребления от резервного источника питания.
Для решения поставленной задачи в устройство резервного электропитания, содержащее основной и резервный источники питания, отрицательными выводами, подключенными к одному выводу нагрузки, а к другому выводу - положительными соответственно через первый диод и эмиттерно-коллекторный переход транзистора p-n-p типа, база которого через второй резистор подключена к коллектору транзистора n-p-n типа, эмиттер которого подключен к общему отрицательному выводу, второй диод, анод которого соединен с положительным выводом основного источника, а также третий диод и последовательно соединенные первый резистор и стабилитрон, согласно изобретению второй и третий диоды включены встречно-последовательно, причем точка соединения их катодов через последовательно соединенные первый резистор и стабилитрон подсоединена к базе транзистора n-p-n типа, анод третьего диода соединен с положительным выводом резервного источника питания.
Схема предлагаемого устройства резервного электропитания приведена на фиг.2, где обозначено:
1 - основной источник питания;
2 - нагрузка;
3, 6, 9 - первый, второй и третий диоды;
4 - резервный источник питания;
5 - транзистор n-p-n типа;
7, 11 - первый и второй резисторы;
8 - стабилитрон;
10 - транзистор p-n-p типа.
Предлагаемое устройство резервного электропитания содержит основной 1 и резервный 4 источники питания, подключенные к нагрузке 2 отрицательными выводами, а положительными выводами соответственно через первый диод 3 и эмиттерно-коллекторный переход транзистора p-n-p типа 10, база которого через второй резистор 11 подключена к коллектору транзистора n-p-n типа 5, эмиттером, подключенным к общему отрицательному выводу, цепочку из встречно-последовательно соединенных второго 6 и третьего 9 диодов, аноды которых подключены к положительным выводам соответственно основного 1 и резервного 4 источников питания, при этом катоды второго 6 и третьего 9 диодов через первый резистор 7 и стабилитрон 8 подсоединены к базе транзистора n-p-n типа 5.
Предлагаемое устройство резервного электропитания работает следующим образом.
При нормальной работе источников питания напряжение на выходах основного 1 и резервного 4 источников равны. Напряжение от основного 1 источника приложено к аноду второго диода 6, а напряжение от резервного 4 - к аноду третьего диода 9. Так как аноды диодов 6 и 9 находятся под одним потенциалом, то напряжение в точке соединения катодов диодов 6 и 9 недостаточно для включения стабилитрона 8, который выбирается с напряжением пробоя несколько большим, чем предельно допустимая в эксплуатации разность напряжений источников питания 1 и 4. Поскольку ток через стабилитрон не протекает, то базовый ток транзистора 5 отсутствует, транзистор 5 в этом случае закрыт. Нагрузка 2 подключена к основному источнику 1 через первый диод 3 и питается от него. От резервного источника 4 в это время энергия не потребляется.
При выходе из строя основного источника 1 напряжение с анода диода 6 пропадает, и к стабилитрону 8 через диод 9 прикладывается только напряжение резервного источника 4. Так как стабилитрон выбирается с порогом пробоя ниже выходного напряжения резервного источника 4, то стабилитрон 8 пробивается, ток, протекающий через стабилитрон 8 и первый резистор 7, открывает транзистор 5, который своим коллекторным током через второй резистор 11 поддерживает открытым и насыщенным транзистор 10. В результате через открытый транзистор 10 осуществляется питание нагрузки 2 от резервного источника 4.
При восстановлении напряжения основного источника питания 1 транзисторы 5 и 10 закрываются, отключая резервный источник 4, а нагрузка 2 опять подключается к основному источнику 1 через первый диод 3.
Таким образом, в предлагаемом устройстве потребление энергии от резервного источника питания 4 начинается только после момента аварии основного источника 1, что исключает расход ограниченного энергоресурса резервного источника питания 4 и повышает надежность устройства.