Система электропитания

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - повышение надежности и упрощение. Устройство представляет собой однотактный регулируемый сетевой инвертор с многоканальным выходом и рядом линейных и импульсных стабилизаторов, содержащий узел контроля служебных и выходных напряжений, узел выработки логических сигналов аварии сети и аварии источника питания и совокупность взаимосвязанных узлов защиты по перенапряжению и перегрузке по току. Устройство отличается повышенной надежностью, расширенными функциональными возможностями и простым схемным решением. Это достигается за счет ускоренного контроля выходных напряжений, контроля вспомогательного стабилизированного напряжения, совмещения функций контроля тока ведущего выхода и напряжений ведомых выходов, управления порядком включения. 9 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н Д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯЦ

ПРИ ГННТ СССР (2 i ) 4682333/24-07 (22) 20.04.89 (46) 30,10.90. Бюл. Р 40 (71) Киевское производственное объединение "Электронмаш" им. В.И.Ленина (72) В.И.Зозулев, А.П.Каленюк, А.А.Линник, В.П.Молодчик и С.Л.Шаврак (53) 621.316, 722. 1(088.8) (56) Исто:ник питания "Электроника

NC9005" Техническое описание и ин" струкция по эксплуатации 3.508.023ТО.

Блок электропитания В253. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 2.200.127ТО. Киев, ПО "Элект.ронмаш", 1986, (54) (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - повышение

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания стабилизированными напряжениями постоянного тока микроЭВМ, уст ройств вычислительной техники и другой радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения - повышение надежности и упрощение системы.

На фиг, 1 приведена функциональная схема системы; на фиг. 2 — временные диаграммы напряжения, поясняющие работу узлов и системы в целом; на фиг. 3 — схема (один из вариантов) узла блокировки запуска; на фиг, 4„„SU„, 1 6Î3499 А 1 щ)5 Н 02 М 3/335г Н 02 Н 7/12.

G 05 Г 1/577

2 надежности и упрощение, Устройство представляет собой однотактный регулируемый сетевой инвертор с многоканальным выходом и рядом линейных и импульсных стабилизаторов, содержащий узел контроля служебных и выходных на-; пряжений, узел выработки логических сигналов аварии сети и аварии источника питания и совокупность взаимосвязанных узлов защиты по перенапряжению и перегрузке по току. Устройство отличается повышенной надежностью, расширенными функциональными возможностями и простым схемным решением. Это достигается за счет ускоренного контроля выходных напряжений, контроля а вспомогательного стабилизированного ,И напряжения, совмещения функций контроля тока ведущего выхода и напряжений ведомых выходов, управления порядком С» включения. 9 ил.

\ то же, датчика взаимных параметров CQ выходов усилителя мощности на фиг.5 — рф» то же, порогового элемента максималь- Я ) ного напряжения; на фиг. 6 — то же, порогового элемента минимального напряжения; на фиг. 7 — то же, датчика напряжения сети; на фиг, 8 — то же, узлов формирования сигналов и аварийной блокировки; на фиг. 9 — схема управления, силовая часть и узлы вспомогательного питания.

Система электропитания (фиг. 1) содержит соединенные последовательно вывод 1 для подключения сети питания, 1603499 сетевой выпрямитель 2 с фильтром и усилитель 3 мощности, управляющий вход которого подключен к управляющему выходу блока 4 управления и защиты, первый и второй ведомые выходы усилителя 3 мощности соединены соответственно с первым 5 и вторым 6 выходными выводами через первый 7 и второй 8 стабилизаторы напряжения. В систему входят трансформатор 9 запуска с выпрямителем, входом подключенный к выsoft, ó 1, выходом вторичной обмотки к входу датчика 10 напряжения сети, выходом выпрямителя — к входу датчика 11 запуска и силовому входу вспомогательного стабилизатора 12 напряжения,. управляющий вход которого соединен с выходом датчика 11 запуска, выходной выпрямитель 13 с фильтром, вы- 20 хоп которого соединен с третьим выходным выводом 14 и входом обратной связи блока 4, первый 15 и второй 16

° блокировочные диоды, причем анод диода 15 подключен к выходу вспомога- 25 тельного стабилизатора 12 напряжения„ а объединенные катоды диодов 15,16 соединены с шиной питания блока 4 управ-ления и защиты.

Система электропитания содержит 30 также первый 17, и второй 18 и третий 19 пороговые элементы минимального напряжения, входами подключенные соответственно к выходным выводам 5„

6,14, а выходами соединенные соответственно с первыми входами первого 20, 35 ! второго 21 и третьего 22 элементов

2ЙЛИ-НЕ, элемент 2И-НЕ 23, первый вход которого соединен с выходами элементов 21,22 и с первым выходом 24 иНдикации системы, второй вход соединен с выходом элемента 20 и с вторым выводом 25 индикации системы, а выход подключен к входу контроля выходных напряжений узла 26 формирования сиг- 45 налов, вход контроля сети питания которого соединен с выходом датчика

10 напряжения сети, а первый и второй выходы узла 26 соединены соответственно с выводом 27 аварии выходных напряжений и выводом 28 аварии сети питания. В систему электропитания введены узел 29 блокировки запуска, узел 30 аварийной блокировки, ftатчик

31 взаимных параметров выходов усили.теля 3 мощности, первый 32, второй 33

; третий 34 пороговые элементы максимального напряжения, причем выход узла 29 блокировки запуска подключен к входу вспомогательного стабилизатора

12, вход — к третьему выходному выводу 14, силовые выводы датчика 31 взаимных параметров включены между третьим ведущим выходом усилителя 3 мощ.ности и входом выходного выпрямителя

13 с фильтром, информационный выход датчика 31 соединен с входом защиты блока 4 управления и защиты, пороговые элементы 32 — 34 максимального напряжения включены соответственно между выводами 5,6, 14 и вторыми входами элементов 20 — 22, входы контроля выходных напряжений и задержки узла 30 аварийной блокировки включены соответственно между выходом элемента 23 и выходом задержки узла 26 формирования сигналов, выход узла 30 аварийной блокировки подключен к входу аварии источника питания узла 26 формирования сигналов, а анод диода

16 соединен с выходным выводом 6.

Узел 29 блокировки запуска (фиг.3) может состоять из транзистора 35, резисторов 36,37 и конденсатора 38.

Датчик 3 1 взаимных параметров (фиг. 4) может состоять из трансформатора 39 тока, вторичная обмотка ко торого подключена к однополупериодиому выпрямителю с фильтром (диод 40, конденсатор 41), и балластных резисторов 42,43 °

Пороговые элементы 32 - 34 (фиг. 5) могут быть построены на компараторе

44 с резистором 45, к инвертирующему входу которого подключен источник 46 опорного напряжения, к неинвертирующему — выход делителя напряжения на резисторах 47,48.

Пороговые элементы 17 — 19 (фиг.6) могут быть построены на компараторе

49 с резистором 50, к неинвертирующему входу которого подключен источник

51 опорного напряжения, к инвертирующему — выход делителя напряжения на резисторах 52,53.

Датчик 10 напряжения сети (фиг ° 7) может состоять из компаратора 54 с резистором 55, к инвертирующему входу которого подключен источник 56 опорного напряжения, к неинвертирующему — выход делителя напряжения на резисторах 57,58, к выходу — расширитель 59 импульсов с резистором 60 и конденсатором 61.

Вход ft;-.тчика, 10 образуется вырямителем 62 и КС-фильтром на резисторе

16034

63 и конденсаторе 64, который подключен к входу делителя .напряжения (резисторы 57,58) °

Узел 26 формирования сигналов . (фиг. 8) может состоять из разделительных диодов .65,66, подключенных катодами к входу узла задержки сигнала аварии выходных напряжений системы (АИП), выполненного на транзисторах 10

67,68, резисторах 69 — 72, из узла задержки сигнала аварии сети питания (АСП), выполненного на транзисторах

73,74, резисторах 75 - 78 и конденсаторе 79, а также из инверторов 80 — 15

82 и элемента 2И-HE 83.

Узел 30 аварийной блокировки (фиг. 8) применительно к приведенному вьппе варианту узла 26 формирования сигналов может состоять из инвертора

84 и элемента 2И-НЕ 85.

Сетевой выпрямитель 2 с фкпьтром (фиг. 9) может состоять из выпрямителя 86, собранного по мостовой схеме, и емкостного фильтра — конденсатора 87. Усилитель 3 мощности (фиг. 9) может состоять из однотактного преоб разователя напряжения на транзисторах

88,89, силового трансформатора 90, вторичные обмотки 91 — 93 которого 30 образуют первый, второй и третий выходы усилителя 3 мощности, и из импульсного датчика тока - трансформатора 94 тока.

Первый стабилизатор 7 напряжения 35 (фиг. 9) может включать в себя вход- . ной выпрямитель с фильтром (диоды 95, 96, дроссель 97, конденсатор 98) и линейный стабилизатор 99 напряжения с выходным конденсатором 100. 40

Второй стабилизатор S напряжения может включать в себя выпрямительный диод 101, транзисторный ключевой стабилизатор 102, выходом подключенный к ЬСВ-фильтру (диод 103, дроссель

104, конденсатор 105) .

Выходной выпрямитель 13 с фильтром (фиг. 9) может состоять иэ выпрямительного диода 106 и I.CD-фильтра (диод 107, дроссель 108, конденсатор 109),50

Блок управления и защиты (фиг.9) может состоять из интегральной микросхемы 110 (например,, КР1021ХА1), вклю-. чающей в себя узел защиты от повышения и понижения питающего ее напряжения, трансформатора 111 управления с ключом на транзисторе 112, управляющих транзисторов 113,114, узла 115, 99 о защиты, опорного источника 116, операционного усилителя 117. Трансформатор 9 запуска с выпрямителем (фиг. 9) может состоять из сетевого понижающего трансформатора 118 и мостового выпрямителя 119 с конденсатором 120.

Датчик 11 запуска (фиг ° 9) может состоять из транзистора 121, база-, вмиттерный перехбд которого включен .. в диагональ моста (резисторы 122124, стабилитрон 125).

Вспомогательный стабилизатор 12 (фиг. 9) может состоять из стабилизатора тока на транзисторе 126, подключенного к входу параметрического стабилизатора напряжения на стабилктро:не 127.

На фиг. 1 - 9 приняты следующие обозначения:

П =U - напряжения переменнос Вы

ro и постоянного соот» ветственно токов на входе и выходе сист емыю U U Ä - напряжения переменного тока, напряжение сигнала сети питания соответственно на входе и выходе датчика напряжения сети;

U U — входное и выходное соответственно напряжения вспомогательного стабилизатора напряжения;

П, U — выходные напряжения

Р датчика запуска и узла блокировки запуска;

Š— напряжение вспомогап тельного питания, П, U — входное напряжение сигнала обратной связи и напряжение сигнала управления блока управления и защиты;

U,,U,,U - напряжения входного и выходного выводов и информационного выхода соответственно датчика 31 взаимных параметров;

U„,,,U ц — напряжения сигналов индикации выходных напряжений системы;

П „ — напряжения опорного источника питания, 1603499 на входах узла ава— рийной блокировки и инверсного сигнала аварии источника пи-. 10 тания соответственно;

U,11,, — напряжения сигналов

pHii асп источника питания.

Система электропитания работает сл.едующим образом, 15

При включении системы напряжение U сети переменного тока через apiвод 1 (фиг. 1) поступает на сетевой выпрямитель 2 с фильтром и трансформатор 9. 1о достижении напряжением 20

Па определенного значения U — порога срабатывания датчика 11 запуска ° (фиг. 2) — датчик 11 вьдает напряже ние U на включение вспомогательного стабилизатора 12, выходное стабилизированное напряжение U „ которого через диод 15, образуя напряжение Е,, поступает на шину питания блока 4 управления. По достижении напряжением лЬ определенного значения U — посп рога срабатывания датчика 10 напряжения сети — последний, прекращая формир о вание логической " 1" (сиг нал U Ä „), вьдает сигнал логического "0" (сигнал Псв) . 35

Блок 4, получив питание Еп, вырабатывает управляющие импульсы Uy (на фиг. 2 не приведены), которые поступают на управляющий вход усилител.я 3 мощности. Усилитель 3 вступает в рабо-40 ту. На его выходах, а затем на выводах 5,6,14 системы появляются напряжения = U fbi» U gpss> s U Вь>х При по

Ь 2 явлении напряжения .= U eb1x узел 2 блокировки запуска. через некоторое время задержки : г, определяемое временем установления напряжения

=Uiibi» вьдает напряжение U p„котобы» rZ s рое выключает стабилизатор 12, и в дальнейшем напряжение Е поддержива- 5 ется за счет стабилизированного напряжения = Uibb X, подаваемого через Ф диод 16. Появление напряжений =U „ы»,, =Ugbil,=Uybix на выводах 5,6 и 14 анализируется пороговыми элементамн

17, 18, 19 и 32,33,34 соответственно в заданных диапазонах допустимых значений, например + (5-7) от номинальВьдача сигналов U и Ц с„в зааип данной последовательности гарантирует

0 корректный запуск начала работы процессора микроЭВ11.

При аварии одного из выходных напряжений, например при превышении напряжением =Uiib» допустимого значе5 ния U (фиг . 2), срабатывает пороговый элемент 33 максимального напряжения, вьдавая сигнал логической "1" на первый вход элемента 21. На выхоU, Пз, П „„— напряжения сигналов ип ип источни.ка питания (выходных напряжений системы), задержанного сигнала источника ных значений напряжений =П „,»

=UbbIXg ° = - 6Ы Х g

Если значения этих напряжений соответствуют допустимым, на выходах всех пороговых элементов вырабатываются сигналы логического "0". Соответственно на выходах элементов

2ИЛИ-НЕ 20 — 22 формируются сигналы логической 1". Эти сигналы от элемента 20 поступают на вывод 25 и первый вхоп, элемента ?И-HF. 23, от элементов 21, 22 — на вывод 24 и второй вход элемента 23. Имея на входах две логические "1", элемент 23 формирует на выходе логический "0" — сигнал 1 „,„ соответствующий допустимым значениям напряжений на выводах 5,6,14. Сигналы U>,,Uii на выводах 24,25 могут быть использованы для управления узлом индикации состояния напряжений =

Uqb

Ko)iTpoJIH выходных напряжений узла 26 формирования сигналов и узла 30 аварийной блокировки поступает сигнал а на вход контроля сети питания узла 26 — сигнал U и, которые имеют уровни логических "0". Узел 26 с некоторой задержкой t ид вьдает сигнал U „ с уровнем логической "1" на вход сигнала задержки узла 30, который сразу же формирует на выходе инверсный сигнал У аип с уровнем логического "0". Узел 26 вьдает на выходе 27 и 28 соответственно сигнал U»z и с некоторой задержкой t3Acii — сигнал 11 имеющие уровни логической

gcq ь

"1".

3499

50

9

160 дах элементов 21 и 23 Аормируются сигналы логического "0" и логической

"1" соответственно, т. е, сигнал U „г с уровнем логической "1" поступает на входы контроля выходных напряжений узлов 26 и 30, Это позволяет узлу 30 без задержки вьгдать сигнал Бг„„с уровнем логической "1" и соответственно беэ задержки получить на выходах Узла 26. сигналы U«„ zz Б<„д.г1 с уровнем логического "0", Следовательно, наличие порогового элемента 33 максимального напряжения (для примера относительно напряжения

=Пг,ы» ) и узла 30 исключает формировы» вание в аварийных ситуациях сигналов

U д„и U „только после срабатывания защиты от перенапряжений на уровне +ЬП,г 1 (Лиг. 2) и снижения затем напряжения =U вых ниже уровня -hU>«.

Как видно из временных диаграмм напряжений Б вы», Пс, „ц Па сп (фиг ° 2), в таком случае увеличивается выдача сигналов U и, П > на некоторое время ht, определяемое временем спада напряжения Vsbix (Е„) и разрядом конденсаторов узлов задержки узла 26, Пр и п ер erp уз к е в ед ущег о выхода усилителя 3 по току датчик 31 взаимных параметров ограничивает ток этого выхода на определенном уровне, а следовательно, и ширину импульсов управления U блока 4 управления, в связи с чем напряжения на ведомых выходах усилителя 3 также ограничиваются на определенных уровнях, которые могут быть заданы для стабилизаторов 7 и 8 ниже порогов срабатывания защиты от перенапряжений на выходах стабилизаторов 7 и 8, т ° е. датчик 31, контролируя максимальный ток ведущего выхода усилителя 3, косвенно контролирует взаимные параметры ведомых выходов их максимально допустимые напряжения.

Поэтому, если напряжение на регули,руюпгих органах стабилизаторов 7 и 8 ! падает ниже допустимых порогов срабатывания защиты от пер енапряжений э тих стабилизаторов, автономные узльг защиты от перенапряжений на выходах стабилизаторов 7 и Я могут отсутствовать. Этому способствует также введение пороговых элементов 32 — 34 максимальных напряжений и узла 30, так как отклонения выходных напряжений контролируются в узком диапазоне для выработки сигналогг Ьц,„,П„,,„ и све5

35 товой индикагц и допустимьzzz значений

: этих напряжений. Или иначе, в любой аварийной ситуации нагрузка будет блокирована сигналямп Uz „U < „, а возникшие перенапряжения на выводах 5 и 6 допустимы для системы питания и заблокированной сигналами д„,1п,U ;„ н .грузки. Кроме того, благодаря введению узла 29 и подключению диода 16 блок 4 управления и зашиты дополнительно контролирует, кроме напряжения

Е, напряжение =Ugbi»<

Ц

При выключении систелаг электропитания напряжение -U уменьшается сп с до значения U (фиг. 2), когда датчик .10 выдает сигнал U < с уровнем логической "1". Узел 26 без задержки выдает сигнал Uzzq и через некоторое время t — сигнал U п с уровнями логических "0". После уменьшения на-. пряжения U ниже значения U датС чик 11 запуска выключает стабилизатор

12, выходные напряжения =Ueb,„, „ поддерживаются на врегfzz С„) t3„„

Следовательно, при аварийных ситуациях своевременное . дюрлгирование сигналов U „ и U,. ä и обеспечение заданно " го времени t и связаны с установленными мощностялм индуктивно-емкостных элементов силовых цепей системьг, эа счет запасенной энергии которых поддерживаются выходные напряжения при снятии (исчезновении) напряжения сети или при отклонении выходных напряже.— ний от допустимых значений.

Таким образом, в изобретении по сравнению с прототипом использована функщ ональная избыточность блока управпения и защиты, имеющей контроль своего питагацего напряжения, Благодаря узлу блокировки запуска и питания через один из блокировочных диодов от одного из выходных напряжений стал возможным контроль одновременно вспомогательного и выходного питания.

Использованы пороговые элементы максимальных напряжений для ускоренного формирования совместно с узлом аварийной блокировки сигналов аварии сети питания и аварии выходных напряжений системы. Расширенгг возможности датчика взаимных (перекрестных) параметров, который прямо осуществляет контроль максимального тока ведущего выхода усилителя мощности и косвенно определяет максимальные значения напряжений на ведолых выходах этого усили1603499

12 теля. В сочетании с использованными возможностями блока управления и по-. роговых элементов исключены узлы автономной защиты от перенапряжений выходных напряжении — 11еьщ, H — 11вы g °

Формула изобретения

Система электропитания, содержащая соединенные последовательно вывод для 1р подключения сети питания, сетевой выпрямитель с фильтром и усилитель

Мощности, управляющий вход которого г1одключен к управляющему выходу блока 1правления и защиты, первый и второй 15 ведомые выходы усилителя мощности соединены с соответствующими выходными выводами через соответствующие стаби 1иэаторы напряжения, трансформатор заПуска с выпрямителем, входом подключенный к выводу для подключения сети питания, выходом вторичной обмотки— к входу датчика напряжения сети, выходом выпрямителя соединен с входом датчика запуска и силовым входом вспо- 25 могательного стабилизатора напряже-

Ния, управляющий вход которого соедиНен с выходом датчика запуска, выходНой выпрямитель с фильтром, выход коТорого соединен с третьим выходным 30 выводом и входом обратной связи блока управления и защиты, первый и второй блокировочные диоды, причем анод первого диода подключен к выходу вспомогательного стабилизатора напряжения, а объединенные катоды диодов соединены с шиной питания блока управления и защиты, первый, второй и третий пороговые элементы минимальных напряжений, входами подкпюченные к соответ- 40 ствующим выходным выводам, а выходами соединенные с первыми входами соответствующих элементов 2ИЛИ-НЕ, элемент 2И-НЕ-, первый вход которого соединен с выходами второго и третьего 45 элементов 2ИЛИ-HE и с первым выводом индикации, второй вход — с выходом первого элемента 2ИЛИ-HF. и вторым выводом индикации, а выход подключен к входу контроля выходных напряжений узла формирования сигналов, вход контроля сети питания которого соединен с выходом датчика напряжения сети, а первый и второй выходы узла формирования сигналов соединены соответственно с выводами аварии выходных напряжений и сети питания, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения надежности и упрощения, в нее введены узел блокировки запуска, узел аварийной блокировки, датчик взаимных параметров выходов усилителя мощности, первый, второй и третий пороговые элементы максимального напряжения, причем выход узла блокировки запуска подключен к входу блокировки вспомогательного стабилизатора напряжения, вход — к третьему выходному выводу, силовые выводы датчика взаимных параметров включены между третьим ведущим выходом усилителя мощности и входом выходного выпрямителя с фильтром, информационный выход этого датчика соединен с входом защиты блока управле" ния и защиты, первый, второй и третий пороговые элементы максимального напряжения включены между соответствующими выходными выводами и вторыми входами соответствующих элементов

2ИЛИ-НЕ, входы контроля выходных напряжений и задержки узла. аварийной блокировки включены соответственно

t между выходом элемента 2И-НЕ и выходом задержки узла формирования сигналов, выход узла аварийной блокировки подключен к входу аварии выходных напряжений узла формирования сигналов, а анод второго блокировочного диода соединен с вторым выходным выводом.

1603499

1603499

1603499

Фиг.б

1603499

1603499

4ье.9

Составитель С.Ситко

Редактор А.Маковская Техред Г1.Дидык Корректор Л.Бескид

Заказ 3392

Тираж 506

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, И-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101