Вторичный источник электропитания

 

Использование: в устройствах автоматики, связи, вычислительной техники. Сущность изобретения: устройство содержит включенные в силовую шину датчик тока нагрузки на резисторе и управляемый коммутирующий элемент, а также узел защиты. Определенное построение узла защиты позволяет защищать и индицировать как режим нормальной, так и аварийной работы самого устройства и потребителя. Это повышает надежность устройства. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах автоматики, связи, вычислительной техники.

Известны источники электропитания с защитой, в которых контролируется уровень выходного напряжения [1] , где для этого существуют отдельных два делителя напряжения, реагирующий орган, имеющий два входа, а также выходы, воздействующие на последовательно включенный между нагрузкой и источником ключ постоянного тока.

Однако такое устройство не имеет комплексной защиты, в частности, защиты от перегрузки по току.

Известны устройства с комплексной защитой [2] , где кроме отдельных каналов защиты от повышения, понижения выходного напряжения используется и защита от перегрузок по току с применением пускового устройства на двух транзисторах разного типа проводимости.

Такое устройство контролирует выходные напряжения достаточно высокого уровня (единицы, десятки и более вольт) по сравнению с напряжениями на датчиках тока (доли воль) и не имеет сигнализации состояния нагрузки.

Из известных источников с защитой наиболее близким по технической сущности является стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий элемент, включенный последовательно в силовую шину, узел управления, датчик тока, включенный последовательно с нагрузкой, транзистор защиты и элемент индикации.

Недостатком этого устройства является отсутствие контроля уровня напряжения на датчике тока, что не позволяет контролировать состояние работы потребителя, а также отсутствие индикации нормальной работы устройства.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей защиты путем контроля уровня потребления тока и индикации нормальной и аварийной работы источника и состояния потребителя.

Цель достигается тем, что во вторичном источнике электропитания, содержащего включенные в силовую шину датчик тока нагрузки на резисторе и управляемый коммутирующий элемент, а также узел защиты с первым элементом индикации аварийного режима, входы узла защиты подключены к выводам резистора датчика тока нагрузки, узел защиты включает в себя усилитель сигнала постоянного тока, входы которого использованы в качестве входов узла защиты, последовательную цепочку из источника опорного напряжения и первого ограничительного резистора, включенную между выходами усилителя сигнала постоянного тока, операционный усилитель, прямой вход которого подключен к точке соединения источника опорного напряжения с первым ограничительным резистором, инверсный вход через последовательную цепочку из второго ограничительного резистора и развязывающего диода - с одним из выходов усилителя сигнала постоянного тока, другой выход которого соединен с общей шиной, через третий ограничительный резистор - с общей шиной, через четвертый ограничительный резистор - с выходом для подключения источника питающего напряжения, а один из выходов операционного усилителя через пятый ограничительный резистор подключен к одному из выводов встречно-параллельной цепочки из светоизлучателей двух оптронов, другой вывод которой подключен к средней точке напряжения питания операционного усилителя, причем фотоприемник первого оптрона одним выводом подключен к первой питающей шине операционного усилителя через шестой ограничительный резистор, фотоприемник второго оптрона через седьмой ограничительный резистор - к первой питающей шине операционного усилителя, а через согласующий узел - к управляющему входу управляемого коммутирующего элемента, при этом вторые выводы фотоприемников обоих оптронов соответственно через первый и второй элементы индикации аварийного режима соединены со второй питающей шиной операционного усилителя, кроме того, точки соединения фотоприемников первого и второго оптронов с шестым и седьмым ограничительными резисторами соответственно использованы в качестве вывода сигнала нормальной работы и вывода сигнала аварийного режима.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства. Оно содержит источник электропитания 1, соединенный с нагрузкой (потребителем) 2, в одну из шин питающего напряжения последовательно с узлом 2 включен датчик тока 3, являющийся входным сигналом усилителя 4, выход которого подключен к последовательно соединенному источнику опорного напряжения 5 и первому ограничительному резистору 6, к точке соединения этого резистора с усилителем 4 подключены развязывающий диод 7 и 2-й резистор 8, другой вывод которого подключен к четвертому и третьему ограничительному резисторам 9 и 10, точка соединения резисторов 8, 9, 10 подключена к инверсному входу операционного усилителя 11, подключенного выходом к пятому ограничительному резистору 12 и параллельно-встречно включенным светоизлучателю 13 оптрона 14, фотоприемник которого 15 через шестой ограничительный резистор 16 подключен к первому выводу дополнительного источника 17, точка соединения фотоприемника 15 и резистора 16 является выводом сигнала 18 нормальной работы источника и потребителя; другой светоизлучатель 19 оптрона 20, фотоприемник которого 21 подключен через седьмой ограничительный резистор 22 также к первому выводу дополнительного источника 17, совместно с встречно включенным светоизлучателем 13 подключены к средней точке 23 дополнительного источника 17; точка соединения элементов 21 и 22 является сигналом аварийной работы 24, который через согласующее устройство 25 подключен либо к регулирующему элементу 26, т. е. управляемому коммутирующему элементу, управляемому узлом 27, либо к ключевому элементу 28, подключенному в одну из шин питания, кроме того, данный сигнал является также сигналом аварийной индикации 29. В качестве источника 17 может быть использован, например, двухполупериодный выпрямитель со средней точкой и дальнейшей параметрической стабилизацией. При необходимости гальванической развязки элементы 21, 22, 15, 16 могут питаться от любого другого дополнительного источника. В этом случае согласующее устройство 25 может отсутствовать. Если входное напряжение U_вх является стабилизированным, то элементы 26 и 27 могут также отсутствовать. Ко второму выводу источника 17 подключены первый и второй элементы индикации 30 и 31, вторые выводы которых подключены соответственно к фотоприемникам 15 и 21.

Устройство работает следующим образом. В нормальном режиме работы, когда ток потребителя не превышает заданных пределов, сигнал, снимаемый с датчика тока 3 и усиливаемый усилителем 4, поступает на прямой и инверсный входы операционного усилителя 11, величина входного напряжения, на инверсном входе по отношению к общей точке, установленная с помощью делителя 9, 10, определяет нижний уровень напряжения.

Напряжение на прямом входе при изменении входного сигнала может увеличиваться до Е_оп. Диод 7 находится в закрытом состоянии до того момента, пока уровень выходного напряжения усилителя 4 не превысит величину нижнего уровня напряжения и падение его на диоде 7, тогда этот диод открывается и происходит дальнейшее увеличение напряжения на инверсном входе. В этом режиме напряжение на прямом входе больше, чем на инверсном, т. е. напряжение на выходе узла 11 является положительным по отношению к средней точке. Сигнал положительной полярности будет только в том случае, если напряжение на датчике 3 будет лежать в пределах от минимального значения до величины, определяемой Е_оп, в качестве которого могут использоваться один или несколько последовательно включенных стабилитронов. Если величина нижнего поля допуска определяется резистором 6, то величина верхнего - резистором 8. В пределах минимального и максимального значений допустимого напряжения и будет на выходе узла 11 положительное напряжение по отношению к средней точке 23. При величине, меньшей минимального значения и большей максимального напряжения на прямом входе будет меньше, чем напряжения на инверсном по отношению к общей точке и на выходе усилителя 11 величина напряжения будет отрицательной по отношению к средней точке 23.

В первом случае, т. е. когда ток нагрузки потребителя таков, что его пределы изменения свидетельствуют о нормальной работе и полном выполнении функций нагрузки, энергии светоизлучателя 13 оптрона 14 достаточно для включения его фотоприемника 15. Сигнал 18 и является сигналом нормального функционирования. Он может быть использован для индикации нормальной работы (например, включение светодиода 30 последовательно в цепь с элементами 15, 16) или для нужд дистанционного управления и сигнализации.

Во втором случае, когда напряжение на датчике входного сигнала лежит вне преде-лов норм, свидетельствующих о правильном функционировании устройства (если в сторону уменьшения, то часть нагрузки отключена и устройство не выполняет возложенных на него функций в полном объеме, если повышение, то имеется перегрузка по току, т. е. режим аварийного состояния источника и нагрузки), начинает протекать ток через светоизлучатель 19 оптрона 20, включается его фотоприемник 21 и сигнал 24 свидетельствует об аварийном режиме работы. Сигнал 24 может, если необходима, например, гальваническая развязка, поступить на согласующее устройство 25, воздействующее на управляемый коммутирующий элемент 26, последовательно включенный ключ 28, первичные источники энергии и индикации 29. Сигнал аварийного состояния может быть образован с помощью светодиода 31, включенного в цепь элементами 21, 22. На период переходных процессов при включении, когда напряжение на датчике тока ниже нижнего допустимого предела, используется элемент задержки (не показан), включенный на входе или выходе операционного усилителя 11.

Таким образом, предложенное устройство позволяет защищать и индицировать как режим нормальной, так и аварийной работы источника электропитания и потребителя. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1436107, кл. G 05 F 1/569, 1986.

2. Авторское свидетельство СССР N 1319137, кл. G 05 F 1/569, 1985.

Формула изобретения

ВТОРИЧНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ, содержащий включенные в силовую шину датчик тока нагрузки на резисторе и управляемый коммутирующий элемент, а также узел защиты с первым элементом индикации аварийного режима, входы узла защиты подключены к выводам резистора датчика тока нагрузки, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем расширения функциональных возможностей узла защиты, узел защиты включает в себя усилитель сигнала постоянного тока, входы которого использованы в качестве входов узла защиты, последовательную цепочку из источника опорного напряжения и первого ограничительного резистора, включенную между выходами усилителя сигнала постоянного тока, операционный усилитель, прямой вход которого подключен к точке соединения источника опорного напряжения с первым ограничительным резистором, инверсный вход через последовательную цепочку из второго ограничительного резистора и развязывающего диода - с одним из выходов усилителя сигнала постоянного тока, другой выход которого соединен с общей шиной, через третий ограничительный резистор - с общей шиной, через четвертый ограничительный резистор - с выводом для подключения источника питающего напряжения, а один из выходов операционного усилителя через пятый ограничительный резистор подключен к одному из выводов встречно-параллельной цепочки из светоизлучателей двух оптронов, другой вывод которой подключен к средней точке напряжения питания операционного усилителя, причем фотоприемник первого оптрона одним выводом подключен к первой питающей шине операционного усилителя через шестой ограничительный резистор, фотоприемник второго оптрона через седьмой ограничительный резистор - к первой питающей шине операционного усилителя, а через согласующий узел - к управляющему входу управляемого коммутирующего элемента, при этом вторые выводы фотоприемников обоих оптронов соответственно через первый и второй элементы индикации аварийного режима соединены с второй питающей шиной операционного усилителя, кроме того, точки соединения фотоприемников первого и второго оптронов с шестым и седьмым ограничительными резисторами соответственно использованы в качестве вывода сигнала нормальной работы и вывода сигнала аварийного режима.

РИСУНКИ

Рисунок 1