Устройство электропитания корабельной аппаратуры

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электропитания корабельной аппаратуры автоматики и связи. Для повышения надежности устройства электропитания при работе на нагрузку, содержащую входной выпрямитель с емкостным сглаживающим фильтром, в устройство электропитания корабельной аппаратуры, содержащее последовательно соединенные выпрямитель (В) (I) и инвертор (ИНВ) (2), а также узел защиты и коммутации, включающий токоограничивающий резистор (Р) (3) с параллельно подключенными контактами первого управляемого ключа (УК) (4), и датчик напряжения, подключенный к выходу ИНВ(2), введен второй УК(5), замыкающие контакты которого соединены с нагрузкой (6) и токоограничивающим Р(3), который последовательно подключен к выходу ИНВ(2). Датчик напряжения выполнен в виде последовательно соединенных диода (7)Р(8) и светодиода (СД) первой оптопары (ОП) (9) узла защиты и коммутации, эмиттер фотоприемника (ФП) которой через сглаживающий фильтр (11) соединен с Р(12) первой времязадающей RC-цепи, общая точка которой подключена к первому пороговому блоку (ПБ)(15), выход которого через элемент НЕ(19) подключен к катоду СД второй ОП(20), а также к конденсатору (К) (25) второй времязадающий RC-цепи, общая точка которой через второй ПБ(27) соединена с катодом СД третьей ОП(30). В коллекторные цепи ФП второй и третьей ОП(20 и 30) последовательно включены обмотки первого и второго УК(4,5) соответственно, при этом вторые концы обмоток УК (4, и 5), аноды СД второй и третьей ОП(20 и 30) и коллектор первой ОП(9) подключены к положительному выводу В(1), а эмиттеры второй и третьей ОП(20 и 30), вывод Р(26) второй времязадающей RС-цепи и вторая обкладка K(13) первой времязадающей RС-цепи - к его отрицательному выводу. Технический результат - двухступенчатая схема подключения нагрузки обеспечивает на первом этапе защиту инвертора от зарядных экстратоков емкостью фильтра нагрузки и плавный его вывод на рабочий режим, а на втором этапе - подключение узлов нагрузки при номинальном входном напряжении и токе нагрузки. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано 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 светодиоду оптопары. а также схему формирования длительности 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 порогового 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 шунтирующей ограничивающий резистор цепи транзистора, выдерживающего сравнительно невысокие перегрузки.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения 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 защиты, обеспечивающий плавное включение устройства, содержит токоограничивающий резистор, зашунтированный 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, шунтируя токоограничивающий резистор, и остается в этом положении до тех пор, пока работает инвертор.

Недостатком устройства является вероятность самоотпирания тиристорного ключа из-за большой 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 изобретения является повышение 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 RC-цепи - 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 изобретения 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 ≈ 220 В, 400 Гц, инвертор 2, токоограничивающий резистор 3 с параллельно подключенными контактами 4 первого управляемого ключа, контакты 5 второго управляемого ключа и нагрузку 6, работающую от входного переменного напряжения ≈ 220 В, 50 Гц 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 ± 12 В. Инвертор 2 осуществляет преобразование входного постоянного напряжения в переменное прямоугольной формулы ≈ 220 В, 50 Гц и может быть реализован по схеме инверторного моста на мощных транзисторах, регулируемого по методу широтно-импульсной модуляции [3, разд. 2.3].

К выходу инвертора 2 подключен также датчик выходного напряжения, выполненный в 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 +12 В 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 +12 В выпрямителя 1. В коллекторную цепь фотоприемника оптопары 20, база которого соединена с эмиттером через резистор 22, последовательно включена обмотка 23 первого управляемого ключа, зашунтированная диодом 24 и подключенная вторым концом к выводу +12 В 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 +12 В выпрямителя 1. В коллекторную цепь фотоприемника оптопары 30 включена обмотка 32 второго управляемого ключа, зашунтированная диодом 33 и подключенная к выводу +12 В выпрямителя 1 аналогично обмотке 23 первого управляемого ключа. База фотоприемника оптопары 30 соединена с эмиттером через резистор 34. Эмиттеры 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 -12 В выпрямителя 1.

Устройство работает следующим образом.

После подключения устройства к сети выпрямленное и отфильтрованное постоянное напряжение ± 12 В выпрямителя 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 эмиттерной цепи транзистора оптопары 9 появляется пульсирующий ток, который сглаживается фильтром 11 и начинает заряжать конденсатор 13 первой времязадающей RC-цепи, постоянная времени (RC = 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 обесточивание 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 изобретения 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 N 2011261, кл. H 02 H 7/12, 15.04.94.

2. Авторское свидетельство СССР N 1707688, кл. H 02 H 7/12, 23.01.92.

3. Бас А.А., Миловзоров В.П., Мусолин А.К. Источники вторичного электропитания с бестрансформаторным входом. - М.: Радио и связь, 1987, с. 30, (прототип).

Формула изобретения

1. 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, отличающееся тем, что в него 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, 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, выводы резистора второй времязадающей RC-цепи и вторая обкладка конденсатора первой времязадающей RC-цепи - к его отрицательному выводу.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый пороговый блок выполнен в виде двух последовательно соединенных элементов НЕ, охваченных цепью положительной обратной связи из диода и резистора.

РИСУНКИ

Рисунок 1