Многоканальный источник питания

Многоканальный источник питания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ , содержащий N стабилизаторов напряжения, каждый из которых состоит из регулирующего элемента, включенного в одну из силовых шин, узла еравнения, одним входом подключенного к одному из выходных выводов стабилизатора, а выходом - к управляющему входу регулирующего элемента, источника опорного напряжения, входом соединенного с силовым входом регулирующего элемента, датчика аварийного сигнала, включенного последовательно в силовую шину, первого светодиода, оптически связанного с фототранзистором, входящим в схему отключения выходных напряжений, коммутирующих элементов, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью расщирения области применения, в него введено устройство для отключения напряжения питания, в каждый стабрилизатор введены второй светодйод, фотодиод, оптрон, усилительный тран;зистрр и шунтирующий тиристор, а в схему отключения выходных напряжений введены светодйод, тиристор, управляниций трансформатор и узел отключения выходных напряжений при пропадании напряжения питания, причем второй вход узла сравнения подключен к вьгходу источника опорного напряжения и к выходу коммутирую1чего элемента, светодйод схемы отключения выходныхнапряжений оптически связан с фотодиодом первого стабилизатора и электрически подключен через резистор к щинам питания схемы отключения вькоднык напряжений, в каждом стабилизаторе второй светодйод через резистор подключен параллельно к выходу и оптически связан с фотодиодом очередного стабилизатора, подключенным между силовым входом регулирующего элемента и входом управления коммутирующих элементов, светодйод оптрона одним выводом подключен к силовоО ) му входу регулируюн1его элемента, а другим - к выиоду Первого светодиода фотодиод оптрона подключен к входам {устройства для отключения напряжения питания, усилительный fpaH3HCTop эмиттером и базой подключен к выводам датчика аварийного сигнала, а коллектором - к другому выводу первого светодиода , щунтирующий тиристор анодом и катодом подключен параллельно к выходу стабилизатора, а управляющим электродом - к одной из вторичных обмоток управляющего трансформатора схемы отключения выходных напряжений, первичная обмотка которого включена между шиной питания и катодом тиристора указанной схемы, при этом управляющий электрод тиристора через параллельно включенные фототранзисторы подключен к одной из шин питания и к выходу узла отключения выходных напряжений npt пропадании напряжения питания,другая шина питания схемы отключения выходных напряжений соединена с анодом тиристора.

ССЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1УБЛИК (19) (И) 1

3151) G 05 F 1/58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,3 э

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3487033/24-07 (22) 03.09.82 (46) 23.08.84. Бюл.В 31 (72) В.Н.Виноградов,. В.В.Клюшкин, Г.К.Ковалев и Г.А.Корсунский (53) 621.316.722.1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 771637, кл. С 05 F 1/58, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 657425, кл. С 05 F 1/58, 1979. (54) (57) ИНОГОКАНАЛЬНЬИ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ, содержащий )Ч стабилизаторов напряжения, каждый из которых состоит иэ регулирующего элемента, включеннаго в одну из силовых шин, узла сравнения, одним входом подключенного к одному из выходных выводов стабилизатора, а выходом — к управляющему входу регулирующего элемента, источника опорного напряжения, входом соединенного с силовым входом регулирующего элемента, датчика аварийного сигнала, включенного последовательно в силовую шину, первого светодиода, оптически связанного с фототранэистором, входящим в схему отключения выходных напряжений, коммутирующих элементов, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения области применения, в него введено устройство для отключения напряжения питания, в каждый стабилизатор введены второй светодиод, фотодиод, оптрон, усилительный тран, зистор и шунтирующий тиристор, а в

1 схему отключения выходных напряжений введены светодиод, тиристор, управ° ляющий трансформатор и узел отключения выходных напряжений при пропадании напряжения питания, причем второй вход узла сравнения подключен к выходу источника опорного напряжения и к выходу коммутнрующего элемента, све-! тодиод .схемы отключения выходньк напряжений оптически связан с фотодиодом первого стабилизатора и элект-. ! рически подключен через резистор к шинам питания схемы отключения выходных напряжений, в каждом стабилизаторе второй светодиод через резистор подключен параллельно к выходу и оптически связан с фотодиодом очередного стабилизатора, подключенным между силовым входом регулирующего элемента и входом управления коммуO тирующих элементов, светодиод оптро- g на одним выводом подключен к силовому входу регулирующего элемента, а другим — к выводу первого светодиода, фотодиод оптрона подключен к входам устройства для отключения напряжения а питания, усилительный транзистор эмиттером и базой подключен к выводам датчика аварийного сигнала, а коллектором - к другому выводу первого светодиода, шунтирующий тиристор анодом и катодом подключен параллельно к выходу стабилизатора, а управляющим электродом — к одной из вторичных обмоток управляющего трансформатора схемы отключения выходных напряжений, первичная обмотка которого включена между шиной питания и катодом тиристора указанной схемы, при этом управ- ф» ляющий электрод тиристора через параллельно включенные фототранзисторы подключен к одной из шин питания и к выходу узла отключения выходных напряжений при пропадании напряжения питания, другая шина питания схемы отключения выходных напряжений соединена с анодом тиристора.

Ф 1109

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам пита ния, и может быть использовано в системах питания устройств автомати-. ки и вычислительной техники. 5

Известны многоканальные источники питания, содержащие несколько стабилизаторов положительной и отрицательной полярности, узел защиты, разделительные диоды, отключающие элементы и тиристоры защиты.

Эти источники обеспечивают одновременное отключение стабилизаторов только за время перегорания отключающих элементов, например плавких пре- 15 дохранителей, т.е. за время порядка миллисекунд, что недопустимо для систем, использующих микропроцессоры.

А при коротком замыкании в этих источниках выгорают сразу все плавкие 20 предохранители, на поиск и замену которых требуется дополнительное время, тем более, что короткое замыкание по выходу встречается довольно часто.

Они не обеспечивают также включения стабилизаторов по заданной программе.

Кроме того, стабилизаторы не имеют гальванической развязки.

Известен многоканальный источник питания, содержащий М стабилизаторов Зр напряжения постоянного тока, каждый из которых состоит из регулирующего транзистора, измерительно-усилительного узла и узла защиты от перегрузок, перенапряжений и понижения выходного напряжения с оптроном, содер. .жащим светоизлучающий диод, фототиристор и дополнительный фототиристор, выводы которого подключены между управляющим электродом тиристора испол-40 нительного органа и индикатором, противоположный вывод которого подклю-,: ( чен к аноду тиристора, который через обмотку реле соединен с отрицательным полюсом узла питания, à размыкаю-45 щие контакты указанногс(реле включены в цепь первичной обмотки питающего выходного трансформатора.

В этом источнике питания предусмоз рена индикация стабилизатора напряжения, являющегося причиной отключения. Таким образом поиск неисправного стабилизатора ускорен (1 1.

Однако для питания микропроцессорных систем такие источники непригод- 55 ны, так как при включении напряжение появляется на входе всех каналов одновременно, а не в той после

723 довательности, какая нужна для "конк-, ретной микропроцессорной системы, а при коротком замыкании, перегрузке нли выключении напряжение на выходах разных каналов пропадает практически неодновременно, т.е. разница даже в несколько миллисекунд недопустима для микропроцессорных сис" тем. А зта разница возникает из-за разброса параметров стабилизаторов, разного характера нагрузки и т.д.

Кроме того, известные многоканальные источники питания после кратковременного короткого замыкания не возвращаются автоматически в рабочий режим. Для этого их нужно выключить и потом снова включить.

Наиболее близким по техническому решению к изобретению является многоканальный источник питания постоянного напряжения, содержащий W стабилизаторов напряжения, каждый иэ icoторых состоит из регулирующего элемента, включенного в одну из силовых шин, узла сравнения, одним входом подключенного к одному из выходных выводов, а выходом — к управляющему входу регулирующего элемента одним входом соединенного с входом регулирующего элемента, другим - с выходом коммутирующего элемента, а выходомс управляющим. входом регулирующего элемента. При этом в силовую шину каждого стабилизатора введены датчик тока со светодиодом оптрона, ждущий мультивибратор, к управляющему входу которого подсоединен фототранзистор оптрона, и управляемое реле времени, к входу которого подключен стабилизатор тока, входом соединенный с основными ключами, и блок прог ° раммного управления, выполненный в виде логического органа с памятью и узла запуска $2).

Известный многоканальный источник питания обеспечивает получение .выходных стабилизированных напряжений б

iso определенной программе во времени f2), Однако обеспечивается это путем значительного усложнения схемы. Кроме того, при пропадании напряжения в сети или при коротком замыкании на выходе стабилизаторы выключаются с разницей во времени порядка несколь ких миллисекунд, так как накопленная в элементах и схемах потребления энергия исчезает не сразу. А это не1109723 допустимо при питании микропроцессорных систем, тем более, что при использовании микросхем, в том числе и микропроцессоров, предусматривается включение в схемы распределенных емкостей, так как может вызвать появление неисправности в микропроцессорной системе, например стирание памяти или выход из строя микропроцессора, что в свою очередь уменьшает надежность микропроцессорных систем, использующих эти источники.

Кроме того, известный многоканальный источник питания не обеспечивает гальваническую развязку между стабилизаторами, что ограничивает воз можности их использования в различных устройствах.

Целью изобретения является расширение области применения многоканального источника питания.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальный источник питания, содержащий Н стабилизаторов напряжения, каждый из которых состоит из регулирующего элемента, выключенного в одну.из силовых шин, узла сравнения, одним входом подключенного к одному из выходных выводов стабилизатора, а выходом — к управляющему входу регулирующего элемента источника опорного напряжения, входом соединенного с силовым входом регулирующего элемента, датчика asaрийного сигнала, включенного последовательно в силовую шину, первого .светодиода, оптически связанного с фоготранзистором, входящим в схему отключения выходных напряжений, коммутирующих элементов, введено устройство для отключения напряжения питания, в каждый стабилизатор введены второй светодиод, фотодиод, оптрон, усилительный транзистор и шуитирующий тиристор, а в схему отключения выходных напряжений введены светодиод, тиристор ° управляющий трансформатор и узел отключения выходных напряжений при пропадании напряжения питания, причем второй вход узла сравнения подключен к выхо; ду источника опорного напряжения и ! к выходу коммутирующего элемента, (светодиод схемы отключения выходных, напряжений оптически связан с фотодиодом первого стабилизатора и электрически подключен через резистор к шинам питания схемы отключения выход30

Источник питания содержит стабилизаторы 1-3 напряжения, устройство

4 для отключения напряжения питания, трансформаторы 5-.8, выпрямители 9 -.

11 и схему 12 отключения выходных напряжений.

- Стабилизаторы 1-3 содержат транзисторы 13-15 в качестве регулирующих элементов, силовые шины 16-21, 55 операционные усилители 22-24 в качестве узлов сравнения, источники

25-27 опорного напряжения в качестве стабилизирующих элементов. датчики

10 !

20

3S

45 ных напряжений, в каждом стабилизаг торе второй светодиод через резистор подключен параллельно к выходу и оптически связан с фотодиодом очередного стабилизатора, подключенным между .силовым входом регулирующего элемента и входом управления коммутирующих элементов, светодиод оптрона одним выводом подлкючен к силовому входу регулирующего элемента,.а другим — к выводу первого светодиода, фотодиод оптрона подключен к входам устройства для отключения напряжения питания, усилительный транзистор эмиттером и базой подключен к выводам датчика аварийного сигнала, а коллектором — к другому выводу первого светодиода, шунтирующий тиристор анодом и катодом подключен параллельно к выходу стабилизатора, а управляющим электродом — к одной из вторичных обмоток управляющего трансформатора схемы отключения выходных напряжений, первичная обмот, ка которого включена между шиной питания и катодом тиристора укаэанной схемы, при этом управляющий электрод.тиристора через параллельно включенные фототранзисторы подключен к одной из шин питания и к выходу узла отключения выходных напряжений при пропадании напряжения питания, другая шина питания схемы отключения выходных напряжений соединена с анодом тиристора.

На фиг. 1 показана принципиальная схема многоканального источника питания, на фиг. 2 - схема устройства для отключения напряжения питания, на фиг.З - схема запуска устройства для отключения напряжения питания..

Для облегчения понимания сущности изобретения в качестве примера исполнения взят трехканальный источник питания.

1109723

5 ю 28-30 тока в качестве датчиков аварий. ного сигнала, транзисторы 31-36 и резисторы 37-39 в качестве коммутирующих элементов, нагрузки 40-42, оптроны 43-45, светодиоды 46-51, фотодиоды 52-54, усилительные транзисторы 55-57, шунтирующие тиристоры

58«60.

Схема 12 отключения выходных нап 0 ряжений содержит узел 61 отключения

I выходных напряжений при пропадании напряжения питания, узел 62 включения тиристоров, светодиод 63 и шины

64 и 65 питания.

Узел 61 включает выпрямительные

15 диоды 66-69, подключенные к обмотке трансформатора 5, ограничительные резисторы 70 и 71, транзистор 72, развязывающий диод 73 и RC-цепочку, 20 содержащую резистор 74 и конденсатор 75.

Узел 62 содержит фототранзисторы

76"78, подключенные коллекторами к плюсовой шине 65 питания, а эмиттера25 ми — к управляющему электроду тиристора 79, анод которого через первичную обмотку 80 управляющего трансформатора соединен с шиной 65 питания, а катод подключен к шине 64 питания ° Вторичные обмотки 80.1, 30

80.2 и 80.3 управляющего трансформатора одними концами подключены соответственно к шинам 16, 18 и 20 питания, а другими концами — к управляющим электродам тиристоров 58-60 ста- 35 билизаторов 1-3.

Фототранэисторы 76-78 схемы 12 отключения выходных напряжений оптически связаны с соответствующими светодиодами 46-48. Светодиод 63 схемы 40

12 отключения выходных напряжений оптически связан с фотодиодом 52 стабилизатора I светодиод 48 стабилизатора 1 оптически связан с фотодиодом

53 стабилизатора 2, светодиод 50 стабилизатора 2 оптически связан с фотодиодом 54 стабилизатора 3. Светодиод 51 стабилизатора 3 служит для подключения очередного стабилизатора (не показан). 50

Устройство 4 для отключения напряжения питания состоит из операционного усилителя 81, RC-триггера 82, транзистора 83 и диода 84 и входит . в преобразователь 85 напряжения., со5S держащий выпрямитель 86, схему 87 запуска, конденсаторы 88 и 89, транзисторы 90 и 91, шунтирующие диоды

92 и 93,диоды 94 и 95, дроссель 96 насыщения,, выходной трансформатор 97 и ограничительные резисторы 98-102.

Схема 87 запуска содержит однопереходной транзистор 103, зарядный конденсатор 104, разделительный конденсатор 105 и ограничительные резис(торы 106-108.

Многоканальный источник питания работает следующим образом.

Напряжение сети, поданное на входные клеммы выпрямителя 86, выпрямляется и подается на схему 87 запуска через ограничительный резистор 106> заряжая конденсатор 104.

После достижения на эмиттере транзистора напряжения открывания он пробивается и напряжение с конденсатора 104 в виде кратковременного импульса поступает через открытый транзистор 103 и конденсатор 105 на базу транзистора 91. Преобразователь

85 начинает работать, выдавая напряжение на трансформаторы 5=8.

Напряжение с трансформатора 5 через выпрямительные диоды 66 и 67 и ограничительный резистор 70 поступает на базу транзистора 72, открывая его. При .этом диод 73 своим анодом подключается через открытый транзистор 72 к шине 64 питания, тем самым отключая управляющий электрод тиристора 79 с подключенными к нему фототранзисторами 76-78 от узла 61 отключения выходных напряжений при пропадании напряжения питания.

Таким образом, тиристор 73 срабатывает только в том случае, если включается любой из фотореэисторов

76-78 (режим перегрузки).

Одновременно напряжение с трансформаторов 6-8 подается на выпрямители 9-11 стабилизаторов 1-3. Выпрямленное,напряжение с выпрямителей

9-1 1 поступает на коммутирующие элементы.31-79. Транзисторы 31-33 открываются и шунтируют выход источников

25-27 опорного напряжения, благода-, ря чему транзисторы 13-15 остаются закрытыми и напряжения на нагрузках

40-42 отсутствуют.

При достижении на шинах 64 и 65 питания номинальног о напряжения загорается светодиод 63, передавая сигнал на фотодиод 52 стабилизатора 1.

Транзистор 34 открывается и закрывает транзистор 31, и опорное напряже1109723 йие с источника 25 опорного напряжения через операционный усилитель

22 открывает транзистор 13, в резуль. тате чего на нагрузке 40 появляется напряжение. При достижении на шинах

16 номинального напряжения загорается светодиод 49, передавая сигнал на фотодиод 53 стабилизатора.

Сигнал от стабилизатора 2 на стабилизатор 3 и дальше передается ана- 10 логичным образом. Так обеспечивается поочередное включение всех стабилизаторов источника питания.

При перегрузке или.коротком замыкании по любому из каналов, например t5 по стабилизатору 3, падение напряжения на датчике 30 тока увеличивается, открывается транзистор 57,и через светодиод 48 и светодиод оптрона 45 потечет ток. При этом через фотоди- 20 од оптрона 45 сигнал о перегрузке или коротком замыкании передается на схему 4 отключения входного напряжения, в которой он усипивается опера ционным усилителем 31 и через RC- 25 триггер поступает на базу транзистора 83, открывая его, благодаря чему шунтируется обмотка дросселя 96 насыщения. Это приводит к подаче запирающего напряжения на базу транзисто-30 ра 91, блокируя работу преобразователя 85. Напряженйе на выходе преобразователя 85 пропадает. Одновременно сигнал со светодиода 48 поступает на фототранзистор 76 узла 62 включения тиристоров, транзистор 76 открывается, открывает . тиристор 79, на первичной и всех вторичных обмотках появляется напряжение, и все шунтирующие тиристоры 58-60 одновременно открываются. практически мгновенно (в течение нескольких микросекунд) разряжая все имеющиеся емкости как в стабилизаторах, так и у потребителей. А так как напряжение на всех светодиодах 49-51 и 62 пропадает транЭ эисторы 31-33 открываются, шунтируя выходы источников 25-27 опорного напряжения, и -транзисторы 13-15 закрываются.. Таким образом в многоканальном источнике питания срабатывает как-бы тройная защита.

Такое выполнение многоканального источника питания создает возможность его применения для питания устройств автоматики н вычислительной техники, выполненных как на дискретных элементах, так и с использованием мик.ропроцессоров, обеспечивая необходимое быстродействие и очередность включения и одновременность выключения стабилизаторов. Тройная система защиты обеспечивает высокую надежность работы стабилизатора. Наличие гальванической развязки позволяет путем соединения различных выходных клемм получать разнополярные соединения, обеспечивая возможность применения в раэличньм устройствах. Упрощается также конструкция многоканального источника питания. Простота его схемы позволяет легко устанавливать очередность включения стабили,— заторов, например простой коммутаци« ей оптических связей стабилизаторов, с помощью волоконной оптики.

)!09723

1109723 2М !

KgJ,ЮУ,У1 ® gp yp

Риг. У

Составитель Г.Мачавариани

Редактор А.Шишкина Техред Т.Иаточка Корректор М. Максимишинец

Заказ 6083/33 - Тираж 842 Подписное

ВНИИПИ Государетвенного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35 ° Рауаская наб. ° д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4