Устройство питания и защиты электрической нагрузки

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при построении систем бесперебойного электроснабжения, а также иных, например, автономных систем электроснабжения постоянного тока. Устройство содержит входные 1, 2 и выходные 3, 4 выводы, к входным выводам подключены последовательная цепь из зарядной цепи 5 и конденсатора 6 и измерительный орган напряжения 7, выходом подключенный к входу двухпорогового компаратора 8, состоящего из пороговых элементов максимального 9 и минимального 10 уровней и логического элемента ИЛИ 11. Выход компаратора соединен с входом узла управления 12, выходы которого связаны с управляющими переходами силовых ключей 13 и 14.

Наличие двухпорогового компаратора позволяет устройству реагировать на выход напряжения питания за допустимые нормы. Коммутация силовых ключей по сигналу компаратора переключает нагрузку на питание от конденсатора, тем самым эффективно защищая ее от краткосрочных провалов напряжения питания и перенапряжений.

1 н.п. ф-лы.

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при построении систем бесперебойного электроснабжения, а также иных, например, автономных систем электроснабжения постоянного тока.

Известно устройство питания электрической нагрузки [1], содержащее силовой ключ, подключающий нагрузку к источнику питания, дополнительный ключ и накопительный конденсатор, заряжаемый через зарядную цепь. Коммутация ключей осуществляется соответствующей схемой управления. Если параметры входного напряжения находится в допустимых пределах, силовой ключ открыт, а дополнительный ключ закрыт, и нагрузка нормально получает энергию от источника питания. Накопительный конденсатор заряжается через зарядную цепь.

Если по тем или иным причинам имеет место краткосрочный перебой в работе источника питания, или его выходное напряжение провалится ниже определенного допустимого уровня, схема управления размыкает силовой ключ и замыкает дополнительный. Нагрузка отключается от источника питания и через дополнительный ключ подключается к накопительному конденсатору, обеспечивающего ее функционирование до восстановления нормальной работы источника питания. При восстановлении входного напряжения силовой и дополнительный ключи переключаются в исходное положение, нагрузка снова подсоединятся к источнику питания, а накопительный конденсатор начинает подзаряжаться. Если продолжительность провала входного напряжения меньше времени разряда конденсатора ниже некоего критичного для нормального функционирования нагрузки уровня, схема работает как источник бесперебойного электроснабжения. Таким образом, можно считать, что устройство защищает нагрузку от кратковременных перебоев в работе источника питания и провалов его выходного напряжения.

Недостатком известного устройства являются его ограниченные функциональные возможности, что выражается в неспособности защиты нагрузки от перенапряжений в цепях питания.

Данное устройство по своей технической сущности является наиболее близким к описываемой полезной модели.

Техническим результатом, достигаемым при использовании полезной модели, является расширение функциональных возможностей устройства с одновременным повышением качества электропитания потребителей за счет введения в него функции ограничения выходного напряжения при входных перенапряжениях.

Технический результат достигается за счет того, что устройство питания электрической нагрузки, содержит подключенные к входным выводам измерительный орган напряжения и цепь, состоящую из последовательно соединенных зарядной цепи и конденсатора, двухпороговый компаратор, входом подключенный к выходу измерительного органа напряжения, узел управления, входом подключенный к выходу компаратора, и два силовых ключа, управляющие входы которых связаны с выходами узла управления, при этом силовой переход одного из ключей и конденсатор образуют последовательную цепь, подключенную к выходным выводам, а силовой переход второго силового ключа включен в одну из линий, объединяющих одноименные входные и выходные выводы.

На чертеже фиг.1 приведена схема полезной модели.

Устройство содержит входные 1, 2 и выходные 3, 4 выводы, к входным выводам подключены последовательная цепь из зарядной цепи 5 и конденсатора 6 и измерительный орган напряжения 7, выходом подключенный к входу двухпорогового компаратора 8, состоящего из пороговых элементов максимального 9 и минимального 10 уровней и логического элемента ИЛИ 11. Выход компаратора соединен с входом узла управления 12, выходы которого связаны с управляющими переходами силовых ключей 13 и 14.

Устройство работает следующим образом.

К входным выводам 1 и 2 устройства подается напряжение от внешнего источника питания, выходные выводы 3 и 4 подключаются к нагрузке (потребителю электроэнергии).

Если напряжение питания находится в допустимых пределах, выходной сигнал измерительного органа напряжения 7 имеет уровень между порогами срабатывания пороговых элементов 9 и 10 компаратора 8. Выходные сигналы пороговых элементов не активны, и на выходе логического элемента ИЛИ 11, а, следовательно, и на выходе компаратора 8, имеет место сигнал, в соответствии с которым узел управления 12 держит силовой ключ 13 открытым, а силовой ключ 14 - закрытым. Нагрузка подключена к источнику электроэнергии и нормально работает. Конденсатор 6 заряжается через зарядное устройство 5.

При выходе напряжения питания, например, выше допустимого предела (перенапряжение) выходной сигнал измерительного органа напряжения 7 превышает уровень срабатывания порогового элемента 9, его выходной сигнал становится активным, и компаратор 8 переключается. Узел управления 12 снимает отпирающий сигнал с силового ключа 13 и открывает силовой ключ 14. Потребитель отключается от источника питания и подключается к предварительно заряженному конденсатору 6, начинающего снабжать его электроэнергией. Максимальное напряжение на конденсаторе не должно превышать максимально допустимого значения напряжения питания и контролируется цепью заряда. Если продолжительность действия перенапряжения не превышает времени разряда конденсатора 6 ниже допустимого для нормального функционирования нагрузки уровня, то при возвращении напряжения питания на входных выводах 1 и 2 в норму, компаратор 8 переключается в исходное положение. Силовой ключ 13 замыкается и подключает нагрузку к источнику питания, а силовой ключ 14 размыкается, и конденсатор 6 начинает подзаряжаться через зарядную цепь 5.

Аналогичные процессы протекают в схеме при провалах входного напряжения ниже допустимого уровня. В этом случае переключения инициирует входящий в состав компаратора 8 пороговый элемент минимального уровня 10.

Наличие логического элемента ИЛИ 11 делает схему индифферентной к источнику инициирующего сигнала - порогового элемента минимального или максимального уровней.

Таким образом, устройство эффективно защищает подключенную к его выходным выводам нагрузку от кратковременных флюктуации (перенапряжений или провалов) напряжения питания, обеспечивая тем самым ее бесперебойную работоспособность и надежность функционирования.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:

1. В.Жданкин "Модуль поддержания напряжения уменьшает емкость буферного конденсатора на 80%" - Силовая электроника 1 (29), 2011.

Устройство питания электрической нагрузки, содержащее подключенные к входным выводам измерительный орган напряжения и цепь, состоящую из последовательно соединенных зарядной цепи и конденсатора, двухпороговый компаратор, входом подключенный к выходу измерительного органа напряжения, узел управления, входом подключенный к выходу компаратора, и два силовых ключа, управляющие входы которых связаны с выходами узла управления, при этом силовой переход одного из ключей и конденсатор образуют последовательную цепь, подключенную к выходным выводам, а силовой переход второго силового ключа включен в одну из линий, объединяющих одноименные входные и выходные выводы.