Источник питания

Источник питания, состоящий из пластмассового корпуса, на котором находятся плюсовая и минусовая клеммы и выключатель питания. В устройстве встроена аккумуляторная батарея 4 B (Li-Ion), при этом клеммы аккумулятора связаны с клеммами на корпусе посредствам соединительных проводов, при этом в цепь включен ограничительный резистор. При минимальных размерах устройства и минимуме деталей разработан источник питания, имеющий защиту от короткого замыкания и перегрузок.

Изобретение относится к источнику питания для уроков физики. Предназначено для обеспечения питанием электрических схем, изучаемых на уроках физики с 8-го по 11-й классы в общеобразовательных школах, а также в профессиональных учебных заведениях.

При небольшом изменении разъемных соединений источника, возможно его применение в детских игрушках, в радио конструкторах, зарядке сотовых аккумуляторов и т.д.

Сфера применения источника очень широка.

Наиболее близким аналогом является патент на полезную модель RU 103957 U1, опубл. 27.04.2011, в котором раскрыто демонстрационная система для изучения физических явлений "Универсал".

Известное устройство является многофункциональным, по назначению не совпадающим, с заявленным. Недостатками данного устройства является:

Зависимость от электрической сети 220 v. Источник "Универсал" преобразует 220v во вторичное напряжение, необходимое для демонстрации опытов и проведения лабораторных работ по физике, в то время как предлагаемый источник требует подзарядки один раз в месяц при использовании его в школе с количеством обучающихся в 1000 человек.

Отсутствует защита от перегрузок и короткого замыкания. "Универсал" представляет собой более сложно устройство. "Универсал" по себестоимости является более дорогим устройством. У известного устройства высокая масса, он значительно тяжелее предлагаемого источника (5 кг против 37 грамм).

Источник "Универсал" имеет большие размеры по сравнению с заявленным источником (400×270×120 мм против 50×50×15 мм). Кроме того, известный источник сложно изготовить.

Наиболее близким аналогом является «Простой лабораторный источник питания» Автор: С.МУРАЛЕВ, г. Димитровград Ульяновской обл. (http://vicgain.sdot.m/blokpit/blokpit5.htinm), его недостатки относительно заявленного устройства заключаются в следующем. Для него нужен источник переменного напряжения 27 вольт, у него сложная принципиальная схема, он состоит из большого количества деталей и, соответственно, у него высокая цена. Для его изготовления требуется сложное промышленное оборудование, что также увеличивает цену на готовое изделие. Масса и габарита больше, чем у предлагаемого источника.

Задачей полезной модели является устранение недостатков известных источников питания, в том числе и прототипа.

Технический результат - при минимальных размерах устройства и минимуме деталей разработан источник питания, имеющий защиту от короткого замыкания и перегрузок.

Технический результат достигается за счет источник питания, который состоит из пластмассового корпуса, на котором находятся плюсовая и минусовая клеммы и выключатель питания. В устройстве встроена аккумуляторная батарея 4 В (Li-Ion). Клеммы аккумулятора связаны с клеммами на корпусе посредствам соединительных проводов. В цепь включен ограничительный резистор и микроконтроллер.

Применение современных разработок и их сочетание, которое не применялось ранее в оборудовании для образовательных учреждений, позволяют добиться такого технического результата.

На фиг. 1 изображен источник питания.

На фиг. 2 изображена схема принципиальная электрическая

Ниже приведено описание элементов источника питания и их назначение. АКБ - литиевый аккумулятор 4 V.

R1 - 120 Ом ограничительный резистор.

C1 - 0,1 мкф - фильтр по питанию микроконтроллера.

U1 - DBA1 или аналог, мокроконтроллер схемы защиты и контроля

напряжения.

M1, М2 - двойной MOSFET транзистор.

В1 - KCD - 001 - выключатель в цепи индикации и выходных клемм.

R2 - 820 Ом - токоизмерительный резистор.

R3 - 470 Ом - ограничительный резистор цепи индикации.

Д1 - АЛ307 красный светодиод, индикатор наличия напряжения на

выходных клеммах.

К1 - выходная клемма подключения нагрузки +4 V.

К2 - выходная клемма подключения нагрузки - 4 V.

На фиг. 3 изображена развернутая схема микропроцессора (микроконтроллера).

Микроконтроллер состоит из: резистивного делителя, источника опорного напряжения, детектора перезарядки, детектора переразрядки, цепи генерации колебаний (генератора колебаний), логического делителя, логического контроллера.

На фиг. 4 изображена схема принципиальная электрическая 2

На фиг. 5 изображена блок-схема, поясняющая общий принцип работы источника питания.

Постоянное напряжение 4 V от АКБ поступает на схему контроля тока потребления нагрузкой, собранного на микропроцессоре VI DBA1 или аналогичном ему и транзисторного ключа V2 8205. Задача схемы контроля и отсечки состоит в том, чтобы следить за током потребления нагрузкой. Описание схемы контроллера ниже.

Далее, напряжение питания 4 V поступает через выключатель на выходные клеммы и на цепь индикации.

На фиг. 6 представлен чертеж источника со снятой крышкой.

1. Схема микроконтроллера.

2. Минусовая клемма АКБ.

3. Плюсовая клемма АКБ.

4. Ограничительный резистор.

5. Соединительный провод 1.

6. Клемма «+».

7. Выключатель питания.

8. Соединительный провод 2.

9. Клемма «-».

10. Светодиод-индикатор.

11. Соединительный провод 3.

12. Аккумуляторная батарея 4 В (Li-Ion).

Пояснения работы источника питания.

Напряжение питания от АКБ +4v через ограничительный резистор R1 120 Ом поступает на пятую ножку микроконтроллера U1-DBA1. Конденсатор C1 0,1 мкф - фильтр по питанию. 1 раз в секунду микроконтроллер измеряет напряжение на АКБ, сравнивая его с опорным. Эту функцию выполняют два детектора, встроенные внутри микросхемы, источник опорного напряжения и резистивная цепочка (развернутая схема контроллера). При включении В1 KCD-001 ток течет по цепи индикации: «+АКБ» R3 470 Ом анод - катод светодиода Д1, замкнутый В1 открытый двойной MOSFET транзистор 8205 «- АКБ». Цепь индикации сигнализирует, что на выходные клеммы К1 и К2 поступает напряжение 4v.

При подключении нагрузки (Rh) к этим клеммам, ток от АКБ течет по цепи: «+АКБ» Rh В1 открытый двойной транзистор 8205 «-АКБ». Микроконтроллер с помощью токоизмерительного резистора R2 820 Ом каждые 10 мс контролирует ток, протекающий по цепи нагрузки. При коротком замыкании в цепи нагрузки или повышении тока потребления более 3А происходит отсечка по затвору мощного двойного полевого транзистора 8205. Источник питания переходит в режим защиты. Чтобы схема снова перешла в рабочий режим, требуется снять короткое замыкание, выключить В1, включить В1. Контроллер вошел в исходное состояние, каждые 10 мс измеряя с помощью R2 ток, протекающий по цепи.

Источник питания имеет полную защиту, которая срабатывает при перегрузке или коротком замыкании в цепи. Использование источника на уроках физики облегчает работу учителю, лаборанту, детям. Источник питания легкий дешевый, имеет защиту от короткого замыкания и перегрузки, не требует понижающего сетевого мощного дорогостоящего трансформатора.

Источник питания, состоящий из пластмассового корпуса, на котором находятся плюсовая и минусовая клеммы и выключатель питания, отличающийся тем, что в нем встроена аккумуляторная батарея 4В (Li-Ion), при этом клеммы аккумулятора связаны с клеммами на корпусе посредством соединительных проводов, при этом в цепь включен ограничительный резистор и микроконтроллер.