11. Схеми резервування джерел живлення

Наши партнеры ArtmMisto

Для резервування харчування відповідальних енергоспоживачів використовують паралельне з'єднання декількох джерел живлення, виключаючи при цьому взаємний вплив одного джерела на інший.
При пошкодженні або відключенні одного з декількох живильних пристроїв навантаження автоматично і без розриву ланцюга харчування підключиться до джерела живлення, напруга якого вище за інших. Зазвичай в ланцюгах постійного струму для поділу живлять ланцюгів використовують напівпровідникові діоди. Ці діоди перешкоджають впливу одного джерела живлення на інше. У той же час на цих діодах нераціонально витрачається деяка частка енергії джерела живлення. У зв'язку з цим в схемах резервування варто використовувати діоди з мінімальним падінням напруги на переході. Зазвичай це германієві діоди.
В першу чергу харчування на навантаження подають з основного джерела, що має зазвичай (для реалізації функції самопереключенія на резервне живлення) більш висока напруга. В якості такого джерела найчастіше використовують мережевої напруги (через блок живлення). Як джерело резервного живлення зазвичай використовують батарею або акумулятор, що мають напругу свідомо меншу, ніж у основного джерела живлення.
Найпростіші і очевидні схеми резервування джерел постійного струму показані на рис. 10.1 і 10.2. Подібним чином можна підключити необмежену кількість джерел живлення до відповідального радіоелектронного обладнання.
Схема резервування джерел живлення (рис. 10.2) відрізняється тим, що роль діодів, які поділяють джерела живлення, виконують світлодіоди. Світіння світлодіода відображає задіяний джерело живлення (зазвичай має більш високу напругу). Недоліком подібного схемного рішення є те, що максимальний струм, споживаний навантаженням, невеликий і неперевищує максимально допустимого прямого струму через світло-діод.

Мал. 10.1. Основна схема резервування джерел живлення

Мал. 10.2. Схема резервування джерел живлення з використанням світлодіодів

Мал. 10.3. Схема резервування джерела живлення охоронного пристрою

Крім того, на світлодіоді падає близько двох вольт, необхідних для його роботи. Світлова індикація нестійка при несуттєвою різниці напруг харчування.
Схема авторезервування джерела живлення для відповідального обладнання - охоронного пристрою [10.1, 10.2] - приведена на рис. 10.3. На схемі умовно показаний основний - мережевий джерело живлення. На його виході - навантаженні RH і конденсаторі С2 - формується стабільне напруга 12 6 або більше! Батарея резервного живлення GB1 підключена до опору навантаження через ланцюжок діодів VD1 і VD2. Оскільки різниця напруги на цих діодах мінімальна, струм через діоди в навантаження не протікає. Однак, варто відключитися основному
джерела напруги живлення, як діоди відкриються. Таким чином харчування подається на навантаження без перебоїв.
Світлодіод HL1 відображає справний стан резервного джерела живлення, а діод VD2 не допускає харчування светодіо-да від джерела основного харчування.
Схему можна змінити таким чином, щоб два светодіо-да незалежно один від одного відображати робочий стан обох джерел живлення. Для цього достатньо схему (рис. 10.3) доповнити елементами індикації.
Пристрій для автоматичного включення резервної батареї живлення описано в патенті НДР № 271600 [10.3], а його схема показана на рис. 10.4.

Мал. 10.4. Схема пристрою для автоматичного включення резервної батареї живлення

У вихідному (штатному) режимі струм від джерела основного харчування Еа через світлодіод-індикатор струму навантаження надходить в навантаження. Транзистор VT1 відкритий, транзистор VT2 закритий, резервна батарея харчування Еь відключена. Як тільки відбудеться відключення основного джерела живлення, світлодіод HL1 згасне, закриється транзистор VT1 і, відповідно, відкриється транзистор VT2. Батарея Еь підключиться до навантаження.
Недоліком пристрою є те, що максимальний струм через навантаження не може перевищувати максимально допустимого струму через світлодіод. Крім того, на самому светодиоде втрачається до 2 В. Якщо пожертвувати функцією індикації і замінити світлодіод на германієвого діод, розрахований на підвищений струм, це обмеження зніметься.
Для нормальної роботи телефонних автоматичних визначників номера (АВН) необхідною умовою є
використання резервного джерела живлення. Схема одного з них [10.4] показана на рис. 10.5.
Коли джерело живлення включають в мережу, спрацьовує реле К1, яке одночасно є датчиком розряду акумулятора GB1. Через резистор R2 протікає зарядний струм 5 ... 10 мА. При відключенні напруги пристрій живиться від акумулятора GB1, однак, якщо напруга на акумуляторі впаде нижче 6,5 В, реле відключиться. Контакти реле розімкнений ланцюг харчування і захистять таким чином акумулятор від подальшого розряду.

Мал. 10.5. Схема автоматичного включення резервного джерела живлення для АОНа

Акумуляторна батарея складається з шести елементів Д-0,55. Її ресурсу вистачає для автономної роботи телефону протягом години.
У схемі використано реле РЕЗ-64А РС4.569.724.
Налагоджують пристрій підбором резистора R1, яким встановлюють напругу відпускання реле К1. Підбором R2 встановлюють величину зарядного струму. Для виключення перезарядження акумулятора рекомендується знизити величину зарядного струму до 0,2 мА.
Автоматичний переклад харчування навантаження, наприклад, радіоприймача, на резервне батарейне харчування при відключенні мережевого джерела живлення дозволяє здійснити пристрій за схемою на рис. 10.6 [10.5]. Режим роботи пристрою відображається свіченням світлодіода: зелений колір - робота в штатному режимі; червоний - в аварійному (на батареях).
Особливістю індикатора є те, що при роботі від батареї її розряд через підключений основний блок живлення виключений за рахунок використання діода в ланцюзі затвора польового транзистора.
Для того щоб при роботі пристрою від блоку живлення не відбувалася підживлення навантаження від батареї, вихідна напруга блоку живлення має на 0, 7 ... 0, 8 В перевищувати напругу батареї.

Мал. 10.6. Схема автоматичного перемикання навантаження на резервне живлення з індикацією

Мал. 10.7. Схема автоматичного комутатора харчування

Подальшим розвитком попереднього пристрою є автоматичний комутатор харчування (рис. 10.7) [10.6]. Пристрій призначений для установки в будь-носяться і переносні пристрої (приймачі, плеєри, магнітофони), що мають внутрішні джерела живлення. Автоматичний комутатор харчування дозволяє автоматично переходити від внутрішнього до зовнішнього харчування і назад.
У початковому стані, коли зовнішнє джерело живлення відключений, реле К1 знеструмлено, і через його нормально замкнуті контакти напруга подається з батареї GB1 на навантаження RH і через діод VD1 на нижній за схемою (червоний) діод HL1. При підключенні зовнішнього джерела живлення реле К1 спрацьовує, його контакти К1.1 встановлюються в нижнє за схемою становище, і харчування на навантаження подається від зовнішнього джерела. Так як на анод верхнього за схемою діода HL1 (зеленого кольору) подається напруга на 2 В більше, ніж на анод нижнього діода HL1 (червоного кольору), двоколірний двуханодний світлодіод HL1 світиться зеленим кольором, вказуючи на режим роботи від мережі. При пропажі напруги обмотка реле К1 знеструмлюється, і навантаження автоматично перемикається на роботу від батареї GB1. Про це сигналізує індикатор HL1, змінюючи колір світіння з зеленого на червоний. Діод VD1 слід взяти типу КД503, КД521 або КД510. Падіння напруги на ньому в прямому включенні повинно бути не менше 0,7 Б.-Тоді при світінні зеленого світлодіода не підсвічуватиметься червоний.
Резистором R2 встановлюють струм через HL1, рівний 20 мА. Реле К1 типу РЕЗ-15 (паспорт РС4.591.005) або інше з робочою напругою не більше 5 В. Зазвичай спрацьовування реле відбувається при напрузі, на 30 ... 40% меншому його робочої напруги.
Під час налаштування пристрою резистор R1 підбирають такої величини, щоб реле К1 надійно спрацьовувало при напрузі 4 В. При використанні реле К1 інших типів з напругою спрацьовування, близьким до 4,5 В, резистор R1 можна виключити.
При мережевому живленні електронно-механічних годинників спостерігається неприємний ефект: при відключенні мережевої напруги відбувається зупинка ходу годинника.
Більш надійними і зручними в експлуатації є комбіновані блоки живлення - мережеві блоки живлення в поєднанні з нікель-кадмієвих акумуляторами Д-0,1 або Д-0125 (рис. 10.8) [10.7].
Тут конденсатори С1 і С2 виконують функцію баластних реактивних елементів, що гасять надлишкова напруга мережі. Резистор R2 служить для розрядки конденсаторів С1 і С2 при відключенні пристрою від мережі.
Якщо контакти вимикача SA1 замкнуті, то при негативній напівхвиль мережевої напруги на верхньому (за схемою) дроті діод VD2 відкриється, і через нього будуть заряджатися конденсатори С1 і С2. При позитивних же напівхвилях конденсатори стануть перезаряджатися, струм потече, в першу чергу, через відкритий діод VD3 і почне зарядити акумулятор GB1 і конденсатор СЗ. Напруга на повністю зарядженому акумуляторі буде не менше 1,35 В, на світлодіоді HL1 - близько 2 В. Тому світлодіод почне відкриватися і тим самим обмежувати зарядний струм акумулятора. Отже, акумулятор постійно буде в зарядженому стані.

Мал. 10.8. Комбінований блок живлення електронно-механічних годинників

При наявності напруги в мережі годинник живляться від неї під час позитивних напівперіодів, а під час негативних напівперіодів - енергією, запасеної акумулятором GB1 і конденсатором СЗ. При пропажі напруги джерелом харчування стає акумулятор.
Освітлення циферблата включають відстань між контактами вимикача SA1. У цьому випадку струм зарядки і розрядки конденсаторів С1 і С2 протікає через нитки напруження ламп EL1 і EL2, і вони починають світитися. А раніше замкнений двуханодний стабілітрон VD1 тепер виконує дві функції: обмежує напругу на лампах до значення, при якому вони світяться з невеликим недокалом, а в разі перегоряння нитки розжарення однієї з ламп пропускає через себе зарядно-розрядний струм конденсаторів, що запобігає порушенню роботи блоку живлення в цілому.
Двуханодний стабілітрон VD1 типу КС213Б можна замінити на два включених зустрічно-послідовно стабилитрона Д814Д, КС213Ж, КС512А. Світлодіод HL1 - АЛ341 з прямим падінням напруги при струмі 10 мА - 1,9 ... 2,1 В. Лампи розжарювання EL1 і EL2 типу СМН6,3-20 (на напругу 6,3 В і струм і м / ч; або аналогічні, корпус вимикача SA1 повинен бути надійно ізольований від мережі.
У блоці живлення для електронного годинника (рис. 10.9) гасіння надлишкового напруги здійснюється резисторами R1 і R2 [10.8]. Це не саме економічне рішення проблеми, але при малих токах споживання цілком виправдано. Крім того, при випадковому торканні виходу випрямляча максимальний струм через тіло людини не досягне небезпечних значень (не більше 4 мА), оскільки величина обмежують струм резисторів досить велика.

Мал. 10.9. Схема резервованого харчування електронного годинника

З виходу стабілізатора (аналога стабілітрона і, одночасно, індикатора включення - світлодіода HL1) напруга живлення через германієвий діод VD5 подається на електронний годинник. У разі відключення напруги годинник отримують живлення від батареї GB1, при наявності напруги струм випрямляча заряджає елемент живлення. У схемі не використаний конденсатор фільтра. Роль конденсатора фільтра великої ємності виконує сам елемент живлення.
Електронно-механічний годинник зазвичай живлять від одного гальванічного елемента напругою 1,5 В. Пропонований джерело безперебійного живлення (рис. 10.10) для кварцових електронно-механічних годинників виробляє напругу 1,4 В при середньому струмі навантаження 1 мА [10.9]. Напруга, що знімається з ємнісного дільника С1 і С2, випрямляє вузол на елементах VD1, VD2, СЗ. Без навантаження напруга на конденсаторі СЗ не перевищує 12 В.
Розглянуті раніше пристрої автоматичного переходу на резервне живлення в разі відключення основного джерела використовували в якості базового (основного) джерело постійного струму. Менш відомі схеми резервування пристроїв, що працюють на змінному струмі. Схема одного з них, здатного працювати в ланцюгах як постійного, так і змінного струму приведена нижче [10.10].

Мал. 10.10. Схема низьковольтного джерела безперебійного живлення

Мал. 10.11. Схема включення джерела резервного живлення з гальванічною розв'язкою й

Схема включення джерела резервного живлення з гальванічною розв'язкою (ІР / 7) живиться від джерела сигналу (рис. 10.11), споживаючи при цьому мінімальний струм (частки мА). Керуючий сигнал надходить на резистивний дільник R1, R2. Стабілітрон VD6 і діоди VD1 - VD5 захищають вхід пристрою від перенапруги і неправильного підключення полярності. ІР / 7 відключений контактами реле К1.1. Напруга, що знімається з резистора R2 і стабілітрон VD6, надходить через діод VD5 на електролітичний конденсатор С1 великої місткості. Цей конденсатор при першому включенні пристрою заряджається до 9 ... 10 В за 2 .. .3 хвилини, після чого схема готова до роботи. Швидкість заряду і споживаний пристроєм струм визначаються резистором R1. Транзистор VT1 закритий падінням напруги на VD5.

Через діод VD7 і резистор R4 пристрій підключено до ІР / 7.
При відключенні напруги, що управляє перехід емітер - база вхідного транзистора пристрої паче не шунтируется. Транзистори VT1 ​​і VT2 відкриваються. Конденсатор С1 розряджається через реле К1 і транзистор VT2. Контакти К1.1 реле замикаються, включаючи ІРП. Харчування на схему надходить від ІРП. Одночасно контакти реле К1.2 можуть керувати іншою навантаженням. Якщо на вході пристрою знову з'являється напруга, що управляє, транзистор VT1 закривається. Відповідно, замикається і транзистор VT2. Реле К1 знеструмлюється, відключаючи своїми контактами К1.1 ІРП. Напруга на конденсаторі С1 зберігається на рівні 9 ... 10 Б, і схема переходить в режим очікування роботи.