Пристрій для буферування постійної напруги на виході працюючого від мережі блока живлення

1. Пристрій для буферування постійної напруги (Uвих) на виході працюючого від мережі блока живлення, що містить щонайменше одну буферну батарею (3), зокрема заряджуваний від блока живлення (2) акумулятор, який відрізняється тим, що він містить блок управління (4), який під'єднує буферну батарею (3) до споживача енергії, якщо дійсне значення вихідної постійної напруги (Uвих) менше від заданого мінімального значення (Uвих.мін.) і формує заданий проміжок часу буферування (tm) і циклічно знову від'єднує батарею (3) після його закінчення. 2. Пристрій згідно з п. 1, який відрізняється тим, що блоком управління (4) проміжки часу буферування (tm) більше не генеруються і батарея (3) більше не від'єднується, якщо після її під'єднання дійсне значення вихідної постійної напруги (Uвих) C2 (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ БУФЕРУВАННЯ ПОСТІЙНОЇ НАПРУГИ НА ВИХОДІ ПРАЦЮЮЧОГО ВІД МЕРЕЖІ БЛОКА ЖИВЛЕННЯ 41464 рею акумуляторів від джерела постійного струму, щоб можна було виміряти напругу на ній. Коли буде встановлено, що батарея повністю заряджена, зарядний струм зменшується. У порівнянні з цим в основі винаходу лежить задача розробки більш універсального пристрою для буферування постійної напруги на виході блоку живлення, який може, по-перше, бути виконаний без великих витрат і, по-друге, власне у випадку виходу з ладу енергоживлення або, відповідно, в разі перевантаження блоку живлення на стороні виходу забезпечує буферування вихідної постійної напруги. Ця задача вирішується згідно з винаходом тим, що пристрій для буферування постійної напруги на виході працюючого від мережі блоку живлення, що містить, щонайменше, одну буферну батарею, зокрема, заряджуваний від блоку живлення акумулятор, містить блок управління, який приєднує буферну батарею до споживача енергії, якщо дійсне значення вихідної постійної напруги менше від заданого мінімального значення, формує заданий проміжок часу буферування і циклічно знову від'єднує батарею після його закінчення. Подальші доцільні форми виконання цього пристрою вказані в залежних пунктах формули винаходу. Винахід пояснюється нижче більш докладно за допомогою наведених на фігурах прикладах виконання. При цьому на фіг. зображено: Фіг. 1 блок-схема пристрою, що відповідає винаходові, Фіг. 2а і 2b: характеристики суттєвих напруг пристрою, що відповідає винаходові під час процесу буферування на прикладі блоку живлення, який має внутрішнє допоміжне живлення напругою для регулятора вихідної постійної напруги, і Фіг. 3а, 3b і 3с: характеристики суттєвих напруг пристрою, що відповідає винаходові під час процесу буферування на прикладі блоку живлення, який має накопичувальний конденсатор для допоміжного живлення напругою для запуску регулятора вихідної постійної напруги. Буферний пристрій 1 згідно з винаходом слугує для буферування вихідної напруги Uвих на виході блоку живлення 2. Він живиться, у прикладі Фіг. 1, від електричної мережі змінною напругою Uмер, так що блок живлення 2 являє собою так званий модуль перетворювача змінного струму в постійний струм (AC/DC). У іншій, не наданій формі виконання блок живлення може живитися також від мережі постійної напруги. Пристрій, що відповідає винаходові, містить, щонайменше, одну буферну батарею 3. При цьому може іти мова про акумулятор, що сам заряджається через блок живлення 2. У цьому випадку є додаткові засоби для упорядкованого заряду акумулятора, які викликають, наприклад, обмеження зарядного струму. Заради наочності вони на Фіг. 1 не наведені, і можуть бути також умонтовані в наявний блок управління 4. Згідно з винаходом, блок управління 4 приєднує буферну батарею 3, якщо дійсне значення постійної напруги Uвих, підведене до блоку управління вимірювальними лініями 5, є меншим, ніж задане мінімальне значення Uвих.мін.. Це порівняння провадиться блоком управління 4. Якщо це порів няння закінчується позитивно, тобто повинна починатися підтримка вихідної постійної напруги Uвих, то приєднується батарея 3 за рахунок відкривання електронного перемикального елемента 6 сигналом, який через лінію зв'язку 7 передається від блока управління 4. Тоді вихідна постійна напруга Uвих підтримується батареєю і приймає значення напруги Uбат, яка є в розпорядженні батареї. Одночасно з приєднанням батареї 3 у блоці управління генерується заданий проміжок часу буферування tm. Переважно тривалість проміжку часу буферування обирається короткою, краще, порядку декількох секунд, наприклад, із значенням tm=1 сек. Після закінчення проміжку часу буферування буферна батарея 3, спочатку примусово, знову від'єднується. Якщо після цього вихідна постійна напруга знову зменшується нижче заданого мінімального значення Uвих.мін., то встановлюється послідовність подібних циклів приєднання і від'єднання доти, поки, внаслідок відновлення вихідної постійної напруги Uвих, більше не виникають відхилення нижче заданого мінімального значення Uвих.мін. вихідної постійної напруги й, отже, більше не генеруються ніякі подальші цикли приєднання батареї. Відновлення вихідної постійної напруги Uвих може бути викликане, наприклад, за рахунок відновлення електричної мережі або зникнення причини короткого замикання всередині блоку живлення. У практичному прикладі значення безпосередньо контрольованої вихідної постійної напруги Uвих блоку живлення 2 становить 24 В постійного струму. У цьому випадку переважне мінімальне значення Uвих.мін. може задаватися до 23 В постійного струму. Якщо в такий спосіб значення вихідної постійної напруги Uвих з якої-небудь причини спадає на 1 В нижче 23 В, то пристрій буферування 1 практично відразу електронно приєднує попередньо заряджену батарею 3 на вихід. Мінімальна напруга, що подається з виходу до споживача, таким чином, практично не падає нижче заданого мінімального значення напруги 23 В постійного струму, що лежить ще значно вище припустимої межі для зниженої напруги, яка становить приблизно 18,5 В. Доцільним є використання буферної батареї 3, яка має напругу холостого ходу Uбат, більшу від номінального значення Uвих.ном. постійної напруги Uвих. При номінальному значенні +24 В для вихідної постійної напруги Uвих блоку живлення 2 ця умова виконується, наприклад, буферною батареєю з напругою холостого ходу порядку 27,3 В. Можливе відновлення вихідної напруги блоку живлення може бути розпізнано таким чином, що, згідно з винаходом, батарею 3 циклічно від'єднують буферним пристроєм 1 після закінчення кожного проміжку часу буферування tm, які, переважно, мають тривалість порядку 1 секунди. У подібній паузі між двома проміжками часу буферування tm вимірюють дійсне значення прикладеної до споживача постійної напруги Uвих. Якщо блок живлення ще не надає ніякої напруги, то значення вихідної постійної напруги Uвих, яка має напругу батареї, під час фази від'єднання протягом стислого часу буде спадати до заданого мінімального значення напруги, наприклад, 23 В постійного струму. Пристрій буферування 1 тоді знову автоматично ппри 2 41464 єднує батарею до споживача і проходить наступний проміжок часу буферування tm. Якщо ж, навпаки, вихідна напруга блоку живлення під час проходження проміжку часу буферування tm відновлюється, то після від'єднання батареї з проходженням проміжку часу буферування мінімальне значення напруги Uвих.мін. більше не переходить за нижній граничний рівень. Вихідна напруга Uвих, як правило, тоді стабільно утримується блоком живлення на рівні номінального значення Uвих.ном., батарея більше не приєднується і, при необхідності, знову заряджається від блоку живлення 2. Пристрій, згідно з винаходом, є цілком працездатним також тоді, коли відсутність вихідної постійної напруги блоку живлення була обумовлена відсутністю вхідної змінної напруги. У цьому випадку регулятор усередині блоку живлення, який у нормальному режимі має задачу підтримувати вихідну напругу постійною, після відновлення вхідної змінної напруги під час паузи після проходження проміжку часу буферування tm визначає дійсне значення вихідної постійної напруги Uвих, яка лежить нижче заданого значення. Тоді подібний регульований блок живлення при відновленні вхідної змінної напруги автоматично знову запускається. У багатьох випадках працюючий від мережі блок живлення 2 містить конденсатор на виході постійної напруги, який під час проміжку часу буферування tm заряджається від буферної батареї 3. Під час паузи після проходження проміжку часу буферування tm він розряджається, згідно з рівнянням Q=I´t=С´U, зі швидкістю du/dt=Івих/С. Таким чином, при відсутності вихідної постійної напруги Uвих на виході блоку живлення буферована напруга Uвих після проходження проміжків часу буферування, які проходять циклічно, не відразу різко спадає, а спадає з певною сталою часу до заданого мінімального значення Uвих.мін.. Це має перевагу, що паузи між проміжками часу буферування не стають занадто короткими, і споживач, за певних обставин, не зазнає неприпустимих комутаційних піків. Без пристрою, згідно з винаходом, не можна просто визначити, чим подається вихідна постійна напруга, що має значення, зокрема, в області поблизу номінального значення - блоком живлення, який став знову активним, чи приєднаною батареєю. Пристрій при цьому має перевагу, що відновлення вихідної постійної напруги блоку живлення може ефективно розпізнаватися без великих витрат. Батарея, таким чином, після усунення несправності може швидко знову від'єднуватися від споживачів і не розряджається без необхідності. За рахунок винаходу не потрібно передбачати, наприклад, діод у вихідному ланцюзі для реєстрації постійної напруги. Зв'язані з цим недоліки виникнення падіння напруги в прямому напрямку, високої потужності втрат і необхідності великих площ для тепловідводів можуть відпадати. Пристрій, згідно з винаходом, має іншу перевагу, що не потрібні ніякі, пов'язані з витратами, і потребуючі багато місця заходи для прямого визначення живильної напруги на вході блоку живлення. У випадку винаходу споживачі, як при відмові живильної вхідної напруги, так і при відмові блоку живлення, і далі постачаються енергією, тому що контролюється суттєва для споживачів ви хідна постійна напруга блоку живлення або, відповідно, вхідна напруга споживачів. Пристрій, згідно з винаходом, таким чином, може додатково приєднуватися до блоку живлення без необхідності втручання в його конструкцію. Пристрій, згідно з винаходом, має іншу перевагу, що також при тимчасових провалах вихідної постійної напруги блоку живлення, викликаних, наприклад, високими струмами вмикання споживачів, батарея приєднується автоматично як підтримка, як тільки напруга споживача спадає нижче встановленого мінімального значення, наприклад, 23 В. Винахід забезпечує, таким чином, майже безперервну передачу або підтримку вихідної постійної напруги у великій кількості випадків несправностей. Крім того, батарея, внаслідок відповідного винаходові примусового від'єднання, після проходження проміжку часу буферування у будьякому випадку може дуже швидко від'єднуватися після відновлення нормальних умов при вихідній постійній напрузі. За рахунок цього уникається, за певних обставин, тривала паралельна робота блоку живлення і батареї, яка у противному разі могла б припинятися тільки за рахунок поступового розряду батареї через більш тривалий час. Крім того, також у випадку коротких замикань споживачів, надається додатковий струм, тому що за рахунок контролю вихідної постійної напруги приєднання батареї відбувається кожного разу, коли ця напруга спадає нижче заданого мінімального значення. За рахунок цього встановлені з метою селективності перед споживачами автоматичні запобіжники можуть спрацьовувати швидше і надійніше. Переважно, струм батареї у цьому випадку обмежують за допомогою умонтованого в пристрій буферування обмежувача струму короткого замикання до певного значення - зазвичай 120 А для t=20 мс. Винахід пояснюється далі за допомогою двох, наведених на Фіг. 2а, 2b і 3а-3с, груп характеристик напруги. При цьому, щодо експлуатаційних характеристик, можуть принципово різнитися два типи блоку живлення 2. У випадку першого типу регулятор для підтримки сталості вихідної постійної напруги оснащений самостійною, внутрішньою і такою, що живиться від вхідної напруги мережі, допоміжною живильною напругою. Вона постійно підтримує регулятор у стані готовності, також, якщо актуальна вихідна напруга Uвих за рахунок приєднання батареї 3, лежить вище заданого значення Uвих.ном.. При відсутності вхідної напруги мережі регулятор є остаточно від'єднаним. У другому типі для запуску регулятора передбачене допоміжне живлення у вигляді накопичувального конденсатора, яким протягом певного часу подається допоміжна енергія. Після здійсненого запуску накопичувальний конденсатор заряджається через високоомний резистор, наприклад, від напруги мережі, і регулятор живиться через допоміжну обмотку головного трансформатора блоку живлення. Цей другий тип блоку живлення має недолік - при відсутності вхідної напруги для регулятора не має також ніякого стабільного енергоживлення. За рахунок цього у випадку, коли вихідна постійна напруга Uвих унаслідок приєднання батареї лежить вище заданого значення, виклика 3 41464 буферування tm більше не перевищує мінімального значення Uвих.мін.. У цьому випадку доцільним є режим, в якому блоком управління 4 більше не генеруються проміжки часу буферування tm і буферна батарея, отже, більше не від'єднується, якщо після її приєднання дійсне значення постійної напруги Uвих залишається меншим, ніж задане мінімальне значення Uвих.мін.. Переважно буферна батарея 3 від'єднується знову окремою логічною схемою у блоці управління 4 тоді, коли проміжки часу буферування tm більше не генеруються і дійсне значення постійної напруги Uвих знову стало більшим, ніж задане мінімальне значення Uвих.мін.. Навантаження батареї протягом проміжків часу буферування tm обумовлює її поступову розрядку. Її напруга холостого ходу Uбат і значення вихідної постійної напруги Uвих=Uбат-dU, яка встановлюється протягом проміжків часу буферування, повільно спадає. Цей процес, заради наочності, на Фіг. 2а, 2b, 3а, 3b, 3с не наведений. Порівнянним із Фіг. 2а і 2b чином, нарешті, на Фіг. 3а-3с вказані характеристики суттєвих напруг пристрою, згідно з винаходом, під час процесу буферування на прикладі блоку живлення, який, відповідно вищеназваному другому типу регуляторів, містить накопичувальний конденсатор для запуску регулятора вихідної постійної напруги. При цьому хід процесу на Фіг. 3а та 3b до моменту часу t8 включно відповідає такому на Фіг. 2а і 2b. Додатково наведена Фіг. 3с, яка ілюструє хід допоміжної напруги Uдоп, що слугує для живлення регулятора в блоці живлення. З моменту часу t8, що характеризує, наприклад, відновлення напруги мережі, що живить енергопостачання, або, відповідно, закінчення блокуючої блок живлення причини, допоміжна напруга Uдоп зростає від 0 до граничного значення Uстарт. Це виникає за рахунок заряду накопичувального конденсатора через резистор. При його досягненні в момент часу t9 починає працювати регулятор блоку живлення. По наведеній пунктирною лінією в t9, що проходить нагору від Фіг. 3с до Фіг. 3а стрілці можна бачити, що час буферування tm саме є активним. Тому що у момент часу t9 вихідна постійна напруга Uвих, внаслідок незмінного приєднання батареї, є ще більшою, ніж Uвих.ном., регулятор, хоча і розряджає накопичувальний конденсатор, проте блок живлення запускатися не може. У випадку Uдоп=Uстоп у момент часу t11 регулятор зупиняється, і заряд накопичувального конденсатора починається знову. Причиною цього є те, що в цей момент часу t11 вихідна постійна напруга Uвих усе ще є більшою, ніж Uвих.ном., хоча проміжок часу буферування tm, що передує моменту часу t9, уже минув, батарея була від'єднана і, як наслідок цього, Uвих зменшується. Послідовності процесів "Старт/Проходження проміжків часу буферування tm" і пов'язаних з цим приєднання/від'єднання батареї і "Регулятор Старт/Стоп" після відновлення напруги мережі Uмep спочатку відбуваються асинхронно відносно один одного. Це показано на Фіг. 3b та 3с моментами часу t12, t13 і наступними за ними подвійними хвилястими лініями. Асинхронність закінчується тільки тоді, коли одночасно виконуються умови "Регулятор працює" і Uвих.мін