RU2810734C1 - Backup power supply device - Google Patents
Backup power supply device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2810734C1 RU2810734C1 RU2023118128A RU2023118128A RU2810734C1 RU 2810734 C1 RU2810734 C1 RU 2810734C1 RU 2023118128 A RU2023118128 A RU 2023118128A RU 2023118128 A RU2023118128 A RU 2023118128A RU 2810734 C1 RU2810734 C1 RU 2810734C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- field
- effect transistor
- backup power
- main power
- power supply
- Prior art date
Links
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims abstract description 51
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 9
- 102000004129 N-Type Calcium Channels Human genes 0.000 claims description 2
- 108090000699 N-Type Calcium Channels Proteins 0.000 claims description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Предлагаемое устройство относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания средств связи.The proposed device relates to electrical engineering and can be used in power supply devices for communications equipment.
Резервирование источников питания применяется для повышения надежности электропитания жизненно важного и ответственного оборудования, таких как узлов и оборудования связи. Одним из способов резервирование является параллельное включение альтернативных источников питания.Redundant power supplies are used to improve the reliability of power supply to vital and critical equipment, such as nodes and communication equipment. One of the redundancy methods is the parallel connection of alternative power sources.
Из уровня техники известно устройство резервного электропитания (авторское свидетельство на изобретение №1501214, H02J 9/06, опубликовано 15.08.1989).A backup power supply device is known from the prior art (copyright certificate for invention No. 1501214,
Недостатком данного устройства является ненадежность из-за наличия электромеханического реле, так как момент коммутации сопровождается импульсными помехами, а само реле имеет ограниченное время эксплуатации.The disadvantage of this device is unreliability due to the presence of an electromechanical relay, since the switching moment is accompanied by impulse noise, and the relay itself has a limited operating time.
Известно устройство резервного электропитания (патент на изобретение №2439767, H02J 9/06, опубликовано 10.01.2012), а также известно устройство резервного электропитания (патент на изобретение №2446542, H02J 9/06, опубликовано 27.03.2012).A backup power supply device is known (invention patent No. 2439767,
Недостатком известных устройств является их ненадежность из-за того, что в них используют биполярные транзисторы n-p-n типа. Также использование последовательно включенного диода между источником питания и нагрузкой приводит к ощутимому падению напряжения.The disadvantage of the known devices is their unreliability due to the fact that they use n-p-n type bipolar transistors. Also, using a diode in series between the power supply and the load results in a noticeable voltage drop.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип к заявленному техническому решению является устройство резервного электропитания (патент на полезную модель №189075, H02J 9/06, опубликовано 08.05.2019). Устройство резервного электропитания содержит: основной и резервный источники питания, нагрузку, диод, полевой транзистор с изолированным затвором и каналом n-типа, делитель напряжения, состоящий из последовательно соединенных первого и второго резисторов, транзистор p-n-р типа, резистор, транзистор n-p-n типа.The closest analogue accepted as a prototype to the claimed technical solution is a backup power supply device (utility model patent No. 189075,
Недостатком предложенного решения является то, что в цепях управления применяются биполярные транзисторы p-n-р типа и n-p-n типа, которые, как известно, обладают низкой помехоустойчивостью, высокой чувствительностью к токовым перегрузкам, низкой теплоемкостью, что приводит к большой вероятности саморазогрева и вторичного пробоя. Также использование последовательно включенного диода между источником питания и нагрузкой приводит к ощутимому падению напряжения, которое необходимо стабилизировать дополнительными схемами стабилизации.The disadvantage of the proposed solution is that the control circuits use bipolar transistors of the pnp type and npn type, which are known to have low noise immunity, high sensitivity to current overloads, and low heat capacity, which leads to a high probability of self-heating and secondary breakdown. Also, the use of a series-connected diode between the power source and the load leads to a noticeable voltage drop, which must be stabilized by additional stabilization circuits.
Задача изобретения - разработать устройство резервного электропитания, без перечисленных в прототипе недостатков, позволяющее использовать разные источники электропитания, которые могут не иметь общей земли.The objective of the invention is to develop a backup power supply device without the disadvantages listed in the prototype, allowing the use of different power sources that may not have a common ground.
Данная задача решается за счет того, что устройство резервного электропитания содержит основной источник питания подключенный к основной цепи питания и резервный источники питания подключенный к резервной цепи питания, при этом основная цепь питания и резервная цепь питания собраны по одинаковой схеме и идентичны друг другу.This problem is solved due to the fact that the backup power supply device contains a main power source connected to the main power circuit and a backup power supply connected to the backup power circuit, while the main power circuit and the backup power circuit are assembled according to the same circuit and are identical to each other.
Выход положительного напряжения основного источника питания соединен с первым контактом первого диода-супрессора, с первым входом драйвера верхнего плеча, с истоком первого полевого транзистора, с первым контактом первого конденсатора, второй контакт которого соединен с отрицательным выходом основного источника питания. Второй контакт первого диода-супрессора соединен с корпусом основного источника питания.The positive voltage output of the main power supply is connected to the first contact of the first suppressor diode, to the first input of the high-side driver, to the source of the first field-effect transistor, to the first contact of the first capacitor, the second contact of which is connected to the negative output of the main power source. The second contact of the first suppressor diode is connected to the housing of the main power source.
Первый выход драйвера верхнего плеча через ограничительный резистор соединен с затвором первого полевого транзистора. Второй выход драйвера верхнего плеча соединен с анодом защищающего от переполюсовки диода. Третий выход драйвера верхнего плеча соединен со стоком первого полевого транзистора, с первым входом драйвера нижнего плеча, с первым контактом второго конденсатора, второй контакт которого соединен с отрицательным выходом основного источника питания.The first output of the high-side driver is connected through a limiting resistor to the gate of the first field-effect transistor. The second output of the upper side driver is connected to the anode of the diode protecting against polarity reversal. The third output of the upper-side driver is connected to the drain of the first field-effect transistor, to the first input of the lower-side driver, to the first contact of the second capacitor, the second contact of which is connected to the negative output of the main power source.
Отрицательный выход основного источника питания соединен с первым контактом второго диода-супрессора, с катодом защищающего от переполюсовки диода, со стоком второго полевого транзистора, с первым выходом драйвера нижнего плеча.The negative output of the main power supply is connected to the first contact of the second suppressor diode, to the cathode of the diode protecting against polarity reversal, to the drain of the second field-effect transistor, to the first output of the low-side driver.
Второй выход драйвера нижнего плеча соединен с затвором второго полевого транзистора. Третий выход драйвера нижнего плеча соединен с истоком второго полевого транзистора.The second output of the low-side driver is connected to the gate of the second field-effect transistor. The third output of the low-side driver is connected to the source of the second field-effect transistor.
Вместе с тем, собранная аналогично основной цепи питания резервная цепь питания соединена с резервным источником питания.At the same time, a backup power circuit assembled similarly to the main power circuit is connected to a backup power source.
Сток первого полевого транзистора основной цепи питания соединен со стоком первого полевого транзистора резервной цепи питания и с положительным входом питания нагрузки посредством монтажного «ИЛИ», тем самым сформировав положительное рабочее напряжение на нагрузке.The drain of the first field-effect transistor of the main power circuit is connected to the drain of the first field-effect transistor of the backup power circuit and to the positive input of the load power supply via an OR connection, thereby forming a positive operating voltage at the load.
Исток второго полевого транзистора основной цепи питания соединен с истоком второго полевого транзистора резервной цепи питания и с отрицательным входом питания нагрузки посредством монтажного «ИЛИ», тем самым сформировав отрицательное рабочее напряжение на нагрузке.The source of the second field-effect transistor of the main power circuit is connected to the source of the second field-effect transistor of the backup power circuit and to the negative input of the load power supply via an OR connection, thereby forming a negative operating voltage at the load.
Изобретение поясняется схемой, представленной на фигуре.The invention is illustrated by the diagram shown in the figure.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение надежности устройства, увеличение функциональных возможностей.The technical result provided by the above set of features is to increase the reliability of the device and increase functionality.
В предлагаемом устройстве используется n-канальный полевой транзистор, достоинством которого, по сравнению с биполярным, используемым в прототипе, является то, что на затвор транзистора надо подавать напряжение, а не ток, но так как там диэлектрик, то ток будет нулевым, а значит требуемая мощность на управление этим транзистором будет мизерной, по факту он потребляет только в момент переключения, когда идет заряд и разряд конденсатора.The proposed device uses an n-channel field-effect transistor, the advantage of which, in comparison with the bipolar one used in the prototype, is that voltage, not current, must be applied to the gate of the transistor, but since there is a dielectric there, the current will be zero, which means the required power to control this transistor will be scanty; in fact, it consumes only at the moment of switching, when the capacitor is charging and discharging.
Для управления напряжением на затворе полевого транзистора в изобретении применена специальная микросхема-драйвер, которая формирует нужный управляющий сигнал. Кроме того, драйвер обеспечивает токовую защиту, защиту от пробоя, перенапряжения, оптимизирует скорость открытия на максимум.To control the voltage at the gate of a field-effect transistor, the invention uses a special driver microcircuit that generates the desired control signal. In addition, the driver provides current protection, protection against breakdown, overvoltage, and optimizes the opening speed to the maximum.
Для достижения надежности электропитания нагрузки основной и резервный источники электропитания включаются параллельно посредством монтажного «ИЛИ». Монтажное «ИЛИ» обеспечивает развязку между источниками питания, малые потери при прохождении тока, безопасное подключение\отключение любого из источников и самой нагрузки.To achieve reliability of power supply to the load, the main and backup power sources are connected in parallel using the mounting “OR”. Mounting “OR” provides isolation between power sources, low losses during the passage of current, safe connection/disconnection of any of the sources and the load itself.
Предлагаемое устройство позволяет использовать различные источники питания с объединением «земли» или без объединение «земли».The proposed device allows the use of various power supplies with or without ground connection.
Таким образом, применимые в предлагаемом устройстве технические решения обеспечивают технический результат изобретения.Thus, the technical solutions applicable in the proposed device provide the technical result of the invention.
Устройство резервного электропитания содержит основной источник питания 1, подключенный к основной цепи питания, и резервный источники питания 2, подключенный к резервной цепи питания, при этом основная цепь питания и резервная цепь питания собраны по одинаковой схеме и идентичны друг другу.The backup power supply device contains a
Выход положительного напряжения основного источника питания 1 соединен с первым контактом первого диода-супрессора 3, с первым входом драйвера верхнего плеча 4, с истоком первого полевого транзистора 5, с первым контактом первого конденсатора 6, второй контакт которого соединен с отрицательным выходом основного источника питания 1. Второй контакт первого диода-супрессора 3 соединен с корпусом основного источника питания 1.The positive voltage output of the
Первый выход драйвера верхнего плеча 4 через ограничительный резистор 7 соединен с затвором первого полевого транзистора 5. Второй выход драйвера верхнего плеча 4 соединен с анодом защищающего от переполюсовки диода 8, катод которого соединен с отрицательным выходом основного источника питания 1. Третий выход драйвера верхнего плеча 4 соединен со стоком первого полевого транзистора 5, с первым входом драйвера нижнего плеча 9, с первым контактом второго конденсатора 10, второй контакт которого соединен с отрицательным выходом основного источника питания 1.The first output of the
Отрицательный выход основного источника питания 1 соединен с первым контактом второго диода-супрессора 11, со стоком второго полевого транзистора 12, с первым выходом драйвера нижнего плеча 9. Второй контакт второго диода-супрессора 11 соединен с корпусом основного источника питания.The negative output of the
Второй выход драйвера нижнего плеча 9 соединен с затвором второго полевого транзистора 12. Третий выход драйвера нижнего плеча 9 соединен с истоком второго полевого транзистора 12.The second output of the low-
Вместе с тем, собранная аналогично основной цепи питания резервная цепь питания соединена с резервным источником питания 2.At the same time, the backup power circuit, assembled similarly to the main power circuit, is connected to the
Сток первого полевого транзистора 5 основной цепи питания соединен со стоком первого полевого транзистора 5 резервной цепи питания и с положительным входом питания нагрузки 13 посредством монтажного «ИЛИ», тем самым сформировав положительное рабочее напряжение на нагрузке 13.The drain of the first field-
Исток второго полевого транзистора 12 основной цепи питания соединен с истоком второго полевого транзистора 12 резервной цепи питания и с отрицательным входом питания нагрузки 13 посредством монтажного «ИЛИ», тем самым сформировав отрицательное рабочее напряжение на нагрузке 13.The source of the second field-
Изобретение работает следующим образом.The invention works as follows.
С основного источника питания 1 подается положительное и отрицательное напряжение на основную цепь питания. С резервного источника питания 2 подается положительное и отрицательное напряжение на резервную цепь питания. При этом установленные защитные диоды-супрессоры 3 и 11 основной и резервной цепи соответственно ограничивают импульсные всплески перенапряжения, а также предохраняют схему от статических разрядов.
При подаче на основную цепь питания напряжения включается драйвер верхнего плеча 4, который формирует управляющий сигнал на затвор полевого транзистора 5, то есть необходимый уровень напряжения на открытие полевого транзистора 5. Для ограничения тока заряда емкости затвора полевого транзистора 5 устанавливается резистор 7. При полном открытие полевого транзистора 5 сопротивление на его выходе минимальное и напряжение без потери уходит на положительный вход нагрузки 13. Наличием диода 8 обеспечивается защита схемы от переполюсовки.When voltage is applied to the main power circuit, the upper-
Напряжение со стока полевого транзистора 5 подается на 1 контакт драйвера нижнего уровня 9, который формирует и подает управляющий сигнал на затвор полевого транзистора 12. На сток полевого транзистора 12 подается отрицательное напряжение от основного источника питания 1, при этом полевой транзистор 12 открывается и на истоке появляется отрицательное напряжение питание, которое подается на отрицательный вход нагрузки 13.The voltage from the drain of field-
Такой схемой мы развязали положительное и отрицательное напряжение основного источника питания 1 и положительное и отрицательное напряжение приходящее на нагрузку 13.With this circuit we decoupled the positive and negative voltage of the
Аналогично работает резервная схема.The backup scheme works similarly.
Если понижается напряжение на первом входе драйвера верхнего плеча 4 то понижается управляющее напряжение на затворе полевого транзистора 5, затвор закрывается и основная цепь питания отключается от работы, при этом на нагрузку 13 подается напряжение с работающей резервной схемы. Аналогично и обратное.If the voltage at the first input of the driver of the
При выводе основного источника питания из строя обратный ток через полевой транзистор 5, по мере разряда емкости на конденсаторе 6, начинает возрастать и драйвер верхнего уровня 4 отключит полевой транзистор 5 и нагрузка начинает работать от резервного источника питания.When the main power source fails, the reverse current through the field-
Возможность обеспечения надежности электропитания на нагрузке 13 создается параллельным включением основной и резервной цепи питания на нагрузку 13 посредством монтажного «ИЛИ». Что позволяет свести к минимуму помехи по напряжению на нагрузке и токовые переходные процессы.The possibility of ensuring reliable power supply to the
Для примера технической реализации изобретения в качестве драйвера верхнего плеча возможно применение электронного регулятора напряжения TPS2419 фирмы Texas Instrument, в качестве драйвера нижнего плеча микросхему SQ3456 фирмы Vishay, в качестве полевого транзистора транзистор IR5001 фирмы International Rectifier. Выбор элементов зависит от параметров реализуемой схемы, таких как значения входного напряжения, задержка переключения полевого транзистора и других.As an example of the technical implementation of the invention, it is possible to use an electronic voltage regulator TPS2419 from Texas Instrument as an upper-side driver, an SQ3456 microcircuit from Vishay as a lower-side driver, and an IR5001 transistor from International Rectifier as a field-effect transistor. The choice of elements depends on the parameters of the implemented circuit, such as input voltage values, switching delay of the field-effect transistor and others.
Таким образом, настоящее изобретение полностью реализует поставленную задачу, технологически выполнимо и промышленно применимо.Thus, the present invention fully realizes the task, is technologically feasible and industrially applicable.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2810734C1 true RU2810734C1 (en) | 2023-12-28 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2439767C1 (en) * | 2010-09-24 | 2012-01-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Reserve power supply device |
RU2446542C1 (en) * | 2011-02-21 | 2012-03-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Device for reserve power supply |
US9285434B2 (en) * | 2013-05-10 | 2016-03-15 | Lite-On Electronics (Guangzhou) Limited | DC-based uninterruptible power system and method for detecting abnormal voltage |
US9490663B1 (en) * | 2012-07-16 | 2016-11-08 | Google Inc. | Apparatus and methodology for battery backup circuit and control in an uninterruptible power supply |
RU189075U1 (en) * | 2019-02-04 | 2019-05-08 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Backup Power Device |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2439767C1 (en) * | 2010-09-24 | 2012-01-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Reserve power supply device |
RU2446542C1 (en) * | 2011-02-21 | 2012-03-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Device for reserve power supply |
US9490663B1 (en) * | 2012-07-16 | 2016-11-08 | Google Inc. | Apparatus and methodology for battery backup circuit and control in an uninterruptible power supply |
US9285434B2 (en) * | 2013-05-10 | 2016-03-15 | Lite-On Electronics (Guangzhou) Limited | DC-based uninterruptible power system and method for detecting abnormal voltage |
RU189075U1 (en) * | 2019-02-04 | 2019-05-08 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Backup Power Device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7038522B2 (en) | System and method for redundant power supply connection | |
KR102283135B1 (en) | Electrostatic discharge protection circuitry | |
US4644437A (en) | Telephone subscriber loop overvoltage protection integrated circuit | |
US20140146428A1 (en) | Cascoded semiconductor devices | |
JP2010130822A (en) | Semiconductor device | |
CN1060744A (en) | overcurrent protection device | |
EP1456925B1 (en) | A polarity protection implemented with a mosfet | |
JPH0213115A (en) | Field effect power transistor driving circuit | |
US6759835B2 (en) | Switch control circuit | |
US20090323243A1 (en) | Voltage triggered transient blocking unit | |
WO2018137791A1 (en) | A protection arrangement for an mmc-hvdc sub-module | |
US11165417B2 (en) | Efficient high-voltage digital I/O protection | |
RU2810734C1 (en) | Backup power supply device | |
CN109510447B (en) | Method, circuit and apparatus for increasing robustness to inrush current in power switching devices | |
CN116346099A (en) | Gate driving circuit of cascade type power device and integrated semiconductor power device | |
US7907380B2 (en) | High power integrating power conditioner | |
CN110336261B (en) | Ibpower safety grid circuit with strong carrying capacity | |
WO2021134540A1 (en) | Hybrid circuit breaker, hybrid circuit breaker system, and circuit breaking method | |
WO2020135356A1 (en) | Protection circuit and battery management system | |
RU202279U1 (en) | Active balancing device with an extended operating voltage range of shunt circuit keys on MOS transistors for supercapacitor storage of electrical energy | |
CN108599747B (en) | Double-signal on-off control circuit and system | |
SE542849C2 (en) | Apparatus and method for providing an activation voltage for a vehicle safety device and safety device | |
US20210091663A1 (en) | Inverter with a current source provided with a protection circuit | |
EP3742568A1 (en) | Overvoltage protection circuit, power converter, electric drive device and vehicle | |
RU2275670C1 (en) | Overload protection block for use in electric power circuits |