RU2191459C1

RU2191459C1 - Multimode power source

Info

Publication number: RU2191459C1
Application number: RU2001125519/09A
Authority: RU
Inventors: А.В. Джинчарадзе
Original assignee: Джинчарадзе Автандил Вахтангович; Джинчарадзе Александр Вахтангович
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2001-09-20
Publication date: 2002-10-20

Abstract

FIELD: power engineering, applicable as a power unit of monitors and other hardware components. SUBSTANCE: the multimode power source has a self-contained power source, stabilizer, filter, field-effect transistors with inner integrated diodes, transformer, switching unit, bus shaper, mains voltage and temperature transducers, microcontroller, input signal receiving unit and an amplifier. EFFECT: expanded functional potentialities. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, а более конкретно к области "малой" энергетики - автономным источникам питания, которые могут найти широкое применение в различных отраслях хозяйственной деятельности человека и многочисленных и разнообразных электроприборах бытовой техники, например, могут найти применение в качестве блоков питания мониторов, компьютеров, телевизоров, аудио-, видеосистем, в качестве зарядно-разрядных устройств аккумуляторов транспортных средств, в блоках питания, в навигационных радио- и световых маяках, на метеостанциях, в сварочных агрегатах, для строителей в полевых условиях, жителей регионов с частым отключением сети и владельцев торговых точек без электричества, для спасателей и пожарников при работе в задымленных помещениях, в системах отопления в виде газовых котлов, для ветрогенераторных установок, в устройствах контроля и охраны территорий и систем защиты помещений, в устройствах микроклимата и в других объектах различных предназначений. The invention relates to the field of energy, and more specifically to the field of "small" energy - autonomous power sources, which can be widely used in various sectors of human activity and numerous and diverse electrical appliances of household appliances, for example, they can be used as power supplies for monitors, computers, televisions, audio, video systems, as charging and discharging devices for vehicle batteries, in power supplies, in navigation radio and light beacons, on weather stations, in welding units, for builders in the field, residents of regions with frequent power outages and owners of outlets without electricity, for rescuers and firefighters when working in smoky rooms, in heating systems in the form of gas boilers, for wind turbines, in monitoring devices and the protection of territories and premises protection systems, in microclimate devices and in other objects of various purposes.

Широкий спектр возможного использования заявленного изобретения обусловлен эксплуатацией его в многочисленных режимах, удобством и простотой эксплуатации и высокой надежностью и стабильностью при использовании в приборах в жилых, производственных, медицинских и т.п. помещениях. A wide range of possible uses of the claimed invention is due to its operation in numerous modes, convenience and ease of use and high reliability and stability when used in devices in residential, industrial, medical, etc. the premises.

Основной задачей источников питания является возможность регулировки выходных параметров энергии, питающей многочисленные аппараты, отличающейся стабильными параметрами тока и напряжения. Заявляемый источник питания может быть использован также в качестве источника вторичного электропитания, обеспечивающего заданное значение тока. The main task of power sources is the ability to adjust the output parameters of the energy that feeds numerous devices, characterized by stable current and voltage parameters. The inventive power source can also be used as a secondary power source, providing a predetermined current value.

Одним из известных источников питания является устройство, описанное в патенте США 4536696, опубл. 20.08,85 г., основанное на использовании преобразователя напряжения. Однако это устройство отличается недостаточной надежностью и невысоким быстродействием. One of the known power sources is the device described in US patent 4536696, publ. 08.20.85 g., Based on the use of a voltage converter. However, this device is characterized by insufficient reliability and low speed.

Известное устройство отличается и излишне высокой стоимостью. The known device is also unnecessarily high cost.

Известен источник питания на полевых транзисторах, представленный в описании к патенту РФ 2097897, опубл. 27.11.97 г., содержащий преобразователи, фильтр, ограничители и трансформатор. A known power source for field-effect transistors, presented in the description of the patent of the Russian Federation 2097897, publ. 11/27/97, containing converters, filter, limiters and transformer.

Недостатком известного устройства являются низкие удельные массогабаритные показатели вспомогательного узла питания, которые приводят к низким массогабаритным показателям устройства, особенно при малой выходной его мощности. A disadvantage of the known device is the low specific weight and size characteristics of the auxiliary power unit, which lead to low weight and size indicators of the device, especially at low output power.

Известен также источник вторичного электропитания по патенту РФ 2138113, опубл. 20.09.1999 г. , содержащий триггер, фильтр, транзисторы, стабилизатор и логический блок. A source of secondary power is also known according to the patent of the Russian Federation 2138113, publ. September 20, 1999, containing a trigger, a filter, transistors, a stabilizer, and a logic block.

Недостатком известного блока питания является невозможность работы в широком диапазоне входного питающего напряжения при получении необходимой выходной мощности. A disadvantage of the known power supply is the inability to work in a wide range of input power voltage upon receipt of the required output power.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является описанный в международной заявке WO 99/59238. В этом устройстве применен трансформатор с большим количеством обмоток и несколько блоков преобразователей напряжения со своими автономными источниками питания, что удорожает конструкцию, при этом выходное напряжение лишь приближенно можно назвать синусоидальным. Еще к одному недостатку известного устройства следует отнести то, что подзаряд автономного источника в этом устройстве никак не контролируется, не регулируется и не обеспечивает больших мощностей. Closest to the claimed invention is described in international application WO 99/59238. This device uses a transformer with a large number of windings and several blocks of voltage converters with their own independent power sources, which increases the cost of construction, while the output voltage can only be approximately called sinusoidal. Another disadvantage of the known device should be attributed to the fact that the recharge of an autonomous source in this device is not controlled in any way, is not regulated and does not provide large capacities.

Техническим результатом заявляемых изобретений является исключение всех вышеперечисленных недостатков. Кроме того, в заявленных изобретениях обеспечивается многорежимная работа устройства, надежная защита от бросков тока, высокая помехозащищенность, защита от включения неправильной полярностью автономного источника питания, от перегрева и перегрузок по току транзисторов, от короткого замыкания со стороны выхода и автономного источника питания, а также от перезаряда и полного разряда аккумулятора и малое потребление на холостом ходу. Кроме того, в заявляемом изобретении для удобства эксплуатации обеспечивается возможность подключения в качестве блока приема входного сигнала дистанционного пульта, связь с которым может быть выполнена как проводная, так и беспроводная. The technical result of the claimed invention is the elimination of all the above disadvantages. In addition, the claimed inventions provide multi-mode operation of the device, reliable protection against inrush currents, high noise immunity, protection against the inclusion of an incorrect polarity of an autonomous power source, against overheating and overcurrent of transistors, against short circuit on the output side and an autonomous power source, as well as from overcharging and completely discharging the battery and low idle consumption. In addition, in the claimed invention, for ease of operation, it is possible to connect a remote control, as a unit for receiving an input signal, to which communication can be performed both wired and wireless.

Преимуществом заявляемого изобретения также является низкая стоимость. Кроме того, его можно использовать как зарядное устройство для аккумуляторов и как восстановитель последних, а также как пускозарядное устройство для двигателей автомобилей. An advantage of the claimed invention is also low cost. In addition, it can be used as a charger for batteries and as a reductant for the latter, as well as a launcher for car engines.

Еще одним преимуществом данного источника питания за счет использования микроконтроллера является возможность коррекции и модификации программы и начальных данных, а также вывод информации в компьютер для мониторинга работы устройства. Также в нем может быть обеспечена связь с компьютером (или другим устройством ввода информации - таким как, например, программатор) для ввода в память начальных данных. Another advantage of this power source through the use of a microcontroller is the ability to correct and modify the program and initial data, as well as output information to a computer to monitor the operation of the device. It can also be used to provide communication with a computer (or other input device, such as, for example, a programmer) for inputting initial data into memory.

Поставленная цель достигается тем, что в многорежимный источник питания, содержащий автономный источник питания, выполненный в виде аккумуляторной батареи, стабилизатор, фильтр, преобразователь напряжения, состоящий из двух полевых транзисторов с внутренними интегральными диодами, и трансформатор, введены блок коммутации, шинный формирователь, датчики сетевого напряжения и температуры, дополнительный полевой транзистор с внутренним интегральным диодом, микроконтроллер, блок приема входных сигналов и усилитель, при этом выход автономного источника питания соединен с первым входом микроконтроллера и через стабилизатор соединен с входом питания микроконтроллера, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам усилителя и датчика температуры, выходы микроконтроллера соединены с шинным формирователем, подключенным к управляющему входу блока коммутации и к затворам первого и второго полевых транзисторов преобразователя напряжения и к затвору дополнительного полевого транзистора, сток первого полевого транзистора преобразователя напряжения соединен с первым выводом первичной обмотки трансформатора, средний вывод которой подключен к выходу автономного источника питания, а второй вывод - к стоку второго полевого транзистора преобразователя напряжения, истоки первого и второго полевых транзисторов преобразователя напряжения соединены с истоком дополнительного полевого транзистора, а сток дополнительного транзистора соединен с шиной нулевого потенциала, исток и сток каждого полевого транзистора преобразователя напряжения соединены с анодом и катодом соответствующего внутреннего интегрального диода, сток и исток дополнительного полевого транзистора соединен с первым и вторым входами усилителя, выводы вторичной обмотки трансформатора подключены к входам фильтра, выходы которого подключены к первой группе информационных входов блока коммутации, выход которого является выходом источника питания, а вторая группа информационных входов соединена с выводами питающей сети и с входами датчика сетевого напряжения, выход которого соединен с четвертым входом микроконтроллера, пятый вход которого соединен с блоком приема входных сигналов, при этом микроконтроллер выполнен с возможностью функционирования в соответствии с занесенной в его память программой и предназначен в ответ на сигналы, полученные от усилителя, датчика температуры, блока приема входных сигналов, автономного источника питания и датчика сетевого напряжения формировать импульсы заданной скважности для управления транзисторами, а также выполнен с возможностью обработки и запоминания сигналов, полученных от блока приема входных сигналов, и предназначен для контроля - изменения параметров питающей сети и величины выходного напряжения и контроля заряженности автономного источника питания, контроля режима функционирования и температуры полевых транзисторов, кроме того, микроконтроллер предназначен для задания значений временных интервалов допустимых превышений граничных параметров питающей сети и выбора режима автономного или сетевого питания для управления переключением блока коммутации. This goal is achieved in that in a multi-mode power source containing an autonomous power source, made in the form of a battery, a stabilizer, a filter, a voltage converter, consisting of two field-effect transistors with internal integrated diodes, and a transformer, a switching unit, a bus driver, sensors are introduced mains voltage and temperature, an additional field effect transistor with an internal integrated diode, a microcontroller, an input signal receiving unit and an amplifier, while the output is auto A power source is connected to the first input of the microcontroller and connected through the stabilizer to the power input of the microcontroller, the second and third inputs of which are connected respectively to the outputs of the amplifier and temperature sensor, the outputs of the microcontroller are connected to a bus driver connected to the control input of the switching unit and to the gates of the first and second field-effect transistors of the voltage converter and to the gate of the additional field-effect transistor, drain of the first field-effect transistor of the voltage converter dinene with the first terminal of the transformer primary winding, the middle terminal of which is connected to the output of the autonomous power source, and the second terminal is connected to the drain of the second field-effect transistor of the voltage converter, the sources of the first and second field-effect transistors of the voltage converter are connected to the source of the additional field-effect transistor, and the drain of the additional transistor is connected with a zero potential bus, the source and drain of each field-effect transistor of the voltage converter are connected to the anode and cathode of the corresponding internal of the integrated diode, the drain and source of the additional field effect transistor is connected to the first and second inputs of the amplifier, the terminals of the secondary winding of the transformer are connected to the inputs of the filter, the outputs of which are connected to the first group of information inputs of the switching unit, the output of which is the output of the power source, and the second group of information inputs connected to the terminals of the supply network and to the inputs of the network voltage sensor, the output of which is connected to the fourth input of the microcontroller, the fifth input of which is connected to the unit m of input signals, while the microcontroller is configured to operate in accordance with the program stored in its memory and is designed in response to the signals received from the amplifier, temperature sensor, input signal receiving unit, autonomous power source and network voltage sensor to generate pulses of a given duty cycle for controlling transistors, and is also configured to process and store signals received from the input signal receiving unit, and is intended for monitoring - changes parameters of the supply network and the value of the output voltage and control of the charge of the autonomous power source, control of the operating mode and temperature of the field-effect transistors, in addition, the microcontroller is designed to set the time intervals of permissible excesses of the boundary parameters of the mains and select the mode of autonomous or mains power to control switching of the switching unit .

Изобретение поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлена схема заявляемого многорежимного источника питания;
на фиг.2 - схема датчика сетевого напряжения.In FIG. 1 is a diagram of the inventive multi-mode power source;
figure 2 - circuit sensor voltage.

Многорежимный источник питания содержит автономный источник питания 1, выполненный в виде аккумуляторной батареи, стабилизатор 2, фильтр 4, блок коммутации 9, датчики сетевого напряжения 6 и температуры 5, преобразователь напряжения, состоящий из двух полевых транзисторов 13 и 14 с внутренними интегральными диодами, дополнительный полевой транзистор 15 с внутренним интегральным диодом, трансформатора 12, микроконтроллер 3, шинный формирователь 29, блок приема входных сигналов 11 и усилитель 10. The multi-mode power source contains an autonomous power source 1, made in the form of a battery, a stabilizer 2, a filter 4, a switching unit 9, voltage sensors 6 and temperature 5, a voltage converter consisting of two field-effect transistors 13 and 14 with internal integrated diodes, an additional a field-effect transistor 15 with an internal integrated diode, a transformer 12, a microcontroller 3, a bus driver 29, an input signal receiving unit 11, and an amplifier 10.

Микроконтроллер 3 управляет работой схемы источника питания в соответствии с программой, находящейся в его программной памяти. В результате микроконтроллер 3 сам имеет блочную структуру, которая показана на фиг. 1 и может выполнять функции измерения и сравнения сигналов посредством блоков измерения и cравнения 16-19 и на основании этих данных формировать последовательности импульсов различной скважности посредством формирователей импульсов 20-22 и другие сигналы управления всеми компонентами схемы через порт управления 23 и порт связи с внешними устройствами 24. При этом выход автономного источника 1 питания соединен с первым входом микроконтроллера 3 и через стабилизатор 2 соединен с входом питания микроконтроллера 3, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам усилителя 10 и датчика температуры 5. Выходы микроконтроллера 3 соединены с шинным формирователем 29, подключенным к управляющему входу блока коммутации 9, к затворам полевых транзисторов 13 и 14 преобразователя напряжения и к затвору дополнительного полевого транзистора 15. Cток полевого транзистора 13 преобразователя напряжения соединен с первым выводом первичной обмотки трансформатора 12, средний вывод которой подключен к выходу автономного источника питания 1, а второй вывод - к стоку полевого транзистора 14 преобразователя напряжения. Истоки полевых транзисторов 13 и 14 преобразователя напряжения соединены с истоком дополнительного полевого транзистора 15 и с первым входом усилителя 10, а сток дополнительного транзистора 15 соединен с шиной нулевого потенциала и вторым входом усилителя 10. The microcontroller 3 controls the operation of the power supply circuit in accordance with the program located in its program memory. As a result, the microcontroller 3 itself has a block structure, which is shown in FIG. 1 and can perform the functions of measuring and comparing signals by means of measurement units and comparisons 16-19 and based on these data generate pulse sequences of different duty cycle by means of pulse shapers 20-22 and other control signals for all components of the circuit through the control port 23 and the communication port with external devices 24. In this case, the output of the autonomous power source 1 is connected to the first input of the microcontroller 3 and through the stabilizer 2 is connected to the power input of the microcontroller 3, the second and third inputs of which Connected respectively to the outputs of the amplifier 10 and the temperature sensor 5. The outputs of the microcontroller 3 are connected to a bus driver 29 connected to the control input of the switching unit 9, to the gates of the field effect transistors 13 and 14 of the voltage converter and to the gate of the additional field effect transistor 15. The drain of the field effect transistor 13 of the converter voltage is connected to the first terminal of the primary winding of the transformer 12, the middle terminal of which is connected to the output of an autonomous power source 1, and the second terminal to the drain of the field effect transistor 14 of the voltage converter. The sources of the field effect transistors 13 and 14 of the voltage converter are connected to the source of the additional field effect transistor 15 and to the first input of the amplifier 10, and the drain of the additional transistor 15 is connected to the zero potential bus and the second input of the amplifier 10.

Исток и сток каждого полевого транзистора преобразователя напряжения соединены с анодом и катодом соответствующего внутреннего интегрального диода, выводы вторичной обмотки трансформатора 12 подключены к входам фильтра 4, выходы которого подключены к первой группе информационных входов блока коммутации 9, выход которого является выходом источника питания 8, а вторая группа информационных входов соединена с выводами питающей сети 7 и с входами датчика сетевого напряжения 6, выход которого соединен с четвертым входом микроконтроллера 3, пятый вход которого соединен с блоком приема входных сигналов 11. The source and drain of each field-effect transistor of the voltage converter are connected to the anode and cathode of the corresponding internal integrated diode, the terminals of the secondary winding of the transformer 12 are connected to the inputs of the filter 4, the outputs of which are connected to the first group of information inputs of the switching unit 9, the output of which is the output of the power source 8, and the second group of information inputs is connected to the terminals of the supply network 7 and to the inputs of the network voltage sensor 6, the output of which is connected to the fourth input of the microcontroller 3, p fifth input coupled to an input reception unit 11.

Шинный формирователь 29 предназначен для передачи последовательности импульсов заданной формы и определенной скважности, сформированных формирователями 20-22 микроконтроллера 3, и может быть реализован на ИС серии 533. Bus driver 29 is designed to transmit a sequence of pulses of a given shape and a specific duty cycle, formed by the drivers 20-22 of the microcontroller 3, and can be implemented on the IS series 533.

Управление выбором определенной шины в формирователе 29 и заданием значения передаваемых через шинный формирователь сигналов осуществляется микроконтроллером 3, обеспечивающим выдачу информации в определенные моменты времени в соответствии с выбранным режимом функционирования источника питания, при этом передача осуществляется только в одну сторону. The selection of a specific bus in the driver 29 and the setting of the values transmitted through the bus driver are controlled by the microcontroller 3, which provides information at certain times in accordance with the selected mode of operation of the power source, while the transmission is carried out only in one direction.

Использование шинного формирователя позволяет увеличить число подключаемых к контроллеру элементов, при этом сигналы дополнительных линий связи передаются с одновременным усилением, что обеспечивает передачу без ухудшения параметров передаваемых сигналов. Using a bus driver allows you to increase the number of elements connected to the controller, while the signals of additional communication lines are transmitted with simultaneous amplification, which ensures transmission without compromising the parameters of the transmitted signals.

Микроконтроллер 3, в качестве которого может быть использован контроллер PIC16F870 фирмы "Микрочип", содержит внутреннюю периферию, в состав которой входят многоканальный АЦП, внутреннее опорное напряжение, таймер, ШИМ генератор и интерфейс управления, возможна также реализация на микроконтроллерах без внутренней периферии с соответствующими внешними компонентами. Транзисторы 13-15, например, 1RF3710 фирмы International Rectifier. Фильтр 4 в простейшем виде состоит из сглаживающего конденсатора. Блок приема входных сигналов 11 может состоять из буфера для тумблера или схемы, например, на фотодиоде с усилителем для приема сигнала с пульта дистанционного управления. Microcontroller 3, which can be used as a microchip PIC16F870 controller, contains an internal periphery, which includes a multi-channel ADC, an internal reference voltage, a timer, a PWM generator, and a control interface; it can also be implemented on microcontrollers without an internal periphery with corresponding external components. Transistors 13-15, for example, 1RF3710 company International Rectifier. Filter 4 in its simplest form consists of a smoothing capacitor. The input signal receiving unit 11 may consist of a buffer for a toggle switch or circuit, for example, on a photodiode with an amplifier for receiving a signal from a remote control.

Функционирование заявленного изобретения при работе в различных режимах происходит следующим образом. The functioning of the claimed invention when operating in various modes is as follows.

При получении блоком приема входных сигналов 11 извне управляющего воздействия, будь то тумблер управления, пульт дистанционного управления или сигнал с компьютера, устройство входит в один из режимов своего функционирования:
преобразователь напряжения; зарядное устройство (а также подрежим, восстановление аккумуляторов); бесперебойный источник питания с соответствующим отображением режимов на устройствах индикации, будь то светодиоды, ЖКИ и т. д.When the receiving unit receives the input signals 11 from outside the control action, whether it is a control toggle switch, a remote control or a signal from a computer, the device enters one of the modes of its functioning:
voltage transformer; charger (as well as submode, battery recovery); uninterruptible power supply with the appropriate display of modes on the display devices, whether it be LEDs, LCDs, etc.

При функционировании заявляемого источника питания в режиме преобразователя постоянного напряжения он обеспечивает преобразование постоянного напряжения автономного источника 1 питания 12-24 В и более в переменное напряжение 220 В с частотой 50-60 Гц. При этом при получении микроконтроллером 3 соответствующих сигналов от датчика сетевого напряжения 6, усилителя 10 или от автономного источника питания 1 микроконтроллер 3 с соответствующего выхода формирует импульсные последовательности с управляемой скважностью, поступающие через шинный формирователь 29 на затворы транзисторов 13 и 14 и посредством трансформатора 12, фильтра 4 и блока коммутации 9 обеспечивает на выходе 8 как синусоидальную (на малых нагрузках), так и прямоугольную (на больших нагрузках) форму сигнала, а также их компиляцию на средних нагрузках. Также при наличии дополнительной низковольтовой вторичной обмотки на трансформаторе 12 выход этой обмотки совместно с электродами можно использовать в качестве сварочного аппарата. When the inventive power source is operating in the DC-DC converter mode, it provides the conversion of the direct voltage of an autonomous power source 1 of 12-24 V or more into an alternating voltage of 220 V with a frequency of 50-60 Hz. In this case, when the microcontroller 3 receives the corresponding signals from the network voltage sensor 6, the amplifier 10, or from an autonomous power supply 1, the microcontroller 3 generates pulse sequences with a controlled duty cycle from the corresponding output, which pass through the bus driver 29 to the gates of the transistors 13 and 14 and through the transformer 12, filter 4 and switching unit 9 provides at the output 8 both a sinusoidal (at low loads) and a rectangular (at high loads) waveform, as well as their compilation on and medium loads. Also, if there is an additional low-voltage secondary winding on the transformer 12, the output of this winding together with the electrodes can be used as a welding machine.

В этом режиме устройство работает следующим образом. In this mode, the device operates as follows.

Применяется типовая схема однотактного преобразователя на полевых транзисторах 13 и 14 с внутренними интегральными диодами с трансформатором 12 (возможно использование другой типовой схемы двухтактного преобразователя с трансформатором без среднего отвода на первичной обмотке с использованием четырех транзисторов с внутренними интегральными диодами). A typical circuit of a single-phase converter on field-effect transistors 13 and 14 with internal integrated diodes with a transformer 12 is used (another type of a two-phase converter with a transformer without a middle tap on the primary winding using four transistors with internal integrated diodes can be used).

Дополнительный транзистор 15 в этом режиме открыт микроконтроллером 3 через шинный формирователь 29 и образует собой небольшое сопротивление, в результате между стоком и истоком возникает напряжение, пропорциональное протекающему через этот транзистор току. После усиления на усилителе 10 оно подается на блок измерения и сравнения 17 микроконтроллера 3, в котором сравнивается с опорным напряжением внутри микроконтроллера, и значение разности поступает на формирователь импульсов 20 микроконтроллера 3. The additional transistor 15 in this mode is opened by the microcontroller 3 through the bus driver 29 and forms a small resistance, as a result, a voltage proportional to the current flowing through this transistor arises between the drain and the source. After amplification on the amplifier 10, it is supplied to the measurement and comparison unit 17 of the microcontroller 3, in which it is compared with the reference voltage inside the microcontroller, and the difference value is supplied to the pulse shaper 20 of the microcontroller 3.

В результате микроконтроллер 3 формирует импульсы, скважность которых зависит от значения разности опорного напряжения и выхода усилителя, и выдает их посредством шинного формирователя 29 на затворы транзисторов 13 и 14, которые коммутируют ток в первичной обмотке трансформатора 12, и на вторичной обмотке этого трансформатора с помощью выходного фильтра 4 образуется напряжение 220 В. As a result, the microcontroller 3 generates pulses, the duty cycle of which depends on the value of the difference between the reference voltage and the output of the amplifier, and gives them through the bus driver 29 to the gates of the transistors 13 and 14, which switch the current in the primary winding of the transformer 12, and on the secondary winding of this transformer using output filter 4, a voltage of 220 V.

Аналогично микроконтроллер 3 посредством блока измерения и сравнения 16 определяет напряжение на автономном источнике питания 1, через блок измерения и сравнения 18 и датчика температуры 5 определяет температуру на транзисторах 13-15 и через блок измерения и сравнения 17 определяет ток, протекающий через транзистор 15, и, используя эти данные, корректирует скважность формирователя импульсов 20 так, чтобы поддерживать напряжение на выходе трансформатора 12-220 В по возможности синусоидальной формы (возможен вариант более точного поддержания выходного напряжения, используя дополнительный датчик сетевого напряжения, подсоединенного к выходам вторичной обмотки трансформатора). Similarly, the microcontroller 3, through the measuring and comparing unit 16, determines the voltage at the autonomous power supply 1, through the measuring and comparing unit 18 and the temperature sensor 5 determines the temperature at the transistors 13-15, and through the measuring and comparing unit 17 determines the current flowing through the transistor 15, and Using this data, it corrects the duty cycle of the pulse shaper 20 so as to maintain the voltage at the output of the transformer 12-220 V as sinusoidally as possible (the option of more accurately maintaining the output is possible voltage using an additional voltage sensor connected to the outputs of the secondary winding of the transformer).

Микроконтроллер при необходимости отключает преобразователь, если параметры вышли за пределы, будь то полный разряд автономного источника питания 1, предельно допустимый ток, протекающий через транзисторы 13-15, в случае короткого замыкания или недопустимой нагрузки на выходе 8, или превышение рабочей температуры транзисторов 13-15. The microcontroller, if necessary, turns off the converter if the parameters are outside the limits, be it a full discharge of an autonomous power supply 1, the maximum allowable current flowing through transistors 13-15, in the event of a short circuit or an unacceptable load at output 8, or if the operating temperature of transistors 13- is exceeded fifteen.

Также микроконтроллер 3 через порт управления 23 и шинного формирователя 29 коммутирует с помощью блока коммутации 9 сеть преобразователя на выход 8. Also, the microcontroller 3 through the control port 23 and the bus driver 29 commutates using the switching unit 9, the converter network to the output 8.

При функционировании заявляемого источника питания в режиме зарядного устройства он обеспечивает преобразование переменного напряжения входа питающей сети 7 (как правило, промышленной сети 220 В) через блок коммутации 9, фильтр 4, трансформатор 12 и внутренние интегральные диоды транзисторов 13 и 14 в постоянное напряжение 12-24 В и более формирующееся на выходах источника питания 1 для его подзарядки. При этом при получении микроконтроллером 3 соответствующих сигналов от датчика сетевого напряжения 6, усилителя 10 или от автономного источника питания микроконтроллер 3 с соответствующего выхода формирует импульсные последовательности с управляемой скважностью, поступающие на затворы транзисторов 13-14, обеспечивая оптимальную величину протекающего тока в автономный источник питания 1. When the inventive power source operates in the charger mode, it provides the conversion of the alternating voltage of the input of the supply network 7 (usually an industrial network 220 V) through the switching unit 9, filter 4, transformer 12 and internal integrated diodes of transistors 13 and 14 into a constant voltage 12- 24 V or more is formed at the outputs of power source 1 for recharging it. In this case, when the microcontroller 3 receives the corresponding signals from the network voltage sensor 6, the amplifier 10, or from an autonomous power source, the microcontroller 3 generates pulse sequences with a controlled duty cycle from the corresponding output, arriving at the gates of the transistors 13-14, providing the optimal value of the flowing current to the autonomous power source 1.

Режим заряда автономного источника питания 1 осуществляется при наличии напряжения в питающей сети 7, которое подается на вторичную обмотку трансформатора 12, и на его первичной обмотке получается переменное напряжение 12-24 В или более. The charge mode of the autonomous power source 1 is carried out in the presence of a voltage in the supply network 7, which is supplied to the secondary winding of the transformer 12, and an alternating voltage of 12-24 V or more is obtained on its primary winding.

Транзисторы 13 и 14 в этом режиме закрыты микроконтроллером 3 посредством шинного формирователя 29. Но внутренние интегральные диоды этих транзисторов образуют двухполупериодный однофазный выпрямитель (в случае использования схемы двухтактного преобразователя на четырех транзисторах, их внутренние диоды образуют схему двухполупериодного мостового выпрямителя). In this mode, the transistors 13 and 14 are closed by the microcontroller 3 by means of a bus driver 29. But the internal integrated diodes of these transistors form a half-wave single-phase rectifier (in the case of using a push-pull converter circuit with four transistors, their internal diodes form a half-wave bridge rectifier circuit).

Для увеличения протекающего тока можно шунтировать диоды малым сопротивлением самого транзистора в момент, когда напряжение зарядки, образующееся на первичной обмотке трансформатора 12, превысит напряжение на автономном источнике питания 1. Для этого микроконтроллер 3 посредством своего блока измерения и cравнения 19 и датчика сетевого напряжения 6 следит за значением и полярностью питающей сети 7 и посредством своего формирователя импульсов 21 организует включение транзисторов 13-14 так, чтобы они работали по принципу диодного моста. To increase the flowing current, diodes can be shunted by the low resistance of the transistor itself at a time when the charging voltage generated on the primary winding of the transformer 12 exceeds the voltage on the stand-alone power source 1. For this, the microcontroller 3 monitors by means of its measuring unit and comparison 19 and the voltage sensor 6 for the value and polarity of the supply network 7 and through its pulse shaper 21 organizes the inclusion of transistors 13-14 so that they work on the principle of a diode bridge.

Т.е. при положительной полуволне сети 7 и превышении напряжения на автономном источнике питания 1 микроконтроллер 3 выключает транзистор 13 и включает транзистор 14 (соответствующие протеканию тока в автономный источник питания 1), а при отрицательной полуволне сети 7 и превышении напряжения на автономном источнике питания 1 выключает транзистор 13 и включает транзистор 14, что опять-таки соответствует протеканию тока в автономный источник питания. При этом из-за практического отсутствия сопротивления транзисторов резко снижается выделение на них тепла и дает возможность протекать большим зарядным токам. Those. with a positive half-wave of network 7 and an excess of voltage on an autonomous power source 1, the microcontroller 3 turns off the transistor 13 and turns on transistor 14 (corresponding to the flow of current into an independent power source 1), and with a negative half-wave of a network 7 and an excess of voltage on an autonomous power source 1 turns off the transistor 13 and turns on the transistor 14, which again corresponds to the flow of current into an autonomous power source. At the same time, due to the practical lack of resistance of transistors, the heat release to them sharply decreases and makes it possible to flow large charging currents.

Также микроконтроллер 3 при помощи блока измерения и сравнения 18 измеряет протекающий ток в первичной цепи трансформатора 12 и выдает на транзистор 15 посредством формирователя импульсов 22 и шинный формирователь 29 последовательность импульсов определенной скважности, ограничивающую средний ток, протекающий на зарядку автономного источника питания 1. Also, the microcontroller 3, using the measuring and comparison unit 18, measures the flowing current in the primary circuit of the transformer 12 and outputs to the transistor 15 by means of a pulse shaper 22 and a bus shaper 29 a pulse sequence of a certain duty cycle, limiting the average current flowing to charge an autonomous power source 1.

При помощи блоков измерения и cравнения 16 и 17 микроконтроллер 3 контролирует напряжение на автономном источнике питания 1 и температуру на транзисторах 13-15 и выключает формирователь импульсов 21, если параметры вышли за допустимые пределы, будь то полный заряд автономного источника питания 1, предельный допустимый ток, вызванный коротким замыканием на автономном источнике питания 1, или превышение рабочей температуры транзисторов 13-15. Using the measurement and comparison units 16 and 17, the microcontroller 3 controls the voltage at the stand-alone power source 1 and the temperature at the transistors 13-15 and turns off the pulse shaper 21 if the parameters are outside the permissible limits, be it the full charge of the stand-alone power source 1, the maximum allowable current caused by a short circuit on an autonomous power source 1, or an excess of the operating temperature of transistors 13-15.

Также микроконтроллер 3 через порт управления 23, шинный формирователь 29 и блок коммутации 9 коммутирует сеть 7 на выход 8. Also, the microcontroller 3 through the control port 23, the bus driver 29 and the switching unit 9 switches the network 7 to the output 8.

Через блок приема входных сигналов 11 можно дать микроконтроллеру 3 команду выполнять несколько попыток заряда с разными зарядовыми токами, обеспечивая подрежим восстановления аккумуляторов. Through the input signal receiving unit 11, it is possible to instruct the microcontroller 3 to carry out several charge attempts with different charge currents, providing a sub-recovery mode for the batteries.

При функционировании заявляемого источника питания в режиме бесперебойного источника питания, при условии отсутствия или нестабильных параметрах напряжения на входе сети 7, он обеспечивает преобразование постоянного напряжения автономного источника 1 питания 12-24 В и более в переменное напряжение 220 В с частотой 50-60 Гц в соответствии с режимом преобразователя напряжения и через блок коммутации 9 передает его на выход 8. Возможен вариант, когда к блоку коммутации 9 подключен дизель-бензиновый генератор, тогда при попадании напряжения на входе сети 7 сначала включается режим преобразователя напряжения и после исчерпания ресурса автономного источника 1 запускается дизель-бензиновый генератор, и его напряжение подключается к выходу 8. When the inventive power source is operating in the uninterrupted power supply mode, provided there are no or unstable voltage parameters at the input of the network 7, it provides the conversion of the direct voltage of an autonomous power source 1 of 12-24 V or more into an alternating voltage of 220 V with a frequency of 50-60 Hz in in accordance with the mode of the voltage converter and through the switching unit 9 transfers it to the output 8. It is possible that a diesel-gasoline generator is connected to the switching unit 9, then when the voltage enters the input de network 7, the voltage converter mode is first turned on, and after the exhaustion of the resource of the autonomous source 1, the diesel-gas generator is started, and its voltage is connected to output 8.

При обнаружении микроконтроллером 3 через датчик сетевого напряжения 6 напряжения на входе сети 7 микроконтроллер 3 с помощью своего порта управления 23, шинного формирователя 29 и блока коммутации 9 переключает это напряжение на выход 8. При этом при получении микроконтроллером 3 посредством своего блока измерения и сравнения 16 условия неполной заряженности автономного источника питания 1 устройство включает режим зарядного устройства. If the microcontroller 3 detects, through the sensor of the mains voltage 6, a voltage at the input of the network 7, the microcontroller 3, using its control port 23, bus driver 29 and switching unit 9, switches this voltage to output 8. Moreover, when the microcontroller 3 receives it via its measurement and comparison unit 16 conditions of incomplete charging of an autonomous power source 1 device includes a charger mode.

На транзисторе 15 также реализована защита от включения автономного источника питания 1 неправильной полярностью. Для этого он включен так, что внутренний интегральный диод оказывается включенным на встречу внутренним интегральным диодам транзисторов 13 и 14, т.е. стоком к шине нулевого потенциала. При всех закрытых транзисторах ток в цепи не проходит независимо от того, какой полярностью подключен автономный источник питания. В случае неправильной полярности схема не работает, транзисторы закрыты, и ток в первичной обмотке трансформатора не проходит. The transistor 15 also implements protection against the inclusion of an autonomous power source 1 of the wrong polarity. For this, it is turned on so that the internal integrated diode is turned on to meet the internal integrated diodes of transistors 13 and 14, i.e. runoff to the bus of zero potential. With all transistors closed, the current in the circuit does not pass, no matter what polarity the autonomous power source is connected to. In the case of incorrect polarity, the circuit does not work, the transistors are closed, and the current in the primary winding of the transformer does not pass.

Датчик сетевого напряжения 6 согласно одному из возможных вариантов реализации, представленной на фиг.2, содержит трансформатор 26, делитель напряжения, выполненный на резисторах 27 и 28, и АЦП 25, при этом входами датчика являются выводы первичной обмотки трансформатора 26, выводы вторичной обмотки которого через делитель соединены с АЦП 25, выход которого является выходом датчика сетевого напряжения 6. The voltage sensor 6 according to one of the possible embodiments shown in FIG. 2 contains a transformer 26, a voltage divider made on resistors 27 and 28, and an ADC 25, while the sensor inputs are the terminals of the primary winding of the transformer 26, the terminals of the secondary winding of which through a divider connected to the ADC 25, the output of which is the output of the voltage sensor 6.

Датчик сетевого напряжения 6 работает следующим образом. The voltage sensor 6 operates as follows.

Трансформатор 26 служит в качестве гальванической развязки от сети 220. Трансформатор 26 соединен с делителем напряжения, выполненным на резисторах 27 и 28, выход которого подключается к АЦП 25. Сигнал от АЦП поступает на блок измерения и cравнения 19 микроконтроллера 3, в котором он сравнивается с величиной, записанной в программе микроконтроллера. The transformer 26 serves as a galvanic isolation from the network 220. The transformer 26 is connected to a voltage divider made on resistors 27 and 28, the output of which is connected to the ADC 25. The signal from the ADC is fed to the measurement and comparison unit 19 of the microcontroller 3, in which it is compared with value recorded in the microcontroller program.

Анализ патентных и литературных источников показал, что совокупность указанных в изобретении признаков нигде ранее не описана и не известна, и именно данная совокупность обеспечивает функциональную полноту, законченность технического решения и достижение цели. The analysis of patent and literary sources showed that the totality of the characteristics indicated in the invention has not been previously described and is not known, and it is this combination that provides functional completeness, completeness of the technical solution and achievement of the goal.

Очевидно, что предлагаемая предпочтительная реализации изобретения является одной из возможных. Различные модификации ее без изменения сущности описываемого изобретения могут найти применение в разных областях производства и жизнедеятельности человека. It is obvious that the proposed preferred implementation of the invention is one of the possible. Various modifications of it without changing the essence of the described invention can find application in various fields of production and human life.

Claims

A multimode power source containing an autonomous power source made in the form of a battery, a stabilizer, a filter, a voltage converter, consisting of two field-effect transistors with internal integrated diodes, and a transformer, characterized in that a switching unit, a bus driver, network sensors are inserted into it voltage and temperature, an additional field effect transistor with an internal integrated diode, a microcontroller, an input signal receiving unit and an amplifier, while the output of an autonomous source the power supply is connected to the first input of the microcontroller and connected through the stabilizer to the power input of the microcontroller, the second and third inputs of which are connected respectively to the outputs of the amplifier and temperature sensor, the outputs of the microcontroller are connected to a bus driver connected to the control input of the switching unit, to the gates of the first and second field transistors of the voltage converter, to the gate of the additional field-effect transistor, the drain of the first field-effect transistor of the voltage converter is connected to the first the output of the primary winding of the transformer, the middle output of which is connected to the output of the autonomous power source, and the second output to the drain of the second field-effect transistor of the voltage converter, the sources of the first and second field-effect transistors of the voltage converter are connected to the source of the additional field-effect transistor and to the first input of the amplifier, and the drain of the additional the transistor is connected to the zero potential bus and to the second input of the amplifier, the source and drain of each field-effect transistor of the voltage converter are connected with the anode and cathode of the corresponding internal integrated diode, the terminals of the secondary winding of the transformer are connected to the inputs of the filter, the outputs of which are connected to the first group of inputs of the switching unit, the output of which is the output of the power source, and the second group of inputs is connected to the terminals of the mains and to the inputs of the network voltage sensor the output of which is connected to the fourth input of the microcontroller, the fifth input of which is connected to the input signal receiving unit, while the microcontroller is configured to In accordance with the program recorded in its memory, it is intended in response to signals received from an amplifier, a temperature sensor, an input signal receiving unit, an autonomous power supply and a network voltage sensor to generate pulses of a given duty cycle for controlling transistors, and is also configured to process and storing signals received from the input signal receiving unit, and is designed to control changes in the parameters of the supply network and the magnitude of the output voltage and control the charge of the car Nominal power supply, monitoring the operating mode and temperature of field-effect transistors, in addition, the microcontroller is designed to set the values of time intervals of permissible excesses of the boundary parameters of the supply network and select the mode of autonomous or mains power to control switching of the switching unit.