FR2627029A1

FR2627029A1 - Electrical supply with battery backup

Info

Publication number: FR2627029A1
Application number: FR8801451A
Authority: FR
Inventors: Gerard Vuillemin
Original assignee: Telic Alcatel SA; La Telephone Industrielle et Commerciale Telic Alcatel SA
Current assignee: ALE International SAS
Priority date: 1988-02-08
Filing date: 1988-02-08
Publication date: 1989-08-11
Anticipated expiration: 2008-02-08
Also published as: FR2627029B1

Abstract

This electrical supply delivers several DC polarising voltages +V, V', V''. It includes a transformer 10 with a primary winding 11 energised by the mains and secondary windings 13, 14, 15 followed by rectifiers 40, 41, 42 and by voltage regulators 50, 55, 56, a mains cutoff device 20 placed ahead of the transformer 10, a battery 60 arranged as a buffer following an arrestable voltage regulator 50, an activatable inverter 70 which is supplied by the battery 60 and which energises an auxiliary primary winding 16 of the transformer 10, and a device for monitoring the mains voltage 10 which, in the event of a drop in or the absence of the mains voltage, triggers the opening of the cutout device 20 simultaneously with the arresting of the arrestable voltage regulator 50 and the activating of the inverter 70.

Description

Alimentation électrique secourue par batterie.Battery-backed power supply.

La présente invention est relative à une alimentation électrique de faible puissance, secourue par batterie, délivrant plusieurs tensions continues de polarisation différentes à partir de la tension du secteur et utilisable pour un équipement électronique tel qu'un équipement de péritéléphonie. The present invention relates to a low power power supply, backed up by battery, delivering several different DC bias voltages from the mains voltage and usable for electronic equipment such as peritelephony equipment.

On tonnait de nombreuses sortes d'alimentation électrique secourue par batterie de ce genre. La plus répandue comporte en entrée un convertisseur de tension alternatif-continu à transformateur, redresseur et régulateur de tension opérant à partir du secteur et délivrant l'une des tensions continues de polarisation désirées, suivi par une batterie placée en tampon et par un ou plusieurs convertisseurs de tension continu-continu haute fréquence délivrant les autres tensions continues de polarisation. There were many kinds of battery-backed power supply like this. The most widespread comprises at input an AC-DC voltage converter with transformer, rectifier and voltage regulator operating from the mains and delivering one of the desired DC bias voltages, followed by a battery placed in buffer and by one or more high frequency DC-DC voltage converters delivering the other DC bias voltages.

Cette sorte d'alimentation électrique secourue par batterie à l'inconvénient de ne pas pouvoir se transformer, lorsque la nécessité d'un secours par batterie ne se fait pas sentir, en une alimentation électrique non secourue, simple et économique constituée d'un transformateur unique avec un enroulement primaire excité par le secteur et des enroulements secondaires suivis de redresseurs et régulateurs de tension délivrant les diverses tensions continues de polarisation puisqu'elle doit toujours colporter le convertisseur de tension alternatif-continu d'entrée délivrant l'une des tensions continues de polarisation et les convertisseurs de tension continu-continu haute fréquence délivrant les autres tensions de polarisation. This kind of battery-backed power supply has the disadvantage of not being able to transform itself, when the need for battery backup is not felt, into an unsupported, simple and economical power supply consisting of a transformer single with a primary winding excited by the sector and secondary windings followed by rectifiers and voltage regulators delivering the various DC bias voltages since it must always peddle the AC / DC input voltage converter delivering one of the DC voltages polarization and high frequency DC-DC voltage converters delivering other polarization voltages.

Elle a également pour inconvénient de nécessiter des circuits de filtrage et d'antiparasitage empêchant la propagation vers le secteur des courants haute fréquence engendrés par ses convertisseurs de tension continu-continu haute rréquence. It also has the disadvantage of requiring filtering and suppressing circuits preventing the propagation towards the sector of the high frequency currents generated by its high frequency DC-DC voltage converters.

La présente invention a pour but une alimentation électrique secourue par batterie qui n'ait pas les inconvénients précités, qui soit transformable en une alimentation électrique non secourue simple et économique sans convertisseur de tension continu-continu haute fréquence et qui ne nécessite qu'un filtrage d'antiparasitage sommaire. The object of the present invention is to provide a battery-backed power supply which does not have the aforementioned drawbacks, which can be transformed into a simple and economical un-backed power supply without high-frequency DC-DC voltage converter and which requires only filtering. summary suppression.

Elle a pour objet une alimentation électrique secourue par batterie délivrant plusieurs tensions continues de polarisation à partir de la tension du secteur. Cette alimentation comporte un transformateur avec un enroulement primaire excité par le secteur et des enroulements secondaires suivis de redresseurs et de régulateurs de tension délivrant les diverses tensions continues de polarisation, un dispositif de coupure du secteur intercalé devant l'enroulement primaire du transformateur, un dispositif de surveillance de la tension du secteur commandant le dispositif de coupure, une batterie placée en tampon à la suite de l'un des régulateurs de tension qui est blocable et commandé par le dispositif de surveillance de la tension du secteur, et un onduleur alimenté par la batterie, qui excite un enroulement primaire auxiliaire du transformateur et dont l'activation est commandée par le dispositif de surveillance de la tension secteur simultanément avec l'ouverture du dispositif de coupure et le blocage du régulateur de tension blocable. Its purpose is a battery-backed power supply delivering several DC bias voltages from the mains voltage. This supply comprises a transformer with a primary winding excited by the sector and secondary windings followed by rectifiers and voltage regulators delivering the various DC bias voltages, a device for cutting the sector inserted in front of the primary winding of the transformer, a device mains voltage monitoring device controlling the cut-off device, a battery placed in a buffer following one of the voltage regulators which can be locked and controlled by the mains voltage monitoring device, and an inverter powered by the battery, which excites an auxiliary primary winding of the transformer and whose activation is controlled by the mains voltage monitoring device simultaneously with the opening of the cut-off device and the blocking of the lockable voltage regulator.

Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif de surveillance de la tension du secteur comporte deux parties galvaniquement isolées, reliées par un coupleur opto-électronique, l'une au potentiel de terre, l'autre au potentiel de masse des enroulements secondaires du transformateur. According to a preferred embodiment, the mains voltage monitoring device has two galvanically isolated parts, connected by an opto-electronic coupler, one at ground potential, the other at ground potential of the secondary windings of the transformer. .

De préférence, onduleur opère à une fréquence de l'ordre du triple de celle du secteur sous la commande d'un circuit de modulation d'impulsions en largeur. Preferably, the inverter operates at a frequency of the order of three times that of the sector under the control of a pulse width modulation circuit.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple. Cette description sera faite en regard du dessin dans lequel
- la figure 1 représente un schéma sypnotique d'une alimentation électrique secourue par batterie conforme à l'invention,
- la figure 2 détaille le schéma d'un dispositif de surveillance de la tension du secteur représenté à la figure 1,
- la figure 3 détaille le schéma d'un régulateur de tension blocable représenté à la figure 1 et
- la figure 4 détaille le schéma d'un onduleur représenté à la figure 1.Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description below of an embodiment given by way of example. This description will be made with reference to the drawing in which
FIG. 1 represents a hypnotic diagram of a battery-backed electrical supply in accordance with the invention,
FIG. 2 details the diagram of a device for monitoring the mains voltage shown in FIG. 1,
- Figure 3 details the diagram of a lockable voltage regulator shown in Figure 1 and
- Figure 4 details the diagram of an inverter shown in Figure 1.

L'alimentation électrique secourue par batterie représentée à la figure 1 comporte un transformateur 10 qui fournit au secondaire différentes tensions de polarisation et qui est excité au primaire soit par le secteur soit par un onduleur 70 alimenté par une batterie 60 recevant son courant de charge du secondaire du transformateur 10. The battery-backed electrical supply shown in FIG. 1 comprises a transformer 10 which supplies the secondary with different bias voltages and which is excited in the primary either by the sector or by an inverter 70 supplied by a battery 60 receiving its charging current from the transformer secondary 10.

Le primaire du transformateur 10 possède un enroulement principal 11 isolé par un blindage électrostatique 12 mis à la terre et relié au secteur par l'intermédiaire d'un dispositif de coupure 20 à contacts actionnés par un relais et d'un filtre antiparasite 30, et un enroulement auxiliaire 16 à point milieu porté au potentiel +V de la batterie 60, dont les extrémités sont connectées à la sortie de l'onduleur 70. The primary of the transformer 10 has a main winding 11 isolated by an electrostatic shield 12 grounded and connected to the mains by means of a cut-off device 20 with contacts actuated by a relay and a suppressor filter 30, and an auxiliary winding 16 at mid-point brought to the potential + V of the battery 60, the ends of which are connected to the output of the inverter 70.

Le secondaire du transformateur 10 possède différents enroulelents 13, 14, 15 suivis de redresseurs 40, 41, 42 et de régulateurs de tension 50, 55, 56 qui délivrent les diverses tensions continues de polarisation souhaitées +V, V', V". The secondary of the transformer 10 has different windings 13, 14, 15 followed by rectifiers 40, 41, 42 and voltage regulators 50, 55, 56 which deliver the various desired DC bias voltages + V, V ', V ".

L'onduleur 70 et l'un des régulateurs de tension 50 qui assure en outre la charge de la batterie 60 sont pourvus de commandes de blocage commandées par un dispositif de surveillance de la tension secteur 80 qui teste la tension du secteur en un point placé entre le dispositif de coupure 20 et le filtre antiparasite 30. The inverter 70 and one of the voltage regulators 50 which additionally ensures the charging of the battery 60 are provided with blocking commands controlled by a mains voltage monitoring device 80 which tests the mains voltage at a point located between the cut-off device 20 and the interference filter 30.

En présence de tension secteur, le dispositif de surveillance 80 laisse le dispositif de coupure 20 au repos, ses contacts fermés connectant l'enroulement primaire principal 1 1 du transformateur 10 au secteur, débloque le régulateur de tension 50 qui fournit la tension continue de polarisation +V et un courant de charge pour la batterie 60, et bloque l'onduleur 70 qui charge à vide l'enroulement primaire auxiliaire 16 du transformateur 10. L'alimentation fonctionne alors comme une alimentation classique non secourue avec un transformateur à enroulement primaire unique excité par le secteur et à enroulements secondaires multiples suivies de redresseurs et de régulateurs de tension délivrant les différentes tensions continues de polarisation souhaitées. In the presence of mains voltage, the monitoring device 80 leaves the cut-off device 20 at rest, its closed contacts connecting the main primary winding 1 1 of the transformer 10 to the mains, releases the voltage regulator 50 which supplies the DC bias voltage + V and a charging current for the battery 60, and blocks the inverter 70 which loads the auxiliary primary winding 16 of the transformer 10 when empty. The power supply then operates as a conventional unsupported power supply with a transformer with a single primary winding energized by the sector and with multiple secondary windings followed by rectifiers and voltage regulators delivering the various desired DC bias voltages.

En cas d'une chute conséquente de la tension du secteur ou en l'absence de celui-ci, le dispositif de surveillance 80 actionne le relais du dispositif de coupure 20 qui ouvre ses contacts et isole du secteur l'enroulement primaire principal 11 du transformateur 10, charge à vide l'enroulement secondaire 13 du transformateur 10 en bloquant le régulateur de tension 50 et débloque l'onduleur 70 qui met alternativement à la masse, à la cadence de 150 Hz, chacune des extrémités de l'enroulement primaire auxiliaire 16 du transformateur 10 provoquant l'excitation du transformateur 10 par un courant alternatif tiré de la batterie 60.L'alimentation fonctionne alors en secours, les tensions continues de polarisation étant fournies par la batterie 60 jusqu'à épuisement de cette dernière, directement pour la tension +V et indirectement pour les tensions V' et V" par l'intermédiaire de l'onduleur 70, du transformateur 10, des redresseurs 41, 42 et des régulateurs de tensions 55, 56. En fin de décharge de la batterie 60, le circuit de surveillance de tension secteur 80 cesse d'entre alimenté ce qui entraine le blocage de l'onduleur 70, le déblocage du régulateur de tension 50 et le relâchement du dispositif de coupure 20 dont les contacts se referment connectant à nouveau au secteur l'enroulement primaire principal 11 du transformateur 10. In the event of a consequent drop in the mains voltage or in the absence thereof, the monitoring device 80 actuates the relay of the breaking device 20 which opens its contacts and isolates from the sector the main primary winding 11 of the transformer 10, empty load the secondary winding 13 of the transformer 10 by blocking the voltage regulator 50 and unblocks the inverter 70 which alternately earths, at the rate of 150 Hz, each of the ends of the auxiliary primary winding 16 of the transformer 10 causing the excitation of the transformer 10 by an alternating current drawn from the battery 60. The power supply then operates as backup, the DC bias voltages being supplied by the battery 60 until the latter is exhausted, directly for the voltage + V and indirectly for the voltages V ′ and V "via the inverter 70, the transformer 10, the rectifiers 41, 42 and the voltage regulators 55, 56. At the end of the decha rge of the battery 60, the mains voltage monitoring circuit 80 ceases to be supplied, which causes the inverter 70 to lock, the voltage regulator 50 to be released and the cut-off device 20 to be released, the contacts of which close reconnecting the main primary winding 11 of the transformer 10 to the mains.

Le dispositif de surveillance de la tension secteur 10 a son entrée connectée au secteur à la suite du filtre antiparasite 30, en amont du dispositif de coupure 20 par l'intermédiaire d'une résistance de limitation de courant 81. il comporte, comme représenté à la figure 2, un montage d'entrée et un montage de sortie reliés entre eux par un coupleur opto-électronique. Le montage d'entrée est alimenté par le secteur. il comporte un circuit de redressement 82 chargé d'une part, par une diode
Zener 83 en série avec sa résistance ballast 84 et d'autre part par la diode électroluminescente 85 du coupleur opto-électronique qui est placée en parallèle sur la résistance ballast 84 et s'allume lorsque le secteur délivre une tension normale. Le montage de sortie est alimenté par la tension +V de la batterie ou de la sortie du régulateur de tension 50.Il présente un comparateur de tension 86 qui reçoit sur son entrée non inverseuse la tension collecteur de l'opto-transistor 87 du coupleur opto-électronique et sur son entrée inverseuse une tension de référence Vréf tirée de celle +V de la batterie 60 par un générateur de tension non représenté faisant partie de l'onduleur 70 et dont la sortie normalement à la tension +V en présence de tension secteur passe au potentiel de la masse en cas d'une chute ou d'une disparition de la tension secteur. La sortie du comparateur 86 qui constitue celle du dispositif de surveillance de la tension secteur 80, commande la bobine d' excitation 90 d 'un relais actionnant les contacts fermés au repos du dispositif de coupure 20 et délivre les ordres de blocage ou de déblocage du régulateur de tension 50 et de l'onduleur 70.Son niveau de tension +V en'présence de tension secteur laisse le relais désexcité et constitue un ordre de déblocage du régulateur de tension 50 et de blocage de onduleur 70 tandis que son niveau de tension 0 en cas de chute ou d'absence de la tension secteur provoque l'excitation du relais et constitue un ordre de blocage du régulateur de tension 50 et de déblocage de l'onduleur 70.The mains voltage monitoring device 10 has its input connected to the mains following the interference filter 30, upstream of the breaking device 20 by means of a current limiting resistor 81. it comprises, as shown in Figure 2, an input circuit and an output circuit connected together by an opto-electronic coupler. The input assembly is supplied by the sector. it includes a rectifying circuit 82 charged on the one hand, by a diode
Zener 83 in series with its ballast resistor 84 and on the other hand by the light-emitting diode 85 of the opto-electronic coupler which is placed in parallel on the ballast resistor 84 and lights up when the sector delivers a normal voltage. The output circuit is supplied by the voltage + V of the battery or of the output of the voltage regulator 50. It has a voltage comparator 86 which receives on its non-inverting input the collector voltage of the opto-transistor 87 of the coupler opto-electronics and on its inverting input a reference voltage Vref drawn from that + V of the battery 60 by a voltage generator not shown forming part of the inverter 70 and whose output normally at voltage + V in the presence of voltage mains voltage goes to ground potential in the event of a drop or disappearance of the mains voltage. The output of the comparator 86 which constitutes that of the mains voltage monitoring device 80, controls the excitation coil 90 of a relay actuating the contacts closed at rest of the breaking device 20 and issues the blocking or unblocking orders from the voltage regulator 50 and inverter 70. Its voltage level + V in the presence of mains voltage leaves the relay de-energized and constitutes an order to unlock the voltage regulator 50 and block inverter 70 while its voltage level 0 in the event of a fall or absence of the mains voltage causes the relay to be energized and constitutes an order to block the voltage regulator 50 and unblock the inverter 70.

Le régulateur de tension 50 est détaillé à la figure 3. The voltage regulator 50 is detailed in FIG. 3.

Il s'agit d'un régulateur de tension tripôle classique 51 par exemple du genre 78ss de tension nominale inférieure à la tension *V de la batterie 60 dont ia borne de masse est connectée au point milieu t'un pont de résistances 52, 53 reliant sa borne de sortie à la sasse. Ce régulateur de tension maintient la tension aux bornes de la résistance 52 égale à sa tension nominale, le rapport de cette tension nominale à la tension +V étant égal à celui de la valeur de la résistance 52 à la valeur de la somme des résistances 52 et 53 du pont.It is a conventional three-pole voltage regulator 51, for example of the type 78ss with a nominal voltage lower than the voltage * V of the battery 60, the ground terminal of which is connected to the midpoint of a resistor bridge 52, 53 connecting its output terminal to the sasse. This voltage regulator maintains the voltage across the resistor 52 equal to its nominal voltage, the ratio of this nominal voltage to the voltage + V being equal to that of the value of the resistor 52 to the value of the sum of the resistors 52 and 53 from the bridge.

Une diode Zener 54 relie le point milieu du pont de résistan ces 52, 53 à une commande de blocage. Elle est connectée par son anode au point milieu du pont de résistance 52, 53 et présente une tension Zener légérement supérieure à la tension nominale du régulateur de tension. En présence de tension secteur, alors que le dispositif de surveillance de la tension secteur 80 porte la commande de blocage à la tension +V, la diode Zener 54 est bloquée et n'influe pas sur la polarisation de la borne de masse du régulateur de tension 50 qui fonctionne normalement et impose une tension de charge +V à la batterie.En cas de chute ou d'absence de tension secteur alors que le dispositif de surveillance de la tension secteur 80 met la commande de blocage au potentiel de la masse, la diode Zener 54 conduit en inverse et abaisse le potentiel de la borne de masse du régulateur de tension 51 qui voit sa tension de sortie augmenter et tend à s'y opposer en se bloquant. A Zener diode 54 connects the midpoint of the resistor bridge 52, 53 to a blocking control. It is connected by its anode to the midpoint of the resistance bridge 52, 53 and has a Zener voltage slightly higher than the nominal voltage of the voltage regulator. In the presence of mains voltage, while the mains voltage monitoring device 80 carries the blocking command at + V voltage, the Zener diode 54 is blocked and does not affect the polarization of the ground terminal of the regulator. voltage 50 which operates normally and imposes a charging voltage + V on the battery. In the event of a drop or absence of mains voltage while the mains voltage monitoring device 80 puts the blocking command at ground potential, the Zener diode 54 leads in reverse and lowers the potential of the ground terminal of the voltage regulator 51 which sees its output voltage increase and tends to oppose it by blocking.

L'onduleur 70, détaillé à la figure 4, comporte deux transistors 71 et 72 qui sont intercalés entre lamasse et les extrémités de l'enroulement primaire auxiliaire 16 du transformateur 10, qui fonctionnent en interrupteur et qui sont commandés en opposition, à une fréquence de l'ordre de 150 Hz, triple de celle du secteur, par un circuit spécialisé 73 de commande par modulation d'impulsions en largeur PWM pourvu d'une commande d'activation neutralisée lorsqu'elle est au potentiel de la masse et connectée en sortie du dispositif de surveillance de la tension secteur 80.On peut utiliser pour ce circuit spécialisé de commande le circuit référencé SG1525A par la société Motorola qui comporte une source de référence de tension pour le contrôle de la largeur de modulation, accessible de l'extérieur et utilisée comme mentionné précédemment pour fournir la tension de référence du comparateur 86 du dispositif de surveillance de tension sécteur 80. The inverter 70, detailed in FIG. 4, comprises two transistors 71 and 72 which are interposed between the mass and the ends of the auxiliary primary winding 16 of the transformer 10, which operate as a switch and which are controlled in opposition, at a frequency of the order of 150 Hz, triple that of the sector, by a specialized circuit 73 of control by pulse width modulation PWM provided with an activation command neutralized when it is at ground potential and connected in output of the mains voltage monitoring device 80. For this specialized control circuit, the circuit referenced SG1525A by Motorola can be used, which includes a voltage reference source for controlling the modulation width, accessible from the outside. and used as mentioned previously to supply the reference voltage of the comparator 86 of the sector voltage monitoring device 80.

L'alimentation électrique secourue par batterie qui vient d'être décrite a l'avantage de pouvoir très facilement être transformée en une alimentation électrique classique non secourue lorsque la nécessité d'un secours par batterie ne se fait pas sentir. il suffit en effet de supprimer la batterie 60, l'onduleur 70 et le dispositif de surveillance de la tension secteur 80 ou à tout le moinsZle montage de sortie de ce dispositif pour retrouver une alimentation classique à transformateur unique avec un enroulement primaire excité par-le secteur et des enroulelents secondaires suivis de redresseurs et de régulateurs de tension délivrant les différentes tensions continues de polarisation souhaitées. The battery-backed power supply which has just been described has the advantage of being able very easily to be converted into a conventional non-backup power supply when the need for battery-backup does not arise. it suffices to remove the battery 60, the inverter 70 and the mains voltage monitoring device 80 or at least the output mounting of this device to find a conventional power supply with a single transformer with a primary winding excited by- the sector and secondary windings followed by rectifiers and voltage regulators delivering the various DC bias voltages desired.

On peut, sans sortir du cadre de l'invention modifier certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. Without departing from the scope of the invention, it is possible to modify certain provisions or to replace certain means by equivalent means.

Claims

CLAIMS:

1 / Battery-backed electrical supply delivering several DC bias voltages (+ V, V ', V ") from the mains and comprising a transformer (10) with a primary winding (11) excited by the sector and secondary windings ( 13, 14, 15) followed by rectifiers (40, 41, 42) and voltage regulators (50, 55, 56) delivering the various DC bias voltages (+ V, V ', V ") characterized in that l '' one (50) of the voltage regulators is lockable and in that it further comprises: - a mains cut-off device (20) interposed in front of the transformer (10), - a battery (60) arranged as a buffer following the lockable voltage regulator (50), - an inverter (70) which is provided with an activation command and powered by the battery (60) and which excites an auxiliary primary winding (16) of the transformer (10) and - a mains voltage monitoring device (80) which, in the event of a drop or absence of the mains voltage, triggers the opening of the cut-off device (20) simultaneously with the blocking of the blockable voltage regulator (50) and the activation of the inverter (70).

2 / power supply according to claim 1, characterized in that said mains voltage monitoring device (80) comprises an input circuit supplied by the sector and an output circuit supplied by the voltage available at the terminals of the battery (60) and from the output of the lockable voltage regulator (50) interconnected by an opto-electronic coupler.

3 / Power supply according to claim 1, characterized in that the inverter (70) operates at a frequency of the order of three times that of the sector.

4 / Power supply according to claim 1, characterized in that the inverter (70) is controlled by a pulse width modulation circuit.