Резервирование элементов устройств
В технике электропитания зачастую является актуальным выполнение тех или иных функций даже в случае возникновения аварийных ситуаций. К задачам такого рода относятся, например, поддержание освещенности в помещениях пультов управления сложным техническим оборудованием, сохранение постоянным тока нагрузки цепей питания ряда источников питания и т.д.
Ниже рассмотрены основные варианты решения задачи дублирования элементов. В качестве нагрузки в этих схемах использована, преимущественно, лампа накаливания, хотя вместо нее могут быть использованы активные нагрузки иного рода: тепловыделяющие элементы, резистивные элементы нагрузки, системы сигнализации,генераторы и усилители.
Рис. 11.1. Схема дублирования на примере ламп накаливания
Одна из наиболее простых схем, позволяющих дублировать основной источник светового излучения в случае перегорания его нити накала, показана на рис. 11.1 [11.1]. При включении устройства горит лампа EL1. Транзистор VT1 открыт, VT2 – закрыт. При обрыве в цепи смещения транзистора VT1 (перегорании лампы EL1, нарушении контакта в панельке) транзистор VT1 закрывается, соответственно открывается транзистор VT2 и включается лампа EL2.
Схема резервирования нагрузки при ее сетевом питании переменным током показана на рис. 11.2 [11.2].
Падение напряжения на датчике тока – сопротивлении R1 – составляет 0.5… 1.7 В с лампой накаливания мощностью 60…200 Вт. Резистор R2 предназначен для защиты транзистора VT1 в случае короткого замыкания в лампе EL1.
Рис. 11.3. Схема светодиодного контроля исправности нагрузки
Для контроля исправности лампы EL1 или иной резистивной нагрузки может быть использована схема, показанная на ис. 11.3 [11.3]. Нагрузка – лампа EL1 – питается постоянным эком через диод – датчик тока VD1. Пока через нагрузку протекает ток, на датчике тока – диоде VD1 падает часть напряжения питания – около 0.7 В. Это напряжение поддерживает в открытом состоянии транзистор VT1, в коллекторную цепь которого ключей светодиод HL1 и токоограничивающий резистор R1.
При обрыве в цепи нагрузки или отключении питания ток через осветительную лампу прервется, одновременно погаснет светодиод HL1, сигнализируя о неисправности или аварии. Для повышения надежности работы устройства желательно ввести в цепь базы транзистора дополнительный резистор, который защитит транзистор от перегрузки по току в случае короткого замыкания нагрузки.
Недостатком устройства (рис. 11.3) является то, что светодиод "дублирует" работу лампы: светится одновременно с ней, хотя более логичным было бы его зажигание при обрыве в цепи нагрузки при перегорании лампы или отсутствии контакта в цепи ее питания. Диод VD1 должен быть рассчитан на прямой ток, по меньшей мере на 50% превышающий величину номинального рабочего тока через лампу EL1.
На рис. 11.4 показан усовершенствованный вариант предшествующего устройства [11.3]. Лампа EL2 одновременно является индикатором неисправности и дублирует утраченную в результате аварии основную функцию осветительного прибора – является дублирующим источником света. Принцип действия такой же, что и у прототипа, однако в схему введен дополнительный транзистор VT2, назначение которого – инвертировать сигнал, снимаемый с резистора R1. Таким образом, пока исправна лампа EL1, лампа EL2 не светится. При обрыве (перегорании) основной лампы EL1 загорается дублирующая EL2.
Рис. 11.4. Схема переключателя нагрузки, дублирующей функции основной
Слаботочная лампа накаливания EL3 индицирует наличие короткого замыкания в цепи лампы EL1.