Устройство импульсного стабильного питания функциональных блоков электронно-вычислительных машин

(19) (11) 05 0 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Иканфиев А,Б, и др, Постоян- ные запоминающие устройства на микросхемах к 155 РЕЗ. - Электронная промышленность, 1975, В 3, с,23-25,Авторское свидетельство СССР Р 1086418, кл. ( 05 Р 3/20, 1984.(54) УСТРОЙСТВО ИМПУЛЬСНОГО СТАБИЛЬНОГО ПИТАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ БЛОКОВЭЛЕКТРОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН(57) Изобретение относится к электротехнике, в частности, к источникам электропитания электронно-вычислительных машин, Цель изобретения -повышение надежности, снижение потребляемой мощности и расширение функциональных возможностей, Устройствоработает в двух режимах - "Ожидание и "Работа". Для нормальной работыустройства с малым энергопотреблением необходимо, чтобы время разряда накопительного конденсатора18было минимально и независимоот длительности цикла обращения,было постоянным, При коротком замыкании в режиме "Работа" устройство автоматически,отключаетдефектнуюнагрузку, Устройство может иметьодин и И питающих выходов 3, При Мвыходах 3 устройство содержит М - 1оконечных формирователей 36 импульсов. Считывание информации происходит только с одной из М интегральных микросхем постоянного запоминающего устройства, Это обеспечиваетсвыработкойимпульса электропитаниятолько на одном выходе 3 соответстствующего оконечного формирователя36 импульсов, Остальные М - 1 формирователей 36 остаются в режиме8677 2третьего транзистора 11 соединен свторым выводом третьего резистора 15,первой шиной 9 питания, которая является третьим выходом расширенияустройства, первый источник 26 управляющих сигналов, выход которого подключен к первому управляющему входу 22 устройства, а первый и второйвыводы питания соединены соответст 10 венно с первой шиной 9 питания ивторым выходом 21 расширения устройства, второй источник 27 управляющихсигналов, первый и второй выходы которого подключены соответственно квторому 23 и третьему 24 управляющим входам устройства, а первый ивторой выводы питания соединены соответственно с первой 9 и второй 25 шинами питания, интегральные микросхе 20 мы постоянного запоминающего устройства (ИМС ПЗУ) 28, выводы питаниякоторой подключены к первой шине 9питания и питающему выходу 3 устрой.ства, а инйормационный вывод 29 чеез штой резистор 30 соединенвторой шиной 25 питания.Источник 7 опорного напряжениясодержит стабилитрон 31 и пятыйдиод 32, аноды которых объединены,30 катод стабилитрона 31 соединен с выходом 6 источника 7, а катод пятогодиода 32 соединен с первой шиной 9питания,Пятый диод 33 предназначен для35 уменьшения задержки выключения второго транзистора 5, его применениецелесообразно при использовании трав.зистора 5 с недостаточно высокимичастотными характеристиками. Шестой40 диод 34 предназначен для уменьшениязадержки выключения третьего транзистора 11.1(роме того, устройство содержит(фиг.1 и 2) предварительный Аормиро 45 ватель 35 импульсов (ПФИ) и оконечный йормирователь 36 импульсов (ОФИ).Первая шина 9 питания заземляется.На вторую шину 25 питания подаетсястабилизированное напряжение, напри 50 мер, +5 В. Устройство импульсного стабильного питания содержит первый транзистор 1, эмиттер которого соединен с анодом первого диода 2 и является питающим выходом 3 устройства, коллектор первого транзистора 1 соединен через первый резистор 4 с эмиттером второго транзистора 5, коллектор которого соединен с выходом 6 источника 7 опорного напряжения, через второй резистор 8 - с первой шиной 9 питания, анодом второго диода 10, катод которого соединен с коллектором третьего транзистора 11, катодами первого 2, третьего 12, четвертого 13 диодов и является первым выходом 14 расширения устройства (организованным в пепи разряда емкостной составляющей нагрузки), анод третьего диода 12 соединен с первыми выводами третьего 15 и четвертого 16 резисторов, базой четвертого транзистора 17,эмиттер которого соединен с анодом четвертого диода 13 и первым выводом накопительного конденсатора 18, второй вывод которого соединен через пятый резистор 19 с эмиттером пятого транзистора 20, коллектором первого транзистора 1 и является вторым выходом 21 расширен ния устройства (организованным в цепи формирования импульса повышенного напряжения), первым 22, вторым 23 и третьим 24 управляющими входами которого являются соответственно базы второго 5, третьего 11 и пятого 20 транзисторов, коллектор пятого транзистора 20 соединен с коллектором четвертого транзистора 17, вторым выводом четвертого резистора 16 и втброй шиной 25 питания, а эмиттер 55 1 128Изобретение относится к электротехнике и электронике и может быть использовано для снижения энергопотребления устройствами, периодически находящимися в режимах "Работа" и "Ожидание".Цель изобретения - повышение надежности, снижение потребляемой мощности и расширение Функциональных возможностей.На Лиг.1 представлена принципиальная схема устройства импульсного стабильного питания; на Аиг,2 устройство импульсного стабильного питания, организованное на М питающих выходов. В режиме "Ожидание" (исходное состояние устройства) на базах третьего 11 и пятого 20 транзисторов установлен высокий уровень управляющих сигналов соответственно с выходом 23 и 24 второго источника 27 управляющих сигналов, вследствие чего третий 11 и пятый 20 транзисторы от 12крыты. Четвертый транзистор 17 закрыт низким уровнем сигнала на его базе, которая подключена к первой шине 9 питания через третий диод 12 и открытый третий транзистор 11.Открытое состояние третьего 11 и пятого 20 транзисторов обеспечивает заряд накопительного конденсатора 18 по следующей цепи: первая шина 9 питания, третий транзистор 11, четвертый диод 13, накопительный конденсатор 18, пятый резистор 19, пятый транзистор 20, вторая шина 25 питания. Накопительный конденсатор 18 заряжается до значения1О =(О -Ц -0 -0 )(1 Е)13 ( й кэ н оэ 1 з кэао(1) где Б - напряжение на второй25шине 25 питания;Ц - напряжение на эмиттерепятого транзистора 20относительно второйшины 25 питания;время, в течение которого осуществляетсязаряд накопительногоконденсатора 18;постоянная времени цепизаряда накопительногоконденсатора 18.При этом напряжение на второмвыходе 21 расширения устройстваравно где У - падение напряжения напятом резисторе 19.Кроме того, открытое состояние третьего транзистора 11 обеспечивает разряд емкостной составляющей нагрузки и паразитной емкости источника 7 опорного напряжения, которые осуществляются следующим образом. Питающий выход 3 устройства подключен к первой шине 9 питания через первый диод 2, первый выход 14 расширения устройства и третий транзистор 11. В результате этого паразитная емкость нагрузки разряжается до напряжения, не превышающего па/ дение напряжения на первом диоде 2 и открытом транзисторе 11, при котором обеспечивается полное отключение внутренних узлов ИМС ПЗУ 28.Выход 6 источника 7 опорного напряжения подключен к первой шине 9 питания через второй диод 10, пер 88677 4вый выход 14 расширения устройстваи открытый транзистор 11, В результате этого параз: тная емкость источника 7 опорного напряжения разряжается до напряжения, не превышающегопадение напряжения на первом диоде2 и открытом транзисторе 11, при котором обеспечивается надежное запирание первого транзистора 1, 10 Второй транзистор 5 в режиме "Ожидание" также закрыт высоким уровнемсигнала на его базе, установленнымс выхода 22 первого источника 26управляющих сигналов.15 В .режиме "Работа" на втором 23 итретьем 24 управляющих входах устройства, а следовательно, и на базахтретьего 11 и пятого 20 транзисторов устанавливаются сигналы низкого 20 уровня (момент времени Е ). В результате этого третий 11 и пятый 20 транзисторы закрываются. Четвертый транзистор 17 открывается сигналом высокого уровня на его базе, подключенной через четвертый резистор 16 квторой шине 25 питания и отключенной от первой шины 9 питания при закрытом транзисторе 11. При этом заряженный (в режиме Ожидание ) на копительный конденсатор 18 через открытый четвертый транзистор 17 подключается к второй шине 25, т.е. последовательно и согласно источникупитания, подключенного к шинам 9 и 35 25 питания. Напряжение на второмвыходе 21 расширения устройства увеличивается до значения где Е, - время, в течение которогоосуществляется разряд накопительного конденсато ра 18;постоянные времени цепиразряда накопительногоконденсатора 18.Кроме того, при закрытом состоянии третьего транзистора 11 питающий выход 3 устройства и выход 6 источника 7 опорного напряжения отклю-.чены от первой шины 9 питания. Вмомент времени й 2 на первом управляющем входе 22 устройства, а следовательно, и на базе второго транзистора 5 устанавливается сигнал низкого уровня, под действием котороговторой транзистор 5 открывается.(5) подачи сигнала низкого уровня на лерч5 выи управляющий вход 22 устройства относительно подачи сигналов низкого уровня на второй 23 и третий 24 управляющие входы устройства необходима для полного переключения состоя ния третьего 11, четвертого 17 и пятого 20 транзисторов и определяется частотными характеристиками этих транзисторов.При переходе второго транзистора 5 в открытое состояние начинает протекать ток через источник 7 опорного напряжения по следующей цепи: второй выход 21 расширения устройства, первый резистор 4, второй транзистор 20 5, источник 7 опорного напряжения, первая шина 9 питания. В результате этого на выходе источника 7 опорного напряжения появляется напряжение. Напряжение с выхода б источника 7 опорного напряжения поступает через эмит-, терный повторитель, питающий выход 3 устройства на вывод питания ИМС ПЗУ 28 (момент времени е ). Амплитуда импульса электропитания на питающем 30 выходе 3 устройства определяется значением напряжений, на выходе 6 источника 7 опорного напряжения, на второй вине 25 питания и на накопительном конденсаторе 18 40 где Ц - амплитуда импульса электропитания на питающем выходе3 устройства;Ц - напряжение на выходе 6 исбточника 7 опорного напряжения;- напряжение на базе первоготранзистора 1 относительно питающего выхода 3 устройства. 50Возврат устройства в режим "Ожидание" осуществляется следующим образом.На первом 22, втором 23 и третьем 24 управляющих входах устройства, а следовательно, и на базах второго 5, третьего 11 и пятого 20 транзисторов одновременно устанавливаются сигналы высокого уров 7 6ня (момент времени), В результазте этого второй транзистор 5 закрывается, а третий 11 и пятый 20 транзисторы открываются. Переход третьего транзистора 11 в открытое состояние приводит к запиранию четвертого транзистора 17, так как его база подключена к первой шине 9 питания через третий диод 12 и открытый транзистор 11. В результате перехода в закрытое состояние второго транзистора 5 прекращается протекание тока через источник 7 опорного напряжения, напряжение на его выходе 6 уменьшается с постоянной времени цепи разряда параэитной емкости источника 7 опорного напряжения до значения, определяемого падением напряжения на втором диоде 10 и открытом третьем транзисторе 11. При этом первый транзистор 1 закрывается, а напряжение на питающем выходе 3 устройства форсированно уменьшается с постоянной времени цепи разряда паразитной емкости нагрузки до значения, определяемого падением напряжения на первом диоде 2 и открытом третьем транзисторе 11. Таким образом формируется один импульс электропитания ИМС ПЗУ 28. К моменту Аормирования второго импульса электропитания (момент времени 1 ) накопительный конденсатор 18 заряжается до значения2 -,й, о =(и -о -о -и -и еР)18 25 кэ 11 пР 15 К 320 18(6)18 1а напряжение на втором выходе 21 расширения устройства увеличится в режиме Работа до значения К моменту Аормирования п-го импульса электропитания накопительный конденсатор 18 заряжается в режиме Ожидание до значения.с В Ц -(с) -О -О -О -О ЕР 1825 кэ 11 пР 13 Кэ 20 1 В1-Е) ОС СР "Р1 В1а напряжение на втором выходе 21 расширения устройства увеличивается в режиме "Работа" до значенця11о Р )Рц =ц - ц +ц 1 (9)21 25 к э 11 18Из выражений (1), (6) и (8), описываюших динамику изменения напря 1288677 8жения на накопительном конденсаторе 18 в режиме "Ожидание", и выражений (3), (7), (9), описывающих динамику изменения напряжения на втором выходе 21 расширения устройства в режиме Работа", можно сделать сле дующие выводы. Для обеспечения нормальной работы устройства с малым энергопотреблением на различных, в том числе и на максимальной частоте обращений к ИМС ПЗУ 28, необходимо, чтобы й было минимально и незави -Рсимо от длительности цикла обращения имело постоянное значение. Минимальное значение определяется временем, необходимым для надежного считывания информации с ИМС ПЗУ 28,Минимальная, но достаточная для нормальной работы устройства (выработки импульса электропитания необходимой амплитуды на питающем выходе 3устройства), амплитуда импульса повьш)енного напряжения на втором выходе 21 расширения устройства определяется отношением 1 р(1 при максимальной частоте обращений, а номинал накопительного конденсатора 18при этом определяет уровень пульсации напряжения на втором выходе 21расширения устройства, а также время подготовки устройства к работепосле подключения источника питанияк первой 9 и второй 25 шинам питания.При возможном коротком замыканиив режиме "Работа" в цепи питания нагрузки устройство работает следующимобразом,В случае замыкания питающеговыхода 3 устройства и первой шинв9 питания накопительный конденсатор18 разряжается по цепи: первая шина 25 питания, четвертый транзистор17, накопительный конденсатор 18,второй выход 21 расширения устройства, первый транзистор 1, питающийвыход 3 устройства и первая шина 9питания. При этом ток короткого замыкания, определяемый током в цепиразряда накопительного конденсатора18, уменьшается в процессе его разряда и ограничивается по времени,В результате устройство автоматически отключает "дефектную" нагрузку,что существенно снижает вероятностьвыхода из строя его ключевых элементов.С помощью выходов 9, 14 и 21 расширения устройства число питающих50 55 Предлагаемое устройство по сравнению с известным имеет более высокую надежность, достигаемую уменьшением числа источников питания до одного и причем общего с электроникой обрамления, а также уменьшением вероятности выхода из строя ключевых элементов устройства при возможном коротком замыкании в цепи питания нагрузки за счет подключения ее выходов 3 устройства может быть увеличено до необходимого числа И, если выработка импульсов электропитания на этих выходах должна бытьразнесена во времени.Устройство импульсного стабильного питания, организованное на Ипитающих выходов 3 (фиг,2), по сравнению с устройством импульсного ста бильного питания на один питающийвыход 3 (фиг,1) дополнительно содержит И - 1 ОФИ 36, которые подключены параллельно к соответствующимвыходам 9, 14 и 21 расширения устрой ства, И - 1 первых источников 2 о управляющих сигналов, выходы которыхподключены к первым управляющимвходам 22 соответствующих Б - 1ОФИ 36, И - 1 ИМС ПЗУ 8, выводы пи тания которых подключены соответственно к выходам 3 И - 1 ОФИ, 36, аинформационные выходы ИМС ПЗУ 28объединены по схеме "Проводное ИЛИ".Такая организация устройства предполагает считывание информации вкаждом такте его работы только содной из Х ИМС ПЗУ, что обеспечивается выработкой импульса электропитания только на одном питающем вы ходе 3 соответствующего ОФИ 36.Приэтом остальные И - 1 ОФИ 36 остаются в режиме Ожидание под действием сигналов высокого уровня на ихпервых управляющих входах 22 и вли яния на работу устройства не оказывают, так как не потребляют энергию (первые 1 и вторые 5 транзисторы в режиме "Ожидание" закрыты).В остальном работа устройства им пульсного питания, организованногона питающих выходах 3, не отличаетсяот описанной для устройства на одинпитающий выход 3.Таким образом в предлагаемом уст ройстве импульсного питания для формирования спада импульса электропитания обеспечены условия, аналогичные известному устройству.к источнику питания через накопительный конденсатор,Потребление энергии в режиме"Ожидание" устройством, организованным на И питающих выходах, в Ираз меньше, поскольку в режиме "Ожидание" ОФИ энергии не потребляют,а потребление энергии ПФИ примернотакое же как одним известным устройством, имеющим один питающий выход. 10Более широкие функциональныевоэможности достигаются уменьшениемчисла источников питания устройствадо одного за счет формирования предварительного импульса электропитания 15повышенного напряжения, а также засчет возможности наращивания питающих выходов устройства до необходимого числа при минимальных дополнительных затратах оборудования и без 20увеличения потребляемой устройствоммощности,Формула изобретения251, Устройство импульсного стабильного питания функциональных блоков электронно-вычислительных машин, содержащее три транзистора, источник опорного напряжения, первый диод, 30 два резистора и шину питания, причем первый вывод первого резистора соединен с эмиттером второго транзистора, первый вывод второго резистора соединен с базой первого транзистора, эмиттер которого соединен с анодом первого диода и является питающим выходом устройства, а второй.вывод второго резистора соединен с общей шиной, о т л и ч а ю - 40 щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности путем обеспечения защиты от перегрузки по току и улучшения эксплуатационных характеристик путем уменьшения числа источников 45 питания до одного, в него введены четвертый и пятый транзисторы,второй, третий и четвертый диоды,конденсатор, третий, четвертый и пятый резисторы, причем база первого тран зистора соединена с выходом источника опорного напряжения, коллектором второго транзистора и анодом второго диода, катод которого соединен с коллектором третьего транзистора, катодами первого, третьего и четвертого диодов и служит выводом для подключения к разрядной шине нагрузки, анод третьего диода соединен с первыми выводами третьего и четвертого резисторов и базой четвертого транзистора, эмиттер которого соединен с анодом четвертого диода и первым выводом конденсатора, второй ,вывод которого соединен через пятый резистор с эмиттером пятого транзистора, коллектором первого транзисто" ра, вторым выводом первого резистора и является шиной повышенного напряжения устройства, первым, вторым и третьим управляющими входами которого являются соответственно базы второго, третьего и пятого транзисторов, коллектор пятого транзистора соединен с коллектором четвертого транзистора, вторым выводом четвертого резистора и шиной питания, а эмиттер третьего транзистора соединен с вторым выводом третьего резистора и общей шиной, причем первый и второй транзисторы, первый и второй диоды, первый и второй резисторы и источник опорного напряжения образуют оконечный формирователь импульсов, а третий, четвертый и пятый транзисторы, третий и четвертый диоды, третий, четвертый и пятый резисторы и конденсатор образуют предварительный формирователь импульсов, при этом оконечный формирователь импульсов и предварительный формирователь импульсов объединены по шине повышенного напряжения, общей шине и по выводу, служащему для подключения разрядной шины нагрузки. 2, Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения работы на М нагрузок без увеличения потребляемой мощности и при минимальных аппаратурных затратах , в него ввецено И - 1 аналогичных оконечных формирователей импульсов, объединенных с предварительным формирователем импульсов аналогичным образом,1288677 Составитель А.Дамирянтор О.Головач Техред Н.Глущенко Корректор М.По аказ 7807/4 бВНИИП4/ 13 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4 Тираж И Государств делам изобр 5, Москва, Ж885нноготений35, Р Подписикомитета СССРи открытийушская наб., д