Система электропитания @ нагрузок Советский патент 1985 года по МПК G05F1/577 

предварительного включения включает в себя еще и датчик тока 15 в силовой шине. Указанный эффект достигается вйедением (N - 1) согласующих узлов (СУ), причем вход каждого СУ соединен с выходом датчика тока 15

1198503

в ВИП предварительного включения, а . выход подключен к входу управляющего узла ВИП последующего включения. Это позволяет уменьшить пусковые токи в системе, Что и снижает уровень электромагнитных помех.7.3.п. ф-лы7ил.

Изобретение позволяет улучшить массогабаритные характеристики системы электропитания (СЭ) N нагрузок и повысить надежность ее работы путем уменьшения электромагнитных помех. СЭ содержит первичный преобразователь постоянного напряжения, выходом соединенньй с входами N вторичных источников питания (ВИП). Каждый ВИП последующего включения состоит из регулирующего элемента 11, управляющий вход которого соединен с узлом 12 управления, и выходного фильтрующего узла. Каждьй ВИП

Изобретение .относится к электротехнике и может быть использовано в качестве системы электропитания комплекса радиоэлектронной аппаратуры (РЭА).

Цель изобретения - улучшение массогабаритных характеристик, повышение надежности путем уменьшения электромагнитных помех, а также упрощение системы.

На фиг. 1 представлена общая блок-схема системы электропитания N нагрузок; на фиг. 2 - ча стично раскрытая блок-схема системы с вторичными источниками питания различного типа, а также различные типы, датчиков тока, на фиг. 3 и 4 - варианты системы с согласующими узлами в виде программного логического узла{ на фиг. 5-7 - варианты систем электропитания, в которых упрощается согласующий узел путем использования для сигнала окончания переходного процесса только выходного, напряжения вторичного источника питания, подаваемого на один из входов управляющего узла вторичного источника питания последующего включения (при этом вторичные источники питания предварительного включения должны быть стабилизированными) .

Система электропитания N нагрузок (фиг. 1) содержит первичную сеть переменного тока 1 (ПС), подключенньш к ней первичный преобразователь 2 постоянного напряжения . (ПППН), выход которого подключен к входам вторичных источников питания 3-6 (ВИП,-ВИП), соединенных выходами с функциональными нагрузками 7-10 (ФН,), причем каждый ВИП . 4-6 (ВИП;-ВИНf) последующего включения содержит во входной силовой

шине регулирующий элемент 11 (), управляющий вход которого соединен с выходом управляющего узла 12 (), выполненного по

крайней мере с одним входом, выходной фильтрующий узел 13 (ВФУ-ВФУ), включенный между входной силовой шиной и выходом (,) , а каж-. . дый ВИП (ВИП,-ВИП, ) предварительного включения содержит выход 14 (.-,,) датчика тока 15 (. ) в силовой шине. Новые системные связи образованы с помощью введенных согласующих узлов 16 18 (УС, .-УС), соединяющих ВИП ВИПц, последовательно, причем выход УС подключен к входу УУ в ВИП последующего включения, а вход УС соединен с ВК датчика тока: в ВИП предварительного включения.

На фиг. 2 приведена частично раскрытая блок-схема системы питания с ВИП различного типа - линейный стабилизатор 3 напряжения (ВИП),

нестабилизированньй преобразователь Л напряжения (ВИП), импульсный стабилизатор 5 напряжения (ВИПд). Одновременно на фиг. 2 даны различные типы датчиков тока - резисторнотранзисторный датчик тока в ВИП,

выходная клемма- нестабилизированного преобразователя, используемая одновременно как датчик тока в ВИПд,

индуктивно-транзисторный датчик тока в ВИПJ.

Предлагаемая система электропитания (фиг. 1 и 2) работает следующим образом.

. При включении первичной сети переменного тока появляется напряжение на входе ППДН, выходное напряжение которого (+UN) подается одновременно на входы ,. Однако после подключения +1} включение происходит последовательно во времени. Пока некоторый ВИП предваритель ного включения выключен, ВИП последующего включения также выключен благодаря тому, что на узел управле ния 12 ВИП,1 подан с вькода согла сующего узла УС управляющий сигна от ВК 14 ДТ 15 ВИП;. приводящий регулирующий элемент 11 в ВИП, в закрытое состояние, при этом от ПППН потребляется ток только BHII.j и ВИП предварительного к нему включения . . Включение ВИП происходит либо непосредственно напряжением +Uf (фиг. 1), либо с помощью внешнего управляющего сигнала (фиг. 2), посл чего начинается переходной процесс в ВИП|, при этом уровни тока как во входной, так и выходной силовой шин функционально взаимосвязаны и значительно превьппают свое установившееся значение, что регистрируется ДТ 15 при включении его в любую из силовых шин. Сигнал на ВК 14 ВИП, продолжает при этом воздействовать на УС) так, что последний поддерясивает ВИП в выключенном состоянии и, следовательно, выключены и все ВИП последующего включения. После установления тока в силовой пшне до некоторого, наперед заданного с помощью ДТ 15 значения сигнал на ВК 1 через УС) воздействует на, УУ 12 ВИП, открывая в нем РЭ 11 и включа тем самым ВИП. Аналогично указанно му выше далее происходит взаимодействие по цепи ДТ - BKj-yC + РЭ;|( ДЛЯ каждой пары источников . . и производится включение, всей системы. Если ПППН стабилизирован по выхо ному напряжению и снабжен устройством токовой защиты, имеющей порог срабатывания Ipep превышающий его номинальный ток 1пцоум то его устано вочная мощность , определяющая габариты, связана с его номинал ной мощностью Р д и параметрами ВИП системы следующими соотношениям l KjHOMi 1М 2; где flt - коэффициент запаса мощности . пер но/и ) 1 - - выходное напряжение и номиЧ Ном .« нальный ток нагрузки 1-го источника, - КПД i-ro источника. . Из выражения (1) очевидно, что построение системы электропитания должно приближать об. к единице, что и решается поочередным включением ВИП. При этом максимальный входной ток для i-ro ВИП последующего включения (IftxMasc должен удовлетворять следующему неравенству: 1 г- ик IH HoMk цср- п I: 2, 3, ..., N 1, /, 1- | и входное напряжение ВИП (выходное напряжение ПППН). В случае использования импульсных стабилизаторрв напряжения (ВИПз) в момент отрывания регулирующего элемента возникает колебательный процесс в выходном фильтре, что приводит к значительному возрастанию входного тока. Последний можно выразить исходя из теории колебаний (считая, что входной фильтр в стабилизаторе-отсутствует) в виде (IBK МО.КС ) i ц-Р- sin arccos (1- У,) г-,(3) о J ч; ; ТГ Р ° 1 т коэффици Uj V cf ент передачиJ волновое сопротивление, индуктивность и емкость выходного фильтра i-ro После преобразования тригонометрической функции в (3) получим VHO. -u.f-yi- () Время нарастания напряжения до номинального значения и тока до максимального определяется из вьфажения) Оценки показывают,что для реальных схем величина (ах.... J{ в 3-4 раза превьш1ает IKHO«A величины tg. составляют доли миллисекунд.

Постоянная времени в цепи регулирования в случае стабилизированных источников как правило существенно меньше , , поэтому в таких источнках переходной процесс выходного напряжения устанавливается быстрее, чем переходной процесс тока, так как время спада тока от максимального значения одного порядка с tg,-.

Минимизация времени включения всей системы достигается, если сигнал, получаемый с ВК датчика тока, полностью с минимальной задержкой отражает переходной процесс тока ВК вьщает сигнал, пропорциональный уровню превышения тока. Для этого случая существуют варианты системы (фиг. 3 и 4) с выполнением УС в виде программного логического узла (ПрУ) 16 и 17, обрабатывающего сигнал с БК 14, и выдающего сигнал на УУ 12. В качестве ЗИП 1 и 2 используются импульсные стабилизаторы напряжения с ДТ 15, аналогичными ДТ приведенными на фиг.2. Вследствие нелинейности характеристики выходног транзистора в ДТ сигнал на ВК близок к пропорциональной в двоичном коде зависимости от уровня превышения тока и в процессе установления тока изменяется в последовательност кодов 0,1,0. Данная последовательность логической информации поступает на вход Пру, образованный соединенными между собой входами инвертоpa 19 и RSD-триггера 20, выходы которых соединены с входами элемента Шеффера 21, выход которого образует выход ПрУ. В результате на выходах 19 и 20 имеем последовательности кодо 1,0,1 и 0,1,1,соответственно,а на выхде 21 и, следовательно, на выходе ПрУ1,1,0. ПрУ выдает на выходе О, включающий УУ и соответственно РЭ только после появления, а затем исчезновения в силовой цепи ВИП 1 всплеска уровня тока, т.е. только после установления переходного процесса.

В зависимости от выполнения УУ требуемая на его выходе информация может иметь вид как прямой (0,0,1), так и инвертированной (1,1,0) последовательности кодов. Таким образом, в общем виде ПрУ должно решать задачу преобразования последовательности х,х,х в последовательность у,у,у; .где xefOI, yCfOl.

На фиг. 4 представлен вариант ситемы с упрощением (по сравнению с системой на фиг. 3) ПрУ. Последнее достигается благодаря введению дополнительньк связей с выходами ВИП. ПрУ 16 и 17 выполнены в этом случае с двумя входами и преобразуюхцим последовательности логической информации вида х,х,х по первому входу и х,х,х по второму входу в последовательность на выходе у,у,у где ,, ye{0i|, при этом первый вход I ПрУ подключен к ВК 14 ДТ 15, а в.торой вход II подключен к выходу ВИП предварительного включения: ПрУ 16 - к ВИП)), ПрУ 17 к ВИП,; . Типовые варианты ПрУ выполнены на оптоэлектронном интерторе 19, вход которого образует первый вход ПрУ, выход соединен с одним из входов элемента Шеффера .21 (ПрУ 16) или конъюнктора 22 (ПрУ 17 выход которых образует выход ПрУ, а другой вход образует второй вход ПрУ.

Таким образом, работой ПрУ управляют сигналы, пропорциональные току и напряжению ВИП предварительного включения. В зависимости от состояния ВИП| работа ПрУ и ВИП происходит по логической схеме, представленной в таблице.

В соответствии с таблицей работа системы на фиг. 4 происходит следующим образом.

Когда ВИП( выключен, ток в его цепи отсутствует, на первый вход поступает О, диоды оптоэлектронного инвертора 19 закрыты и на вход элемента Шеффера 21 выдается с выхода 19 1, а на второй вход поступает с выхода ВИП| О, при этом на выходе ПрУ 16 имеем сигнал 1, закрывающий РЭ ВИП.

Когда ВИП ( начнет включаться и ток в силовой цепи его станет вьше заданного значения, транзистор ДТ 15 откроется, откроются оба диода инвертора 19 и на входы элемента Шеффера 21 поступит сигнал О с выхода 19 и по-прежнему с входа II ПрУ, при этом на выходе ПрУ имеем по-прежнему сигнал 1, продолжающий поддерживать РЭ ВИП в закрытом состоянии.

Когда напряжение на выходе ВИП достигнет номинального значения Бых на вход II Пру поступит сигI

нал l, однако пока переходной процесс тока не установился, на выходе 19 сохраняется сигнал О, на выходе ПрУ - 1 и РЭ BHOj остается в закрытом состоянии. Только после установления тока в силовой цепи ВНП|, транзистор ДТ 15 вновь закроется, инвертор 19 возвратится в исходное состояние, выдав на вход 21 сигнал 1, и на выходе ПрУ 16 сформируется О, открывая РЭ 11 и включая тем самым BHIlj .

Аналогичным образом взаимодействуют межд.у собой и другие пары ВИЛ предварительного и последующего включения. При этом в качестве выходного элемента ПрУ может использоваться конъюнктор (ПрУ 17), вьщавая на выходе прямую последовательность кодов 0,0,1, управляющую соответствующим РЭ.

Таким образом, указанная система (фиг. 4.) может быть реализована с минимальным, как и система на фиг.З временем включения, но с существенно более простой схемой ПрУ.

В ряде случаев, особенно при подключении большого количества относительно маломощных ВИП, целесообразно упростить согласующий узел, используя для сигнала окончания переходного процесса только выходно напряжение ВИП, подаваемое на один из входов УУ ВИП. последующего включения . При этом ВИП предварительного включения должны быть стабилизированными.

Варианты таких систем даны на фиг. 5-7.

На фиг. 5 система содержит стабилизированные ВИП и ВИП - 3 и 4 в виде импульсных стабилизаторов напряжения различной полярности, содержащих управляющий узел 12 из источника опорного напряжения 23 (ИОН) и усилительно-модулирующего узла 24 (УВД), один вход которого подключен к выходу ВИП, а другой к НОИ, Согласующий узел 25 выполнен в виде блока задержки (БЗ), вход которого подключен к выходу.ВИП предварительного включения, а выхо образует выход узла сопряжения.

Выходная клемма ДТ в данном случае образуется вькодом ВИП, и сигнал ее только частично отражает уровень превышения тока, так как установление переходного процесса напря985038

жения на выходе стабилизированного ВИП, как показано выше, происходит быстрее, чем установление полного переходного процесса в выходном 5 фильтрующем узле 13, в том числе и переходного процесса входного тока. Этим и определяется необходимость блока задержки с временем задержки, не превышающим время установки переходного процесса в ВФУ 13.

Таким образом, при включении системы на выходе ВИП( и ВИП последующего включения имеем О и происходит включение только ВИП. В момент установления номинального значения Ug(j|j,B ВИД на УУ ВИП2 по-прежнему подан О в результате функционирования БЗ и только через С ср на УУ ВИП будет вьщан сигнал 1, 20 включающий ВИПз.

Выполнение БЗ может быть основано на цифровых или аналоговых элементах..

На фиг. 6 приведен пример выполнения БЗ в виде RC-фильтра и одновременно упрощения УУ за счет исключения дополнительного входа. Выход БЗ 25 подключен к входу ИОН 23 и ВИГ1 последующего включения. При -.. выключенном состоянии ВИП предварительного включения питание ИОН в ВИП последующего включения отсутствует, напряжение на вьгходе ИОН 23 также отсутствует и УМД 24 приводит РЭ 11 в данном ВИП в разомкнутое

Появление напряжения на вьгходе ИП приводит с задержкой, определяемой RC-фильтром, к появлению напряжений на входе и выходе ИОН 23

40 в ВИП последующего включения, а 24 приводит РЭ 11 в данном ВИП в рабочее состояние, производя включение ВИП.

. Указанная система реализуется при стабилизированных ВИП одной полярности.

В системе с ВИП одной полярности при построении ее так, что выходное

50 напряжение ВИП предварительного

включения вьше, чем выходное напряжение ИОН в ВИП последующего включения, а стабильность выходного напряжения ВИП последующего включения не

55 выше, чем аналогичная стабильность ВИП предварительного включения, возможно упростить УУ, используя выходное напряжение ВИП предварительного

9

включения (или гасть его) как опорное напряжение для ВИП последующего включения.

Данный случай представлен на фиг. 7, где Ugjjix, ВИП выполняет функции ИОН для ВИП, при этом ВИП подключен к входу БЗ 25, а выход последнего используется как выход ИОН для ВИП.

Таким образом, в рассмотренных выше различных вариантах систем электропитания обеспечивается включение ПППН на нагрузку, значительно меньшую номинальной, что исключает его перег1 у зку и перенапряжение на выходе в процессе включения. Далее обеспечивается поочередное подключение ВИП. Такой подход позволяет выполнить ПППН.с учетом практически номинальной нагрузки и номинального выходного напряжения. При этом поочередность включения достигается весьма простыми средствами: роль устройств,, задерживаемых во времени включения, выполняют сами ВИП, а исполнительными управляющими устройствами являются узлы управления и простые согласующие цепи ВИП, т.е. система управления включением практически растворена в системе электропитания. В результате достигается повышенная функциональная способД1ость системы питания, что приводит к ухудщению массогабаритных характеристик, как за счет исключения специальных блоков управления, так и за счет существенного уменьщения расчетной мощности ПППН и максимального расчетного выходного напряжения. Путем уменьшения пусковых токов в системе электропитания снижается также уровень электромагнитньос помех и повьпиается электромагнитная совместимость нагрузок .(комплекса РЗА) в целом. Формула изобретения

98503

состоит из регулирующего элемента, включенного во входную силовую шину источника и управляющим входом соединенного с выходом управляющего узла по крайней мере с одним входом, и выходного фильтрующего узла, включенного между выходом регулирующего элемента и выв.одом для подключения соответствующей нагрузки, а каж,цый

10 вторичный источник питания предварительного включения включает в себя датчик тока в силовой шине, отличающаяся тем, что, с целью улучшения массогабаритньк характеристик и повышения надежности путем уменьшения электромагнитных помех, в нее введено (N - 1) согласующих узлов, при этом вход каждого согласующего узла соединен с выходом датчика тока во вторичном источнике питания предварительного включения, а выход каждого согласующего узла подключен к входу управляющего узла вторичного источника питания последующего включения.

3Q от уровня превыщения тока в силовой шине, а согласующий узел выполнен в виде программного логического узла, преобразующего последовательность логической информации вида

JC х,х,х в последовательность вида

у,у,у, где xefoi, ye {0,1.

д0 включенного во входную силовую шину и шунтированного переходом эмиттер-база транзистора, коллектор которого соединен с выходом датчика тока, вход программного логического

,г узла подключен к точке соединения входов введенных инвертора и RSDтриггера, выходы которых соединены с входами введенного элемента Шеффера, выходом соединенного с выходом

„ программного логического узла.

55 сигнала от уровня превышения тока в силовой шине, а согласующий узел в виде двухвходового программного логического узла, преобразующего

11

совокупность последовательностей логической информации вида х,х,х по первому входу и х,зГ,х по второму входу в последовательность на выходе у,у,у, гдехб(01, ,1, при этом первый вход программного логического узла подключен к выходу датчика тока, а второй - к выходу вторичного источника питания предварительного включения.

а выход датчика тока упомянутого источника соединен с входом опто- электронного инвертора.

Выключен

Переходной

процесс

включения

Включен . .

198503

дом из них состоит из источника опорного напряжения и усыпительномодулирующего узла, подключенного одним из входов к выходу, а другим 5 входом к источнику опорного напряжения, согласующий узел подключен входом к выходу вторичного источника питания предварительного включения и выполнен в виде блока задерж.10. ки с временем задержки

где Ogp - время установления переходного процесса тока в фильтрующем узле.

источники питания имеют одну полярность и выход блока задержки подключен к входу источника опорного напряжения вторичного источника питания 20 последующего включения.

25 источника питания последующего включения использован выход согласующего узла вторичного источника . питания предварительного включения.

Выключен

1

О

Переходной

о

1 процесс

включения

Включен

шПв

hirzi - ±ij

0|

° I j

WIHSP S

вх

l л .,1

,

Нг

м