Многоканальная стабилизирующая система электропитания Советский патент 1988 года по МПК G05F1/577 

4

оо

О)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания узлов автоматики, вычислительной и измерительной техники и средств связи.

Целью изобретения является улучшение качества стабилизации за счет повышения эффективности адаптивного слежения за выходными напряжениями каналов путем выбора в данный интервал времени, определяемый периодом опроса каналов с учетом потребления нагрузок.

На фиг. 1 изображена структурная схема многоканальной стабилизирующей системы электропитания; на фиг. 2 (а, б, в, г) - схема коммутируюп.1его блока вычисления; на фиг. 3 (а, б) - схема коммутирующего блока напряжения; на фиг. 4 - схема коммутирующего блока тока.

Многоканальная стабилизирующая система электропитания (фиг. 1) содержит входной выпрямитель 1, вспомогательный блок 2 электропитания, схему 3 формирования начальной установки (НУ), блок 4 регулирующих ключей, блок 5 трансформаторов, блок 6 выходных выпрямителей с накопителями, блок 7 токовых датчиков, тактовы.й генератор 8, блок 9 элементов И, регистр 10, блок 11 вычисления, компаратор 12, источник 13 опорного напряжения, коммутирующий блок 14 напряжения, коммутирующий блок 15 тока, блок 16 делителей напряжения, высокочастотный генератор 17 импульсов опроса, информационный выход 18 блока канальных напряжений, выход 19 сигналов управления коммутирующего блока напряжения, вход 20 адреса канала коммутирующего блока напряжения, выход 21 кодов измеренных токов коммутирующего блока тока, выход 22 строба коммутирующего блока тока, вход 23 тактирующих сигналов, вход 24 установки коммутирующего блока напряжения, вход 25 разрешения измерения коммутирующего блока тока, вход 26 адреса выбора каналй тока коммутирующего блока тока, щину 27 начальной установки, щину 28 сигналов управления регулирующими ключами, щину 29 канальных напряжений, щину 30 канальных токов.

Блок 11 вычисления (фиг. 2) содержит генератор 31 фаз, (микросхема КР580ГФ24) микропроцессор 32, luecTb резисторов 33-38, два элемента 39 и 40 И-НЕ, элемент 41 И, два элемента 42 и 43 НЕ, дешифратор 44, пять шинных формирователей 45-49, кварцевый резонатор 50, схему 51 формирования начальной установки, системный контроллер и шинный формирователь 52, оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) 53 и 54, два счетчика 55 и 56 D-триггер 57, постоянное запоминающее устройство 58, оперативно запоминающее устройство 59 адресов каналов напряжения.

Коммутирующий блок 14 напряжения (фиг. 3) содержит счетчик 60, два шинных формирователя 61 и 62, дещифратор 63, коммутатор 64 каналов, четыре резистора 65-68, элемент 69 НЕ. Коммутирующий блок 15 тока (фиг. 4) содержит аналого- цифровой преобразователь (АЦП) 70, четыре резистора , усилитель 75, элемент 76 НЕ, элемент 77 И-НЕ, коммутатор каналов токов.

0 Многоканальная стабилизирующая система электропитания работает следующим образом.

Цри включении напряжения сети на выходе вспомогательного источника 2 электрос питания появляются напряжения, которые запитывают тактовый генератор 8, коммутирующие блоки 14 напряжения и 15 тока, блок 11 вычисления, регистр 10, блок 9 элементов И, компаратор 12, источник 13 опорного напряжения. Схема 3 формирова0 ния НУ вырабатывает сигнал НУ, который устанавливает в исходное состояние регистр 10 и блок 11 вычисления. Блок 11 вычисления выдает режим работы по кольцу для коммутирующего блока 14 напряжения

г и коммутирующего блока 15 тока. Запитан- ный тактовый генератор 8 работает с частотой преобразования, которая определяется из частотных возможностей блока 4 регулирующих ключей и блока 5 трансформаторов. Запитанный высокочастотный

0 генератор 17 импульсов опроса определяет последовательное подключение каналов коммутирующих блоков 14 напряжения и 15 тока. Частота высокочастотного генератора 17 импульсов опроса определяется быстродействием (фиг. 4) счетчиков 55 и 56

5 и ОЗУ блока 11 вычисления и коммутирующих блоков 14 напряжения и 15 тока. В момент включения системы электропитания на выходах регистра 10 высокие «единичные уровни. В этот момент с выхода входного выпрямителя 1 разнополяр ное напряжение поступает на объединенные положительные и отрицательные входы блока 4 регулирующих ключей. С выходов блока 9 элементов И через шину 28 сигналов управления регулирующих ключей на

5 управляющие входы блока .4 регулирующих ключей поступают импульсы с частотой преобразования, имеющие максимальную длительность. С выходов регулирующих ключей 4 силовые импульсы преобразования поступают через блок 5 трансформа0 торов в блок 6 выходных выпрямителей с накопителями. В накопителях блока 6 происходит накапливание энергии каждого из каналов системы электропитания. Во время включения системы элекропитания коммутируЕОщий блок 14 напряжения пос5 ледовательно подает напряжения через информационный выход 18 канальных напряжений на один из входов компаратора 12. Поступающие напряжения сравниваются с

10

напряжением источника 13 опорного напря-устанавливается низкий «нулевой уровень,

жения 13. Во время переходного процессакоторый разрешает считывание с ПЗУ 58 по

компаратор 12 находится в высоком «единич-входу ВМ. На вход ЧТ ПЗУ58 низкий

ном уровне. Это позволяет удерживать «нулевой уровень поступает с выхода 2Т на выходах регистра 10 высокие «единич- фор.мирователя 52, от ПЗУ 45 считывает- ные уровни. С выходов блока 9 элемен-ся по нулевому адресу информация с шин

данных. Так как на выходы DBIN, WR имеются высокие «единичные уровни, формирователь пропустит коды данных ПЗУ 58 на входы данных микропроцессора 32. Сигнал установки RESET с выхода генератора 31 фаз поступает через элемент 43 на R-вход D-триггера 57, устанавливая его в низкий «нулевой уровень, который поступает на входы включения шинных формикоммутирующего блока 15 тока поступает рователей 48, 49 и на выход блока 11 сигнал строба, запрещающий работу блокавычисления. С выхода элемента 43 высокий

11 вычисления на время измерения коммутирующим блоком 15 тока. Блок делителей напряжения служит для приведения напряжений каналов к одному определенному значению. Блок 11 вычисления прини- 20 чается. Низкий «нулевой уровень с выхода мает коды измеренных токов с коммутирую-D-триггера 57 поступает чер«з элемент

щего блока 15 тока. Полученная информа-32 «И-НЕ на установочные входы счетция о токах каналов обрабатывается блоком 11 вычисления, который выдает коды адресов каналов коммутирующего блока 14 25 ОЗУ 53 и 59 заблокированы. После вы- напряжения, подключает каналы напряже-работки сигнала RESET микропроцессор 32

начинает обрабатывать поступающие данные по шине данных через формирователь 52

тов И управляющие сигналы имеют максимальную энергию, что позволяет быстрее установить в каналах номинальный установившийся режим напряжений питания. Коммутирующий блок 15 тока последовательно опрашивает напряжения с токовых датчиков 7, изменяет их и выдает коды измеренных токов на выход 21 коммутирующего блока 15 тока. На выход 22

«единичный уровень поступает на вход включения шинного формирователя 47. Шинные формирователи 48 и 49 включаются, а шинный формирователь 47 выклю иков 55 и 56, выходы счетчиков устанавливаются в низкие «нулевые уровни.

ния к компаратору 12 в последовательности, определяемой блоком 11 вычисления. Коммутирующий блок 15 тока всегда работает в режиме по кольцу с переменной скоростью, определяемой блоком 11 30 вычисления.

Блок 11 вычисления (фиг. 2) работает следующим образом.

в момент включения многоканальной стабилизирующей системы электропитания

с ПЗУ 58, в котором находятся коды программы.

Коммутирующий блок 14 напряжения работает следующим образом.

После включения многоканальной стабилизирующей системы электропитания и запи- тывания коммутирующего блока 14 напряжения на канальные входы коммутатора пос- сигнал 27 НУ через схему 51 формиро- 35 тупают напряжения через шину канальных вания сигнала поступает на RESET гене- напряжений с выходов блока 16 делнте- ратора 31 фаз. Сигнал НУ имеет высокий лей напряжений.

«единичный импульс. На выходе RESETНа вход 24 установки коммутирующего

генератора 31 фаз вырабатывается сиг-блока напряжения поступает с блока 1

нал установки (высокий «единичный им-вычисления низкий нулевой уровень. Шинпульс), который устанавливает микропроцес- ный формирователь 62 закрывается. Ин- сор 32 в исходное состояние. По вы- формационные щипы шинного формирова- ходам адреса микропроцессора 32 уста- теля 62 переходят в высокоипедансное навливаются низкие «нулевые уровни. состояние и не влияют на работу прохож- Выходы DBIN, WR устанавливаются в вы- дения кодов по шине адреса управления сокие «единичные уровни. Вход READY 5 коммутатором по кольцу. Шинный формироустанавливаетхя в низкий «нулевой уровень. На выходе 2Т формирователя 52 устанавливается низкий «нулевой уровень, а остальные сигналы имеют высокие «единичные уровни. Шинные формирователи 45

ватель 61 открывается, счетчик 60 ранее Ю высокому уровню на установочных входах был установлен в исходное «нулевое состояние. На вход 23 поступают тактовые ИМПУЛЬСЫ с высокочастотного геи 46 являются буферными каскадами для 50 нератора 17 импульсов опроса. Счетчик 60 повышения нагрузочной способности по ад-начинает считать, выдавая коды через

ресным шинам микропроцессора 32. На выхо-щинный формирователь 61 в шину на аддах старших разрядов адреса микропро-ресные входы коммутатора 64, который подключает канальные напряжения по кольцу. Как только на вход 24 установки коммуцессора 32 установлены низкие «нулевые уровни, которые поступают через формирователь 46 на адресные входы дешифрато-55 тирующего блока напряжения поступит

ра 44. Работа дешифратора 44 разреше-высокий «единичный уровень, счетчик 60

на сигналом 2Т с выхода формирователя 52,останавливает счет, шинный формирователь

на первой выходной шине дешифратора 4461 переходит в высокоимпедансное состоя10

рователей 48, 49 и на выход блока 11 вычисления. С выхода элемента 43 высокий

чается. Низкий «нулевой уровень с выхода D-триггера 57 поступает чер«з элемент

«единичный уровень поступает на вход включения шинного формирователя 47. Шинные формирователи 48 и 49 включаются, а шинный формирователь 47 выклю32 «И-НЕ на установочные входы счетОЗУ 53 и 59 заблокированы. После вы- работки сигнала RESET микропроцессор 32

иков 55 и 56, выходы счетчиков устанавливаются в низкие «нулевые уровни.

с ПЗУ 58, в котором находятся коды программы.

Коммутирующий блок 14 напряжения работает следующим образом.

После включения многоканальной стабиный формирователь 62 закрывается. Ин- формационные щипы шинного формирова- теля 62 переходят в высокоипедансное состояние и не влияют на работу прохож- дения кодов по шине адреса управления коммутатором по кольцу. Шинный формирователь 61 открывается, счетчик 60 ранее Ю высокому уровню на установочных входах был установлен в исходное «нулевое состояние. На вход 23 поступают тактовые ИМПУЛЬСЫ с высокочастотного гение. Шинный формирователь 62 начинает пропускать коды с входа 20 адреса канала коммутирующего блока напряжения, которые поступают с блока 11 вычисления. Коммутатор 64 начинает подключать каналы напряжения, которые вычислил блок 11 вычисления.

Коммутирующий блок 15 тока (фиг. 4) работает следующим образом.

После включения многоканальной стабилизирующей системы элекропитания и запи- тывания коммутирующего блока 15 тока на канальные входы коммутатора 93 поступают напряжения с блока 7 токовых датчиков. Блок 11 вычисления выдает коды адресов на вход 26 адреса выбора канала тока. На вход 25 разрешения измеренеия с блока 11 вычисления сигнал низкого нулевого уровня разрешает работу коммутирующего блока 15 тока. С канального выхода коммутатора 78 поступает напряжение на вход усилителя 75. Усиленное напряжение поступает на измерительный вход аналогоцифрового преобразователя 70. Усилитель 75 необходим для того, чтобы уменьшить сопротивления токовых датчиков блока 7. Особенно это важно при больших токах каналов. Сигнал разрещения работы поступает на вход ГАШ аналого- цифрового преобразователя 70, на вход элемента 76 НЕ на вход коммутатора 78. Аналого-цифровой преобразователь 70 проводит измерение напряжения подключенного канала. 1;Согда осуществляется измерение, на выходе элемента 77 И-НЕ устанавливается низкий «нулевой уровень, который поступает на выход 22 строба, который блокирует работу блока 1 вычисления. Через некоторое время, определяемое временем преобразования аналого-цифрового преобразователя 70, появляется сигнал ГОТ низкого «нулевого уровня, а на разрядных выходах выдается код измеренного тока, который поступает на выход 21 измеренных токов. Блок 31 вычисления в это время разблокирован и принимает измеренный цифровой код тока канала. Как только сигнал низкого «нулевого уровня на выходе «ГОТ перейдет в высокий «единичный уровень, разрядные выходы АЦП 70 установятся в высоко- импедансное состояние. Вход «О АЦП является входом управления сдвигом нуля. При заземлении этого входа АЦП принимает одпополярные аналоговые сигналы. Вход Ц1 - цифровая земля, заземлена. Вход А1 - аналоговая земля, соединен с землей через резисторы 71 и 72. С помощью резистора 72 осуществляют установку погрешности АЦП±1/2 МЗР (младшего значащего разряда).

Таким образом, по сравнению с известными системами электропитания повышение стабилизации достигается за счет повышения эффективности адаптивного слежения за выходными каналами напряжения.

Введение блока вычисления позволяет количественно определить потребляемую

энергию по каналам, рассчитать оптимальный вариант работы многоканальной стабилизированной системы питания. При рассчитанном оптимальном варианте общий компаратор 12 подключается к каналам с

учетом потребления нагрузок. Количество нуждающихся каналов в повышенной стабилизации определяет блок вычисления 11, а остальные каналы подключаются реже.

Формула изобретения

5

1. Многоканальная стабилизирующая система электропитания, содержащая высокочастотный генератор импульсов опроса, блок выходных выпрямителей с накопителями, блок трансформаторов, регистр,

схему формирования начальной установки, источник опорного напряжения, компаратор, тактовый генератор, блок регулирующих ключей, входной выпрямитель, входы которого соединены с входными выводами,

5 выходы регулирующих ключей объединены и соединены с первыми входами блока трансформаторов, а входы по полярности объединены и соединены с выходами входного выпрямителя, вторые входы блока трансформаторов объединены и соединены с

0 третьим выходом входного выпрямителя, выходы блока трансформаторов соединены с входами блока выходных выпрямителей с накопительными элементами, первые выходы которых соединены с первыми выводами для подключения нагрузок, установочный вход

5 регистра соединен с выходом схемы начальной установки, информационный вход регистра соединен с выходом компаратора, первый вход компаратора соединен с выходом источника опорного напряжения,

Q отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества стабилизации за счет повышения эффективности адаптивного слежения за выходными напряжениями каналов путем выбора в данный интервал времени, определяемый периодом опроса каналов с уче5 том потребления нагрузок, введены вспомогательный блок питания, блок вычисления, коммутирующий блок напряжения, коммутирующий блок тока, блок элементов И, блок делителей напряжения, блок токовых датчиков, входы которых сединены

0 с вторыми выходами блока выходных выпрямителей с накопителями, выходы токовых датчиков соединены с вторыми выводами для подключения нагрузок, информационные выходы токовых датчиков соединены с канальными входами тока коммутирующего

блока тока, первый выход кодов измеренных токов коммутирующего блока тока соединен с первым входом кодов измеренных токов блока вычисления, второй выход

строба коммутирующего блока тока соединен с вторым стробирующим входом блока вычисления, первый выход блока вычисления соединен с входом разрешения измерения коммутирующего блока тока, второй выход адреса канала тока блока вычисления соединен с входом адреса канала тока коммутирующего блока тока, канальные выходы напряжений с вторых выходов блока выходных выпрямителей с накопителями соединены с канальными входами блока делителей напряжения, выходы которого по числу каналов соединены с канальными входами коммутирующего блока напряжения, первый информационный выход которого соединен с информационным входом компаратора, второй выход сигналов управления коммутирующего блока напряжения соединен с входом управления регистра, третий выход установки блока вычисления соединен с установочным входом коммутирующего блока напряжения, четвертый выход адреса канала напряжения блока вычисления соединен с входом адреса канала коммутирующего блока напряжения, выход высокочастотного генератора импульсов опроса соединен с тактирующим входом коммутирующего блока напряжения и с тактирующим входом блока вычисления, установочный вход блока вычисления соединен с выходом схемы начальной установки, вход которой соединен с одним из выходов вспомогательного блока питания, первый выход тактового генератора соединен с первыми входами нечетных элементов И, второй выход тактового генератора соединен с первыми входами четных элементов И, вторые входы четных и нечетных элементов И попарно объединены и соединены с выходами регистра, выходы элементов И соединены с управляющими входами регулирующих ключей, выходы вспомогательного блока питания подключены к щинам питания тактового генератора, блока вычисления, коммутирующих блоков напряжения и тока, компаратора, регистра, блока элементов И, высокочастотного генератора источника опорного напряжения, импульсов опроса, а входы вспомогательного блока питания соединены с входными выводами.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что коммутирующий блок напряжения включает в себя счетчик, два шинных формирователя, дешифратор, четыре резистора, элемент НЕ, коммутатор, канальные входы которого являются канальными входами коммутирующего блока напряжения, D-вход коммутатора заземлен, VI- и С2-входы коммутатора объединены и являются тактирую5

0

5

0

5

0

5

0

ащм входом коммутирующего блока напряжения, который соединен с первым счетным входом счетчика, второй вход счетчика соединен со старшим разрядным выходом счетчика, выходы счетчика соединены с входами первого шинного формирователя, установочные входы счетчика, первого щинного формирователя, элемента НЕ объединены и являются шиной установки коммутирующего блока напряжения ТЕ, выходы первого щинного формирователя, выходы второго шинного формирователя поразрядно объединены и соединены по соответствующим разрядам с входами дешифратора и адресным входом коммутатора, стробирующий вход дешифратора заземлен, выходы дешифратора через шину являются выходом сигналов управления коммутирующего блока напряжения, выход элемента НЕ соединен с ДЕ-входом второго щинного формировате.тя, первый выход коммутатора соединен с С1-входом коммутатора, второй канальный выход коммутатора является информационным выходом канальных напряжений коммутирующего блока напряжения, входы второго щинного формирователя являются входом адреса канала коммутирующего блока напряжения.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что коммутирующий блок тока включает в себя коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, усилитель, четыре резистора, элемент НЦ, двухвходовый элемент Н-НЕ, канальные входы коммутатора являются канальными входами коммутирующего блока тока, первый выход коммутатора соединен с С1-входом коммутатора, D-вход коммутатора заземлен, и С2-входы коммутатора соединены с входом элемента НЕ. с входом разрешения измерения «ГАШ аналого-цифрового преобразователя, и являются входом разрешения измерения коммутирующего блока тока, адресный вход коммутатора является входом адреса выбора канала тока коммутирующего блока, второй канальный выход коммутатора соединен с входом усилителя, выход которого соединен с входом измеряемых напряжений аналого-цифрового преобразователя, выход конца измерения соединен с первым входом элемента И-НЕ, выход элемента НЕ соединен с вторым входом элемента И-НЕ, входы «О и «Н аналого-цифрового преобразователя заземлены, восьмиразрядный вь1ход аналого-цифрового преобразователя является выходом кодов измеренных токов коммутирующего блока тока, выход элемента И-НЕ является выходом строба коммутирующего блока тока.

О

Фиг. 2. (

фцг.2

Фиг.2.

|й

Фиг.2.ъ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для элекропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - повышение качества стабилизации за счет повышения эффективности адаптивного слежения за выходными напряжениями каналов путем выбора в данный интервал времени, определяемый периодом опроса каналов с учетом потребления нагрузок. Введены блок вычисления, коммутатор напряжения, коммутатор тока, блок элементов И, блок делителей напряжения, блок датчиков тока. Блок вычисления позволяет количественно определить потребляемую энергию по каналам, рассчитать оптимальный вариант работы. 2 з.и. ф-лы, 4 ил. € (Л е