Многоканальная система электропитания постоянным током Советский патент 1991 года по МПК H02J7/35 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам электропитания постоянным током комплексов потребителей (нагрузок) с различными значениями номинального напряжения, мощности или требующих взаимной гальванической развязки, в которых использован низковольтный первичный источник электроэнергии, например, термоэлектрический генератор.

Целью изобретения является повышение функциональной надежности многоканальной системы электропитания постоянным током и улучшение ее массоэнергетических показателей путем учета неравномерности энергопотребления и ранжирования потребителей по функциональному признаку.

На фиг. 1 представлена функциональная схема многоканальной системы электропитания постоянным током на три канала (); на фиг. 2 - функциональная схема канала питания; на фиг. 3 - функциональная схема блока коммутации.

В общем случае при К нагрузках должно быть К каналов и в зависимости от параметров нагрузок в секции аккумуляторов каждого канала питания должно быть М аккумуляторов и М управляемых ключевых ячеек.

Многоканальная система электропитания постоянным током содержит блок коммутации 1, имеющий информационные входы , тактовый вход 3, выходы 41-4з, входы сброса 51-5з, каналы питания 61-63,

о XI ч XI VI

О

каждый из которых имеет два выходных силовых вывода 7к и 8к (,2,3), два входных силовых вывода 9к и 10к и четыре управляющих вывода 11к-14к, тактовый генератор 15, источник постоянного тока 16 и различные по напряжению и мощности нагрузки 171-17з.

На фиг. 2 представлена функциональ- ная схема типового (К-ro) канала питания.

Канал питания 6к имеет в своем составе распределитель импульсов 18, управляемые ключевые ячейки 19к-1-19к1Ук устройство контроля 20 состояния аккумуляторов, схему И 21, схему И-НЕ 22, формирователи 23 и 24 импульсов, секцию аккумуляторов 25к1-25кги и схему ИЛИ 26. К выходным силовым выводам 7к и 8к канала питания подключена нагрузка 17к. Входные силовые выводы 9к и 10к соединены с источником 16 постоянного тока, но аккумуляторы не подключаются на заряд при закрытых ключевых ячейках 19к(-19км.Управляющий вывод 11к подключен к выходу тактового генератора 15, управляющий вывод 12к подключен к выходу 4к блока коммутации 1, управляющий вывод 13к подключен к входу сброса 5к блока коммутации, а управляющий вывод 14к подключен к информационному входу 2к блока коммутации.

Функциональная схема блока коммутации 1, содержащая три информационных тракта, представлена на фиг. 3.

Блок коммутации содержит триггеры памяти запроса на заряд 2 1-27з, триггеры разрешения заряда 281-28з. схемы ИЛИ 291-29з, схемы И 30-гЗОз, схемы И , схемы НЕ 32i-32a. Информационные входы блока коммутации 2i-2s подключены соответственно к управляющим выводам 14i- 14з каналов питания 6г-6з (выходам устройств контроля 201-20з состояния аккумуляторов), тактовый вход 3 соединен с выходом тактового генератора 15, выходы 4i-4s подключены, соответственно, к управляющим выводам 12г-12з каналов питания 61-63. а входы сброса Si-Бз подключены к управляющим выводам каналов питания б1-6з.

Система работает следующим образом.

Нагрузка 17i является наиболее важной (имеет наивысший приоритет), а нагрузка 17з - наименее важной (наименьший приоритет). В исходном состоянии все секции аккумуляторов заряжены, тактовый генератор включен. Импульсы с выхода тактового генератора 15 поступают на тактовых вход 3 блока коммутации 1 и на первые управляющие выводы 111-Из каналов питания 6i- 63. В этом случае на управляющих выводах всех устройств контроля состояния аккумуляторов сигналы высокого уровня (логическая Г). Данные сигналы (логическая 1) поступают с управляющих выводов 141-14з каналов питания 61-63, соответственно, на информационные входы 21-2з блока коммутации. При этом отсутствуют сигналы высокого уровня (логическая Г) на выходах 4i-4sблока коммутации. Распределители импульсов каналов питания

0 61-63 находятся в исходном состоянии (сигналы высокого уровня на всех выходах отсутствуют). Все управляемые ключевые ячейки 1911-19зм во всех каналах питания закрыты, то есть источник постоянного тока

5 16 к аккумуляторам не подключен.

При наличии сигналов высокого уровня на информационных входах 21-2з блока коммутации, на выходах схем НЕ будет низкий потенциал, который поступает

0 на единичные входы триггеров памяти запроса на заряд 2 1-27з. Задний фронт импульсов тактового генератора 15 через схемы ИЛИ 291-29з перепишет состояние триггеров 2 1-27з в триггеры разрешения за5 ряда , на выходах которых устанавливается низкий потенциал, соответствующий отсутствию разрешения на подключение аккумуляторов любого из каналов питания 6i 63 к источнику постоянного тока 16 (т.е.

0 отсутствию сигналов на тактовых входах распределителей импульсов 181-18з, что обеспечивает закрытие всех управляемых ключевых ячеек).

Когда секция аккумуляторов в каком-ли5 бо из каналов питания, например 62, разрядится до определенной степени, об этом сигнализирует устройство контроля состояния аккумуляторов 202 путем выдачи потенциального сигнала в виде логического О

0 (потенциал низкого уровня). При поступлении запроса на заряд, например секции аккумуляторов 252г-252м, на вход 22 блока коммутации, на единичном выходе триггера памяти запроса на заряд 272 устанавливает5 ся высокий потенциал. Тактовый импульс генератора 15 переписывает состояние триггера 272 в триггер разрешения заряда 282. На выходе 42 блока коммутации 1 появляется высокий потенциал, что соответству0 ет разрешению на подключение секции аккумуляторов 252г252м канала питания 62 к источнику постоянного тока 16.

Высокий потенциал с выхода 42 блока коммутации 1 поступает на второй управля5 ющий вывод 122 канала питания 62 и через схему И 212 на тактовый вход распределителя импульсов 182. По заднему фронту входного тактового импульса на первом выходе распределителя импульсов 182 появится высокий потенциал (логическая 1), который

удерживается в течение такта (пауза плюс импульс), т.е. до окончания еле дующего тактового импульса. В результате, за время действия потенциала на первом выходе распределителя импульсов 182 держится открытой управляемая ключевая ячейка 1921. обеспечивая прохождение зарядного тока от источника 16 постоянного тока к аккумулятору 2521 в течение данного такта. При этом каналы питания 6i и 6з заблокированы нулевыми логическими сигналами с выходов 4i и 4з блока коммутации, прикладываемыми к выводам 12i и 12з, и тактовые импульсы генератора 15 не вызывают их срабатывания. На следующем такте появляется потенциальный сигнал на втором выходе распределителя импульсов 182 (одновременно с изчезновением потенциального сигнала на первом выходе). При этом закрывается управляемая ключевая ячейка 192i и открывается 192а, обеспечивая протекание зарядного тока через аккумулятор 2522 в течение данного такта. Таким образом за каждый такт (пауза плюс импульс) тактового генератора происходит смена заряжаемого аккумулятора в данном канале питания. После закрытия управляемой ключевой ячейки 192м в канале питания 62, по заднему фронту тактового импульса, соответствующему переходу последнего выхода распределителя импульсов 182 из состояния логическая 1 в состояние логический О, через схему ИЛИ 262. формирователь 242 импульса по заднему фронту сигнала вырабатывает импульс, который обеспечивает сброс схемы распределителя 182 импульсов в исходное (нулевое) состояние. По заднему фронту следующего тактового импульса появится потенциал на первом выходе распределителя 182 импульсов. Аналогично указанному заряд по круговому циклу секции аккумуляторов канала питания 62 будет осуществляться до тех пор. пока на выходе устройства 202 контроля состояния аккумуляторов не появится высокий потенциал, сигнализирующий о заряде аккумуляторов секции (логическая 1).

Сигнал логической Г устройства контроля состояния аккумуляторов 202 поступает на один вход схемы И-НЕ 222, на второй вход которой поступают с выхода схемы И 212 тактовые импульсы. В момент совпадения логических 1 на входах схемы И-НЕ 222 на выходе последней сигнал логической Г сменится сигналом логического О и по заднему фронту сигнала формирователь 232 импульса выдает через схему ИЛИ 262 импульс на сброс распределителя импульсов 182 в исходное состояние, а также одновременно сигнал через третий управляющий

вывод 132 канала питания 62 поступает на вход 52 блока коммутации. Таким образом через схему И 302 осуществляется установка в исходное состояние триггера запроса на

заряд 272, благодаря связи выхода триггера разрешения заряда 282 с вторым входом схемы И 302. Задний фронт импульса с выхода схемы И 302 через схему ИЛИ 292 переписывает состояние триггера памяти

0 запроса на заряд 272 в триггер разрешения заряда 282, чем достигается установка его в исходное состояние, т.е. отсутствие разрешения на заряд секции аккумуляторов канала питания 6а.

5 При разряде аккумуляторов секции более важной нагрузки (более приоритетной) во время заряда аккумуляторов менее важной нагрузки (менее приоритетной), например 17i и 172, на информационный вход 2i

0 блока коммутации 1 поступает сигнал низ- кого.уровня (логический О) На единичном выходе триггера памяти запроса на зярад 27i устанавливается высокий потенциал, который через схему И 311 поступает на ин5 формационный вход триггера разрешения заряда 28i. Низкий потенциал с нулевого выхода триггера памяти запроса на заряд 27i закрывает схему И 312 менее важного (приоритетного) тракта. Тактовый импульс с

0 генератора 15 устанавливает триггеры разрешения заряда 28i и 282 соответственно в единичное и нулевое состояние, разрешая подключение к источнику постоянного тока 16 аккумуляторов более важной нагрузки и

5 отключение аккумуляторов менее важной нагрузки. По окончании заряда секции аккумуляторов канала питания 6i сигнал высокого уровня с выхода устройства контроля состояния аккумуляторов 20i сбрасывает в

0 исходное состояние схему распределителя импульсов 18i и через схему И 30i осуществляет установку в исходное состояние триггера памяти запроса на заряд 27i. Задний фронт импульса с выхода схемы И 30i через

5 схему ИЛИ 29i переписывает состояние триггера памяти запроса на заряд 27i в триггер разрешения заряда 28i. Кроме того, открывается схема ИЛИ 292 в канале менее важной нагрузки. Тактовый импульс с гене0 ратора 15 переписывает состояние триггера памяти запроса на заряд 272 в триггер разрешения заряда 282, что обеспечивает продолжение заряда аккумуляторов канала питания 62.

5 Таким образом, появление запроса на заряд аккумуляторов секции наиболее важного канала питания прерывает заряд аккумуляторов секции менее важного канала питания. Заряд аккумуляторов секции менее важного канала питания возобновится

только после заряда аккумуляторов секции более важного канала питания.

Изобретение обеспечивает повышение функциональной надежности и улучшение массоэнергетических показателей многоканальной системы электропитания постоянным током. Функциональная надежность повышается за счет ранжирования потребителей по функциональному признаку. При этом в первую очередь восполняется емкость аккумуляторных батарей, питающих наиболее приоритетные потребители, функционирование которых связано с выполнением основных задач, решаемых объектом, на котором установлена система электропитания, или аккумуляторных батарей, разрядная емкость которых приближается к граничному значению, определяемому условиями сохранения работоспособности батарей. Улучшение массознергетических показателей системы обусловлено снижением потерь энергии в аккумуляторных батареях вследствие эффекта деполяризации и потерь мощности в приоритетных потребителях или в элементах их вторичных преобразователей напряжения вследствие уменьшения диапазона изменения разрядного напряжения. Снижение этих потерь достигается за счет первоочередного заряда аккумуляторных батарей, подключенных к приоритетным потребителям. Кроме того, за счет разделения потребителей по приоритетам можзт быть уменьшена мощность источника электрической энергии, а следовательно, улучшены массоэнергетические показатели системы в целом. В системе при правильном выборе приоритетов и (при необходимости) их оперативном изменении мощность источника электрической энергии может быть выбрана равной суммарной средней потребляемой мощности за цикл функционирования объекта.

Формула изобретения Многоканальная система электропитания постоянным током, содержащая источник постоянного тока, тактовый генератор, блок коммутации с тактовым входом и К выходами по числу нагрузок, К каналов питания с двумя входными силовыми, двумя выходными силовыми и тремя управляющими выводами в каждом, включающих каждый секцию из М аккумуляторов, связанных с источником постоянного тока через М управляемых ключевых ячеек, каждая из которых имеет два входных силовых разнополярных, два выходных силовых разнополярных и один управляющий выводы, устройство контроля состояния аккумуляторов с двумя входными и одним выходным управляющим

выводами, два формирователя импульсов, распределитель импульсов, схему И на два входа и схему И-НЕ на два входа, при этом входные силовые выводы каждого канала питания подключены к источнику постоянного тока, а выходные силовые выводы - к нагрузке, первые управляющие выводы каналов питания подключены к выходу тактового генератора, а вторые управ0 ляющие выводы - к соответствующим выходам блока коммутации, причем в каждом канале питания первый управляющий вывод подключен к первому входу схемы И, второй управляющий вывод - к ее второму

5 входу, а выход этой схемы соединен с тактовым входом распределителя импульсов и первым входом схемы И-НЕ, второй вход которой соединен с управляющим выводом устройства контроля состояния аккумулято0 ров, а выход - с входом первого формирователя импульсов, m-й выход распределителя импульсов подключен к управляющему входу соответствующей управляемой ключевой ячейки и последний выход распределителя

5 импульсов подключен к входу второго формирователя импульсов, отличающаяся тем, что, с целью повышения функциональной надежности многоканальной системы электропитания постоянным током и улуч0 шения ее массоэнергетических показателей путем учета неравномерности энергопотребления и ранжирования потребителей по функциональному признаку, каждый канал питания дополнительно снабжен схемой

5 ИЛИ на два входа и четвертым управляющим выводом, блок коммутации выполнен в виде совокупности К информационных трактов и дополнительно снабжен К информационными входами и К входами сброса,

0 причем в каждом канале питания выходы первого и второго формирователей импульсов подключены к первому и второму входам схемы ИЛИ, выход которой подключен к входу сброса распределителя импульсов,

5 выход первого формирователя импульсов через третий управляющий вывод канала питания соединен с соответствующим входом сброса блока коммутации, управляющий вывод блока контроля состояния

0 аккумуляторов подключен через четвертый управляющий вывод канала питания к соответствующему информационному входу блока коммутации, выход тактового генератора подключен к тактовому входу блока

5 коммутации, при этом каждый тракт блока коммутации содержит схему ИЛИ на два входа, схему НЕ, триггер памяти запроса на заряд, триггер разрешения заряда, первую схему И на два входа и вторую схему И с числом входов, равным номеру тракта, причем единичный вход триггера памяти запроса на заряд через схему НЕ подключен к соответствующему информационному входу блока коммутации, первый вход первой схемы И подключен к соответствующему входу сброса блока коммутации, второй вход этой схемы соединен с выходом триггера разрешения заряда, подключенным также к соответствующему выходу блока коммутации, а выход - с нулевым входом триггера памяти запроса на заряд и первым входом схемы ИЛИ, второй вход которой соединен с тактовым входом блока коммута0

ции, а выход - с тактовым входом триггера разрешения заряда, нулевые выходы триггеров памяти запроса на заряд каждого из трактов соединены с соответствующими номеру тракта входами вторых схем И всех следующих за ним трактов, единичные выходы триггеров памяти запроса на заряд каждого из трактов подключены к соответствующим номеру тракта входам вторых схем И своего тракта, выходы вторых схем И трактов подключены к соответствующим информационным входам триггеров разрешения.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам электропитания постоянным током комплексов потребителей с различными значениями напряжения, мощности или требующих гальванической развязки, Цель изобретения - повышение функциональной надежности и улучшение ее массоэнергетических показателей путем учета неравномерности энергопотребления и ранжирования потребителей по функциональному признаку. Система содержит источник постоянного тока, тактовый генератор, блок коммутации и К каналов питания по числу нагрузок. Блок коммутации выполнен в виде совокупности информационных трактов на основе логических элементов и элементов памяти. Каждый, канал питания содержит секцию из М аккумуляторов, М управляемых ключевых ячеек, устройство контроля состояния аккумуляторов, два формирователя импульсов, регистр и логические элементы И ИЛИ, И-НЕ. Система обеспечивает приоритетное восполнение емкости аккумуляторов, питающих наиболее приоритетные нагрузки, или аккумуляторов с минимальным значением разрядной емкости. 3 ил. ел с

Фие1

фае.2

&