Устройство для питания нагрузки Советский патент 1992 года по МПК H02J7/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания рассредоточенных объектов автоматики и периферийных устройств телемеханики.

Известнее устройство для заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащее источник постоянного тока, первый тиристор, первый диод, первый дроссель, к первому выводу которого подключен катод первого тиристора, второй дроссель, второй тиристор, анод которого соединен с вторым выводом второго дросселя, первый конденсатор, первый вывод которого соединен с первым выводом второго дросселя и с вторым выводом первого дросселя, второй диод, второй конденсатор,

первый вывод которого соединен со вторым выводом первого конденсатора, с катодом первого диода и с анодом второго диода, аккумуляторную батарею, блок контроля напряжения батареи, третий вывод которого подключен к минусу аккумуляторной батареи, к катоду второго тиристора и к минусу источника постоянного тока, плюс которого соединен с анодом первого диода и с вторым выводом блока контроля напряжения батареи, первый вывод которого подключен к плюсу аккумуляторной батареи, ко второму выводу второго конденсатора и к катоду второго диода.

Известно устройство гарантированного электропитания элементов памяти элект Ч|ь

00

ы

ронно-вычислительной машины, содержащее источник питающего напряжения, зарядное устройство, счетчик времени разряда аккумулятора, счетчик времени заряда аккумулятора, коммутатор, первый вход которого соединен с источником питающего напряжения, с входом зарядного устройства и с входом счетчика времени разряда аккумулятора, выход которого подключен к четвертому входу коммутатора, третий вход которого соединен с выходом счетчика времени заряда аккумулятора, к входу которого подключен второй выход зарядного устройства, первый выход которого соединен со вторым входом коммутатора, аккумулятор, стабилизатор напряжения, к первому входу которого подключен первый выход коммутатора, второй выход которого соединен с входом аккумулятора, первый выход которого подключен к второму входу стабилизатора напряжения, блок контроля и доразрядки аккумулятора, вход которого соединен с вторым выходом аккумулятора, третий выход которого подключен ко второму входу счетчика времени разряда аккуму- лятора, выход блока контроля и доразрядки аккумулятора соединен с пятым входом коммутатора, выходную шину, к которой подключен выход стабилизатора напряжения.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для питания нагрузки, содержащее генератор постоянного тока, коммутатор, первый вход которого соединен с первым полюсом генератора по- .сто я иного тока, аккумулятор, датчик зарядного тока, первый вход которого соединен с вторым полюсом аккумулятора, функциональный преобразователь, к входу которого подключен выход датчика заряд- ноготока, ограничитель тока заряда ак,куму- лятора, второй дход которого соединен с выходом функционального преобразователя, автомат подключения, выход которого подключен ко второму входу коммутатора, третий вход которого соединен с выходом ограничителя тока заряда аккумулятора, нагрузку, первый вывод которой соединен с первым полюсом аккумулятора, с выходом коммутатора, с первым входом ограничите- ля тока заряда аккумулятора и с первым вхэдом автомата подключения, второй полис генератора постоянного тока подклю- , щ.. второму входу датчика зарядного /гака, к;. второму входу ограничителя тока -%&$&&. аккумулятора, к второму входу авто- .мата .подключения и к второму выводу на- -гфузки.-.

казатели из-за большого потребления электроэнергии самим устройством для пита- ния нагрузки из-за наличия датчика зарядного тока, функционального преобразователя, ограничителя тока заряда батареи и автомата подключения.

Целью изобретения является повышение удельных энергетических показателей путем уменьшения потребления электроэнергии самим устройством питания нагрузки.

В устройство для питания нагрузки, содержащее коммутатор, аккумулятор, нагрузку, первый вывод которой подключен к первому полюсу аккумулятора, первый полюс для подключения источника питания, который соединен с первым выводом питания коммутатора, второй полюс для подклю- чения источника питания, который подключен к второму выводу питания коммутатора и к второму выводу нагрузки, введены конденсатор, ключ и формирователь сигналов управления, выход которого подключен к входу коммутатора , первый выход которого соединен с первым входом формирователя сигналов управления, второй вход которого соединен с первым выводом конденсатора, с вторым входом ключа и с третьим выходом коммутатора, второй выход которого подключен к первому входу ключа, выход которого соединен с первым выводом питания формирователя сигналов управления и с первым полюсом аккумулятора, второй полюс которого подключен к второму выводу питания формирователя сигналов управления, к второму выводу конденсате ра и к второму полюсу для подключения источника питания. Формирователь сигналов управления содержит стабилитрон, катод которого подключен к второму входу формирователя сигналов управления, первый резистор, первый вывод которого соединен с первым входом формирователя сигналов управления, второй резистор, первый вывод которого подключен к аноду стабилитрона, третий резистор, транзистор, база которого соединена с вторым выводом второго резистора и с первым выводом третьего резистора, четвертый резистор, второй вывод которого подключен к выходу формирователя сигналов управления и к коллектору транзистора, диод, анод которого соединен с эмиттером транзистора и с вторым выводом первого резистора, катод диода соединен с вторым выводом третьего резистора и с вторым выводом питания формирователя сигналов управления, первый вывод питания которого подключен к первому выводу четвертого резистора.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания систем автоматики и телемеханики рассредоточенныхобъектов. Цель - повышение удельных энергетических показателей. Устройство для питания нагрузки содержит коммутатор, аккумулятор, нагрузку, клеммы для подключения источника питания. В устройство введены конденсатор, ключ и формирователь сигналов управления. В устройстве заряд аккумулятора осуществляется от предварительно заряженного конденсатора. Время между циклами заряда конденсатора по мере заряда аккумулятора увеличивается. Потребителем электроэнергии в устройствв являются только формирователи сигналов управления, что и определяет повышение его удельных энергетических показателей. 1-з.п. ф-лы, 1 ил.

ляются низкие удельные энергетические поНа чертеже приведена схема предлагаемого устройства дль питания нагрузки, на которой показаны схемы коммутатора Длю- ча и формирователя сигналов управления.

Устройство для питания нагрузки со- держит коммутатор 1, конденсатор 2. ключ 3, к первому входу которого подключен второй выход коммутатора 1, формирователь 4 сигналов управления, второй вход которого соединен с вторым входом ключа 3. с пер- вым выводом конденсатора 2 и с третьим выходом коммутатора 1, первый выход которого подключен к первому входу формирователя 4 сигналов управления, выход которого подключен к входу коммутатора 1, аккумулятор 5, нагрузку б, первый вывод которой соединен с первым полюсом аккумулятора 5, с выходом ключа 3 и с первым выводом питания формирователя 4 сигналов управления, первый полюс для под- ключения источника 7 питания, который подключен к первому выводу питания коммутатора 1, второй полюс для подключения источника 8 питания, который соединен с вторым выводом питания коммутатора 1, вторым выводом питания формирователя 4 сигналов управления, вторым полюсом аккумулятора 5, вторым выводом нагрузки 6 и вторым выводом конденсатора 2.

Коммутатор 1 содержит резистор 9, к первому выводу которого подключен вход коммутатора 1, транзистор 10, база которого соединена с вторым выводом резистора 9, резистор 11, первый вывод которого подключен к эмиттеру транзистора 10. рези- стор 12. транзистор 13, база которого соединена с вторым выводом.резистора 11 и с первым выводом резистора 12, резистор 14, резистор 15, диод 16, анод которого подключен к второму выводу резистора 15, транзистора 17, база которого соединена с вторым выводом резистора 14 и с первым выводом резистора 15, резистор 18, первый вывод которого подключен к коллектору транзистора 17 и к первому выходу комму- татора 1, второй выход которого соединен с коллектором транзистора 13 и с катодом диода 16. диод 19, анод которого подключен к вторбму выводу резистора 18, катод диода 19 соединен с третьим выходом коммутато- ра 1, эмиттер транзистора 17 соединен с первым выводом резистора 14, с коллектором транзистора 10 и с первым выводом питания коммутатора 1, второй вывод питания которого подключен к второму выводу резистора 12 и к эмиттеру транзистора 13.

Ключ 3 содержит диод 20, катод которого подключен к первому входу ключа 3, диод 21, анод которого соединен с вторым входом ключа 3, полевой транзистор 22, сток

которого подключен к катоду диода 21, резистор 23, первый вывод которого соединен с анодом диода 20 и с затвором транзистора 22, исток которого подключен к второму выводу резистора 23 и к выходу ключа 3.

Формирователь 4 сигналов управления содержит стабилитрон 24, катод которого подключен к второму входу формирователя 4, первый резистор 25, первый вывод которого соединен с первым входом формирователя 4, второй резистор 26, первый вывод которого подключен к аноду стабилитрона 24, третий резистор 27, транзистор 28, база которого соединена с вторым выводом резистора 26 и с первым выводом резистора 27, четвертый резистор 29, второй вывод которого подключен к коллектору транзистора 28 и к выходу формирователя 4, первый вывод питания которого соединен с первым выводом резистора 29, диод 30. анод которого подключен к эмиттеру транзистора 28 и к второму выводу резистора 25, второй вывод питания формирователя 4 соединен с вторым выводом резистора 27 и с катодом диода 30.

Стабилитрон 24 выбирается таким образом, что пороговое напряжение срабатывания формирователя 4 сигналов управления по второму вхбду- Unop равно сумме максимального напряжения аккумулятора 5 и падению напряжения в прямом направлении на диоде 21.

Диод 30 выбирается исходя из того, что время уменьшения напряжения на конденсаторе 2 на величину падения напряжения в прямом направлении i на диоде 30 - A U, за счет тока, потребляемого формирователем

4по второму входу, тока самозаряда аккумулятора 5 и тока, потребляемого нагрузкой 6 должно быть равно установленной величине.

Устройство для питания нагрузки работает следующим образом.

Работу устройства рассматривают начиная с момента включения питания - подключения к устройству полюсов 7 и 8. при этом аккумулятор 5 должен быть заряжен не менее чем до половины его емкости (в ампер- часах), тогда напряжение на аккумуляторе

5не ниже его нижнего допустимого значения.

Так как конденсатор 2 до включения питания разряжен, то при включении питания на втором входе формирователя 4 сигналов управления напряжение ниже Unop стабилитрон 24 формирователя 4 закрыт и, следовательно, транзистор 28 также закрыт, на выходе формирователя 4 имеется напряжение. При включении питания срабатывает коммутатор 1 -открывается транзистор 10

и вследствие протекания тока по цепи полюс 7 - переход коллектор - эмиттер транзистора 10 - резистор 11 - параллельно соединенные резистор 12 - переход база - эмиттер транзистора 13 - полюс 8, открывается транзистор 13. При открытии транзистора 13 возникает ток по цепи полюс 7 - резистор 14 - резистор 15 - диод 16 - переход коллектор - эмиттер транзистора 13 - полюс 8. Так как на коллекторе транзистора 13 напряжение уменьшается до величины яХЗ,5В, то по цепи + аккумулятора 5 - резистор 23 ключа 3 - диод 20 ключа 3 - коллектор транзистора 13 коммутатора 1, возникает ток и в ел едет вне это го к переходу затвор - исток транзистора 22 прикладывается отрицательное напряжение, закрывающее транзистор 22 и, соответственно, ключ 3, т.е. конденсатор 2 отключается от аккумулятора 5. Кроме того, в базу транзистора 17 коммутатора 1 ответвляется часть тока, протекающего через резистор 14, и транзистор 17 открывается. При открытии транзистора 17 возникает ток по цепи полюс 7 - переход эмиттер - коллектор транзистора 17 коммутатора 1 - резистор 25 формирователя 4 - диод 30 формирователя 4 - полюс 8. На диоде 30 появляется падение напряжения Аи, которое повышает величину порогового напряжения срабатывания по второму входу формирователя 4 до значения Drop + AU. Кроме того, при открытии транзистора 17 коммутатора 1 возникает ток по цепи - полюс 7 - переход эмиттер - коллектор транзистора 17 - резистор 18 - диод 19 - конденсатор 2 - полюс 8. Конденсате начинает заряжаться. В момент, когда напряхсение на конденсаторе 2 достигает значения Unop + A U, пробивается стабилитрон 24 формирователя 4, возникает ток, втекающий в базу транзистора 28 формирователя 4. Транзистор 28 начинает открываться и вследствие этого начинает уменьшаться напряжение на его коллекторе и на выходе формирователя 4. При уменьшении напряжения на выходе формирователя 4 уменьшается базовый ток транзистора 10 коммутатора 1 и коллекторный и эмиттерный токи этого транзистора, а вследствие этого, уменьшается базовый ток транзистора 13. который начинает закрываться, при этом уменьшается и базовый ток транзистора 17 и ток по цепи полюс 7 - переход эмиттер - коллектор транзистора 17 коммутатора 1 - резистор 25 формирователя 4 - диод 30 формирователя 4 - полюс 8. Падение напряжения на диоде 30 формирователя 4 уменьшается и, следовательно, так как величина напряжения на конденсаторе 2 и на втором входе формирователя 4 остается равной Unop + A U. процесс пробоя стабилитрона 24 и открытия транзистора 28 формирователя 4, а также процесс

закрытия транзисторов 10,13 и 17 коммутатора 1 происходит лавинообразно. В момент закрытия коммутатора 1 на коллекторе транзистора 13 коммутатора 1 напряжение становится близким к напряжению полюса

0 7 и на затворе транзистора 22 ключа 3 устанавливается нулевой уровень напряжения по отношению к истоку, открывающий транзистор 22 и ключ 3, через который конденсатор 2 подключается аккумулятора

5 5 и начинается зарядка аккумулятора 5. Кроме этого, прекращается ток по цепи полюс 7- переход эмиттер-коллектор транзистора 17 коммутатора 1 - резистор 25 формирователя 4 - диод 30 формирователя

0 4 - полюс 8, и падение напряжения на диоде 30 становится примерно равным нулю, следовательно, величина порогового напряжения закрытия формирователя сигналов управления А становится равной Unop. Ког5 да в процессе разряда конденсатора 2 на аккумулятор 5, нагрузку 6 и на второй вход формирователя 4 напряжение на конденсаторе 2 и, следовательно, на втором входе формирователя 4 станет меньше Unop, в

0 формирователе 4 начинает закрываться стабилитрон 24, что вызывает уменьшение базового тока транзистора 28 и увеличение напряжения на его коллекторе и на выходе формирователя 4. Последнее вызывает уве5 личение базового тока транзистора 10 и далее транзисторов 13 и 17 коммутатора 1, появляется ток по цепи полюс 7 - эмиттер - коллектор транзистора 17 коммутатора 1 резистор 25 формирователя 4-диод 30 фор0 миЈователя 4 - полюс 8. На диоде 30 появляется падение напряжение и, следовательно, на стабилитроне 24 формирователя 4 уменьшается падение напряжения, еще больше уменьшается базовый ток

5 транзистора 28, увеличивается напряжение на выходе формирователя 4. Таким образом, процесс закрытия транзистора 28 формирователя 4 и открытия транзисторов 10, 13 и 17 коммутатора 1 также происходит лавинооб0 разно. После открытия транзисторов 10,13 и 17-переключения коммутатора 1 устройство работает аналогично описанному.

По мере заряда аккумулятора 5 увеличивается накопленная в нем энергия и умень5 шается ток заряда, потребляемый от конденсатора 2, соответственно увеличивается и время между циклами заряда конденсатора 2. В предельном случае, когда аккумулятор 5 полностью заряжен и ток его заряда равен току саморазряда, время между циклами заряда конденсатора 2 определяется током разряда конденсатора 2, равным суммарному току, потребляемому формирователем 4 сигналов управления,току саморазряда аккумулятора 5 и току, по- требляемому нагрузкой 6.

Экспериментальные исследования макета предлагаемого устройства показывают, что по сравнению с известным предлагаемое устройство потребляет мень ще электроэнергии, так как потребляющим электроэнергию элементом является только формирователь 4 сигналов управления (ключЗ выполнен на полевом транзисторе и практически не потребляет ток), тогда как в известном электроэнергию потребляют датчик зарядного тока, функциональный преобразователь, ограничитель тока заряда батареи и автомат подключения.

Ф ормул а и зо б р.ете.н и я 1. Устройство для питания нагрузки, содержащее коммутатор, аккумулятор нагрузку, первый вывод которой подключен к первому полюсу аккумулятора, первый полюс для подключения источника питания, который соединен с первым выводом пита.- ния коммутатора, второй полюс для подключения источника питания, который подключен к второму выводу питания коМт мутатора и к второму выводу нагрузки, отличающееся тем, что, с целью повышения удельных энергетических показателей, в него введены конденсатор, ключ и форми/ рователь сигналов управления, выход которого подключен к входу коммутатора,

первый выход которого соединен с первым входом формирователя сигналов управления, второй вход которого соединен с первым выводом конденсатора, с вторым входом ключа и с третьим выходом коммутатора, второй выход которого подключен к первому входу ключа, выход которого соединен с первым выводом питания формирователя сигналов управления и с первым полюсом аккумулятора, второй полюс которого подключен к второму выводу питания формирователя сигналов управления, к второму выводу конденсатора и к второму полюсу для подключения источника питания. 2. Устройство по п.1, о т я и ч а ю щ е е- с я тем, что формирователь сигналов управления содержит стабилитрон, катод которого подключен к второму входу формирователя сигналов управления, первый резистор, первый вывод которого соединен с первым входом формирователя сигналов управления, второй резистор, первый вывод которого подключен к аноду стабилитрона, третий резистор, транзистор, база которого соединена с вторым выводом второго резистора и с первым выводом третьего резистора, четвертый резистор, второй вывод которого подключен к выходу формирователя сигналов управления и к коллектору транзистора, диод, анод которого соединен с эмиттером транзистора и с вторым выводом первого резистора, катод диода соединен с вторым вы водом третьего резистора и с вторым выводом питания формирователя сигналов управления, первый вывод питания которого подключен к первому выводу четвертого резистора.