Многоканальная система электропитания постоянным током Советский патент 1992 года по МПК H02J7/34 

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

Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности многоканальной системы электропитания постоянным током путем учета неравномерности энергопотребления и своевременного восполнения разрядной емкости аккумуляторных батарей.

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

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

Многоканальная система электропитания постоянным током содержит блок 1 коммутации, имеющий информационные входы , тактовый вход 3, выходы 41-4з и входы 5i 5зсброса, каналы 61-63 питания, каждый из которых имеет два выходных силовых вывода 7к и 8к (. 2, 3), два вход СЛ

00

-ч

VI

ных силовых вывода 9к и 10к и четыре управляющих вывода , тактовый генератор 15, источник 16 постоянного тока и различные по напряжению и мощности нагрузки 1 1-17з.

На фиг. 2 представлена функциональная электрическая схема типового К-ro канала питания.

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

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

Блок коммутации содержит триггер 27-|-27з разрешения заряда, элементы ИЛИ 281-28з- элементы И 29-|-29з, элементы ИЛИ ЗСИ-ЗОз, элементу НЕ 311-31з, элемент И 32, а также элемент ИЛИ-НЕ 33 и триггеры памяти запроса не згряд. Информационные входы 2г-2з блока коммутации подключены соответственно к управляющим гыеидам 14г-14з каналов 8t- 63 питания (выходим устройств 201-20з контроля состояния аккумуляторов). Тактовый вход 3 соединен с выходом тактового генератора 15, выходы 4ч-4з подключены соответственно к управляющим выводам 121-12з каналов 61-63 питания, а входы 5i- 5з сброса подключены к управляющим выводам 131-13з каналов 61-63 питания.

Система работает следующим образом. Нагрузка 17i является наиболее важной (имеет наивысший приоритет) а нагрузка 17з - наименее важной (наименьший приоритет).

Многоканальная система электропитания постоянным током в исходном состоянии характеризуется тем, что все секции аккумуляторов заряжены, тактовый генератор включен. Импульсы с выхода тактового генератора 15 поступают на тактовый вход 3 блока 1 коммутации и из первые управляющие выводы 11г-11з каналов 61-63 питания. В этом случае на управляющих выводах всех устройств 2СН-20з контроля состояния аккумуляторов присутствуют сигналы высокого уровня (1). Данные сигналы (1) поступают с управляющих выводов 141-14з каналов 61-63 питания соответственно на информационные входы 21-2з блока коммутации. В этом случае отсутствуют сигналы высокого уровня (1) на выходах бло0 ка коммутации.

Распределители 18т-18з импульсов каналов 61-63 питания находятся в исходном состоянии (сигналы высокого уровня на всех выходах отсутствуют). Управляемые ключе5 вые ячейки 19ц-19зм во всех каналах питания закрыты, т.е. источник 16 постоянного тока к аккумуляторам не подключен.

При наличии сигналов высокого уровня на информационных входах 2т-2з блока

0 коммутации на выходах схем НЕ 311-31з будет низчий потенциал, который поступает на единичные входы триггеров 34г-34з памяти запроса на заряд. Задний фронт импульсов тгктового генератора 15 через

5 элемент И 32 и элементы ИЛИ 281-28з перепишет состояние триггеров 341-34з памяти запроса на заряд в триггеры 2 1-27з разрешения заряда, на выходах которых устанавливаетсянизкийпотенциал,

0 соответствующий отсутствию разрешения :а подключение аккумуляторов любого из каналов 61-63 питания к источнику 16 постоянного тока (т.е. отсутствию сигналов на тактовых входах распределителей 181-18з

5 импульсов, что обеспечивает закрытие scex управляемых ключевых ячеек).

Когда секция аккумуляторов в каком-либо из каналов питания, например 6i, разрядится до определенной степени, об этом

0 сигнализирует устройство 201 контроля состояния аккумуляторов, путем выдачи потенциального сигнала в виде О(потенциал низкого уровня). При поступлении запроса на заряд секции аккумуляторов 25ц-25ш

5 на вход 2i блока коммутации на единичном выходе триггера 341 памяти запроса на заряд устанавливается высокий потенциал. ТЭКТОВУЙ импульс генератора 15 переписывает состояние триггера 34i в триггер 27t

O разрешения заряда. На выходе 4i блока 1 коммутации появляется высокий потенциал, что соответствует разрешению на подключение секции аккумуляторов 25ц-25ш канала 6i питания к источнику 16 постоянного

5 тока, Высокий потенциал с выхода триггера 27i разрешения заряда поступает на вход элемента ИЛИ-НЕ 33, запрещая прохождение тактовых импульсов через элемент И 32 на запись состояний триггеров запроса н

заряд в триггеры разрешения заряда всех трактов.

Высокий потенциал с выхода 4i блока 1 коммутации поступает на второй управляющий вывод 12i канала 6i питания и через элемент И 21 на тактовый вход распределителя 18i импульсов. По заднему фронту входного тактового импульса на первом выходе распределителя 18i импульсов появляется высокий потенциал (1), который удерживается в течение такта {пауза плюс импульс), т.е. до окончания следующего тактового импульса. В результате за время действия потенциала на первом выходе распределителя 18i импульсов удержива- ется открытой управляемая ключевая ячейка 19i, обеспечиваяпрохождение зарядного тока от источника 16 постоянного тока к аккумулятору 25п в течение данного такта При этом каналы 62 и 6з питания за- блокированы нулевыми логическими сигналами с выходов 42 и АЗ блока 1 коммутации, прикладываемыми к выводам 122 и 12з и тактовые импульсы генератора 15 не вызывают их срабатывания. На следующем такте появляется потенциальный сигнал на втором выходе распределителя 18i импульсов (одновременно с исчезновением потенциального сигнала на первом выходе). При этом закрывается управляемая ключевая ячейка 19ц и открывается ячейка 19i2, обеспечивая протекание зарядного тока через аккумулятор 25i2 в течение данного такта. Таким образом, за каждый такт (пауза плюс импульс) тактового генератора происходит смена заряжаемого аккумулятора в данном канале 6t питания по эаднему.фронту тактового импульса, соответствующему переходу последнего выхода распределителя 18i импульсов из состояния 1 в состояние О, формирователь 24i импульса по заднему фронту сигнала вырабатывает импульс, который обеспечивает сброс схемы распределителя 18i импульсов в исходное (нулевое) состояние через элемент ИЛИ 26i. По за- днему фронту следующего тактового импульса появляется потенциал на первом выходе распределителя 18i импульсов. Аналогично описанному заряд по круговому циклу секции аккумуляторов канала 6i пита- ния будет осуществляться до тех пор. пока на выходе устройства 20i контроля состояния аккумуляторов не появится высокий по- тенциал, сигнализирующий о заряде аккумуляторов секции (1).

Сигнал 1 устройства 20i контроля состояния аккумуляторов поступает на один вход схемы И-НЕ 221, на второй вход которой поступают с выхода элемента И 211 тактовые импульсы. В момент совпадения 1

на входах схемы И-НЕ 22; на посчод ней сигнал 1 сменяется сигналом 0 и по заднему фронту сигнала формирователь 231 импульса выдает через элемент ИЛИ 26i импульс на сброс распределителя 18i импульсов в исходное состояние, а также одновременно сигнал через третий управляющий вывод 13т канала 6ч питания поступает на вход 5i блок коммутации

Таким образом, через элемент И 291 осуществляется установка в исходное состояние триггера 34 памяти запроса на заряд благодаря связи выход триггера 27i разрешения заряда с вторые входом элемента И 29i. Задний фронт импульса с выхода элемента И 29 через элемент ИЛИ 28i переписывает состояние триггера 34i памяти запроса на заряд в триггер 27i разрешения заряда, чем достигается установка его в исходное состояние, т.е отсутствие разрешения на заряд секции аккумуляторов

Если во время заряда секции аккумуляторов в канале 6i питания разрядится секция аккумуляторов в канале питания, то сигнал низкого уровня с его четвертого управляющего вывода 142 поступит на информационный вход 22 блока 1 коммутации. По этому сигналу на единичном выходе триггера 242 памяти запроса на заряд появится высокий потенциал. Однако переписи его состояния в триггер разрешения заряда не произойдет, поскольку заперт элемент И ЗОа- Только после того, как произойдет заряд секции аккумуляторов канапа 6i питания и сброс триггера 341 памяти запроса на заряд (одновременно и выдача сигнала из отключение от источника секции аккумупя- торов канала 6i питания), осуществляется выдача сигнала на выходе 42 блока 1 коммутации для циклического подключения секции аккумуляторов канала 62 питания

При одновременном поступлении сигналов о разряде секций аккумуляторов от каналов 61-62 питания на информационные входы блока коммутации эти запросы на заряд переписываются в триггеры 34j- 34з памяти запроса на заряд, а затем сигнал разрешения появляется только на выходе 4i (подключение к источнику 16 постоянного тока канала 6i питаничХ так как сигнал с нулевого выхода триггера 34 т памяти запроса на заряд закрывает элементы И 302 и ЗОз, запрещая прохождение сигналов с триггеров 342 и 34з на информационны входы триггеров и 27з разрешении .

Таким образом, предлагаем; многоканальная система электропитл.ы постоянным током обеспечивте: ши ч1-чргкое подключение к источник по-- ,- ною тока только аккумуляторов .м - i пита

ния, причем подключение осуществляется на приоритетной основе, т.е. при одновременном поступлении сигнала о разряде в первую очередь заряжаются секции аккумуляторов наиболее важных нагрузок, а в дальнейшем организуется очередь на заряд исходя из степени важности нагрузок.

Использование изобретения обеспечивает повышение эксплуатационной надежности многоканальной системы электропитания постоянным током. Эксплуатационная надежность повышается за счет ранжирования потребителей по степени важности или функциональному признаку, При этом при одновременном поступлений запросов на заряд от каналов питания в первую очередь восполняется емкость аккумуляторных батарей, питающих наиболее приоритетные потребители, и аккумуляторных батарей, разрядная емкость которых приближается к граничному значению, определяемому условиями сохранения работоспособности батарей.

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 секцию из М аккумуляторов, связанных с источником постоянного тока через М управляемых ключевых ячеек, каждая из которых имеет два входных силовых размополярных, два выходных силовых раз- нополярных 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 управляющие 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 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 аккумуляторов, а выход - с входом

первого формирователя импульсов, m-й выход распределителя импульсов подключен к управляющему входу соответствующей управляемой ключевой ячейки и последний

выход распределителя импульсов подключен к входу второго формирователя импульсов, отличающаяся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности многоканальной системы электропитания

0 постоянным током путем учета неравномерности энергопотребления и своевременного восполнения разрядной емкости аккумуляторных батарей, каждый канал питания дополнительно снабжен схемой ИЛИ

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

0 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, выход

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

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

5 этом блок коммутации содержит схему ИЛИ-НЕ с числом входов,равным числу трактов, схему И на два входа, а в каждом тракте схему ИЛИ на два входа, схему НЕ. триггер памяти запроса на заряд, триггер

0 разрешения заряда, первую схему И на два входа и вторую схему И с числом входов, равным номеру такта, причем единичный вход триггера памяти запроса на заряд через схему НЕ подключен к соответствующе5 му информационному входу блока коммутации, первый вход первой схемы И подключен к соответствующему входу сброса блока коммутации, второй вход этой схе- мы соединен с выходом триггера

0 разрешения заряда, подключенным также к. соответствующему выходу блока коммутации, а выход - с нулевым входом триггера памяти запроса на заряд и первым входом схемы ИЛИ, выход которой подключен к так5 товому входу триггера разрешения заряда. нулевые выходы триггеров памяти запроса на заряд каждого тракта соединены с соот ветствующими номеру тракта входами вто рых схем И всех следующих за ним трактов единичные выходы триггеров памяти зэпро

са на заряд каждого тракта подключены к соответствующим номеру тракта входам вторых схем И своего тракта, выходы вторых схем И трактов подключены к соответствующим информационным входам триггеров разрешения заряда, выходы триггеров разрешения заряда

всех трактов соединены с соответствующими номеру тракта входами схемы ИЛИ-НЕ, выход которой подключен к первому входу схемы И, второй вход которой подключен к тактовому входу блока коммутации, а выход - к вторым входам схем ИЛИ трактов.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам электропитания постоянным током комплексов потребителей с различными значениями напряжения, требующих гальванической развязки. Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности системы путем учета неравномерности энергопотребления и своевременного восполнения разрядной емкости аккумуляторных батарей. 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 элементов памяти и логических элементов. Каждый канал питания содержит секцию из М аккумуляторов, М управляемых ключевых ячеек. устройство контроля COCTOHHHQ аккумуляторов, два формирователя импульсов, регистр и логические элементы И, ИЛИ И-НЕ. Система обеспечивает режим ранжирования потребителей по степени важности и. как следствие, восполнения емкости аккумуляторов, питающих приоритетнее нагрузки 3 ил. iCO

шг.Т