Устройство для зарядки емкостного накопителя Советский патент 1992 года по МПК H03K3/53 

сл

тяЛ

Изобретение относится к области электроники и может найти широкое применение в импульсных устройствах для заряда накопительных конденсаторов от источников питания ограниченной мощности,

Известно устройство модульного типа, в котором предусмотрен непрерывный контроль нормального функционирования преобразовательных модулей и осуществляется поиск неисправного модуля и исключение его из работы 1.

Однако организация поиска неисправного модуля по принципу опрос-ответ, что имеет место в этом устройстве, не позволяет обеспечить замену вышедшего из строя: модуля резервным в течение периода работы модулей при одновременном сохранении алгоритма работы устройства, что снижает надежность функционирования.

Известно модульное устройство, в котором непрерывный контроль состояния преобразовательных модулей и автоматическое включение резервных модулей в случае выхода из строя основных осуществляется автономно самой системой улравления. Устройство содержит преобразовательные модули, силовые входы которых подключены к зажимам источника питания, а выходы подключены к нагрузке, датчики тока и напряжения, выходы которых подключены к входам системы управления, выходы которой подключены к управляющим входам преобразовательных модулей. При этом модули содержат датчики, выходы которых являются информационными выходами модулей, на которых формируются сигналы состояния модулей 2.

Однако в случае сложного алгоритма функционирования устройства (например, при организации работы модулей с фазовым сдвигом) простая замена неисправного модуля резервным становится не пригодной, так как не обеспечивает включение резервных модулей вместо вышедших из строя основных при условии сохранения ал горитма работы модульного устройства. Это снижает эффективность резервирования и надежность функционирования устройства.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для зарядки емкостного накопителя, содержащее источник питания, п транзисторных преобразовательных модулей, однополярные силовые входы которых соединены с одним из выходных зажимов источника питания, ко второму зажиму которого через датчик потребляемого тока подключены силовые входы преобразовательных модулей другой.полярности, а выходы модулей через свои мостовые выпрямители соединены последовательно-согласно и подключ ены к обкладкам емкостного накопителя, параллельно которому подключен датчик напряжения, систему управления, два входа

которой соединены соответственно с выходами датчика потребляемого тока и датчика напряжения, а выходы системы управления соединены с соответствующими управляющими входами преобразовательных моду0 .

Среди недостатков устройства следует отметить недостаточную надежность его функционирования, так как в случае выхода из строя одного из модулей нарушается алгоритм работы модульного устройства, изменяются входные и выходные параметры, в результате чего напряжение на емкостном накопителе не достигает своего максимального значения, увеличивается время заряда

0 емкостного накопителя до заданного значения напряжения, возрастают пульсации входного тока, что снижает коэффициент использования источника питания.

Цель изобретения - повышение надеж5 ности функционирования устройства.

Указанная цель достигается тем, что устройство для заряда емкостного накопителя, содержащее источник питания, п транзисторных преобразовательных модулей,

0 однополярные силовые входы которых соединены с одним из выходных зажимов источника питания, ко второму зажиму которого через датчик потребляемого тока подключены силовые входы преобразовательных модулей другой полярности, а выходы модулей через свои мостовые, выпрямители соединены последовательносогласно и подключены к обкладкам емкостного накопителя, параллельно которому

0 подключены датчик напряжения, систему управления, два входа которой соединены соответственно с выходами датчика потребляемого тока и датчика напряжения, а выходы системы управления соединены с

5 соответствующими управляющими входами преобразовательных модулей, снабжено k резервными преобразовательными модулями с мостовыми выпрямителями, датчиками состояния модулей по числу основных модулей, выходы которых являются информационными выходами модулей, п-входовым элементом ИЛИ, счетчиком, регистрами памяти и мультиплексорами по числу резервных г |;,улей, постоянным запоминающим

5 устро - твом (ПЗУ), при этом силовые входы резервных модулей соединяются с соответствующими силовыми вхпдами основных преобразовательных модуле11, выходы резервных модулей через мостовые выпрямители сое,циняются последпзательио согласно с выходами основных модулей, адресные входы ПЗУ подключаются к информационным выходам основных модулей, выход ПЗУ подключается к информационным входам регистров, входы разрешения загрузки регистров соединяются с соответствующими выходами счетчика, который своим тактовым входом подключается к выходу элемента ИЛИ, входы последнего соединяются с информационными выходами основных преобразовательных модулей, управляющие входы резервных модулей Соединяются с выходами соответствующих им мультиплексоров, информационные входы мультиплексоров соединяются с соответствующими выходами системы управления, адресные входы мультиплексоров соединяются с младшими разрядами выходов соответствующих регистров, старшие разряды которых подключаются к входам разрешения соответствующих мультиплексоров, причем каждый из датчиков состояния модулей содержит дополнительную обмотку трансформатора, мостовой выпрямитель, резистор, формирователь одиночного импульса, ключ, интегрирующую цепочку и элемент ИЛИ, входы которого подключаются к управляющим входам модуля, выход элемента ИЛИ через интегрирующую цепочку, параллельно которой подключен ключ, подключен к входу формирователя одиночного импульса, выход которого является информационным выходом преобразовательного модуля, а управляющий вход ключа через резистор и мостовой выпрямитель подключается к выводам дополнительной обмотки трансформатора.

Новым в предлагаемом устройстве является введение в его состав k резервных преобразовательных модулей с мостовыми выпрямителями, датчиков состояния модулей по числу основных модулей, контролирующих их работоспособность, ПЗУ для формирования кода, однозначно определяющего вышедший из строя модуль, мультиплексоров, обеспечивающих коммутацию сигналов управления вышедшего из строя модуля на управляющие входы соответствующего резервного, регистров памяти для хранения адреса вышедшего из строя модуля. чем обеспечивается высокая эффективность использования постоянного запоминающего устройства, и счетчика, который с помощью элемента ИЛИ обеспечивает загрузку информации в свободные регистры.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - датчик состояния модуля, вариант выполнения.

Устройство содержит п основных преобразовательных модулей 1.1...1.П и k резервных преобразовательных модулей 2.1 ...2.k, однополярные силовые входы которых соединены с одним из выходных зажимов источника питания 3, ко второму зажиму которого через датчик потребляемого тока 4 подключены силовые входы преобразовательных модулей другой полярности, выходы основных и резервных модулей через свои мостовые выпрямители 5.1...Б.п и 6.1...6.k соединены последовательно-согласно и подключены к обкладкам емкостного накопителя 7, параллельно которому подключен датчик 3 напряжения, систему 9 управления, два выхода которой соединены соответственно с выходами датчика 4 потребляемого тока и датчика 8 напряжения, а выходы СУ соединены с соответствующими управляющими входами основных преобразовательных модулей 1.1...1.П. информационные выходы которых подключены к соответствующим адресным входам ПЗУ 10 и к входам элемента ИЛИ 11. выход которого соединен с тактовым входом счетчика 12. регистры памяти 13,1...l3.k по числу резервных модулей, входы разрешения которых соединены, с соответствующими выходами счетчика 12, информационные входы регистров подключены к выходу ПЗУ 10, управляющие входы резервных модулей 2.1...2.k соединяются с выходами cootвeтcтвyющиx им мультиплексороз 14.1... 14.k. информационные входы которых соединяются с соответствующими выходами СУ 9, адресные входы мультиплексоров соединяются с младшими разрядами выходов соответствующих им.регистров 13.1,..13.k, старшие разряды которых подключены к входам разрешения соответствующих мультиплексоров.

Датчик состояния модулей (ДСМ) содержит дополнительную обмотку 21 трансформатора, мостовой выпрямитель 20, резистор 19, формирователь одиночного импульса 18, ключ 17, интегрирующую цепочку 16 и злемент ИЛИ 15. Входы элемента ИЛИ 15 подключены-к управляющим входам модуля, выход элемента ИЛИ 15 через интегрирующую цепочку 16, параллельно которой подключен ключ 17, подключен к входу формп рователя одиночного импульса 18, выход которого является информационным выходом преобразовательного модуля, управляющий вход ключа 17 через резистор 19 и мостовой выпрямитель 20 подключен к выводам дополнительной обмотки 21 трансформатора.

Устройство работает следующим образом.

После запуска устройства сигналы управления с выходов системы управления (СУ) 9 поступают на управляющие входы основных модулей 1.1...1.П и обеспечивают их работу со сдвигом относительно друг друга на величину Т/2п. где Т - период работы модулей. При этом длительность импульсов управления минимальна и выбирается такой, чтобы в момент запуска устройства забросы потребляемого тока выше заданного уровня были незначительны, т.е. величина train определяется параметрами трансформаторов преобразовательных модулей, индуктивности рассеяния которых выполняют функции токоограничивающих элементов.

По мере заряда емкостного накопителя 7 ток, потребляемый от источника 3 питания, уменьшается и становится меньше заданного значения. В зтом случае на выходе датчика потребляемого тока (ДПТ) 4 формируется сигнал высокого уровня и СУ 9 увеличивает длительность управляющих импульсов. Таким образом, по сигналам ДПТ 4 длительность управляющих импульсов UYi...UY2n увеличивается от tmin до , чем обеспечивается формирование многоступенчатой кривой выходного напряжения УвыхОО путем сложения сигналов с выходов мостовых выпрямителей

им...имп.

При достижении напряжением на накопителе 7 заданного значения по сигналу датчика напряжения 8 СУ 9 устанавливает на своих выходах первоначальную W/ HV мальную длительность управляющих сигналов для поддержания заданного напряжения на емкостном нако11ителе 7, уменьшение которого связано с частичным его разрядом ввиду токов утечки. После разряда емкостного накопителя 7 процесс работы устройства повторяется.

При нормальном функционировании устройства на информационных выходах модулей 1.1...1.П присутствуют низкие логические уровни. В случае выхода из строя одного из основных модулей на его информационном выходе появляется сигнал отказа высокого уровня длительностью TU. Сигнал отказа поступает на один из адресных входов ПЗУ 10, на выходе которого появляется соответствующий код. Счетчик 12 сигналом на своем выходе 1 разрешает загрузку первого регистра 13.1, старший разряд кода которого обеспечивает включение о работу первого мультиплексора 14,1, Ы младших разрядов выходного кода регистра 13.1 определяют однозначно адрес каналов-коммутации мультиплексора 14,1, который обеспечивает поступление сигналов управления UY2 и на управляющие входы резервного модуля 2,1 и последний вступает в работу. Аналогичным образом осуществляется включение в работу других

резервных модулей при отказе основных.

Формирование датчиком состояния модуля сигнала отказа осуществляется следующим образом. В случае исправного состояния конденсатор интегрирующей це0 гючки 16 постоянно разряжается с помощью ключа 17 и на выходе ДСМ сигнал отсутствует. При выходе модуля из строя напряжение в дополнительной обмотке 21 трансформатора исчезает и ключ 17 запирается, емкость цепочки 16 заряжается с приходом управляющих импульсов с выхода элемента ИЛИ 15 и достигает амплитудного значения Un и практически уже мало изменяется ввиду отсутствия цепи для -разряда

0 емкости цепочки 16. Появление сигнала высокого уровня на входе формирователя 18 ведет к появлению на его выходе с задержкой времени тсигнала отказа Uon высокого уровня, длительность которого достаточна

5 для переключения ПЗУ 10 и загрузки регистров 13,1.,.13.k.

Величина задержки г равна постоянной времени интегрирующей цепи и

выбирается из условия исключения ложного

0 срабатывания формирователя одиночного импульса 18, вызванного задержкой включения силовых транзисторов модуля,

1 т -р т, где Т- период работы преобразоваО

5 тельных модулей. Это дает возможность включить резервный модуль вместо вышедшего из строя уже в следующем полупериоде работы этого модуля.

Таким образом, введение новых зле0 ментов и образование функциональных связей между ними дает возможность повысить надежность функционирования устройства путем замены в течение периода работы модулей вышедшего из строя основного модуля резервным. При этом алгоритм работы резервного модуля сохраняется таким, который был у вышедшего из строя основного модуля. Высокая эффективность резервирования достигается благодаря тому, что контроль состояния модулей осуществляется дважды в течение периода работы модулей. Это, в свою очередь, обеспечивает высокую стабильность входных и выходных параметров ройства.

5; р м у л а и 3 о б р е т е и и я

Устройство для зарядки емкостного накоп1-1теля, содержащее источник питания, п транзисторных преобразовательных модулей, одкополярные силовые входы которых

соединены с одним из выходных зажимов источника питания, к второму зажиму которого через датчик потребляемого тока подключены силовые входы преобразовательных модулей другой полярности, а выходы модулей через свои мостовые выпрямители соединены последовательно-согласно и подключены к обкладкам емкостного накопителя, параллельно которому подключен датчик напряжения, систему управления, два входа которой соединены соответственно с выходами датчика потребляемого тока и датчика напряжения, а выходы с соответствующими входами преобразовательных модулей, отличающ ее с я тем, что, с целью повышения надежности функционирования устройства, оно снабжено К резервными преобразовательными модулями с мостовыми выпрямителями, датчиками состояния модулей по числу основных модулей, выходы которых являются информационными выходами модулей, п-входовым элементом ИЛИ, счетчиком, регистрами памяти и мультиплексорами по числу резервных модулей, постоянным запоминающим устройствЪм, при этом силовые входы резервных модулей соединены с соответствующими силовыми входами основных преобразовательных модулей, выходы резервных модулей через мостовые выпрямители соединены последовательносогласно с выходами основных модулей, адресные входы постоянного запоминающего устройства подключены к информационным выходам основных модулей, выход постоянного запоминающего устройства - к информационным входам регистров, входы разрешения загрузки регистров соединены с соответствующими выходами счетчика, который своим тактозым входом подключен к выходу элемента ИЛИ, входы последнего соединены с информационными выходами основных преобразовательных модулей,

управляющие входы резервных модулей соединены с выходами соответствующих им мультиплексоров, информационные входы мультиплексоров соединены с соответствующими выходами системы управления, адресные входы мультиплексоров - с младшими разрядами выходов соответствующих регистров, старшие разряды которых подключены к входам разрешения соответствующих мультиплексоров, причем каждый

из датчиков состояния модулей содержит дополнительную обмотку трансформатора, мостовой выпрямитель, резистор, формирователь одиночного импульса, ключ, интегрирующую цепочку и элемент ИЛИ, входы

которого подключены к управляющим входам модуля, выход элемента ИЛИ через интегрирующую цепочку, параллельно которой подключен ключ, подключены к входу формирователя одиночного импульса,

выход которого яапяется информационным выходом преобразовательного модуля, управляющий вход ключа через резистор и мостовой выпрямитель подключен к выводам дополнительной обмотки трансформатора.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных электрофизических устройствах, в которых используется накопление энергии в конденсаторах от источников питания ограниченной мощности. Сущность изобретений: устройство содержит источник 3 питания, п основных