Многоканальная система электропитания Советский патент 1993 года по МПК H02J7/34 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам электропитания постоянным током комплексов потребите- лфй (нагрузок) с различными значениями но- мИнального напряжения, мощности, или требующих взаимной гальванической раз- вЈзки, в которых использован низковольт- первичный источник электроэнергии, например термоэлектрический генератор.

Цель изобретения - расширение функ- ц(1ональных возможностей за счет перемен- н0го порядка обслуживания запросов на секций аккумуляторов.

На фиг, 1 представлена функциональ- нЈя схема многоканальной системы элект- р питания на три канала (). В общем случае при К нагрузках должно быть К кана- лфв и в зависимости от параметров нагрузки в рекции аккумуляторов такого канала питания должно быть М аккумуляторов и М уп- равляемых ключевых ячеек.

Многоканальная система электропитания содержит блок коммутации 1, имеющий

со

информационные входы 21-2з-, вход логиче- f ского нуля 3, выходы 4-|-4з , входные кодо- вые шины задания приоритета 5т-5з, входы 5 сброса 61-63, каналы питания 7i-7s, каждый из которых имеет два выходных силовых вывода 8к и 9к (, 2, 3), два входных сило- выхвывода Юки 11кичетыре управляющих 00 вывода , формирователь служебных сигналов 16, источник постоянного тока 17 СО и различные по напряжению и мощности SQ нагрузки 181-18з. Формирователь служеб- (J ных сигналов имеет два выхода - тактовый к выход и выход логического нуля. Тактовый выход подключен к первым управляющим выводам каналов питания 12к, а выход логического нуля подключен к входу логического нуля 3 блока коммутации 1.

На фиг. 2 представлена функциональная схема типового (К-го) канала питания.

Канал питания 7К имеет в своем составе схему И 19, два формирователя импульсов 20 и 21, элемент задержки 22, распределитель импульсов 23, управляемые ключевые

ячейки 24к1-24ш, секцию аккумулятооов 25кг25км , схему НЕ 26 и устройство контроля состояния аккумуляторов 27. К выходным силовым выводам 8к и 9к подключена нагрузка 18к. Входные силовые выводы Юк и 11к соединены с источником постоянного тока 17, но аккумуляторы не подключаются на заряд при закрытых ключевых ячейках . Управляющий вывод 12к подключен к тактовому выходу формирователя служебных сигналов 16, управляющий вывод 13к подключен к выходу 4к блока коммутации 1, управляющий вывод 14к подключен к входу сброса 6к блока коммутации 1, а управляющий вывод 15к соединен с информационным входом 2к блока коммутации 1.

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

Блок коммутации содержит регистры кода приоритета 28т-28з, коммутаторы 29i- 29з, схемы ИЛИ ЗОНЗОз, схемы НЕ 31г-31з, схемы И , триггеры запроса на заряд 33i-33s и схему ИЛИ - НЕ 34. Информационные входы блока коммутации 21-2з подключены, соответственно, к управляющим выводам 151-15з каналов питания 7i-7s, вход логического нуля 3 соединен с выходом логического нуля формирователя служебных сигналов 16, выходы 41-4з подключены соответственно к управляющим выводам 13ч-13з каналов питания 7-|-7з. Входные кодовые шины 5-|-5з задания приоритета могут быть подключены или к наборному полю для формирования кодов или к дистанционной системе передачи информации (если она предусмотрена на объекте, на котором установлена система питания). Входы сброса 6-|-6з подключены соответственно к управляющим выводам 14i-14s каналов питания 7i-7s.

На фиг. 4а, б, в представлены схемы коммутаторов 29i-29s соответственно блока коммутации 1.

Коммутаторы содержат дешифраторы 351-353, схемы И Зб1-36з, и 381-38з, а также схемы ИЛИ 39i-39s. Выходы регистров кода приоритета 181-183 соединены соответственно с управляющими входами коммутаторов 29i-29s и через них с входами дешифраторов 35г-35з. Сигнальные входы коммутаторов подключены к первым выходам схем И 36i-36s, вторые входы которых соединены с выходами дешифраторов, а выходы подключены к соответствующим входам схем ИЛИ 391-39з.

Система работает следующим образом.

Перед началом работы системы, на регистры кода приоритета 281-28з, через входные кодовые шины задания приоритета

51-5з заносятся коды, которые совместно с коммутаторами 29i-29s и схемами ИЛИ ЗСН-ЗОз обеспечивают начальное распределение запросов на заряд аккумуляторов каналов питания по приоритетам. По мере необходимости, распределение приоритетов может динамически изменяться, для чего достаточно изменить содержимое регистров кода приоритета 281-28з в соответствии с требуемым распределением запросов на заряд аккумуляторов каналов питания по приоритетам. Изменение кодов может производиться как в паузах работы, т.е. когда на информационных входах 21-2з

5 запросы на заряд аккумуляторов отсутствует, так и при наличии запросов на заряд аккумуляторов.

Допустим нагрузка 182 является наиболее важной (имеет наивысший приоритет), а

0 нагрузка 18з наименее важно (наименьший приоритет) и все секции аккумуляторов заряжены, формирователь служебных сигналов 16 включен. Сигнал логического нуля с выхода формирователя служебных сигналов

5 16 поступает на вход логического нуля 3 блока коммутации 1, а импульсы с тактового выхода формирователя служебных сигналов поступают на первые управляющие выводы 121-12з каналов питания 71-7з. В этом

0 случае на управляющих выводах всех устройств контроля состояния аккумуляторов 2 1-27з сигналы высокого уровня (логическая 1), Данные сигналы через схемы НЕ 26 инвертируются и поступают с управляющих

5 выводов 151-15з каналов питания 71-7з, соответственно, на информационные входы блока коммутации 1. При этом отсутствуют сигналы высокого уровня (логическая 1) на выходах 41-4з блока коммутации

0 1, Распределители импульсов 231-23з каналов питания 7i-7a находятся в исходном состоянии (сигналы высокого уровня на всех выходах отсутствуют). Все управляемые ключевые ячейки 24ц-24зм во всех каналах

5 питания закрыты, т.е. источник постоянного тока 17 к аккумуляторам не подключен.

Необходимые кодовые комбинации на регистрах кода приоритета 28i-28s определяются в соответствии с требуемым распре0 делением нагрузок по приоритетам (важности) по следующим правилам:

1. Регистр 28к(, 2, 3) самой старшей по приоритету нагрузки (в соответствующем информационном тракте блока коммутации

5 1) должен содержать код, равный номеру данной нагрузки, обеспечивая тем самым подключение к выходу коммутатора 29к данного тракта входа 3, подключенного к выходу логического нуля формирователя служебных сигналов 16, Ноль на выходе этого коммутатора через схему НЕ 31 к разрешает прохождение запроса на заряд аккумулятора через схему И 32к на единичный вход триггера запроса на заряд ЗЗк. Кроме Того, проявление запроса на заряд аккуму- Ляторов на входе данного тракта вызывает Последовательную блокировку обслужива- ция остальных, более младших по приоритету каналов питания через схему ИЛИ ЗОк Данного тракта, коммутаторы 29 и схемы ИЛИ 30 остальных трактов.

2. Регистр 28 каждого последующего, Младшего по приоритету, информационного тракта блока коммутации 1 должен содер- 4ать код, равный номеру предыдущей старшей по приоритету нагрузки. Например, для системы питания имеющей нагруз- ф 18ьз при распределении в порядке убывания приоритетов следующим образом 182, 18i, 18з регистры 28i-28s должны со- д ержать следующие коды:

Номер нагрузки Содержание регистра 28

; 1812

; 18а2

18з1 Указанные коды в регистрах 28 сформируют структуру системы питания таким об- рэзом, что появление запроса на заряд аккумуляторов в старшем по приоритету вуором канале питания блокирует обслужи- вЈние запросов на заряд аккумуляторов, возникающих в других канала питания в порядке убывания приоритетов.

| Когда секция аккумуляторов в каком-либо канале, например 72,разрядится до оп- ределенной степени, об этом сигнализирует устройство контроля состояния аккумуляторов 272 путем выдачи потенциального сигнала в виде логического нуля (потенциал низкого уровня). Сигнал низкого уровня ин- вотируется схемой НЕ 262 и через выход канала питания 2 поступает на вход 22 б/ ока коммутации 1, а затем на первый вход схемы ИЛИ 302 и первый вход схемы И 322. Крд равный двум в регистре 282, вызывает появление нулевого уровня на выходе коммутатора 292 (код расшифровывается дешифратором 352) и через схему НЕ 312 обеспечивается прохождение запроса на заряд аккумуляторов второго канала через схэму И 322 на единичный вход триггера запроса на заряд 332(поскольку схема И 322 открыта по третьему входу сигналом с выхода схемы ИЛИ-НЕ 34). Триггер запроса на заЬяд 332 устанавливается в единичное со- стояние и сигнал с его единичного выхода поступает на выход 42 блока коммутации 1. Кроме того, на выходе схемы ИЛИ 302 при наличии запроса на заряд на входе 22 вырабатывается единичный сигнал, который

через коммутаторы 29i и 29з, схемы НЕ 311 и 31з блокирует запросы на заряд аккумуляторов от каналов питания 7i и 72. Единичный сигнал на выходе триггера запроса на заряд 332 через схему ИЛИ-НЕ 34 запирает схемы И 321-32з.

Единичный уровень на выходе 42 блока коммутации свидетельствует о разрешении подключения к источнику постоянного тока 17 аккумуляторов 2521-252М канала питания 72. Высокий потенциал с выхода 42 блока коммутации 1 поступает на второй управляющий вывод 132 канала питания 72 и через схему И 192 на тактовый вход распределителя импульсов 232. По заднему фронту входного тактового импульса на первом выходе распределителя импульсов 232 появится высокий потенциал (логическая 1s), который удерживается в течение такта (пауза плюс импульс), то есть до окончания следующего тактового импульса. В результате,за время действия потенциала на первом выходе распределителя импульсов 232, держится открытой управляемая ключевая ячейка 2421, обеспечивающая прохождение зарядного тока от источника 17 постоянного тока к аккумулятору 2521 в течение данного такта. При этом каналы питания 7i и 7з заблокированы нулевыми логическими сигналами с выходрв 4i и 4з блока коммутации 1, прикладываемыми к выводам 13i и 13з,и тактовые импульсы формирователя служебных сигналов 16 не вызывают их срабатывания. На следующем такте появляется потенциальный сигнал на втором выходе распределите- ля импульсов 232 (одновременно с исчезновением потенциального сигнала на первом выходе). При этом закрывается управляемая ключевая ячейка 2421 и открывается 2422, обеспечивающая 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 242М в канале питания 72, по заданному фронту тактового импульса, соответствующему переходу последнего выхода распределителя импульсов 232 из состояния логической 1 в состояние логического О, формирователь 212 импульса по заднему фронту сигнала вырабатывает импульс, который обеспечивает сброс схемы распределителя 232 импульсов в исходное (нулевое) состояние. По заднему фронту следующего тактового импульса появится потенциал на первом выходе распределителя 232 импульсов. Аналогично указанному заряд по круговому циклу секции аккумуляторов канала

питания 2 будет осуществляться до тех пор, пока на выходе устройства 272 контроля состояния аккумуляторов не появится высокий потенциал, сигнализирующий о заряде аккумуляторов секции (логическая 1). Сиг- нал логической 1 с выхода устройства контроля состояния аккумуляторов 272 поступает на вход схемы НЕ 2622 и инвертируется. Инвертированный сигнал через выход 152 канала питания 1г поступает на информационный вход 22 блока коммутации 1. Кроме того, по заднему фронту сигнала на выходе схемы НЕ 262 формирователь импульсов 202 вырабатывает импульс, поступающий через элемент задержки 292 на сброс в исходное состояние распределителя импульсов 232 и через управляющий вывод 142 канала 1г на вход сброса 62 блока коммутации. Время задержки элементом задержки 222 (22к) выбирается исходя из того, чтобы изменение уровня сигнала на выходе 42 (4к) блока коммутации и выдача сигнала на сброс распределителя импульсов 232 (23к) происходили одновременно. Это выравнивание необходимо для того, чтобы тактовый импульс формирователя служебных сигналов 16 не изменил состояние распределителя импульсов 232 (23к), ес- ли его сброс в исходное состояние осуществляется до изменения состояния выхода 42 (4к) блока коммутации 1. Импульс, поступивший на вход сброса 62, устанавливает в нулевое состояние триггер запроса на заряд 332. Нулевой потенциал с единичного выхода триггера запроса на заряд 332 через схему ИЛЙ-НЕ 34 разрешает прохождение новых запросов на заряд (на основе разбора по приоритету) через схемы И 32 на единичный вход триггеров запроса на заряд 33.

То есть отсутствие запроса на заряд на выходе самого старшего по прототипу канала питания (в рассматриваемом случае 72) снимает последовательную цепь блокировок, вследствие чего появляется возможность удовлетворения возникающих запросов на заряд секций аккумуляторов от каналов питания 7i и 7з.

В случае, если осуществляется заряд секции аккумуляторов менее важной (менее приоритетной) нагрузки, например, 18i и появляется запрос на заряд секции аккумуляторов более важной нагрузки 182, то блок коммутации 1 не прерывает заряд аккумуляторов канала питания 7i, т.к. сигнал запроса на заряд не пройдет через схему И 322 до тех пор, пока не будет обслужен запрос на заряд (поскольку схема И 322 по третьему входу закрыта нулевым сигналом с выхода схемы ИЛИ-НЕ 34), происходивший до появления запроса на заряд от канала питания 7ч. Аналогично будет происходить переключение на заряд секций аккумуляторов и при перемене порядка обслуживания запросов на заряд(при новом распределении приоритетов).

При одновременном поступлении сигналов о разряде секций аккумуляторов от каналов питания 1-7з на информационные входы блока коммутации 1 сигнал разрешения появляется только на выходе 42. Таким образом предлагаемая система обеспечивает циклическое подключение к источнику постоянного тока только аккумуляторов одного канала питания, 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 исходя из степени важности нагрузок.

Использование заявляемого изобретения позволяет обеспечить возможность переменного порядка обслуживания запросов на заряд секций аккумуляторов каналов питания (при относительном по времени поступления запросов на заряд приоритете) без осуществления перекоммутаций в системе (т.е. не изменяя место подключения каналов питания относительно блока коммутации), что особенно важно при необходимости оперативно изменить степень важности (приоритет) канала питания (нагрузки),

Таким образом, использование изобретения позволит расширить функциональные возможности системы электропитания за счет переменного порядка обслуживания запросов на заряд секций аккумуляторов.

Формула изобретения

Многоканальная система электропитания, содержащая источник постоянного тока, формирователь служебных сигналов с тактовым выходом, блок коммутации с К информационными входами и К выходами по числу нагрузок, К каналов питания с двумя входными силовыми, двумя выходными силовыми и четырьмя управляющими выводами в каждом, включающих секцию из М аккумулятбров, 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 и схему НЕ, при Этом входные силовые выводы каждого канала питания подключены к источнику постоянного тока, а выходные силовые рыводы - к нагрузке, первые управляющие выводы каналов питания подключены к тактовому выходу формирователя служебных Сигналов, вторые управляющие выводы - к соответствующим выходным, третьи управляющие выводы - к соответствующим информационным входам, а четвертые управляющие выводы - к входам сброса блока коммутации, причем в каждом канале Питания первый управляющий вывод подключен к первому входу схемы И, второй управляющий вывод - к ее второму входу, а $ыход этой схемы соединен с тактовым входом распределителя импульсов, m-й выход Которого подключен к управляющему входу соответствующей управляемой ключевой Ячейки и последний выход распределителя Импульсов подключен к входу первого фор- )иирователя импульсов, вход второго фор- Мирователя импульсов подключен к выходу схемы НЕ, его выход - к четвертому управляющему выводу, блок коммутации выполнен в виде совокупности информационных трактов и содержит схему ИЛИ-НЕ, а в каждом тракте триггер запроса на заряд, схему ;ИЛИ, схему НЕ и схему И, причем в каждом тракте единичный выход триггера запроса на заряд подключен к соответствующему :номеру тракта входу схемы ИЛИ-НЕ, отл и- чающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет переменного порядка обслуживания запросов на заряд секций аккумуляторов, формирователь служебных сигналов дополнительно снабжен выходом логического нуля, каждый канал питания - элементом задержки, а блок коммутации - входом логического нуля, входными кодовыми шинами задания приоритета и в каждый информационный тракт блока коммутации дополнительно введены регистр кода приоритета и коммутатор, выход логического нуля формирователя служебных сигналов подключен к входу логического нуля блока коммутации, при этом в каждом информационном тракте блока коммутации соответствующий информационный вход соединен с первыми входами схемы И и схемы ИЛИ, выход схемы НЕ соединен со вторым входом схемы И, выход которой подключен к единичному входу триггера запроса на заряд, нулевой вход

которого соединен с соответствующим входом сброса блока коммутации, его единичный выход подключен к соответствующему выходу блока коммутации, соответствующая входная кодовая шина задания приоритета соединена через регистр кода приоритета с управляющим входом коммутатора, выход коммутатора соединен с входом схемы НЕ и с вторым входом схемы ИЛИ, выход схемы ИЛИ К-го информационного тракта соединен с К-ми сигнальными входами коммутаторов предыдущих и последующих информационных трактов, вход логического нуля блока коммутации соединен в каждом информационном тракте с сигнальным входом коммутатора, соответствующим номеру тракта, а выход схемы ИЛИ-НЕ подключен ктретьим входам схем И всех трактов, кроме того, в каждом канале питания выход первого формирователя импульсов непосредственно, а выход второго формирователя импульсов через элемент задержки подключены к входу сброса распределителя импульсов, выход устройства контроля состояния аккумуляторов через схему НЕ подключен к третьему управляющему выводу.

&

Использование: система электропитания (СЭП) постоянным током комплексов потребителей с различными значениями напряжения. Система формируется на базе аккумуляторных батарей, обеспечивает оперативное изменение приоритетов нагрузок и порядок обслуживания запросов на заряд секций аккумуляторов. Система содержит источник постоянного тока, формирователь служебных сигналов, блок коммутации и К каналов питания по числу нагрузок. 4 ил.

le

гв

щ

T

fft

ZL

гд

Ч

ц

296СПР1

296S081

.j/7

Гщ-------f ----I

39,

J ВыхЗОг Вь/хЗОз

&7--- -

ЗВг

Вы. 28г

35г

I

Вь/х.ЗО,

B.3h

6 г.. |

28y

f

39,

-

ЗВг

-Н

+-HJ%

-TTJ

Вых. J0j

B.3h