Система электропитания постоянным током Советский патент 1993 года по МПК H02J7/34 

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

Целью изобретения является повышение надежности системы электропитания и улучшение ее массо-энергетических показателей путем упрощения.

Поставленная цель достигается тем. что в систему электропитания постоянным током, содержащую источник постоянного тока, тактовый генератор, 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 аккумуляторов, связанных и 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 выводы - к нагрузке, первые управляющие выводы каналов питания подключены к выходу тактового генератора, вторые управляющие выводы - к соответствующим- врходам, третьи управляющие выводы - к соответствующим информационным входам, а четвертые управляющие выводы - к входами сброса блока коммутации, примем в каждом канале питания первый управляю-, щий вывод подключен к первому входу схемы И, второй управляющий вывод - к ее

00

Со

Qs Оч

о

второму входу, а выход 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 формирователя импульсов, вход второго формирователя импульсов подключен к выходу схемы НЕ, его выход - к четвертому управляющему выводу, блок коммутации выполнен в виде совокупности информационных трактов и содержит схему И блока коммутации, первую и вторую схемы ИЛИ; а в каждом тракте триггер запроса на заряд, триггер зареше- ния заряда и схему И, причем в каждом тракте единичный выход триггера запроса на заряд подключен к соответствующему номеру с тракта входу схемы И„выход которой соединен с информационным входом триггера разрешения, заряда, единичный аыход которого соединен с соответствующим выходом блока коммутации, нулевой выход триггера запроса на заряд подключен к соответствующим номеру тракта входам схемы И всех следующих за ним трактов, выход схемы И блока коммутации подключен к первому входу первой схемы ИЛИ, введены новые связи и элементы. В частности, в блок коммутации и в каждый канал питания введены элементы задержки,.кроме того в каждом канале питания выход первого формирователя импульсов непосредственно, а выход второго формирователя импульсов через элемент задержки подключен к входу сброса распределителя импульсов, выход устройства контроля состояния аккумуляторов через скему НЕ подключен к третьему управляющему выводу, при этом в блоке коммутации соответствующие информационные входы подключены к единичным входам триггеров запроса на заряд, соответствующие входы сброса подключены к нулевым входам триггеров запроса на заряд и соответствующим номеру трактов входам второй схемы ИЛИ, выход которой через элемент задержки соединен со вторым входом первой схемы ИЛИ, подключенной своим выходом к тактовым входам триггеров разрешения заряда, нулевые выходы триггеров запроса на заряд соединены с соответствующими номеру тракта входами схемы И блока коммутации.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая система принципиально отличается отсутствием связи тактового генератора с блоком коммутации, в каждом канале питания введением элемента задержки и подключением выходного управляющего вы вода устройства контроля состояния аккумуляторов через схему НЕ к третьему управляющему выводу, связями первого и второго формирователей импульсов с входом сброса распределителя импульсов, а в блоке коммутации отличается наличием элемента задержки,, его связями со схемами ИЛИ, и кроме того связями первой схемы ИЛИ с триггерами разрешения заряда, второй схемы ИЛ И с триггерами запроса на заряд и входами сброса, триггеров запроса на заряд со схемой И блок коммутации. Таким образом, заявляемая система соответствует критерию новизна..

5

Введение данной совокупности отличительных признаков позволяет сократить аппаратурные затраты, что обеспечивает повышение надежности системы электро0 питания и улучшает ее массоэнергетические показатели. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию существенные отличия.

На фиг. 1 представлена функциональ5 нгя х схема системы электропитания постоянным током на три канала ().

В общем случае при К нагрузки в секции аккумуляторов такого канала питания должно быть М аккумуляторов и М управляемых

0 ключевых ячеек.

Система электропитания постоянным током содержит блок коммутации 1, имеющий информационные входы 2г-2з, выходы Зч-Зз и входы сброса 41-4з. каналы питания

5 , каждый из которых имеет два выходных силовых вывода 6к и 7к (, 2, 3), два входных силовых вывода 8 к и 9 к и четыре управляющих вывода Юк, 13к, тактовый генератор 14, источник постоянного тока 15 и

0 различные по напряжению и мощности нагрузки 1б1-16з.

На фиг.2 представлена функциональная схема типового К-го канала питания.. Канал питания 5 к имеет в своем составе

5 элемент задержки 17, распределитель импульсов 18, управляемые ключевые ячейки 19к1-19км, устройство контроля состояния аккумуляторов 20, схему И21, схему НЕ22, два формирователя импульсов 23 и 24, а

0 также-секцию аккумуляторов . К выходным силовым выводам 6к и 7К подключается нагрузка 16. Входные силовые выводы 8 и 9К соединены с источником 15 постоянного тока, но аккумуляторы н заря5 жаются при закрытых ключевых ячейках 19к1--19Км. Управляющий вывод 10К подключен к выходу тактового генератора 14, управляющий вывод 11к подключен к выходу Зк, управляющий вывод 12К подключен к х входу сброса 4к, а управляющий вывод 13

подключен к информационному входу 2К блока коммутации.

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

Блок коммутации содержит триггеры запроса на заряд 26ч-26з, схему ИЛИ 27, элемент задержки 28, схему И 29, схемы ИЗОч-ЗОз. схему ИЛИ 31 и триггеры разрешения заряда 32г-32з.

Информационные входы блока коммутации подключены, соответственно, к управляющим выводам 13-|-13з каналов питания . Выходы подключены, соответственно, к управляющим выводам 121-12з каналов питания 5т-5з. Триггеры запроса на заряд 26i-26s могут быть выполнены на RS - триггерах, срабатывающих по переднему фронту сигнала. Триггеры разрешения заряда могут быть выполнены на синхронных Д и триггерах, срабатывающих по заднему фронту сигнала на синхронизирующем (тактовом входе).

Система работает следующим образом. Нагрузка 16i является наиболее важной (имеет наивысший приоритет), а нагрузка 16з- наименее важной (наименьший приоритет). В исходном состоянии все секции аккумуляторов заряжены, тактовый генератор включен. Импульсы с выхода тактового генератора 14 поступают на первые управляющие выводы Юг-Юз каналов питания 5ч-5з. В этом случае на управляющих выводах всех устройств контроля состояния аккумуляторов 20-|-20з сигналы высокого уровня (логическая 1). Данные сигналы через схему НЕ 22 инвертируются и поступают с управляющих выводов каналов питания 51-5з, соответственно, на информационные входы , блока коммутации. При этом отсутствуют сигналы высокого уровня (логическая Г) на выходах Зч-Зз блока коммутации. Распределители импульсов 18г-18з каналов питания находятся в исходном состоянии (сигналы высокого уровня на всех выходах отсутствуют). Управляемые ключевые ячейки 19ц-19зм во всех каналах питания закрыты, то есть источник постоянного тока 15 к аккумуляторам не подключен. Когда секция аккумуляторов в каком либо из каналов питания, например, 5i разрядится до определенной степени, об этом сигнализирует устройство контроля состояния аккумуляторов 20i путем выдачи потенциального сигнала в виде логического О (потенциал низкого уровня). Сигнал нулевого уровня инвертируется схемой HE22i- и через выход 13i канала питания 5i- поступает на выход 2i блока коммутации 1,.а затем на единичный вход триггера запроса

на заряд 26i. В результате этого триггер запроса на заряд 26t устанавливается в единичное состояние, фиксируя запрос на заряд аккумуляторов канала питания 5i. Единичный уровень с единичного выхода триггера 26ч проходит через схему И 3d на информационный вход триггера разрешения заряда 32i. Одновременное этим нулевой уровень с нулевого выхода триггера запроса на заряд 2бг закроет схемы И 30 менее приоритетных трактов (И302 и ИЗОз). Кроме того, после установки триггера запроса на заряд 26i снимается единичный уровень с выхода схемы И 29. Это изменение потенциала через схему ИЛИ 31 подается на тактовый вход триггера разрешения заряда 32i. Заметим, что задержка схемы И 30i меньше задержки последовательности схем И 29 и ИЛИ 31. Вследствие этого запись в триггер разрешения заряда 32 убудет производиться после изменения потенциала на выходе схемы И 30т, вызванного поступлением запроса на заряд. В результате этого триггер будет установлен в единичное состояние. Поэтому возникает единичный уровень на выходе 3i блока коммутации, который свидетельствует о разрешении подключения к источнику постоянного тока 15 аккумуляторов 25ц-251 м канала питания 5i. Высокий потенциал с у выхода 4i блока коммутации 1 поступает на втооой управляющий вывод 11 канала питания 5i и через схему И 21 на тактовый вход распределителя импульсов 18i. По заднему фронту входного тактового импульса на первом выходе распределителя импульсов 18i высокий потенциал (логическая 1), 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 18i, держится открытой управляемая ключевая ячейка 19ц, обеспечивая прохождение зарядного тока от источника 15 постоянного тока к аккумулятору 25ц в течение данного такта. При этом каналы питания 52 и 5з заблокированы нулевыми логическими сигналами с выходов блока коммутации 1, прикладываемыми к выводам 11ги 11з, и тактовые импульсы генератора 14 не вызывают их срабатывания. На следующем такте появляется потен- циальный сигнал на втором выходе распределителя импульсов 18i (одновременно с исчезновением потенциального сигнала на первом выходе). При этом закрывается управляемая ключевая ячейка 19ц и открывается 1912, обеспечивая протекание зарядного тока через аккумулятор 2512 в течение данного такта. Таким образом, за кэжд ый такт (пауза плюс импульс) ,, тактового генератора происходит смена заряжаемого аккумулятора в данном канале питания. После закрытия управляемой ключевой ячейки 19ы в канале питания 5i,.по заднему фронту тактового импульса, соответствующему переходу последнего выхода ХХХХ распределителя импульсов 19i из состояния логической .з состояние логического 0 формирователь 24ч импульса по заднему фронту сигнала вырабатывает импульс который обеспечивает сброс схемы распреде- лителя 18i импульсов в исходное (нулевое) состояние. По заднему фронту следующего тактового импульса появится потенциал на первом выходе распределителя 18i импульсов. Аналогично указанному, заряд по круговому циклу секции аккумуляторов канала питания 5i будет осуществляться до тех пор, пока на выходе устройства 2(Нконтроля состояния аккумуляторов не появится высокий потенциал, сигнализирующий о заряде аккумуляторов секции (логическая 1). Сигнал логической Г с выхода устройства контроля состояния аккумуляторов 20i поступает на вход схемы НЕ 22ч и инвертируется. Инвертированный сигнал через вывод 13i канала питания 51 поступает на информационный вход 2iблока коммутации 1. Кроме того, по заднему фронту сигнала на выходе схемы НЕ 22г формирователь импульсов 23i вырабатывает импульс, поступающий через элемент задержки 17i на сброс в исходное состояние распределителя импульсов через управляющий вывод 12i канала питания 5i на вход сброса 4i блока коммутации. Время задержки элементом 17i(17n) выбирается исходя из того, чтобы изменение уровня м сигнала на выходе 31(3к) блока коммутации и выдача сигнала на сброс распределителя импульсов 18i и (18) происходили одновременно. Это выравнивание необходимо для того, чтобы тактовый импульс генератора 14 не изменил состояние распределителя к импульсов 18i (18к), если его сброс в исходное состояние осуществится до изменения состояния выхода 3i (Зк) блока коммутации 1. Импульс, поступивший на вход сброса 4i устанавливает в нулевое состояние триггер запроса на заряд 26i. Это может вызвать перераспределение потенциалов на выходах схем ЗСН-ЗОз. С необходимой для обновления содержимого триггера запроса на заряд -26i(26K) и для возможного изменения состояния схем И ЗСН-ЗОз задержкой импульс сброса пройдет через схему ИЛИ 27, элемент задержки 28 и схему ИЛИ 31. По заднему фронту этого им пульса на выходе триггера разрешения заряда 32i будет установлен потенциал, установившийся на выходе схемы И 30i (нулевой потенциал). Это соответствует отсутствию разрешения на заряд секции аккумуляторов канала питания SL

Если во время заряда секции аккумуляторов в канале питания 5i разрядится секция аккумуляторов в канале питания 5а, то сигнал высокого уровня с выхода 132 поступит на информационный вход 22 блока ком0 мутации 1. По этому сигналу на единичном выходе триггера запроса на заряд 262 появится высокий потенциал. Однако, перепись его состояния в триггер разрешения заряда 322 не произойдет, поскольку запер5 ты схема И 29 и схема И 302 (потенциалом низкого уровня с нулевого выхода триггера запроса на заряд 26i). Только после того, как произойдет заряд секции аккумуляторов канала питания 5-1 и сброс триггера запроса на

0 заряд 26i (одновременно выдача сигнала на отключение от источника секции аккумуляторов канала питания 5i и сброс распределителя импульсов 18ii осуществится выдача сигнала на выходе 32 блока коммутации 1

5 для циклического подключения секции аккумуляторов канала питания ба,При одновременном .поступлении сигналов о разряде секций аккумуляторов на информационные входы 2i - 2з эти запросы

0 переписываются в триггеры запроса на заряд 2б1-26з, а затем сигнал разрешения появляется только на выходе 31 (подключение к источнику постоянного тока 15 канала питания 5i), так как сигнал с нулевого выхода

5 триггера запроса на заряд 26i закрывает схемы И302 и И ЗОз, запрещая прохождение сигналов с триггеров запроса на заряд 262 и 26з на информационные входы триггеров разрешения заряда 322 и 32з.

0 Таким образом система электропитания постоянным током обеспечивает циклическое подключение к источнику постоянного тока только аккумуляторов одного канала питания, причем, подключение осуществля5 ется на приоритетной основе, то есть при одновременном поступлении сигнала о разряде аккумуляторов в первую очередь заряжаются о секции аккумуляторов наиболее важных нагрузок, а в дальнейшем организу0 ется очередь на заряд исходя из степени важности нагрузок.

Формула изобретения Система электропитания постоянным, током, содержащая источник постоянного

5 тока, тактовый генератор, 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

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 уп- равляющий выводы, устройство контроля состояния аккумуляторов с двумя входными и одним выходным управляющим выводами, два формирователя импульсов, распределитель имаульсов, схему И и схему НЕЧ 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 так- тового генератора, вторые управляющие выводы - к соответствующим выходам, 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 выход этой схемы соединен с такто- вым входом распределителя импульсов, М-й выход которого подключен к управляющему входу соответствующей управляемой клю- чевой ячейки-, и последний выход распределителя импульсов подключен к входу первого-формирователя импульсов, вход второго формирователя импульсов подключен к выходу схемы НЕ, его выход-к четвертому управляющему выводу, блок коммутации выполнен в виде совокупности информационных трактов и содержит схему И блока коммутации, первую и вторую схемы ИЛИ, а в каждом тракте-триггер запроса на заряд, триггер разрешения заряда и схему И, причем в каждом тракте единичный

выход триггера запроса на заряд подключен к соответствующему номеру тракта входу схемы И, выход которой соединен с информационным входом триггера разрешения заряда, единичный выход которого соединен с соответствующим выходом блока коммутации, нулевой выход триггера запроса на заряд подключен к соответствующим номеру тракта, входам схемы И всех следующих за ним трактов, выход схемы И блока коммутации подключен к первому входу первой схемы ИЛИ, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности системы электропитания и улучшения ее массоэ- нергетических показателей путем упрощения, в блок коммутации и в каждый канал питания введены элементы задержки, 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,, при этом в блоке коммутации соответствующие информационные входы подключены к единичным входам триггеров запроса на заряд, соответствующие входы сброса подключены к нулевым входам триггеров запроса на заряд и соответствующим номеру тракта, входам второй схемы ИЛИ; выход которой через элемент задержки соединен с вторым входом первой схемы ИЛИ, подключенной своим выходом к тактовым входам триггеров разрешения заряда; нулевые выходы триггеров запроса на заряд соединены с соответствующими номеру тракта входами схемы И блока коммутации.

TfifeT

Сущность изобретения: система электропитания постоянным током обеспечивает относительное по времени поступления запросов на заряд аккумуляторов приоритетное обслуживание. 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 К аккумуляторов, К управляемых ключевых ячеек, устройство контроля состояния аккумуляторов, два формирователя импульсов, распределитель импульсов, элемент задержки и логические элементы И и НЕ. 3 ил.