Система питания Советский патент 1982 года по МПК H02J7/34 

грузке посредством .ключей, причем всегда один из источникой энергии подключен к нагрузке, а второй - отключен . Подключение отключенного источника питания к нагрузке проиэво цится при уменьшении напряжения на эаботающем источнике энергии до определенной величины, при этом работающий источник питания от нагрузки отключается 5 и 6.

к недостаткам данных систем питания относятся повышенные весо-габаритные показатели, увеличение кото х произошло вследствие использованйя двух источников энергии, рассчи.тайных на максимальную мощность нагрузки .

Известны системы питания, содержащие параллельно включенные коммутируемые основные источники питания и аккумуляторную батарею, причем в цепи каждого источника питания установлен датчик тока, управляющий коммутацией остальных источников питания по заданному закону 7.

Недостатком таких систем питания являются повышенные весо-габаритные показатели, -повышение которых произошло вследствие применения-аккумуляторной батареи, расчитанной на все время работы системы питания на максимальную мощность нагрузки.

Известна система питания,содержащая первичный источник питания ограниченной мощности, аккумуляторную батарею, соединенную с первичным источником питания через транзисторный ключ, измерительный элемент,включенный между точкой соединения транзисторного ключа с первичным источником питания и нагрузкой, причем измерительный элемент связан с транзисторным ключем 8.

К недостаткам данной системы .питания относится возможность перезаряда буферной аккумуляторной бата- реи повышенным током, а также то,что аккумуляторная батарея подключается к нагрузке при перегрузке первичного источника питания по току, а не по мощности, вледствие чего необходимо применять первичный источник питания, рассчитанный на максимальную мощность нагрузки и, следовательно, повышать весо-габаритные показатели системы питания.

Известны системы питания, в которых первичный источник питания BKJBOчен параллельно аккумуляторной .батарее, причем аккумуляторная батарея связана с первичным источником через регулятор зарядного или разрядного тока 9.

Недостатком таких систем питания является то, что энергия, проходящая от первичного источника питания в нагрузку через аккумуляторную батарею.

преобразуется два раза, вследствие чего коэффициент полезного действия системы питания занижен, а весо-габаритные показатели первичного и точ1 ика питания и,следовательно, всей

Системы питания повышены.

Известна также система питания, в которой общая точка соединения первичного источника питания и регулятора заряда - разряда связана с нагрузкой через стабилизатор напряжения, а первичньй источник питания является источником ограниченной мощности 10.

Недостатком такой системы питания является тройное-преобразование энергии, проходящей от первичного источника питания в нагрузку, вследствие чего весо-габаритные показатели системы питания повышены.

Известна система питания, содержащая первичный нерегулируемый источник постоянного напряжения, подключенный через регулятор напряжения к нагрузке, буферную аккумуляторную батарею, подключенную через второй регулятор напряжения к нагрузке, две системы управления, соединенные с регуляторами напряжения, причем система управления первого регулятора напряжения обеспечивает режим отбора от первичного источника питания максимальной или номинальной мощности, или номинального тока, система управления второго регулятора напряжения обеспечивает в режиме заряда аккумуляторной батареи

стабилизацию напряжения нагрузки, а в режиме заряда аккумулятора - необходимый отбор мощности от аккумуляторной батареи 11.

К недостаткам данной системы питания относится постоянный отбор от

первичнсуго источника питания максимальной или но 5инальной мощности, или номинального тока при различных значениях мощности нагрузки, что приводит

5 к повышению весо-габаритных показателей системы питания вследствие применения первичного источника питания порышенной энергоемкости, возможность перезаряда аккумуляторной батареиi повышенным током, так как при малой мощности нагрузки избыток мощности, отдаваемый первичным источником, поступает в аккумулятор, а также пониженный коэффициент полезного действия вследствие тройного преобразования энергии,проходящей от первичного, источника питания в нагрузку через буферную аккумуляторную батарею.

Нс1Иболее близким по. технической сущности к предлагаемой является система питания, содержащая первичный источник питания,вторичный электро1шмический генератор, запоминающее устройство, причем зарядка вторичного электрохимического, генератора производится в первом режиме в течение

времени, зависящего от предыдущей разрядки генератора, зафиксированного в запоминающем устройстве. Первичный ис1очник тока способен обеспечит ток постоянно, а установление первого режима вызывается-разрядкой электрохимического генератора 12 .

Йедостатками предлагаемой системы тания являются повЕлиенные весо-гаЬаритные показатели, повышение которых обусловлено применением первичного источника питания, рассчитанного на сумму максимальной мощности нагрузки и максимсшьной мощности,отдаваемой в электрохимический генератор {буферную аккумуляторную батарею) при его зарядке, а также то,что заряд буферной аккумуляторной бата- реи производится без учета явления саморазряда, что может привести к преждевременному нарушению работоспособности системы питания.

Цель изобретения - улучшение весогабаритных показателей системы питания, повышение срока ее службы.

Поставленная цель достигается тем что в систему питания, содержащую первичный источник питания, буферную аккумуляторную батарею, запоминающее устройство, введены Стабилизатор мощности, датчик тока, интегратор, схема определения знака, три компаратора, источник опорного напряжения, делитель напряжения,схема ИЛИ, дешифратор, триггер, управляемый ключ, .причем стабилизатор мощности связан входом с первичным источником питания, а выходом - с выходом .системы питания, датчик тока включен между буферной аккумуляторной батареей и выходом стабилизатора мощности и связан своим выходом с входами интегратора,схемы определения знака и первым входом первого компаратора,выход интегратора соединен с первьши входами второго и третьего компараторов, выходы которых соединены с входами схемы ИЛИ, источник опорного найря-, жения связан выходом с вторыми входами первого и третьего компараторов и с входами делителя напряжения и управляемого ключа, а выход делителя напряжения соединен с вторым входом второго компаратора, запоминающее устройство,выпЪлненное в виде реверсивного счетчика, соединено счетным входом с выходом схемы ИЛИ, а также с входом обнуления интегратора , управляемым входом - с выходом схемы определения знака, выходом - с входом дешифратора, который соединен своими двумя выходами с двумя- входами триггера, первый компаратор связан выходом с вторым выходом дешифратора, а управляемый ключ соединен входом управления с выходом триггера, а 8ыходом - с выходом управления стабилизатора мощности.

На чертеже изображена блок-схема систелвл питания.

Система питания содержит первичный источник- I питания, соединенный с входом стабилизатора 2 мощности, выход которого связан с выходом системы питания, датчик 3 тока, включенный между буферной аккумуляторной батареей 4 и выходом стабилизатора 2 мощности и связанный своим илходом с входами интегратора 5,схемы опре0деления знака 6,11ервым входом компаратора 7, причем выход интегратора 5 соединен с первыми входами компараторов 8 и 9, выходы которых связаны с входами схемы ИЛИ 10,источник

5 11 первого напряжения, соединенный входом со вторыми входами компараторов 7 и 8 и входами, делителя 12 напря. жения и управляемого ключа 13, причем выход делителя 12 напряжения соединен

0 с вторым входом компаратора 8, а выход управляемого ключа 13 - с входом управления стабилизатора 2 мощности, запоминающее устройство 14, выполненное в виде реверсивного счетчика,связано счетным входом с выходом схемы

5 ИЛИ 10 и входом обнуления интегратора 5,-управляемым входом - с выходом схемы определения знака б,а выходом - с входом дешифратора 15, который соединен своими двумя выходами с двумя

0 входами триггера 16, причем второй выход дешифратора 15 соединен также с выходом компаратора 7, а выход триггера 16 соединен- с входом управления управляемого ключа 13, на первом

5 выходе дешифратора 15 сигнал появляется при обнуленном состоянии реверсивного счетчика 14, а на втором выходе при состоянии реверсивного счетчика 14, соответствующему заданной разря0женности буферной аккумуляторной батареи 4.

В предлагаемой системе питания,в качестве стабилизатора 2 мощности можно использовать широтно-импульсный регулятор с системой управления,реа5лизующей отрицательную обратную связь по отклонению величины входной мощности от опорного напряжения, которое заводится на вход управления стабилизатора мощности. В качестве дат0чика 3 тока можно использовать резистивный датчик тока, в качестве интегратора 5 - интегратор на операционном усилителе с обнулением, прич:ем обнуление интегратора происходит

5 при подаче на его вход обнуления высокого уровня напряжения,в качестве схемы определения .знака 6 - триггер Шмидта, в качестве компараторов 7-9 операционные усилители с положительной обратной связью, в качестве уп0равляемого ключа 13 - управляемый делитель напряжения, выходное напряжение которого равно входному при поступлении на его вход управления вы,сокого уровня напряжения, и равно

5 нулю при поступлении на его вход управления напряжения низкого уровня (для реализации такого делителя напряжения можно использовать,например релейную схему), в качестве дешифратора 15 - комбинационную схему с дну мя выходс1ми, причем на первом выходе Напряжения высокого уровня появляет я при обнуленном состоянии реверсив ного счетчика 14, а на втором выходе напряжение высокого уровня появляется при состоянии ревирсивного счетчи ка, соответствующем определенной раз ряженности буферной аккумуляторной батареи 4, в качестве триггера 16 .можно -использовать tJ-K триггер. Система питания работает следующи образом, В начале работы буферная аккумуляторная батарея 4 полностью заряжается. В исходном состоянии реверсивный счетчик 14.и триггер 16 обнулены на выходах всех компараторов, на выходе триггера 16, на втором-выходе дешифратора 15, на выходе схемы ИЛИ 10, на выходе схемы определения знана б - низкие уровни напряжений, на .первом выходе дешифратора 15- высок уровень, напряжения. Управляемый ключ 13 находится в со.стоянии с нулевым уровнем выходного напряжения вследствие того, что на его вход управления с выхода триггера 16 подано напряжение низкого.уровня. В результате этого стабилизатор 2 мощности отключен, так как величина .опорного на пряжения равна нулю, а следовательно и величина стабилизируемой мощности также равна нулю..В начале работы энергия поступает на выход системы питания только на буферной аккумуляторной батареи 4. Выходной ток,проте кая через датчик 3 тока, вызывает на его выходе напряжение, которое,воздействуя на схему определения знака б, переводит ее в состояние q высоким уровнем выходного напряжения. Напряжение с датчика 3 тока поступает также на компаратор 7, однако не изменяет его состояние при малоШ величине выходного тока системы питания. Интегратор 5 производит интегрирование напряжения, снимаемого с датч:ика 3 тока. .При достижении величины выходного напряжения интегратора 5 уровня опорного напряжения, задаваемого источником 11 опорного напряжения, компаратор 9 изменяет свое состояние, на его выходе появляется напряжение высокого уровня. В результате этого на выходе схемы ИЛИ 10 так же появляется напряжениевысокого ypoBHff, которое воздействует на вход управления интегратора 5,обнуляя его/ Вследствие этого компаратор Э и схема ИЛИ .перевод гтся в исходные состояния с низкими уровнями выходных на пряжений., На выходе реверсивного счет чика 14 формируется счетный импульс. Вследствие того, что на вход управЛения реверсивного счетчика 14 подано напряжение высокого уровня, реверсивный счетчик 14 находится в режиме суммирования, и сформированный на его (Счетном входе счетный импульс запибывается в режиме суммирования реверсивного счетчика 14. Такой режим работы системы питания продолжается до тех пор, пока количество записанных в реверсивном счетчике 14 импульсов в режиме суммирования не совпадает с количеством импульсов,необходимым .-, .для того, чтобы на втором выходе дешифратора 15 появилось напряжение высокого уровня. При этом триггер 16 переходит в состояние с высоким уровнем выходного напряжения, в результате чего на выходе управляемого ключа 13 появляется уровень опорного напряжения, и стабилизатор 2 мощности начинает стабилизировать мощность, отбираемую от первичного источника 1 на определенном уровне, задаваемом источником И опорного напряжения. Энергия от первичного источника 1 через стабилизатор 2 мощности поступает на выход системы питания. Установление последнего режима - подключения к. выходу системы питания первичного источника питания через стабилизатор 2 мощности , может вызываться также большим потреблением тока от буферной аккумуляторной батареи 4. При этом напряжение, снимаемое с выхода датчика 3 тока, воздействуя на компаратор 7,переводит его в состояние с высоким уровнем выходного напряжения, в результате чего триггер 16 также переходит в состояние с высоким уровнем выходного напряжения,а на выходе управляемого ключа 13 появляется уровень опорного напряжения, и стабилизатор 2 мощности подключает к выходу системы питания первичный источник 1. Буферная аккумуляторная батарея 4 будет заряжаться в том случае, если мощность, отдаваемая системой питания,меньше стабилизируемой на выходе стабилизатора 2 мощности величины мощности. В противном случае энергия на выход систетш питания будет поступать от первичного источника 1 питания и буферной аккумуляторной батареи 4. В режиме заряда буферной аккумуляторной батареи 4 напряжение на выходе датчика 3 тока изменит полярность, в результате чего на выходе схемы определения знака установится уровень низкого напряжения, и реверсивный счетчик 14 перейдет в режим вычитания. При достижении уровня выходного напряжения интегратора 5 величины порогового напряжения, подаваемого на компара- тор 8 с источника11 опорного напряжения через делитель 12 напряжения, компаратор 8 перейдет в состояние с

высоким уровнем выходного напряжения

8результате этого на выходе схемы ИЛИ 10.формируется высокий уровень выходного напряжения, который проводит к обнулению интегратора 5, что в свою очередь вызывает переход компаратора 8 в исходное состояние - с низким уровнем выходного напряжения. На счетном входе реверсивного счетчика 14 формируется счет.ный импульс, который записывается в режиме вычитания реверсивного счетчика 14. Система питания будет находиться в режиме заряда буферной аккумуляторной батареи 4 до тех пор, пока реверсивный счетчик 14 не обнулится. При этом на первом выходе дешифратора

15 установится высокий уровень напряжения, и триггер 16 перейдет в состояние с низким уровнем выходного напряжения, в результате чего на выходе управляемого ключа 13 установится равное нулю напряжение, и стабилизатор 2 мощности перейдет в выключенное состояние,что приведет к отключению от выхода системы питания первичного источника 1 питания. Срабатывание компаратора 8 в режиме заряда буферной аккумуляторной батареи 4 обусловлено тем, что при интегрировании напряжения, поступающего с выхода датчика 3 тока на вход интегратора 5, на выходе интегратора 5 напряжение уменьшается и при достижени значения напряжения порогового .уровня,величина которого меньше уровня напряжения обнуленного интегратора 5 компаратор 8 изменяет свое состояние причем уровень порогового напряжения компаратора 6 задается делителем напряжения 12 и источником 11 опорного напряжения. -Компаратор 9 срабатывает только при разряде буферной аккумуляторной батареи 4 вследствие того что при интегрировании напряжения, поступающего с выхода датчика 3 тока на вход интегратора 5, на выходе интегратора 5 напряжение возрастает и при достижении величины этого напряжения значения порогового напряжения величина которого больше уровня выходного напряжения интегратора 5 в его обнуленном состоянии, компаратор

9изменяет свое состояние.Пороговое напряжение компаратора 8 задается с помощью делителя 12 напряжения таким образом, чтобы счетный импульс поступал на вход ревирсивного счетчика 14 в режиме заряда буферной аккумуляторной батареи 4 при прохождении энергии, большей энергии, соответствующей образовсшию счетного импульса на выходе компаратора 9,в режиме разряда буферной аккумуляторной батареи 4 - на величину энергии саморазряда буферной аккумуляторной батареи

4..

Преодагаемая система питания отличается от известных улучшенными весо-габаритными показателями,улучшение которых произошло вследствие отбора от первичного источника питания средней мощности, что достигнуто за счет работы системы питания в трех J режимах : разряда буферной аккумуляторной батареи,рекуперации ее от первичного источника стабилизируемой мощности и обеспечения нагрузки энергией от первичного источника питания,

Q совместной работы буферной аккумуляторной батареи и первичного источника питания ограниченной мощности. Улучшение весо-габаритных показателей системы питания произошло также вслед. свие однократного преобразования энергии, поступающей в нагрузку системы питания. К числу достоинств системы питания,следует отнести невозможность перезаряда буферной аккумуляторной батарей вследсвие точного учета количества отданной и полученной энергии и установления режима отдачи буферной аккумуляторной батареей энергии после ее полной либо частичной рекуперации. Достоинством такой системы питания является учет явления саморазрядки буферной аккумуляторной батареи при ее рекуперации,причем учтено это явление за счет Установления различных порогов срабатывания компаQpaTopoB,каждый из которых срабатывает либо при заряде,либо при разряде буферной аккумуляторной батареи.

Такая система питания может длис тельное время работать в составе авTOHOMHfclx устройств без контроля человеком, причем длительность ее работы определяется энергоемкостью первичного источника питания и сроком наработки элементов.

0

Формула изобретения

Система питания, содержащая первичный источник питания, буферную батарею аккумуляторов, запоминающее устройство отличающаяся тем, что, с целью улучшения весо-габаритных показателей и увеличения

срока службы, в нее введены стабиизатор мощности, датчик тока,интегратор, схема определения знака,три компаратора, источник опорного напряения, делитель напряжения, схема ИЛИ, дешифратор, триггер, управляемый ключ, причем стабилизатор мощности связана входом с первичным источником питания, а выходом - с выйодом системы питания,датчик тока включен между буферной аккумуляторной

батареей выходом стабилизатора мощности и связан своим выходом с входаи интегратора, схемы определения знака и первым входом первого компаратора, выход интегратора соединен

с первыми входами второго и третьего

компараторов, выходы которых связаны с входами схемы ИЛИ, источник опорного . напряжения связан вы:(одом с вторыми входс1ми первого и третьего компараторов и с входами делителя напряжения и управляемого ключа, а выход делителя напряжения соединен с вторым входом второго компаратора, запоминающее устройство соединено счетным входом с выходом схема ИЛИ, а также с входом обнуления интегратора, управляемым входом с выходом схемы определения знака, а выходом - с входом дешифратора, который соединен своими двумя выходами с двумя входами триггера, первый компаратор связан выходом с вторьнл выходом дешифратора, а управляемый ключ соединен входом управления с выходом триггера, а выходом - с входом управления стабилизатора мощности .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка ФРГ № 1790095, кл. Н 02 3 9/06, 1975.

2,Авторское свидетельство СССР 12537, кл. Н 02 J37/14, 1976. , 3.Заявка Великобритании 9 1424383, ,кл. Н 02 П 7/00, 1976.

4.Авторское свидетельство СССР 417871, кл. Н 02 о 7/34, 1974.

5.Заявка Великобритании № 1306748 кл. Н 02 и 9/00, 1973.

6.Заявка Франции № 2152693, кл. Н 02 3 9/00, 1973.

7.Авторское свидетельство СССР 511534, кл. Н 02 3 7/34, 1976.

8.Авторское свидетельство СССР 473243, кл. Н 02 3 7/34, 1975.

9.Заявка Великобритании №1349079 кл Н 02 Э 7/04, 1974.

10.Авторское свидетельство СССР 562801, кл Н 02 3 7/34.

11.Авторское свидетельство СССР 491183, кл. Н 02 3 7/34, 1974.

12.3аявк Франции 2386176,, кл. Н 02 3 7/10, 1979.