Трехканальное мажоритарное устройство Советский патент 1982 года по МПК H05K10/00 H03K19/42 

Изобретение относится к автоматике и предназначено для использования в системах автоматического управления в схемах многоканального резервирования. Известно мажоритарное устройство, построенное с использованием мажоритарного элемента Cll. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является Устройство.,построенное с использованием схемы мажоритарного элемента, которая реализуется путем многократ;ного применения мажоритарного элемента; количество использованных мажоритарных элементов при этом выбирается равным числу независимых выходов устройства, а каждый выход резервируемого прибора нагружается равным числрм независимых выходов устройства - количеством входных цепей мажоритарных элементов, соединенных между собой одноименными входами параллельно. Так например, при трех резервируемых при борах и трех независимых выходах устройства каждый выход резервируемого прибора нагружен цепью, состоящей из трех параллельно .соединенных между собой первых, вторых или третьих входов трех мажоритарных элементов. Электропитание каждой из параллельных, групп входных одноименных цепей мажоритарных элементов осуществляется от общего канального источника питания, обеспечивающего, в свою очередьi электропитание соответствующих изолированных источников смещения, входящих в схемы мажоритарных элементов. Общее число источников смещения при этом должно быть N на устройстве 2). При отказе одного из источников канального питания указанные устройства, перестают выполнять свои прямые функции, поскольку соответствующий выход устройства оказывается при этом обесточенным и в нагрузке данного подканала теряется полезная информация, содержащаяся в выходных сигналах резервируемых приборов, что снижает надежность работы устройства в Lieлом. Вторым недостатком известных устройств является необходимость применения большого числа изолированных источников смещения при увеличении количества выходов устройства,, количество которых определяется произведением числа входов на число независимых выходов устройства, что существенно увеличивает сложность конструкции и снижает надежность работы мажоритаоного устройства. Цель изобретения - повышение надеж ности мажоритарного устройства. Поставленная цель достигается тем что в трехканальное мажоритарное устройство, содержаще в каждом канале истсчник питания и соединенный с ним первый источник смещения, а также пер ,вую диодную группу из трех параллельно включенных двухдиодных звеньев, с согласным включением диодов, звенья которой подключены к первому источнику смещения, а средняя точка первого из звеньев в каждом канале подключена к источнику входного сигнала, в каждый канал введены второй источник смещения, соединенный с источником питания, и вторая диодная группа из трех параллельно включенных дЬухдиодных звеньев с согласным включением диодов, все звенья которой подключены ко второму источнику смещения, средняя точка третьего из звеньев первой диодной группы в каждом канале соединена со средней точкой первого звена второй диодной группы, кроме того, средние точки звеньев первых диодных групп каждого канала соединены с соответствующими средними точками звеньев первых диодных групп других каналов, средняя точка каждого второго звена первого канала соединена со средней точкой третьего звена соответс гвующей диодной группы второго ка нала, средняя точка каждого третьего звена первого канала - со средней точкой второго звена соответствующей диодной группы третьего канала, а средняя точка каждого второго звена второго канала соединена со средней точкой третьего звена соответствующей диодной группы третьего канала, причем средние точки третьих звеньев вторых диодных групп подключены к соответствующим выходам устройства. На фиг, 1 представлена функциональ ная схема мажоритарного устройства; на фиг. 2-4 - эквивалентные схемы устройства, поясняющие его работу при различных видах отказов (как внешних, так и вызванных внутренними причинами) . Устройство содержит каналы I, II, и III со вхрдами 1,1, 1.2 и и выходами 2,1, 2.2 и 2.3, источники З-Ь 3,2 и 3.3 входного сигнала (сигналы от резервируемых приборов), источники .1, .2 и 4.3 питания, сопротивления 5-1, 5.2 и 5-3 нагрузки, выводы 6, 1 , 6;2, 6.3, 7.1, 7-2, 7.3, 8.1 , 8,2 и 8,3 средних точек звеньев диодных групп, первые 9.1, 9-2 и 9.3 и вторые 10.1, 10,2 и 10.3 источники смещения, узлы 11.1, 11.2 и 11.3 развязки и диоды 12,1-12.3, 13.1-13.3, 14.1-14.3, 15.115.3, 16.1-16,3, 17.1-17.3, 18.1-18,319..3, 20,1-20,3, 21.1-21.3, 22.1 -22.3 и 23.1-23.3. Работу устройства рассмотрим в следующих ситуациях: отказ одного из источников питания, например первого 4,1, с последующим отказом в виде рассогласования между уровнями сигналов по входам: при исправных источниках питания обрыв одной из входных цепей связи устройства с резервируемым прибором; при исправных источниках питания короткое замыкание одного из выходов устройства на общую точку 0; При исправных источниках питания рассогласование между уровнем одного из входных сигналов и двумя другими достоверными уровнями, например между сигналом на входе третьего и сигналами на входах первого и второго каналов (равными между собой). Устройство работает следующим образом. При отказе источника 4.1 питания обесточиваются источники 9.1 и 10,1 (фиг. 1) и все цепи диодов 12-23 данного канала, связанные с выводами 1.1, 2.1, 6.1 и 7.1, оказываются обесточенными и, таким образом, отключенными от других цепей устройства. Достоверные уровни сигналов на сопротивлениях 5.1, 5.2 и 5.3 нагрузки обеспечиваются открыть1м состоянием ограничителей тока во втором и третьем каналах устройства, связывающих его выходы с источниками 3.2 .З. Равенство уровней входных и выходных сигналов достигается за счет выбора достаточно низкого внутреннего динамического сопротивления между входами и выходами диодных мостов, что с достаточной степенью точности обеспечивает эквипотенциальность всех средних точек диодных звеньев устройства. При сохранении такой отказной ситуации и при последующем рассогласовании между уровнями входных сигналов на входах 1.2 и 1.3 устройство должно обеспечить срабатывание компаратора (не показан), являющегося элементом резервируемой системы управления и включаемого между входами и выходами в каждом из каналов устройства, при этом- нормируется максимальная величина напряжения рассогласования между входными сигналами, превышение которой и приводит к срабатыванию компаоатора. На фиг. 2 изображены действующие связи между каналами II и III устройства и диодные цепи ограничителей тока, проводящие рабочие токи. Внешние компараторы подсоединяются соответственно ко входам и выходам 1.2 и 2.2, 1.3 и 2.3 устройства. Из рассмотрения фиг. 2. можно установить, . что все напряжения на сопротивлениях 5.1, i.2 и 5.5 нагрузки являющиеся выходными напряжениями устройства, равны между собой по величине и знаку Это обеспечивается тем, что минимальное значение выходного тока источников 10.2 и 10.3 выбирается большей величины, чем максимальное значение разности выходных токов источников 9.1 и 9.3, что,- в свою очередь, ис- . ключает возможность обесточивания цепи связи выхода 2.3 третьего канала со средней точкой между диодами 20.2 и 21.2, благодаря Чему оказываются эквипотенциальными выход 2.3, средняя точка между диодами 20.2 и 21.2 и средняя точка между диодами 20.3 и 21.3. Благодаря равенству всех выходных напряжений в рассматриваемой ситуации какому-либо значению напряжения на одном из входов устройства и, следовательно, его отличию от значения напряжения на другом соответствующем входе между входом и выходом какоголибо из каналов устройства обязательно возникает разность напряжений, которая фиксируется одним из компараторов cиcteмы, в которой работает устройство. При обрыве какбй-либо из входных цепей, например цепи на входе 1.1 92 16 (фиг. 1), благодаря тому, что сумма выходных токов источников 9.2 и 9-3 выбирается в схеме устройства большей по величине сравнительно с суммарной величиной токов нагрузки в со-противлениях 5-1 и 5.2 и 5.3, не происходит запирания каких-либо диодных цепей, что в свою очередь, обеспечивает эквипотенциальность всех остав шихся входных и выходных точек схемы устройства между собой, чем достигается достоверность выходных сигналов. При возникнове.(ии короткого замыкания одного из выходов устройства на общую шину О эквивалентная схема устройства приобретает вид, показанный на фиг. 3 (закорочен выход 2.1 устройства). При наличии входного сигнала на входах устройства, отличного от нуля по величине, часть диодов, связанных с источниками 10.1 и 10.3 смещения, переходит в запеотое состояние. Напряжения выходных сигналов поддерживаются на достоверном уровне на выходах 2.2 и 2.3 за счет открытого состояния диодных звеньев, связанных с источниками 9.2, 10.2,9-3 и 9.1. На выходах 2.2 и 2.3 сигналы имеют равные значения между собой благодаря открытому состоянию всех диодов, связанных с источником 10.2. Достоверный уровень выходных сигналов обеспечивается эквипотенциальностью точек входов и выходов 2.2, 2.3, 1.1, 1.2 и 1.3 между собой. При возн икновении рассогласования между напряжением одного из входных сигналов и уровнями сигналов на оставшихся входах, например между напряжением на входе 1.3 и сигналами на остальных входах, эквивалентная схема устройства примет вид, показанный на фиг. 4. Отличие входного сигнала на Входе 1.3 от остальных входных сигналов приводит к запиранию части диодов, связанных с источником 9.3. Входной ток от источника 9-3 по цепям катод диода - общая точка диодов 16.1 и 17-1 и катод диода 16.3 - общая точка диодов I.2 и 15-2 распределяется меиаду оставшимися источниками 3-1 и 3.2 (допустим поровну) , и оставшийся резерв по выходным токам источником 9.1 и 9.2 используется для обеспечения требуемым током в сопротивлениях 5-1, 5-2 и 5.3. Достоверность выходных сигналов на всех выходах устройства обеспечивается эк792 9випотенциальностью точек входов и выходов 1.1, 1.2, 1.3, 2.1 и 2.2 и 2.3. Для исключения возможности запирания диодных цепей, непосредственно связанных с источниками смещения, за- j питываемых от общих источников питания, в аналогичной рассмотренной, ситуации в мажоритарном устройстве обеспечивается условие его работы, заключающееся в соответственном пре- to вышении выходных токов источников смещения: источника 9.1 над источником 10.1 (фиг. 1), источника 9.2 над источником 10.2, источника 9-3 над источником 10.3. При этом оптимальный коэффициент превышения тока одного источника над другим составляет величину 1.1. Использование предлагаемого трехканального мажоритарного устройства, 20 имеющего только два изолированных источника смещения в цепи одного канала устройства, существенно уменьшает общие габариты и массу конструкции, повышает надежность работы систем управления, в которых оно применяется и, кроме того, позволяет исполнить функции мажорирования при трех независимых выходах устройства при воздействии различных отказных ситуаций, вызванных как внешними причик1ами, так и внутренними, например при отказах источников питания устройства. Формула изобретения Трехканальное мажоритарное устройство, содержащее в каждом канале источник питания и соединенный с ним первый источник смещения, а также пер вую диодную группу из трех параллельно включенных двухдиодных звеньев с согласным включением диодов, звенья которой подключены к первому источнику су ещения, а средняя точка первого 15 1 из звеньев в каждом канале подключена к источнику входного сигнала, от ли чающееся тем, что, с целью упрощения устройства путем уменьшения числа источников смещения и повышения надежности путем сохранения работоспособности при отказе источника питания в канале, в каждый канал устройства введены второй источник смещения, соединенный с источником питания, и вторая диодная группа из трех параллельно включенных двухдиодных звеньев с согласным включением диодов, все звенья которой подключены ко второму источнику смещения, средняя точка третьего из звеньв первой диодной группы в каждом канале соединена со средней точкой первого звена второй диодной группы, кроме того, средние точки звеньев первых диодных групп каждого канала соединены с соответствующими средними точками звеньев первых диодных -групп других каналов, средняя точка каждого второго звена первого канала соединена со средней точкой третьего звена соответствующей диодной группы второго канала, средняя точкэ каждого третьего звена первого канала - со средней точкой второго звена соответствующей диодной группы третьего канала, а средняя точка каждого второго звена второго канала соединена со средней точкой третьего звена соответствующей диодной группы третьего канала, причем средние точки третьих звеньев вторых диодных групп подключены к соответствующим выходам устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе ,1. Гильбо Е. Г. и др. Обработка сигналов на основе упорядоченного выбора. М., Советское радио, 1975, рис. 7.11. 2. Там же, рис. 7.15.

4f 7.1

дощата

Фиг.3