Устройство для стабилизации потребляемой электрической мощности в цепях постоянного тока

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля и стабилизации потребляемой электрической мощности в нерегулируемых цепях постоянного тока. Целью изобретения является повышение КПД устройства. Поставленная цель достигается введением сумматора 5, блока 6 вычитания и управляемого бистабильного элемента 7. Устройство также содержит источник 4 опорного напряжения и ключ 8. Напряжение от источника 3 питания преобразуется в импульсное напряжение в нагрузке 11 с помощью ключа 6, управляемого триггером 17. Блоки 4 - 6, 12 - 16 формируют интервалы открытого и закрытого состояния ключа 8 таким образом, что в нагрузке 11 выделяется постоянная мощность. Расход электроэнергии контролируется сигнализатором 20 или блоком 22 контроля. Приведены схемы возможного построения управляемого бистабильного элемента 7 и блока 22 контроля. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 6 01 R 22/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

6 (21) 4627079/21 (22) 29.12.88 (46) 30.06.91. Бюл. f+ 24 (75) А. С, Никитин (SU) (53) 621.317.38(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЬВ 1308910, кл. G 01 R 11/00, 1985, Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы. Справочное пособие /Под ред. С. В. Якубовского, M,: Радио и связь, 1984, с. 383, рис. 6.117. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ

ПОТРЕБЛЯЕМОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

МОЩНОСТИ В ЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля и стабилизации потребляемой электрической мощности в нерегулируемых

„, Ж„„ 1ббО589 А3. цепях постоянного тока. Целью изобретения является повышение КПД устройства.

Поставленная цель достигается введением сумматора 5, блока 6 вычитания и управляемого бистабильного элемента 7. Устройство также содержит источник 4 опорного напряжения и ключ 8. Напряжение от источника 3 питания преобразуется в импульсное напряжение в нагрузке 11 с помощью ключа

6, управляемого триггером 17. Блоки 4-6, 12-16 формируют интервалы открытого и закрытого состояния ключа 8 таким образом, что в нагрузке 11 выделяется постоянная мощность. Расход электроэнергии контролируется сигнализатором 20 или блоком 22 контроля. Приведены схемы возможного построения управляемого бистабильного элемента 7 и блока 22 контроля. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1660589

1-0

30

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля и стабилизации потребляемой мощности в нерегулируемых цепях постоян ного тока.

Цель изобретения — повышение КПД.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предложенного устройства; на фиг.

2 — структурная схема блока контроля; на фиг, 3 — временные диаграммы работы устройства, Устройство содержит (фиг. 1) входные шины 1, 2, к которым подключен источник 3 питания, источник 4 опорного напряжения, выходы которого соединены с первыми входами сумматора 5 и блока 6 вычитания, управляемый бистабильный элемент 7, ключ 8, клеммы 9, 10 для подключения нагрузки 11.

Установочный вход управляемого бистабильного элемента 7 соединен с выходом блока 6 вычитания. Объединенные вторые входы блока 6 вычитания и сумматор» 5 подключены к входной шине 1. Выход управляемого бистабильного элемента 7 соединен с входом управления ключа 8, два других входа соединены с входной шиной 2 и клеммой

10 соответственно. Клемма 9 подключена к входной шине 1. Вход управления управляемого бистабильного элемента 7 подключен к выходу сумматора 5.

Управляемый бистабильный элемент 7 содержит генераторы 12; 13 пилообразного напряжения, выходы которых подключены к первым входам пороговых блоков 14 и 15, вторые входы которых соединены с выходами задатчика 16 уровня, а также первый триггер 17. В ыход первого порогового блока

14 соединен с входом установки первого триггера 17 и входом запуска второго генератора 13 пилообразного напряжения. Выход второго порогового блока 15 соединен с входом сброса первого триггера 17 и входом запуска первого генератора 12 пилообразного напряжения. Выход первого триггера 17 является выходам управляемого бистабильного элемента 7, первый и второй входы которого являются входами первого 12 и второго 13 генераторов пилообразного напряжения, Если нагрузка 18 имеет индуктивный характер, ее шунтируют диодом 19, К клеммам 9, 10 могут подключаться звуковой сигнализатор 20 и переключатель 21. Вход ключа 8 соединен также с входом блока 22 контроля.

Блок 22 контроля (фиг. 2) состоит из распределителя 23 импульсов, инвертара

24, второго триггера 25, первого элемента И

26,первого счетчика 27, блока 28 деления и блока 29 индикации, а также генератора 30 импульсов, второго элемента И 31, второго счетчика 32. Кроме того, первый выход распределителя 23 через последовательно соединенные элементы 33, 34 задержки соединен с входами обнуления счетчиков

27, 32, Объединенные входы распределителя 23 импульсов и инвертора 24 являются входом блока 22 контроля, Первый и второй входы распределителя 23 импульсов подключены к входу сброса и установки второго триггера 25, выход которого соединен с первыми входами первого 26 и второго 31 элементов И. Выход первого элемента И 26 соединен со счетным входом первого счетчика 27, выход которого подключен к первому входу блока 28 деления, второй вход которого соединен с выходом второго счетчика 32, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента И 31, второй вход которого и второй вход первого элемента И 26 подключены к выходу генератора 31. Третий вход второго элемента И 31 соединен с выходом инвертора 24. Выход блока 28 деления соединен с входом блока

29 индикации, тактовый вход которого соединен с выходом второго элемента 34 задержки.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение на шине 1 определяется степенью разряда источника 3 питания.

Блок 6 вычитания, генератор 12 пилообразного напряжения, пороговый блок 14 и первый триггер 17 формируют интервал tz, прямо пропорциональный разности 0 — 0з, где Ua — выходное напряжение источника 4 опорного напряжения, поскольку при постоянной крутизне пилообразного напряжения время достижения уровня, заданного задатчиком 16 уровня и фиксируемого пороговым блоком 14, пропорционально начальному

/ уровню. Если генератор 12 пилообразного напряжения формирует уменьшающееся напряжение, на его вход подается указанная разность, е(сли возрастающее — ее инверсия, для чего входы блока 6 вычитания меняют местами.

В течение этого интервала времени ключ 8 закрыт и ток через нагрузку 11 не протекает. Сумматор 5, генератор 13 пилообразного напряжения, пороговый блок 15 и первый триггер 17 формируют интервал ц, обратно пропорциональный сумме U+0>, так как время, эа которое пилообразное напяжение достигает заданного уровня, обратно пропорционально крутизне этого напряжения, задаваемого сумматором 5. В течение этого времени ключ 8 открыт. Таким образом отношение tz/1 пропорционально 0 -0э2, 1660589

10

35

Одновременно для интегральной мощности Р, выделяемой в активной нагрузке сопротивления RH, можно записать

«U, т1

Ин т1 +12 Вн

Преобразуя (1), получим

12 U2 — 1Я

t1 Я следовательно, при любом U > U3 в предложенном устройстве в нагрузке 11 выделяется постоянная мощность, выбрать которую можно регулируя выходные напряжения источника 4 опорного напряжения (в частном случае его выходы можно объединить).

При изменении напряжения источника

3 питания меняется как скважность, так и частота импульсов на управляющем входе ключа 8. Это позволяет контролировать степень разряда источника 3 питания, замыкая переключатель 21. Более точный контроль расхода энергии можно произвести блоком

22, назначением которого является индикация отношения 12/t1+t2 являющегося мерой запаса электроэнергии. На вход блока 22 поступают импульсы, показанные на фиг. 3 а, б. Второй триггер 25 каждый период изменяет свОе состояние, поскольку эти импульсы поочередно поступают íà его входы, В результате первый счетчик 27 заполняется в течение всего периода t1+t2, а второй счетчик 32 — в течение интервала t2, После окончания цикла заполнения второй элемент 34 задержки формирует короткий импульс, осуществляющий перезапись частного с выхода блока 28 деления в блок

29 индикации, который может быть выполнен в виде последовательно соединенных регистра и индикатора. После этого первый элемент 33 задержки формирует короткий импульс обнуления счетчиков 27, 32, Испытания показали, что КПД предложенного устройства лежит в пределах 0,95—

0,97 при работе на лампу накаливания 0,5

Вт, 2,5 В от батареи с максимальным напряжением 12 В, при этом срок службы лампы увеличился в 1,5-2 раза.

Таким образом, технико — экономическая эффективность использования устройства обусловлена его высоким КПД, возможностью использовать в нерегулируемых цепях постоянного тока для контроля расхода электроэнергии и стабилизации мощности в нагрузке.

Формула изобретения

1. Устройство для стабилизации потребляемой электрической мощности в цепях постоянного тока, содержащее источник опорного напряжения и ключ, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения КПД, оно снабжено блоком вычитания, сумматором и управляемым бистабильным элементом, при этом первая входная шина устройства соединена с первой клеммой для подключения нагрузки и первыми входами блока вычитания и сумматора, вторые входы которых соединены с выходами источника опорного напряжения, выход блока вычитания соединен с установочным входом управляемого бистабильного элемента, управляющий вход которого соединен с выходом сумматора, а выход управляемого бистабильного элемента соединен с управляющим входом ключа, выводы которого соединены с второй клеммой для подключения нагрузки и второй входной шиной устройства.

2. Устройство по и. 1, отл и ч а ю ще ес я тем, что управляемый бистабильный элемент содержит первый триггер, задатчик уровня, два пороговых блока и два генератора пилообразного напряжения, при этом установочный вход первого генератора пилообразного напряжения соединен с установочным входом управляемого бистабильного элемента, управляющий вход которого соединен с управляющим входом второго генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с входом первого порогового блока, выход которого соединен с первым установочным входом первого триггера и входом запуска первого генератора пилообразного напряжения, выход которого через второй пороговый блок соединен с вторым установочным входом первого триггера и входом запуска второго генератора пилообразного напряжения, установочные входы пороговых блоков соединены с выходами задатчика уровня, а выход первого триггера соединен с выходом управляемого бистабильного элемента.

3. Устройство пои. 1, отл и ча ю ще ес я тем, что, с целью повышения достоверности, оно снабжено блоком контроля, который содержит инвертор, распределитель импульсов, триггер, два элемента И, генератор, два счетчика, блок деления, блок индикации и два элемента задержки, при этом вход блока контроля соединен с выходом управляемого бистабильного элемента, входом инвертора и входом распределителя импульсов, выводы которого соединены с установочными входами трип ера. выход ко1660589 торого соединен с первыми входами элементов И, выход первого из которых соединен с входом первого счетчика, установочный вход которого соединен с установочным входом второго счетчика и выходом первого элемента задержки, вход которого соединен с выходом второго элемента задержки и тактовым входом блока индикации, информационный вход которого соединен через блок деления с выходами счетчиков, вход второго счетчика соединен с выходом второго элемента И, второй вход которого соединен с вторым входом первого

5 элемента И и выходом генератора, причем третий вход второго элемента И соединен с выходом инвертора, а второй выход распределителя импульсов соединен с входом второго элемента задержки.

1660589, 35 .

C г

Составитель С. Хромов

Техред M.Моргентал Корректор И.Муска

Редактор М..Келемеш

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1859 Тираж 411 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35,- Раушская наб., 4/5