Многоканальная система электропитания постоянным током

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к системам электропитания постоянным током комплексов потребителей с различными значениями напряжения, требующих гальванической развязки. Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности системы путем учета неравномерности энергопотребления и своевременного восполнения разрядной емкости аккумуляторных батарей. 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 элементов памяти и логических элементов. Каждый канал питания содержит секцию из М аккумуляторов , М управляемых ключевых ячеек. устройство контроля COCTOHHHQ аккумуляторов , два формирователя импульсов, регистр и логические элементы И, ИЛИ И-НЕ. Система обеспечивает режим ранжирования потребителей по степени важности и. как следствие, восполнения емкости аккумуляторов , питающих приоритетнее нагрузки 3 ил. iCO

СО!ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,, "Ы,„, 1758771 А1 (н)5 Н 02 J 7/34

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

<.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ (21) 4751845/07 (22) 23.09.89 (46) 30,08.92. Бюл. N 32 (72) Н.П.Шумаков, А.В.Гаев и К.Г.Голаев (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 748655, кл, Н 02 J 7/34, 1978.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1677776, кл, Н 02 J 7/34, 1989.

Авторское свидетельство СССР

¹ 913522, кл. Н 02 J 7/34, 1980, (54) МНОГОКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам электропитания постоянным током комплексов потребите. лей с различными значениями напряжения, требующих гальванической развязки. Цель изобретения — повышение эксплуатационной надежности системы путем учета неравномерности энергопотребления и своевременного восполнения разрядной емкости аккумуляторных батарей. 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 элементов памяти и логических элементов. Каждый канал питания содержит секцию из M аккумуляторов, M управляемых ключевых ячеек. устройство контроля состояния аккумуляторов, два формирователя импульсов, регистр и логические элементы И. ИЛИ, И-НЕ. Система обеспечивает режим ранжирования потребителей по степени важности и. как следствие, восполнения емкости аккумуляторов, питающих приоритетнь е нагрузки.

3 ил. („

37 .

1(у Ю М

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам электропитания постоя н н ым током комплексов потребителей с различными значениями номинального напряжения, мощности или требующих взаимной гальванической развязки, в которых использован низковольтный первичный, источник электроэнергии, например термоэлектрический генератор.

Цель изобретения — повышение эксплуатационной надежности многоканальной системы электропитания постоянным током путем учета неравномерности энергопотребления и своевременного восполнения разрядной емкости аккумуляторных батарей, На фиг. 1 представлена функциональная схема многоканальной системы электропитания постоянным током на три канала (К=З); на фиг. 2 — функциональная электрическая схема типового К-го канала питания; на фиг. 3 — функциональная схема блока коммутации.

В общем случае при К нагрузках должно быть К каналов и в зависимости от параметров нагрузки и секции аккумуляторов такого канала питания должно быть М аккумуляторов и М управляемых ключевых ячеек.

Многоканальная система электропитания постоянным током содержит блок 1 коммутации, имеющий информационные входы

21 — 2з, тактовый вход 3, выходы 4 -4з и входы 51 — 5з сброса, каналы 6< — 6з питания, каждый из которых имеет два выходных силовых вывода 7к и Як (K=1. 2, 3), два вход1758771

10 ных силовых вывода 9к и 10к и четыре управляющих вывода 11к-14К, тактовый генератор 15, источник 16 постоянного тока и различные по напряжению и мощности нагрузки 171-17з.

На фиг. 2 представлена функциональная электрическая схема типового К-го канала питания, Канал бк питания имеет в своем составе распределитель 18 импчльсав. чправляемые ключевые ячейки 19км, устройство

20 контроля состояния аккумуляторов, схему И 21, схему И-НЕ 22, формирователи 23 и 24 импульсов, секцию аккумуляторов

25к>--25км и элемент ИЛИ 26. К выходным силовым выводам 7к и 8к канала питания подключается нагрузка 17к, Входные силовые выводы 9к и 10к соединены с источником 16 постоянного тока, но аккумуляторы не заряжаются при закрытых ключевых ячейках 19к — 19км, Управляющий вывод

11к подключен к выходу тактового генератора 15, управляющий вывод 12к подключен к входу 5к сброса блока 1 коммутации, а управляющий вывод 14к подключен к информационному входу 2к блока коммутации.

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

Блок коммутации содержит триггер&

271-27з разрешения заряда, элементы ИЛИ

281-28з, элементы И 291-29з, элементы

ИЛИ 301 — 30з, элементы HL= 3".1 — 31з, элемент И 32, а также злеменг ИЛИ-НЕ 33 и триггеры 341-34з памяти запроса на з=-ряд.

Информационные входы 21-2з блока коммутации подключены соответственно к управляющим выводам 141 143 каналов Si бз питания (выходaì устройсть 20",-20з контроля состояния аккумуляторов). Тактовый вход 3 соединен с выходом тактового генеpampa 15, выходы 41-4з подключены соответственно к управляющим выводам

12i-12з каналов 61 — бз питания, а входы 5i—

5з сброса подключены к управляющим выводам 131-13з каналов ái-бз питания.

Система работает следующим образом, Нагрузка 171 является наиболее важной (имеет наивысший приоритет). а нагрузка

173 — наименее важной (наименьший приоритет), Многоканальная система электропитания постоянным током в исходном состоянии характеризуется тем, чта все секции аккумуляторов заряжены, тактовый генератор включен. Импульсы с выхода тактового генератора 15 поступают на тактовый вход

3 блока 1 коммутации и на первые управляощие выводы 111-11з каналов 61 — бз пита20

55 ния, В этом случае на управляющих выводах всех устройств 201-20з контроля состояния аккумуляторов присутствуют сигналы высокого уровня ("1"). Данные сигналы ("1") поступают с управляющих выводов 14i — 14з каналов 61 — бз питания соответственно на информационные входы 2i — 2з блока коммутации. В этом случае отсутствуют сигналы высокого уровня ("1") на выходах 4i — 4з блока коммутации.

Распределители 18i-18з импульсов каналов 61-бз питания находятся в исходном состоянии (сигналы высокого уровня на всех выходах отсутствуют). Управляемые ключевые ячейки 1911 — 19зм во всех каналах питания закрыты, т,е. источник 16 постоянного тока к аккумуляторам не подключен.

При наличии сигналов высокого уровня на информационных входах 21-2з блока коммутации на выходах схем НЕ 31i-31з будет низ -.ий потенциал, который поступает на единичные входы триггеров 341-34з памяти запроса на заряд. Задний фронт импульсов тактового. генератора 15 через элемент И 32 и элементы ИЛИ 28i-28з перепишет состояние триггеров 34i — 34з памяти запроса на заряд в триггеры 27> — 27з разрешения заряда, на выходах которых устанавливается низкий потенциал, соответствующий отсутствию разрешения

"а подключение аккумуляторов любого из каналов 6>-бз питания к источнику 16 постоянного тока (т,е. отсутствию сигналов на тактовых входах распределителей 18i — 18з импульсов, что обеспе-;ивяет закрытие всех управляемых ключевых ячеек).

Когда секция аккумуляторов в каком-либо из каналов питания, например 6i, разрядится до апре„",ленной степени; об этом сигнализирует устройства 201 контроля состояния аккумуляторов, путем выдачи потенциального сигналя в виде "0" (потенциал низкого уровня). При г .оступлении запроса на заряд секции аккумуляторов 25ii — 251м на вход 2i блока коммутации на единичном выходе триггера 341 памяти запроса на заряд устанавливается высокий потенциал, Тактов=, и импульс генератора 15 переписывает состояние триггера 341 в триггер 271 разрешения заряда. На выходе 4i блока 1 коммутации появляется высокий потенциал, что соответствует разрешению на подключение секции аккумуляторов 2511 — 251M канала 61 питания к источнику 16 постоянного тока, Высокий потенциал с выхода триггера

271 разрешения заряда поступает на вход элемента ИЛИ-НЕ ЗЗ, запрещая прохождение тактовых импульсов через элемент И 32 на запись состояний триггеров запроса нз

1758771

10

55 заряд в триггеры разрешения заряда всех трактов.

Высокий потенциал с выхода 41 блока 1 коммутации поступает на второй управляющий вывод 12> канала 61 питания и через элемент И 21 на тактовый вход распределителя 18 импульсов. По заднему фронту входного тактового импульса на первом выходе распределителя 181 импульсов появляется высокий потенциал ("1"), который удерживается в течение такта (пауза плюс импульс), т.е. до окончания следующего тактового импульса. В результате за время действия потенциала на пе рвом выходе распределителя 181 импульсов удерживается открытой управляемая ключевая ячейка 19>, обеспечивая прохождение зарядного тока от источника 16 постоянного тока к аккумулятору 251; в течение данного такта. При этом каналы 62 и бз питания заблокированы нулевыми логическими сигналами с выходов 4р и 4з блока 1 коммутации, прикладываемыми к выводам 122 и 12з и тактовые импульсы генератора 15 не вызывают их срабатывания. На следующем такте появляется потенциальный сигнал на втором выходе распределителя 181 импульсов (однавременно с исчезновением потенциального сигнала на первом выходе). При этом закрывается управляемая ключевая ячейка 1911и открывается ячейка 1912, обеспечивая протекание зарядного тока через аккумулятор 25>z в течение данного такта.

Таким образом, за каждый такт (пауза плюс импульс) тактового генератора происходит смена заряжаемого аккумулятора в данном канале 61 питания по заднему.фронту тактового импульса, соответствующему переходу последнего выхода распределителя 181 импульсов из состояния "1" в состояние "0", формирователь 241 импульса по заднему фронту сигнала вырабатывает импульс, который обеспечивает сброс схемы распределителя 18> импульсов в исходное (нулевое) состояние через элемент ИЛИ 26>. По заднему фронту следующего тактового импульса появляется потенциал на первом выходе распределителя 18> импульсов, Аналогично описанному заряд по круговому циклу секции аккумуляторов канала 61 питания будет осуществляться до тех пор, пока на выходе устройства 20> контроля состояния аккумуляторов не появится высокий потенциал, сигнализируюц,ий о заряде аккумуляторов секции ("1").

Сигнал "1 устройства 20> контроля состояния аккумуляторов наступает на один вход схемы И-НЕ 22, на второй вход которой поступают с выхода элемента И 21< тактовые импульсы. В момент совпадения "1" на входах схемы И-11Е 22. на выла. е последней сигнал "1" сменяется сигналам "0" и по заднему фронту сигнала формирователь 23; импульса выдает через элемент ИЛИ 26 импульс на сброс распределителя 181 импульсов в исходное состояние, а также одновременно сигнал через третий управляющий вывод 13> канала á питания поступает на вход 5i блок, коммутации.

Таким образом, через элемент N 29 осуществляется установка в исходное состояние триггера 34 памяти запроса на заряд благодаря связи выхода триггера 271 разрешения заряда с вторым входом элемента И 291. Задний фронт импугьса с выхода элемента И 29 через элемент ИЛИ 281 переписывает состояние триггера 34 памяти запроса на заряд в триггер 271 разрешения заряда, чем достигается установка его в исходное состояние, т.е. отсутствие разрешения на заряд секции аккумуляторов.

Если во время заряда секции аккумуляторов в канале 61 питания разрядится секция аккумуляторов в канале питания, то сигнал низкого уровня с ега четвертого управляющего вывода 142 поступит на информационный вход 2z блока 1 коммутации. По этому сигналу на единичном выходе триггера 242 памяти запроса на заряд появится высокий потенциал. Однако переггиси его состояния в триггер 2?g разрешения заряда не произойдет, поскольку заперт элемент И

302. Только после того, как произойдет заряд секции аккумуляторов канала 6> питания и сброс триггера 341 памяти запроса на заряд (одновременна и выдача сигнала на отключение от источника секции аккумуляторов канала 6> питания). осуществляется выдача сигнала на выходе 42 блока 1 коммутации для циклического подключения секции аккумуляторов канала 62 питания, При одновременном поступлении сигналов о разряде секций аккумуляторов от каналов 61 — 62 питания на информационные входы 2> — 2з блока коммутации эти запросы на заряд переписываются в триггеры 34 34з памяти запроса на заряд, а затем сигнал разрешения появляется только на выходе 4i (подключение к источнику 16 постоянного тока канала 61 питания), так как сигнал с нулевого выхода триггера 34 памяти запроса на заряд закрывает элементы И 30 и 30з, запрещая прохождение сигналов с триггеров 342 и 34з на информацие нны входы триггеров 2?z и 273 разрешени«элр-1да, Таким образом, предлаг е в< л ногоканальная система электрапи;-.;ü.н нос1оянным током обеспечивав; ци -i ÷åt.êoe подключение к источнику па.-;;:» а а така только аккумуляторов од. чс . —;"ь1 л пита1758771 ния, 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 на заряд исходя из степени важности нагрузок.

Использование изобретения обеспечивает повышение эксплуатационной надежности . многоканальной системы электропитания постоянным током, Эксплуатационная надежность повышается за счет ранжирования потребителей по степени важности или функциональному признаку, При этом при одновременном поступлениИ запросов на заряд от каналов питания в первую очередь восполняется емкость аккумуляторных батарей. питающих наиболее приоритетные потребители, и аккумуляторных батарей, разрядная емкость которых приближается к граничному значению, определяемому условиями сохранения работоспособности батарей.

Формула изобретения

Многоканальная система электропитания постоянным током, содержащая источник постоянного тока, тактовый генератор, блок коммутации с тактовым входом и К выходами по числу нагрузок, К каналов питания с двумя входными силовыми, двумя выходными силовыми и тремя управляющими выводами в каждом, включающих секцию иэ Маккумуляторов,,связанных с источником постоянного тока через M управляемых ключевых ячеек, каждая иэ которых имеет два входных силовых разнополярных. два выходных силовых раэнополярных и один управляющий выводы, устройство контроля состояния аккумуляторое с двумя входными и одним выходным управляющим выводами, два формирователя импульсов, распределитель импульсов, схему И на два входа и схему И-НЕ на два входа, 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, а вторые управляющие выводы — к соответствующим выходам 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 тактовым входом распределителя импульсов и первым входом схемы И-НЕ, второй вход которой соединен с управляющим выводом устройства контроля состояния аккумуляторов, а выход — с входом

55 первого формирователя импульсов, m-й выход распределителя импульсов подключен к управляющему входу соответствующей управляемой ключевой ячейки и последний выход распределителя импульсов подключен к входу второго формирователя импульсов, отл и чаю щая с я тем,что, с целью повышения эксплуатационной надежности многоканальной системы электропитания постоянным током путем учета неравномерности энергопотребления и своевременного восполнения разрядной емкости аккумуляторных батарей, каждый канал питания дополнительно снабжен схемой ИЛИ на два входа и четвертым управляющим выводом, блок коммутации выполнен в виде совокупности информационных трактов и дополнительно снабжен информационными входами и К входами сброса, причем в каждом канале питания выходы первого и второго формирователей иMnóëüñов подключены к первому и второму входам схемы

ИЛИ, выход которой подключен к входу сброса распределителя импульсов, выход первого формирователя импульсов через третий управляющий вывод канала питания соединен с соответствующим входом сброса блока коммутации, управляющий вывод блока контроля состояния аккумуляторов подключен через четвертый управляющий вывод канала питания к соответствующему информационному входу блока коммутации, выход тактового генератора подключен к тактовому входу блока коммутации, при этом блок коммутации содержит схему

ИЛИ-НЕ с числом входов, равным числу, трактов схему И на два входа à в каждом тракте схему ИЛИ на два входа, схему НЕ. триггер памяти запроса на заряд, триггер разрешения заряда, первую схему И на два входа и вторую схему И с числом входов. равным номеру такта, причем единичный вход триггера памяти запроса на заряд через схему НЕ подключен к соответствующему информационному входу блока коммутации, первый вход первой схемы И подключен к соответствующему входу сброса блока коммутации, второй вход этой схемы соединен с выходом триггера разрешения заряда, пбдключенным также к соответствующему выходу блока коммутации, а выход — с нулевым входом триггера памяти запроса на заряд и первым входом схемы ИЛИ, выход которой подключен к тактовому входу триггера разрешения заряда. нулевые выходы триггеров памяти запроса на заряд каждого тракта соединены с соответствующими номеру тракта входами вторых схем И всех следующих за ним трактов единичные выходы триггеров памяти запро

1758771

10 са на заряд каждого тракта подключены к соответствующим номеру тракта входам вторых схем И своего тракта, выходы вторых схем И трактов подключены к соответствующим информационным входам триггеров разрешения 5 заряда, выходы триггеров разрешения заряда всех трактов соединены с соответствующими номеру тракта входами схемы ИЛИ-НЕ, выход которой подключен к первому входу схемы И, второй вход которой подключен к тактовому входу блока коммутации, а выход — к вторым входам схем ИЛИ трактов.

1Y5S771

Фиг .Х

Составитель И. Найдина

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н. Тупица

Редактор А. Огар

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

Заказ 3007 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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