Многоканальная система электропитания

 

Использование: система электропитания (СЭП) постоянным током комплексов потребителей с различными значениями напряжения. Система формируется на базе аккумуляторных батарей, обеспечивает оперативное изменение приоритетов нагрузок и порядок обслуживания запросов на заряд секций аккумуляторов. Система содержит источник постоянного тока, формирователь служебных сигналов, блок коммутации и К каналов питания по числу нагрузок. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 J 7/34

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4871510/07 (22) 03.10.90 (46) 23.03.93. Бюл. М 11 (72) Н.А. Шумаков (56) Авторское свидетельство СССР

9 913522, кл. Н 02 J 7/34, 1982.

Авторское свидетельство СССР

9 1677776, кл. H 02 J 7/34, 1989.

Авторское свидетельство СССР

1ф 1758771, кл, Н 02 J 7/34, 1989. (54) МНОГОКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам электропитания п стоянным током комплексов потребителей (нагрузок) с различными значениями номинального напряжения, мощности, или требующих взаимной гальванической развязки, в которых использован низковольтн и первичный источник электроэнергии, например термоэлектрический генератор.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет переменнрго порядка обслуживания запросов на заряд секций аккумуляторов.

На фиг, 1 представлена функциональная схема многоканальной системы электропитания на три канала (К=З). В общем сЛучае при К нагрузках должно быть К каналОв и в зависимости от параметров нагрузки в секции аккумуляторов такого канала питания должно быть М аккумуляторов и М управляемых ключевых ячеек.

Многоканальная система электропитания содержит блок коммутации 1, имеющий!

Ж 1803952 А1 (57) Использование: система электропитания (СЭП) постоянным током комплексов потребителей с различными значениями напряжения. Система формируется на базе аккумуляторных батарей, обеспечивает оперативное изменение приоритетов нагрузок и порядок обслуживания запросов на заряд секций аккумуляторов. Система сод.ржит источник постоянного тока, формирователь служебных сигналов, блок коммутации и К каналов питания по числу нагрузок. 4 ил. информационные входы 2> — 2з; вход логического нуля 3, выходы 41-4з, входные кодовые шины задания приоритета 51 — 5з, входы сброса 61 — 6з, каналы питания 7 — 7з, каждый из которых имеет два выходных силовых вывода 8к и 9к (К=1, 2, 3), два входных силовых вывода 10к и 11к и четыре управляющих вывода 12К вЂ” 15К, формирователь служебных сигналов 16, источник постоянного тока 17 и различные по напряжению и мощности нагрузки 181-18з. Формирователь служебных сигналов имеет два выхода — тактовый выход и выход логического нуля. Тактовый выход подключен к первым управляющим выводам каналов питания 12к, а выход логического нуля подключен к входу логического нуля 3 блока коммутации 1.

На фиг. 2 представлена функциональная схема типового (К-го) канала питания.

Канал питания 7К имеет в своем составе схему И 19, два формирователя импульсов

20 и 21, элемент задержки 22, распределитель импульсов 23, управляемые ключевые

1803952 ячейки 24К1 24êM, секцию аккчмчлятооов

25к1-25км, схему НЕ 26 и устройство контроля состояния аккумуляторов 27. К выходным силовым выводам 8к и 9к подключена на груз ка 18 к. Входн ы е силовые вы воды 10 к и 11к соединены с источником постоянного тока 17, но аккумуляторы не подключаются на заряд при закрытых ключевых ячейках

24к1 — 24KM. управляющий вывод 12к подключен к тактовому выходу формирователя служебных сигналов 16, управляющий вывод 13к подключен к выходу 4к блока коммутации 1, управляющий вывод 14к подключен к входу сброса бк блока коммутации 1, а управляющий вывод 15к соединен с информационным входом 2к блока коммутации 1.

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

Блок коммутации содержит регистры кода приоритета 281-28з, коммутаторы 291—

29з, схемы ИЛИ 301 — 30з, схемы НЕ 31 — 313, схемы И 32> — 32з, триггеры запроса на заряд

331-33з и схему ИЛИ вЂ” НЕ 34. Информационные входы блока коммутации 21 — 2з подключены, соответственно, к управляющим выводам 151 — 153 каналов питания 71 — 7з, вход логического нуля 3 соединен с выходом логического нуля формирователя служебных сигналов 16, выходы 4> — 43 подключены соответственно к управляющим выводам

13>-13з каналов питания 71 — 7з, Входные кодовые шины 51-5з задания приоритета могут быть подключены или к наборному полю для формирования кодов или к дистанционной системе передачи информации (если она предусмотрена на объекте, на котором установлена система питания). Входы сброса 61 — 6з подключены соответственно к управляющим выводам 14> — 14з каналов питания 7> — 7з.

На фиг. 4а, б, в представлены схемы коммутаторов 291-29з соответственно блока коммутации 1.

Коммутаторы содержат дешифраторы

351-35з, схемы И 361-363, 371 — 37з и 381-38з, а также схемы ИЛИ 391 — 39з. Выходы регистров кода приоритета 181 — 18з соединены соответственно с управляющими входами коммутаторов 291 — 29з и через них с входами дешифраторов 35> — 353. Сигнальные входы коммутаторов 29> — 29з подключены к первым выходам схем И 361-36з, вторые входы которых соединены с выходами дешифраторов, а выходы подключены к соответствующим входам схем ИЛ И 39 1 — 39з.

Система работает следующим образом.

Перед началом работы системы, на регистры кода приоритета 28> — 28з, через входные кодовые шины задания приоритета

51 — 5з заносятся коды, которые совместно с коммутаторами 291 — 29з и схемами ИЛИ

301-303 обеспечивают начальное распределение запросов на заряд аккумуляторов каналов питания по приоритетам. По мере необходимости, распределение приоритетов может динамически изменяться, для чего достаточно изменить содержимое регистров кода приоритета 281 — 28з в соответствии с требуемым распределением запросов на заряд аккумуляторов каналов питания по приоритетам. Изменение кодов может производиться как в паузах работы, т.е, когда на информационных входах 2> — 2з запросы на заряд аккумуляторов отсутствует, так и при наличии запросов на заряд аккумуляторов.

Допустим нагрузка 182 является наиболее важной (имеет наивысший приоритет), а нагрузка 18з наименее важно (наименьший приоритет) и все секции аккумуляторов заряжены, формирователь служебных сигналов 16 включен, Сигнал логического нуля с выхода формирователя служебных сигналов

16 поступает на вход логического нуля 3 блока коммутации 1, а импульсы с тактового выхода формирователя служебных сигналов поступают на первые управляющие выводы 12 — 12з каналов питания 71 — 73. В этом случае на управляющих выводах всех устройств контроля состояния аккумуляторов

271 — 27з сигналы высокого уровня (логическая 1). Данные сигналы через схемы НЕ 26 инвертируются и поступают с управляющих выводов 151 — 15з каналов питания 71-7з, соответственно, на информационные входы

21 — 2з блока коммутации 1, При этом отсутствуют сигналы высокого уровня (логическая 1) на выходах 4> — 4з блока коммутации

1. Распределители импульсов 23> — 233 каналов питания 7> — 73 находятся в исходном состоянии (сигналы высокого уровня на всех выходах отсутствуют). Все управляемые ключевые ячейки 2411 — 24зм во всех каналах питания закрыты, т.е. источник постоянного тока 17 к аккумуляторам не подключен.

Необходимые кодовые комбинации на регистрах кода приоритета 28 — 28з определяются в соответствии с требуемым распределением нагрузок по приоритетам (важности) по следующим правилам:

1, Регистр 28к (К=1, 2, 3) самой старшей по приоритету нагрузки (в соответствующем информационном тракте блока коммутации

1) должен содержать код, равный номеру данной нагрузки, обеспечивая тем самым подключение к выходу коммутатора 29к данного тракта входа 3, подключенного к выходу логического нуля формирователя служебных сигналов 16. Ноль на выходе это1803952 го коммутатора через схему НЕ 31к разрешает прохождение запроса на заряд аккумулятора через схему И 32к на единичный вход триггера запроса на заряд 33к, Кроме того, проявление запроса на заряд аккумуЛяторов на входе данного тракта вызывает последовательную блокировку обслуживания остальных, более младших по приоритету каналов питания через схему ИЛИ 30к анного тракта, коммутаторы 29 и схемы

ЛИ 30 остальных трактов.

2, Регистр 28 каждого последующего, Младшего по приоритету, информационного тракта блока коммутации 1 должен содержать код, равный номеру предыдущей старшей по приоритету нагрузки. НаприМер, для системы питания имеющей нагруз! ки 18>-з при распределении в порядке убывания приоритетов следующим об разом

182, 181, 18з регистры 281 — 28з должны содержать следующие коды:

Номер нагрузки Содержаниерегистра28

181 2

182 2

18з 1

Указанные коды в регистрах 28 сформируют структуру системы питания таким образом, что появление запроса на заряд аккумуляторов в старшем по приоритету в ором канале питания блокирует обслужив ние запросов на заряд аккумуляторов, в зникающих в других канала питания в пор, дке убывания приоритетов.

Когда секция аккумуляторов в каком-либ канале, например 7г„разрядится до опр деленной степени, об этом сигнализирует у тройство контроля состояния аккумулятор в 272 путем выдачи потенциального сигн ла в виде логического нуля (потенциал низкого уровня). Сигнал низкого уровня инвертируется схемой НЕ 26z и через выход

1 канала питания 7z поступает на вход 2z блока коммутации 1, а затем на первый вход с емы ИЛИ 302 и первый вход схемы И 32г.

Код равный двум в регистре 28z, вызывает и явление нулевого уровня на выходе коммутатора 29z (код расшифровывается дешифратором 35z) и через схему KE 31z обеспечивается прохождение запроса на заряд аккумуляторов второго канала через сх му И 32z на единичный вход триггера запроса на заряд 33г(поскольку схема И 32z отКрыта по третьему входу сигналом с выхода схемы ИЛИ-НЕ 34). Триггер запроса на за яд 33z устанавливается в единичное сост яние и сигнал с его единичного выхода по, тупает на выход 42 блока коммутации 1.

Кроме того, на выходе схемы ИЛИ 302 при на ичии запроса на заряд на входе 2г выра атывается единичный сигнал, который

55 через коммутаторы 291 и 29з, схемы НЕ 311 и 31з блокирует запросы на заряд аккумуляторов от каналов питания 71 и 7 . Единичный сигнал на выходе триггера запроса на заряд 33z через схему ИЛИ-НЕ 34 запирает схемы И 321-32з.

Единичный уровень на выходе 4z блока коммутации свидетельствует о разрешении подключения к источнику постоянного тока

17 аккумуляторов 2521 — 25гм канала питания

7з, Высокий потенциал с выхода 4z блока коммутации 1 поступает на второй управляющий вывод 13z канала питания 7 и через схему И 19z на тактовый вход распределителя импульсов 23z, По заднему фронту входного тактового импульса на первом выходе распределителя импульсов 23z появится 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 23z, держится открытой управляемая ключевая ячейка 24z>, обеспечивающая и рохождение зарядного тока от источника 17 постоянного тока к аккумулятору 25z1 в течение данного такта.

При этом каналы питания 7> и 7з заблокированы нулевыми логическими сигналами с выходов 41 и 4з блока коммутации 1, прикладываемыми к выводам 131 и 13з,и тактовые импульсы формирователя служебных сигналов 16 не вызывают их срабатывания, На следующем такте появляется потенциальный сигнал на втором выходе распределителя импульсов 23г (одновременно с исчезновением потенциального сигнала на первом выходе). При этом закрывается управляемая ключевая ячейка 24z1 и открывается 24zz, обеспечивающая протекание зарядного тока через аккумулятор 25гг в течениеданноготакта. Таким образом, за каждый такт (пауза плюс импульс) тактового генератора происходит смена заряжаемого аккумулятора в данном канале питания. После закрытия управляемой ключевой ячейки

242м в канале питания 7z, по заданному фронту тактового импульса, соответствующему переходу последнего выхода распределителя импульсов 23z из состояния логической "1" в состояние логического "0", формирователь 21z импульса по заднему фронту сигнала вырабатывает импульс, который обеспечивает сброс схемы распределителя 232 импульсов в исходное (нулевое) состояние. По заднему фронту следующего тактового импульса появится потенциал на первом выходе распределителя 23z импульсов. Аналогично указанному заряд по круговому циклу секции акк умуляторов канала

1803952 питания 72 будет осуществляться до тех пор, пока на выходе устройства 27г контроля состояния аккумуляторов не появится высокий потенциал, сигнализирующий о заряде аккумуляторов секции (логическая "1"). Сигнал логической "1" с выхода устройства контроля состояния аккумуляторов 272 поступает на вход схемы HE 2622 и инвертируется, Инвертированный сигнал через выход 152 канала питания 7z поступает на информационный вход 2г блока коммутации

1. Кроме того, по заднему фронту сигнала на выходе схемы НЕ 262 формирователь импульсов 202 вырабатывает импульс, поступающий через элемент задержки 292 на сброс в исходное состояние распределителя импульсов 23 и через управляющий вывод 142 канала 72 на вход сброса 62 блока коммутации. Время задержки элементом задержки 222 (22к) выбирается исходя из того, чтобы изменение уровня сигнала на выходе 4z (4к) блока коммутации и выдача сигнала на сброс распределителя импульсов 23г (23к) происходили одновременно.

Это выравнивание необходимо для того, чтобы тактовый импульс формирователя служебных сигналов 16 не изменил состояние распределителя импульсов 23 (23к), если его сброс в исходное состояние осуществляется до изменения состояния выхода 4z (4к) блока коммутации 1. Импульс, поступивший на вход сброса 6г, устанавливает в нулевое состояние триггер запроса на заряд 33 . Нулевой потенциал с единичного выхода триггера запроса на заряд 33г через схему ИЛИ-НЕ 34 разрешает прохождение новых запросов на заряд(на основе разбора по приоритету) через схемы И 32 на единичный вход триггеров запроса на заряд 33.

То есть отсутствие запроса на заряд на выходе самого старшего по прототипу канала питания (в рассматриваемом случае 7z) снимает последовательную цепь блокировок, вследствие чего появляется возможность удовлетворения возникающих запросов на заряд секций аккумуляторов от каналов питания 71 и 7з.

В случае, если осуществляется заряд секции аккумуляторов менее важной (менее приоритетной) нагрузки, например, 181 и появляется запрос на заряд секции аккумуляторов более важной нагрузки 182, то блок коммутации 1 не прерывает заряд аккумуляторов канала питания 7, т.к. сигнал запроса на заряд не пройдет через схему И 32 до тех пор, пока не будет обслужен запрос на заряд (поскольку схема И 322 по третьему входу закрыта нулевым сигналом с выхода схемы ИЛИ-НЕ 34), происходивший до по5

55 явления запроса на заряд от канала питания

7, Аналогично будет происходить переключение на заряд секций аккумуляторов и при перемене порядка обслуживания запросов на заряд(при новом распределении приоритетов), При одновременном поступлении сигналов о разряде секций аккумуляторов от каналов питания 7> — 7з на информационные входы 2> — 2з блока коммутации 1 сигнал разрешения появляется только на выходе 4 .

Таким образом предлагаемая система обеспечивает циклическое подключение к источнику постоянного тока только аккумуляторов одного канала питания, 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 исходя из степени важности нагрузок.

Использование заявляемого изобретения позволяет обеспечить возможность переменного порядка обслуживания запросов на заряд секций аккумуляторов каналов питания (при относительном по времени поступления запросов на заряд приоритете) без осуществления перекоммутаций в системе (т,е. не изменяя место подключения каналов питания относительно блока коммутации), что особенно важно при необходимости оперативно изменить степень важности (приоритет) канала питания (нагрузки), Таким образом, использование изобретения позволит расширить функциональные возможности системы электропитания за счет переменного порядка обслуживания запросов на заряд секций аккумуляторов.

Формула изобретения

Многоканальная система электропитания, содержащая источник постоянного тока, формирователь служебных сигналов с тактовым выходом, 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 одий управляющий выводы, устройство контроля состояния аккумуляторов с двумя входными и одним выходным управляющим выводами, два формирователя импульсов, распредели10

1803952

50

55 тель 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 ктактовому выходу формирователя служебных

Сигналов, вторые управляющие выводы — к

Соответствующим выходным, 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 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 фор мирователя импульсов подключен к выходу схемы НЕ, его выход — к четвертому управляющему выводу, блок коммутации выполнен в виде совокупности информационных трактов и содержит схему ИЛИ-НЕ, а в каждом тракте триггер запроса на заряд, схему

ИЛИ, схему НЕ и схему И, причем в каждом тракте единичный выход триггера запроса на заряд подключен к соответствующему номеру тракта входу схемы ИЛИ-НЕ, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет переменного порядка обслуживания запросов на заряд секций аккумуляторов, формирователь служебных сигналов дополнительно снабжен выходом логического нуля, каждый канал питания — элементом задержки, а блок коммутации — входом логического нуля, входными кодовыми шинами задания приоритета и в каждый информационный тракт блока коммутации дополнительно введены регистр кода приоритета и коммута5 тор, выход логического нуля формирователя служебных сигналов подключен к входу логического нуля блока коммутации, при этом в каждом информационном тракте блока коммутации соответствующий информаци10 онный вход соединен с первыми входами схемы И и схемы ИЛИ, выход схемы HE соединен со вторым входом схемы И, выход которой подключен к единичному входу триггера запроса на заряд, нулевой вход

15 которого соединен с соответствующим входом сброса блока коммутации, его единичный выход подключен к соответствующему выходу блока коммутации, соответствующая входная кодовая шина задания приори20 тета соединена через регистр кода приоритета с управляющим входом коммутатора, выход коммутатора соединен с входом схемы НЕ и с вторым входом схемы

ИЛИ, выход схемы ИЛИ К-го информацион25 ного тракта соединен с К-ми сигнал..ными входами коммутаторов предыдущих и последующих информационных трактов, вход логического нуля блока коммутации соединен в каждом информационном тракте с сиг30 нальным входом коммутатора, соответствующим номеру тракта, а выход схемы ИЛИ-НЕ подключен ктретьим входам схем И всех трактов, кроме того, в каждом канале питания выход первого формирова35 теля импульсов непосредственно, а выход второго формирователя импульсов через элемент задержки подключены к входу сброса распределителя импульсов, выход устройства контроля состояния аккумуля40 торов через схему НЕ подключен к третьему управляющему выводу.

1603952

1803952

1803952

5 kix56g Вии50

Box. Юу

Редактор Т.Куркова

Заказ 1059 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

abl

Вы

Составитель Н.Шумаков

Техред М.Моргентал Корректор П.Гереши