Система электропитания постоянным током

, 1982 51847/07, кл, Н ИТАН СТО- . ния: система электтоком обеспечивает ни поступления заГОСУДАРСТВЕНЮЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГоспАтент сссР) ОПИСАНИЕ ИЗОК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 21) 4870878/0722) 03,10.90(54) СИСТЕМА ЭЛЕКТРОЯННЫМ ТОКОМ(57) Сущность изобретеропитания постояннымотносительное по време Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам электропитания постоянным током комплексов потребителей (нагрузок) с различными значениями номинальнвго напряжения мощности, или требующих взаимной гальванической развязки, в которых использован низковольтный первичный источник электроэнергии, например, термоэлектрический генератор,Целью изобретения является повышение надежности системы электропитания и улучшение ее массо-энергетических показателей путем упрощения.Поставленная цель достигается тем, что в систем электропитания постоянным током, содержащую источник постоянного тока, тактовый генератор, 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 и с источником 1818660 А 1 просов на заряд аккумуляторов приоритетное обслуживание. 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 логических элементов и элементов памяти. Каждый канал питания содержит секцию из "К" аккумуляторов, К управляемых ключевых ячеек, устройство контроля состояния аккумуляторов; два формирователя импульсов, распределитель импульсов, элемент задержки и логические элементы Ии НЕ. 3 ил. постоянного тока через М управляемых клю- З чевых ячеек, каждая из которых имеет два входных силовых разнополярных, два выходных силовых разнополярных и один управляющий выводы, устройство контроля состояния аккумуляторов с двумя входными и одним выходным управляющим выводами, два формирователя импульсов, ,д распределитель импульсов, схему И и схему Ср НЕ, при этом входные силовые выводы каждого канала питания подключены к источнику постоянного тока, а выходные силовые дф выводы - к нагрузке, первые управляющие 0 выводы каналов питания подключены к вы- О ход тактового генератора, вторые управля-ющйе выводы - к соответствующим. выходам, третьи управляющие выводы: - к соответствующим информационным входам. а четвертые управляющие выводы - к входами сброса блока коммутации, причем в каждом канале питания первый управляющий вывод подключен к первому входу схемы И, второй управляющий вывод - к еевторому входу, а выход этой схемы соединен с тактовым входом распределителя импульсов, гп-й выход которого подключен к управляющему входу соответствующей управляемой ключевой ячейки и последний 5 выход распределителя импульсов подключен к входу первого формирователя импульсов, вход второго формирователя импульсов подключен к выходу схемы НЕ, его выход- к четвертому управляющему выводу, блок коммутации выполнен в виде совокупности информационных трактов и содержит схему И блока коммутации, первую и вторую схемы ИЛИ; а в каждом тракте триггер запроса на заряд, триггер зареше ния заряда и схему И, причем в каждом тракте единичный выход триггера запроса на заряд подключен к соответствующему номеру с тракта входу схемы Ивыход которой соединен с информационным входом 20 триггера разрешения, заряда, единичный выход которого соединен с соответствующим выходом блока коммутации, нулевой выход триггера запроса на заряд подключен к соответствующим номеру тракта входам 25 схемы И всех следующих за ним трактов, выход схемы И блока коммутации подключен к первому входу первой схемы ИЛИ, введены новые связи и элементы. В частности, в блок коммутации и в каждый канал 30 питания введены элементы задержкикроме того в каждом канале питания выход первого формирователя импульсов непосредственно, а выход второго формирователя импульсов через элемент задерж ки подключен к входу сброса распределителя импульсов, выход устройства контроля состояния аккумуляторов через скему НЕ подключен к третьему управляющему выводу, при этом в блоке "0 коммутации соответствующие информационные входы подклЮчены к единичным входам триггеров запроса на заряд, соответствующие входы сброса подключены к нулевым входам триггеров запроса на 45 заряд и соответствующим номеру трактов входам второй схемы ИЛИ, выход которой через элемент задержки соединен со вторым входом первой схемы ИЛИ, подключенной своим выходом к тактовым входам триггеров разрешения заряда, нулевые выходы триггеров запроса на заряд соединены с соответствующими номеру тракта входами схемы И блока коммутации.Сопоставительный анализ с прототи пом показывает, что заявляемая системапринципиально отличается отсутствием связи тактового генератора с блоком коммутации, в каждом канале питания введением элемента задержки и подключением вьеодного управляющего вывода устройства контроля состояния аккумуляторов через схему НЕ к третьему управляющему выводу, связями первого и второго формирователей импульсов с входом сброса распределителя импульсов, а в блоке коммутации отличается наличием элемента задержкиего связями со схемами ИЛИ; и кроме того связями первой схемы ИЛИ с триггерами разрешения заряда, второй схемы ИЛИ с триггерами запроса на заряд и входами сброса, триггеров запроса на заряд со схемой И блок коммутации, Таким образом; заявляемая система соответствует критерию "новизна" Введение данной совокупности отличительных признаков позволяет сократить аппаратурные затраты, что обеспечиваетповышение надежности системы электропитания и улучшает ее массоэнергетическиепоказатели, Это позволяет сделать вывод осоответствии технического решения критерию "существенные отличия";На фиг. 1 представлена функциональная х схема системы электропитания постоянным током на три канала (К=З),В общем случае при К нагрузки в секцииаккумуляторов такого канала питания должно быть М аккумуляторов и М управляемыхключевых ячеек.Система электропитания постояннымтоком содержит блок коммутации 1, имеющий информационные входы 21 - 2 з, выходы31 - Зз и входы сброса 41 - 4 з. каналы питания51 - 5 з, каждый из которых имеет два выход- .ных силовых вывода 6 к и 7 к. (К=1, 2, 3), двавходных силовых вывода 8 к и 9 к и четыреуправляющих вывода 10 к, 13 к, тактовый генератор 14, источник постоянного тока 15 иразличные по напряжению и мощности нагрузки 161-16 з.На фиг,2 представлена функциональная схема типового К-го канала питания.Канал пиФания 5 к имеет в своем составеэлемент задержки 17, распределитель импульсов 18, управляемые ключевые ячейки19 к 1-19 км, устройство контроля состоянияаккумуляторов 20, схему Й 21, схему НЕ 22,два формирователя импульсов 23 и 24, атакже секцию аккумуляторов 25 к 1-25 км. Квыходным силовым выводам бк и 7 к подключается нагрузка 16. Входные силовые выводы 8 к и 9 К соединены с источником.15постоянного тока, но аккумуляторы н заряжаются при закрытых ключевых ячейках19119. Управляющий вывод 10 подключен к выходу тактового генератора 14, управляющий вывод 11 подключен к выходу3, управляющий вывод 12, подключен к хвходу сброса 4 к, а управляющий вывод 13подключен к информационному входу 2 кблока коммутации.Функциональная схема блока коммутации 1, содержащего три информационныхтракта, представлена на фиг. 3. 5Блок коммутации содержит триггерызапроса на заряд 261 - 26 з, схему ИЛИ 27,элемент задержки 28, схему И 29, схемыИ 301-ЗОз. схему ИЛИ 31 и триггеры разрешения заряда 321 - 32 з. 10Информационные входы 21 - 2 з блокакоммутации подключены, соответственно, куправляющим выводам 131 - 13 з каналов питания 51 - 5 з, Выходы 31-Зз подключены, соответственно, к управляющим выводам 15121 - 12 з каналов питания 51-5 з. Триггерызапроса на заряд 26 - 26 з могут быть выпол-.нены на ВЗ - триггерах, срабатывающих попереднему фронту сигнала, Триггеры разрешения заряда могут быть выполнены на 20синхронных Д и триггерах, срабатывающихпо заднему фронту сигнала на синхронизирующем (тактовом входе),Система работает следующим образам.Нагрузка 161 является наиболее важной 25(имеет наивысший приоритет), а нагрузка16 з - наименее важной (наименьший приоритет). В исходном состоянии все секцииаккумуляторов заряжены, тактовый генератор включен. Импульсы с выхода тактового 30генератора 14 поступают иа первые управляющие выводы 101 - 10 з каналов питания51-5 з, В этом случае на управляющих выводах всех устройств контроля состояния аккумуляторов 201 - 20 з сигналы высокого 35уровня (логическая "1"). Данные сигналы через схему НЕ 22 иивертируются и поступают с управляющих выводов 131 - 13 з кэйаловпитания 51 - 5 з, соответственно, на информационные входы 21 - 22, блока коммутации. 40При этом отсутствуют сигналы высокогоуровня (логическая "1") на выходах 31 - Ззблока коммутации. Распределители импульсов 181-18 з каналов питания 5 - 5 з находятся в исходном состоянии (сигналы высокого 45уровня на всех выходах отсутствуют), Управляемые ключевые ячейки 19 о - 19 зм во всехканалах питания закрыты, та есть источникпостоянного тока 15 к аккумуляторам неподключен. Когда секция аккумуляторов в 50каком либо из каналов питания, например,51 разрядится до определенной степени, абэтом сигнализирует устройство контролясостояния аккумуляторов 201.путем выдачипотенциального сигнала в виде логического 55"0" (потенциал низкого уровня). Сигнал нулевого уровня инвертируется схемой НЕ 221.и через выход 131 канала питания 51- поступает на выход 2 блока коммутации 1,.азатем на единичный вход триггера запроса на заряд 261. В результате этого триггер запроса на заряд 261 устанавливается в единичное состояние. фиксируя запрос на заряд аккумуляторов канала питания 51. Единичный уровень с единичного выхода триггера 261 проходит через схему И 301 на информационный вход триггера разрешения заряда 321. Одновременно с этим нулевой уровень с нулевого выхода триггера запроса на заряд 261 закроет схемы И 30 менее приоритетных трактов (ИЗБ и ИЗОз), Кроме того, после установки триггера запроса на заряд 261 снимается единичный уровень с выхода схемь 1 И 29. Эта изменение потенциала через схему ИЛИ 31 падается на тактовый вход триггера разрешения заряда 321. Заметим, что задержка схемы И 301 меньше задержки последовательности схем И 29 и ИЛИ 31. Вследствие этога запись в триггер разрешения заряда 321 будет производиться после изменения потенциала на выходе схемы И 301, вызванного поступлением запроса на заряд. В результате этого триггер будет установлен в единичное состояние. Поэтому возникает единичный уровень иа выходе 31 блока коммутации, который свидетельствует о разрешении подключения к источнику постоянного тока 15 аккумуляторов 2511-25 канала питания 51. Высокий потенциал с у выхода 41 блока коммутации 1 постчпает на втооой чпоавляющий вывод 111 канала питания 51 и через схему И 21 на тактовый вход распределителя импульсов 181, По заднему фронту входного тактового импульса иа первом выходе распределителя импульсов 181 высокий потенциал (лагическая "1"), который удерживается в течение такта (пауза плюс импульс), то есть до окончания следующеге тактового импульса, В результате, за время действия потенциала нэ первом выходе распределителя импульсов 181, держится открытой управляемая ключевая ячейка 1911, обеспечивая прохождение зарядиа.с тока от источника 15 постоянного тока к аккумулятору 2511 в течение данного такта. При этом каналы питания 52 и 5 з заблокированы нулевыми логическими сигналами с выходов 32 - Зз блока коммутации 1, приклэдываемыми квыводам 112 и 11 з, итактовые импульсы генератора 14 ие вызывают их срабатывания. На следующем такте появляется потенциальный сигнал иа втором выходе распределителя импульсов 181 (одновременно с исчезновением патеициэльиога сигнала иа первом выходе). При этом закрывается управляемая ключевая ячейка 1911 и открывается 1912, обеспечивая протекание зарядного тока через аккумулятор 2512 в течение данного такта, Таким образам, зэ каж 181866020 троля состояния аккумуляторов 201 25 30 50 возможного изменения состояния схем И 55 дый такт (пауза плюс импульс) тактового генератора происходит смена заряжаемого аккумулятора в данном канале питания, По.сле закрытия управляемой ключевой ячейки 191 м в канале питания 51, по заднему фронту тактового импульса, соответствующему переходу последнего выхода ХХХХ распределителя импульсов 191 из состояния логической "1".а состояние логического "0", формирователь 241 импульса по заднему фронту сигнала вырабатывает импульс, который обеспечивает сброс схемы распреде лителя 181 импульсов в исходное (нулевое) состояние; По заднему фронту следующего тактового импульса появится потенциал на первом выходе распределителя 181 импульсов. Аналогично укаэанному, заряд по круговому циклу секции аккумуляторов канала питания 51 будет осуществляться до тех пор; пока на выходе устройства 201.контроля состояния аккумуляторов не появится высо,кий потенциал, сигнализирующий о заряде аккумуляторов секции (логическая "1"). Сигнал логической "1" с выхода устройства конпоступает на вход схемы НЕ 221 и инвертируется. Инвертированный сигнал через вывод 131 канала питания 51 поступает на информационный вход 21 блока коммутации 1. Кроме того, по заднему фронту сигнала на выходе схемы НЕ 221 формирователь импульсов 231 вырабатывает импульс; поступающий через элемент задержки 171 на сброс в исходное состояние распределителя импульсов 181 и через управляющий вывод 121 канала питания 51 на вход сброса 41 блока коммутации. Время задержки элементом 171(17 К) выбирается исходя из того, чтобы изменение уровня м сигнала на выходе 31(3) блока коммутации и выдача сигнала на сброс расп ределителя импульсов 181 и (1 8 к) происходили одновременно. Это выравнивание необходимо для того, чтобы тактовый импульс генератора 14 не изменил состояние распределителя к импульсов 181 (18 к),если его сброс в исходное состояние осуществится до изменения состояния выхода 31 (Зк) блока коммутации 1, Импульс,.поступивший на вход сброса 41 устанавливает в нулевое состояние триггер запроса на заряд 261, Это может вызвать перераспределение потенциалов на выходах схем 301 - 30 з. С необходимой для обновления содержимого триггера запроса на заряд(26 к) и для 301-30 з задержкой импульс сброса пройдет через схему ИЛИ 27, элемент задержки 28 и схему ИЛИ 31. По заднему фронту этого импульса на выходе триггера разрешения заряда 321 будет установлен потенциал, ус 5 10 15 тановившийся на выходе схемы И 301 (нулевой потенциал). Это соответствует отсутствию разрешения на заряд секцииаккумуляторов канала питания 51.Если во время заряда секции аккумуляторов в канале питания 51 разрядится секция аккумуляторов в канале питания 52; тосигнал высокого уровня с выхода 132 поспит на информационный вход 22 блока коммутации 1, По этому сигналу на единичномвыходе триггера запроса на заряд 262 появится высокий потенциал, Однако, перепись его состояния в триггер разрешениязаряда 322 не произойдет, поскольку заперты схема И 29 и схема И 302 (потенциалом .низкого уровня с нулевого выхода триггеразапроса на заряд 261), Только после того, какпроизойдет заряд секции аккумуляторов канала питания 51 и сброс триггера запроса назаряд 261 (одновременно выдача сигнала наотключение от источника секции аккумуляторов канала питания 51 и сброс распределителя импульсов 181; осуществится выдачасигнала на выходе 32 блока коммутации 1для циклического подключения секции аккумуляторов канала питания 62,При одновременном .поступлении сигналов о разряде секций аккумуляторов наинформационные входы 21 - 2 з эти запросыпереписываются в триггеры запроса на заряд 261 - 26 з, а затем сигнал разрешения появляется только на выходе 31 (подключениек источнику постоянного тока 15 канала питания 51), так как сигнал с нулевого выходатриггера запроса на заряд 261 закрываетсхемы И 302 и И ЗОз, запрещая прохождениесигналов с триггеров запроса на заряд 262 и26 з на информационные входы триггеровразрешения заряда 322 и 32 э.Таким образом система электропитанияпостоянным током обеспечивает циклическое подключение к источнику постоянноготока только аккумуляторов одного каналапитания, причем, подключение осуществляется на приоритетной основе, то есть приодновременном поступлении сигнала о разряде аккумуляторов в первую очередь заряжаются о секции аккумуляторов наиболее .важных нагрузок, а в дальнейшем организуется очередь на заряд исходя из степениважности нагрузок,Ф ор мул а изобретенияСистема электропитания постоянным.током, содержащая источник постоянноготока, тактовый генератор, блок коммутациисК информационными входами и К выходами по числу нагрузок, К каналов питания с .двумя входными силовыми, двумя выходными силовыми и четырьмя управляющими выводами в каждомвключающих секцию из Маккумуляторов, связанных с источником постоянного тока через М управляемых ключевых ячеек, каждая из которых имеет два входных силовых разнополярных, два выходных силовых разнополярных и один уп равляющий выводы, устройство контроля состояния аккумуляторов с двумя входными и одним выходным управляющим выводами, два формирователя импульсов, распределитель импульсов, схему И и схему НЕ, 10 при этом входные силовые выводы каждого канала питания подключены к источнику по-. стоянноготока, а выходные силовые выводы - к нагрузке, первые управляющие выводы каналов питания подключены к выходу так тового генератора, вторые управляющие выводы - к соответствующим выходам, третьи управляющие выводы - к соответствующим информационным входам, а четвертыеуправляющие выводы - к входам 20 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 такто вым входом распределителя импульсов, М-й выход которого подключен к управляющему входу соответствующей управляемой ключевой ячейки; и последний выход распределителя цмпульсов подключен к входу 30 первогоформирователя импульсов, вход второго формирователя импульсов подключен к выходу схемы НЕ, его выход- кчетвертому управляющему выводу, блок коммутации выполнен в виде совокупности 35 информационных трактов и содержит схему И блока коммутации, первую и вторую схемы ИЛИ, а в каждом тракте-триггер запроса на заряд, триггер разрешения заряда и схему И; причем в каждом тракте единичный 40 выход триггера запроса на заряд подключен к соответствующему номеру тракта входу схемы И, выход которой соединен с информационным входом триггера разрешения заряда, единичный выход которого соединен с соответствующим выходом блока коммутации, нулевой выход триггера запроса на заряд подключен к соответствующим номеру тракта, входам схемы И всех следующих за ним трактов, выход схемы И блока коммутации подключен к первому входу первой схемы ИЛИ, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности системы электропитания и улучшения ее массоэнергетических показателей путем упрощения, в блок коммутации и в каждый канал питания введены элементы задержки, кроме того, в каждом канале питания выход первого формирователя импульсов непосредственно, а выход второго формирователя импульсов через элемент задержки подключены к входу сброса распределителя импульсов, выход устройства контроля состояния аккумуляторов через схему НЕ подключен к третьему управляющему выводу,. при этом в блоке коммутации соответствующие информационные входы подключены к единичным входам триггеров запроса на заряд, соответствующие входы сброса подключены к нулевым входам триггеров запроса на заряд и соответствующим номеру тракта; входам второй схемы ИЛИ; выход которой через элемент задержки соединен с вторым входом первой схемы ИЛИ, подключенной своим выходом ктактовым входам триггеров разрешения заря-. да; нулевые выходы триггеров запроса на заряд соединены с соответствующими номеру тракта входами схемы И блока коммутации.л,Гагарина, 101 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужго аказ 1940 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5