Многоканальная стабилизирующая система электропитания

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания устройств автоматики и вычислительной техники. Цель изобретения - эффективное использование по энергопотреблению выходных каналов за счет отключения нагрузок, находящихся в нерабочем режиме. Согласно кода адреса команды , Еьщаваемого центральным устройством вычислительной системы, автоматически производится подключение соответствующих нагрузок к каналам напряжения и отключения нагрузок, используемых в данный момент времени в статическом режиме работы (не участвующих в выполнении данной операции ) . Это рейко сокращает энергопотребление от каналов напряжения вычислительной системой, и позволяет организовать более эффективную систему электропитания, уменьшить ее габариты, массу и стоимость. Цель достигается введением элемента И, мультиплексора , программируемого постоянного , запоминающего устройства (ППЗУ) и кольцевого распределителя с переменным модулем, соединенным разряднь - ми входами с соответствующими вьвсодами ППЗУ, адресные входы которых подсоединены к входным адресньН шинам и адресным входам мультрпшексора, стробирующий вход которого соегЛ динен с выходом старшего п-разряда кольцевого распределителя с переменным модулем, а импульсные входы муль- g типлексора - к выходу элемента И, входы которого соединены с вь{ходами компаратора блока стабилизации напряжения и генератором тактовых шшульсов, вькод мультиплексора соединен |ч с импульсным входом регистра адреса v команд ППЗУ. 2 ил. Ц) s

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК A1 (19) (11) y1)4 G 05 F f/577

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТСРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4208187/24-07 (22) 12.03.87 (46) 07. 11.88. Бюл. 1) 41 (71) Курское производственное объединение "Счетмаш" (72) Н.Н.Богданов (53) 621 ° 316.722.1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

È 736067, кл. G 05 F 1/56, 1977.

Авторское свидетельство СССР

9 1030778, кл. G 05 F 1/56, 1983. (54) МНОГОКАНАЛЬНАЯ СТАБИЛИЗИРУЮЩАЯ

СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания устройств автоматики и вычислительной техники.

Цель изобретения — эффективное использование по энергопотреблению выходных каналов за счет отключения нагрузок, находящихся в нерабочем режиме. Согласно кода адреса команды, выдаваемого центральным устройством вычислительной системы, автоматически производится .подключение соответствующих нагрузок к каналам напряжения и отключения нагрузок, используемых в данный момент времени в статическом режиме работы (не участвующих в выполнении данной операции). Это резко сокращает энергопотребление от каналов напряжения вычислительной системой, и позволяет организовать более эффективную систему электропитания, уменьшить ее габариты, массу и стоимость. Цель достигается введением элемента И, мультиплексора, программирувмого постоянного запоминающего устройства (ППЗУ) и кольцевого распределителя с переменным модулем, соединенным разряднь1ми входами с соответствующими вькодами ППЗУ, адресные входы котормх подсоединены к входным адрвснь!м шинам и адресным входам мультиплексора, стробируюший вход которого соединен с выходом старшего и-разряда кольцевого распределителя с переменным модулем, а импульсные входы мультиплексора — к выходу элемента И, входы которого соединены с выходами компаратора блока стабилизации напряжения и генератором тактовых импульсов, выход мультиплексора соединен с импульсным входом регистра адреса команд ППЗУ. 2 ил.

1436111

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания устройств ,автоматики, вычислительной и измерительной техники и средств связи. . Целью изобретения является эффективное использование по энергопотреблению выходных каналов за счет отключения нагрузок, находящихся в нерабо-10 чих режимах., На фиг. 1 представлена структур. ная схема многоканальной стабилизи рующей системы электропитания; на, фиг. 2 — временная диаграмма работы 15 системы.

Многоканальная стабилизирующая система электропитания содержит вход. ной выпрямитель.i, маломощный источник 2 питания, блок 3 стабилизации 20 напряжения, состоящий из преобразователя 4 напряжения, преобразователя

5 частоты управления; источника 6 опорного напряжения, компаратора 7, силовой трансформатор 8, блок управ- 25 ляемых выпрямителей 9.1-9,п, блок накопительных элементов 10.1-10.п блок нагрузок 11.1-11.п и генератор;

12 тактовых импульсов, первый 13 и второй 14 элементы И, мультиплексор 30

15, элемент 16 задержки, регистр 17 адреса команд, программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ)

18, регистр 19 управляемого кода, кольцевой распределитель 20.1-20.п с переменным модулем, блок 21.1-21.п формирования зеркальных импульсов, блок элементов И 22.1-22.п,блок коммутируемых элементов 23.1-23.п, шину

24 начальной установки, входную ад- g0 ресную шину 25, шину 26 напряжения маломощного источника 2 питания.

Позициями 27-29 обозначены сигнальные шины генератора 12.

Система работает следующим обра- 45 зом.

При отключенном напряжении сети на выходе входного выпрямителя 1 (фиг.1) и маломощного источника 2 питания отсутствует напряжение. Генератор 12 тактовых импульсов, элементы И 13 и 14, мультиплексор 15, элемент 16 задержки, регистр 17 адреса команд, ППЗУ 18 регистр 19

55 управляемого кода, кольцевой распределитель 20.1-20.п с переменным модулем, блок 21.1-21.п формирования зеркальных импульсов, блок элементов И 22. 1-22.п блок коммутирующих элементов 23.1-23.п, преобразователь

5 частоты управления, источник 6 опорного напряжения и компаратор 7 находятся в обесточенном состоянии.

На входе блока 3 стабилизации напряжения отсутствует напряжение, блок

3 стабилизации напряжения не генерирует, на вторичных обмотках высокочастотного трансформатора 8 отсутствует напряжение, на выходах управляемых выпрямителей 9.1-9.п. на накопительных элементах 10.1-10,п и нагрузках 11. 1-11.п отсутствует напряжение. Генератор 12 тактовых импульсов не генерирует, мультиплексор 15 и регистр 17 адреса команд по входным адресным шинам 25 не воспринимают коды команд,ППЗУ 18, кольцевой распределитель 20.1-20.п с переменным модулем, блок 21.1-21.п формирования зеркальных импульсов и блок элементов И 22.1-22.п находятся в исходном положении.

При включении напряжения сети на входе маломощного источника 2 питания появляется постоянное напряжение (фиг. 2a), которым (шина 26) запитываются все блоки и узлы управления системы электропитания, в частности источник 6 опорного напряжения, компаратор 7, преобразователь

5 частоты управления, элементы И 13 и 14, мультиплексор 15, представляющий собой селектор-мультиплексор, например, типа К155КП7, регистр 17 адреса команд, представляющий собой регистр с параллельным вводом и выводом, например, типа К155ИР13 или

К155ИР15 ППЗУ 18 — электрически программируемое ПЗУ, например, типа

Кр556РТ5 или Кр556Т4, регистр 19 управляемого кода — регистр с параллельным вводом-выводом, например, типа К155ИР13.

Схема содержит кольцевой распределитель 20.1-20.п с переменным модулем, блок 21,1-21.п формирования зеркальных импульсов, блок элементов

И 22.1-22.п, блок коммутируемых элементов 23.1-23.п и генератор 12 тактовых импульсов, представляющий собой генератор и сдвиговый регистр с параллельным выходом. При достижении напряжения номинального значения (фиг. 2а) маломощный источник 2 питания по шине 24 вырабатывает сигнал начальной установки (фиг.2б), По окончании начальной установки генератор 12 тактовых импульсов начинает генерировать тактовые импульсы по трем шинам 27-29 с соответствующей частотой (фиг. 2в,г,д) . Тактовые импульсы с частотой (фиг. 2в) по шине 27 поступают на импульсный вход блока 21.1-21.п формирования зеркаль" ных импульсов (последний начинает формировать . .Ъ и запоминать длительность интервала времени стабилизированного имттульса) и на вход преобразователя 5 частоты управления, на

55

14361 который устанавливает в исходное состояние регистр адреса команд 17 и управляемого кода 19, кольцевой распределитель 20,1-20.п с переменным

5 модулем, блок 21. 1-21.n формирования зеркальных импульсов и генератор 12 тактовых импульсов. Последний начинает генерировать тактовые импульсы по трем шинам 27-29 (фиг.2в,r,д), а 10 регистр 19 управляемого кода и кольцевой распределитель 20.1-20.п с переменным модулем устанавливаются по сигналу начальной установки (шина 24) в п-разрядное (исходное) со- т5 стояние (фиг.2и).

Высокий уровень потенциала и-разрядного выхода регистра 19 управля емого кода поступает соответственно на п-разрядные входы кольцевого- 20

20.1-20.п распределителя с переменным модулем и блока элементов И

22.1-22.п последние формируют управляющий сигнал для открытия и-канала

9.п блока управляемых выпрямителей 25

9.1-9.п.

Таким образом, по сигналу начальной установки выход и-разрядного регистр 19 управляемого кода устанавливается в единичное (высокое) состо- 30 якие, которое разрешает элемент И

22.п блока элементов И 22.1-22.п и подтверждает единичное состояние иразряда 20.п кольцевого распределителя 20.1-20.п с переменным модулем, выход которого через соответствующие разряды блока 21.1-21.п формирования зеркальных импульсов и блок элементов И 22.1-22.п подготавливает соответствующий канал 9.п блока управ- 40 ляемых выпрямителей 9.1-9.п к приему силовых импульсов и канал 23.п блока коммутируемых элементов 23. 1 23.n для прохождения напряжения с накопительного элемента 10.п на вход компаратора 7. 45 управляющий вход которого поступает низкий уровень напряжения с выхода компаратора 7, последний имеет низкий уровень выхода из-за рассогласования входного и опорного напряжений в начальный момент стабилизации, поэтому преобразователь 5 частоты управления формирует соответствующую частоту тактовых импульсов, которые поступают на управляющие входы преобразователя 4 напряжения и разрешают через него проход силового напряжения, которое к этому моменту с выхода входного выпрямителя 1 поступает на силовые входы преобразователя 4 напряжения. Последний преобразовывает это напряжение в силовые импульсы, которые через силовой трансформатор 8 поступают на входы блока управляемых выпрямителей 9.1-9,п и проходят через п-канал 9.п, так как только он разрешен в данный мо-мент, который преобразовывает их в постоянное напряжение. Последнее накапливается на накопительном элементе 10.п (фиг.2р), с выхода накопительного элемента 10.п напряжение через разрешенньп» коммутируемый элемент. 23.п поступает на вход компаратора 7 блока 3 стабилизации напряжения, сравнивается с опорным напряжением источника 6 и при их рассогласовании на выходе компаратора 7 (фиг.Ze) удерживается низкий уровень напряжения, воздействие которого на вход преобразователя 5 частоты управления удерживает в режиме продолжения формирования соответствующей (предыдущей, пониженной) частоты тактовых импульсов. Процесс стабилизации напряжения в интервалах времени, в данном случае и-канала напряжения 10.п (фиг.2р), продолжается до тех пор, пока уровень напряжения п-канала, поступающего на вход компаратора 7, не станет равным уровню опорного напряжения источника 6. В результате сигнал рассогласования становится равным нулю, а на выходе компаратора 7 появляется высокий уровень напряжения (фиг.2е), воздействие которого на управляющий вход преобразователя 5 частоты управления приводит к повышению частоты тактовых импульсов. Напряжение в это время на и-канале накопительного элемента 1,0.п (фиг.2р, левая часть, заштрихованный импульс) не повьппает14361

5 ся, а стабилизируется на уровне опорного. Стабилизированное напряжение данного канала 10.п питает нагрузку 11.п, которой может быть центральная часть (центральный процессор, 5 программное постоянное запоминающее устройство и другие устройства, необходимые для организации выбора нужной подпрограммы) вычислительной системы, которая обеспечивает выбор команд выполняемых подпрограмм.

Пока центральное устройство вычислительной системы находится в исходном состоянии на входных адрасных 15 шинах 25 системы электропитания присутствует нулевой код команды. Нулевой код команды не изменяет исходного состояния регистра 17 адреса команд, из ППЗУ 18 считывается нулевой код„ 20 который не изменяет исходного состояния регистра 19 управляемого кода.

На выходах регистра 19 управляемого ! кода, кроме п-разряда, присутствует ! низкий уровень (логический "0"), во- 25 здействие которого на соотватствующйе входы кольцевого распределителя с переменным модулем запрещает в нам последовательий перенос логической

"1" в соответствующие разряды П-триг- З0 геров. На разрядных выходах кольцевого распределителя 20.1-20.п с переменным модулем присутствует низкий уровень кроме п-разряда), который удерживает через соответствующие разряды блока элементов И 22.1-22.(п-1) в закрытом состоянии канал напряжения 9.п, который только один в данный момент открыт и напряжение его стабилизируется. 40

По окончании стабилизации интервала времени и-канала напряжения компаратор 7 вырабатывает высокий уровень напряжения, который поступает на

ВтОрОЙ ВХОД блока 21е1 — 21 и формиро вания зеркальных импульсов и на первые входы элементов И 13 и 14 и разрешает проход соответствующей частоты тактовых импульсов (шины 28 и 29) сдвига и записи кода команд (фиг.2д, г), поступающих соответственно на . вторые входы элементов И 13 и 14 от генератора 12 тактовых импульсов.

Тактовые импульсы записи кода команд с выхода второго элемента И 14 поступают на стробирукиций вход мультиплексора 15, на соответствующие импульсные входы которого поступает сигнал высокого уровня с и-разрядного выхода кольцевого распределителя

20.1-20.п с переменным модулем, а на его адресные входы — код команды с выходных адресных шин 25 и при их совпадении в момент стробирования т тактовым импульсом записи на выходе мультиплексора 15 появляется сигнал записи, поступающий на импульсный вход регистра 17 адреса команд, который производит запись кода команды, присутствующий на входных адресных шинах 25, в регистр 17 адреса команд.

Таким образом, по установленному адресу .на регистре 17 адреса команд и в момент воздействия сигнала считывания через элемент 1б задержки на считывающий вход ППЗУ 18 с последнего производится считывание кода коммутации каналов напряжения в регистр 19 управляемого кода, код которого сохраняется до следующего изменения кода команды на входных адресных шинах 25.

Например, по заданному адресному коду (ГГб).из ППЗУ 18 выбирается управляемый код "110", записывается и хранится в регистре 19 управляемого кода (фиг.2к,л,м), в результате которого открыты первый и второй каналы напряжения (фиг.2н,о) и закрыт предпоследний (n-1)-канал (фиг.2п}.

Разрешение открытия каналов напряжения и последовательность их стабилизации производятся соответственно при помощи блока элементов И 22.122.(п-1) и кольцевого распределителя

20.1-20.п с переменным модулем, которые учитывают состояния управляемого кода регистра 19 управляемого кода.

При управляемом кода "110" на вторых входах первого и второго элементов

И 22.1 и 22.2 блока элементов И 22.122.п присутствует разрешающий (высокий) потенциал, на входах первого и второго разрядов кольцевого распределителя 20,1-20.п также присутствует разрешающий (вь1сокий) потенциал, который разрешает последовательный перенос логической "1" в кольцевом распределителе из иразряда в первый разряд D-триггера, выход последнего через соответствующий канал 21.1 блока 21.1-21.п формирования зеркальных импульсов и разрешенный элемент И 22.1 блока элементов 22.1-22.п производит открывание первого канала напряжения 9.1 блока управляемых выпрямителей 9.114361

9.п, Напряжение, прошедшее через открытый управляемый выпрямитель первого канала напряжения 9.1, накапливается на накопительном элементе

10.1, которое через подготовленный коммутируемый элемент 23.1 поступает на вход компаратора 7, где происходит ега сравнение с опорным напряжением, начинается процесс стабилизации дан- 10 нога канала напряжения. По окончании стабилизации первого канала напряже-. ния компаратор 7 своим высоким уровнем разрешает первый элемент И 13, через который проходит тактовый им- 15 .пульс сдвига (шина 30), воздействие которого на С-входы D-триггеров кольцевого распределителя 20.1-20.п с переменным модулем пвреносит единичное состояние предыдущего (с данйом 20 случае первого) разряда D-триггера, .единичный выход последнего через второй канал 21.2 блока 21 1-21.п формирования зеркальных импульсов— во второй разряд D-триггера и второй элемент 22.2 блока, элемент 22.1- .

22, и разрешает второй канал напряжения 9.2 блока управляемых выпрямителей 9.1-9.п. Напряжение, накапливаемае на накопительном элемвнте 30

10.2, поступает через открытый (соответствующим разрядом кольцевого распределителя) второй каьачутирувмый элемент 23.2 блока коммутируемых элементов 23.1-23.п на вход кампаратора 7, который сравнивает его с опарHbIM напряжением. Начинается процесс стабилизации второго канала напряжения. Хотя первый канал 9.1 напряжения в этот момент тоже открыт, на стабилизация напряжения .ега поддерживается за счет отстабилизираванного зеркального импульса, хранящегося в канале 21.1 блока 21.1-21.п формирования зеркальных импульсов.

Процесс стабилизации каналов напряжения повторяется.

По окончании процесса стабилизации компаратор 7 (как и в предыдущем случае) разрешает первый элемент

И 13 для прохождения следующего тактового импульса сдвига, который, воздействуя на С-входы D-триггеров кольцевого распределителя 20.1-20,п с переменным модулем, переносит единичное состояние второго разряда

D-триггера, но ни в третий разряд и ни в последующий (так как их разрядные входы и цепи переноса закрыты

11 3 согласно выбранного управляемого кода), а в и-разряд Р-триггера кольцевого распределителя 20. 1-20.п с переменным модулем. Таким образом, закончился цикл выбора каналов напряжения и подключения к ним соответствующих нагрузок с помощью блока элементов И 22.1-22.п и кольцевого распределителя 20.1-20.n., в которых постоянно разрешены п-й, первый и второй разряды элементов И 22.п

22.2 блока элементов И 22.1-22,п и периодически возбуждаются разряды п-го, первого и второго D-триггеров кольцевого распределителя 20. t-20,п для последовательной стабилизации каналов. напряжения. В данном цикле п-й, первый и второй каналы напряжения подключены к соответствующим нагрузкам, остальные нагрузки обесточены. Цикличность повторяется до тех пар, пока на входе адресных шин 25 не.изменится код команды, который фиксируется мультиплексором

15 при воздействии высокого потенциала и-разряда D-триггера кольцевого распределителя 20.1-20.п и тактового импульса записи и выработанный -сигнал записи мультиплексором

15 записывает новый кад команды в регистр 17 адреса команд. В результате смены када адреса из ППЗУ 18 считывается новый управляемый код, например "011" (фиг.2к,л,м, правая часть эпюр), в регистр 18 управляемого кода, который изменяет модуль кольцевого распределителя 20.1-20.п и разрешает соответствующие разряды блока элементов И 22.1-22.п. В новом цикле производится подключение нагрузок соответственно к п-му, второму и третьему каналам напряжения (фиг.2р,о,п, правая часть эпюр). В этом (во втором) цикле первый канал напряжения отключен и нагрузка соотсетственно обесточена (фиг.2н, первая часть эпюры). Процесс последовательности подготовки (разрешения) блока коммутируемых элементов 23.123.п, подключения каналов напряжения к соответствующим нагрузкам с помощью блока управляемых выпрямите" лей 9.1-9.п и стабилизация напряжения каналов происходит так же, как и в первом цикле работы. Процесс в циклах повторяется. Смена циклов работы подключения каналов напряжения производится изменением када ко1436111 1О манды, поступающего на входные адресные шины 25 из центрального уст-. ройства вычислительной системы.

Технико-экономическая эффективность предлагаемой многоканальной стабилизирующей системы электропитания по сравнению с известной состоит в резком снижении энергопотребления по каналам напряжения за счет полного или частичного отключения устройства (нагрузки) в статическом режиме работы устройства вычислительной системы с помощью кольцевого -распределителя 20.1-20.п с переменным модулем, модуль которого определяет количество подключенных и отключенных каналов напряжения к соответствующим устройствам (нагрузкам) и определяется управляемым кодом, запрограммированным в ППЗУ 18, и блоком элементов И 22,1-22.п. Управляемый код считывается из ПИЗУ 18 в регистр 19 управляемого коца по адресу регистра 17 адреса команд, адрес которого соответствует коду адреса команды, поступившему по входным адресным шинам 25 иэ центрального устройства вычислительной системы.

Захват нового кода адреса и запись

его â регистр 17 адреса команды производится мультиплексором 15 и элементом И 14. Реализация предлагаемой системы электропитания приводит к снижению энергопотреблении по каналам напряжения соответствующей нагрузкой, что ведет к упрощению схемы системы электропитания, уменьшению ее массагабаритных параметров и снижению стоимости.

Формула изобретения

Многоканальная стабилизирующая система электропитания, содержащая входной выпрямитель, соединеннь1й выходом с входом преобразователя напряжения блока стабилизации напряжения, 0 выход которого подсоединен к первичной обмотке силового трансформатора с- вторичными обмотками по числу каналов, подключенными через блок управляемых выпрямителей к соответствующим входам блока накопительных элементов, выходы которых подсоединены к выводам для подключения нагрузок и через блок коммутирующих элементов — к одному из входов компаратора блока стабилизации напряжения, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, выход компаратора соединен с управляющим входом преобразователя частоты управления блока стабилизации напряжения, с первым входом блока формирования зеркальных импульсов и с первым входом первого элемента

1п И, генератор тактовых импульсов, первый выход которого соединен с входом преобразователя частоты управления и с вторым входом блока формирования зеркальных импульсов, второй выход генератора тактовых импульсов

I подсоединен к второму входу первого элемента И, отличающаяся тем, что, с целью эффективного использования по энергопотреблению вы20 ходных каналов за счет отключения нагрузок, находящихся в нерабочих режимах, в нее введены второй элемент И, мультиплексор, элемент задержки, регистр адреса команд, программируемое постоянное запоминающее устройство, региатр управляемого кода, кольцевой распределитель с переменным модулем и блок элементов И, ричем второй элемент И соединен первым входом с выходом компаратора, второй вход второго элемента И вЂ” с третьим выходом генератора тактовых импульсов!, а выход второго элемента

И вЂ” со стробирующим входом мультиЗБ плексора, импульсные входы которого соединены с выхоцом старшего и-разряда кольцевого распределителя с переменным модулем, входные адресные шины подсоединены к соответствующим разрядным входам регистра адреса команд и адресным входом мультиплексора, выход последнего подсоединен к импульсному входу регистра адреса команд и через элемент задержки— к входу считывания программируемого постоянного запоминающего устройства. выход регистра адреса команд соединены с соответствующими адресными входами программируемого постоянного запоминающего устройства, выход которого через регистр управляемого кода соединены с соответствующими разрядными входами кольцевого распределителя с переменным модулем н первыми входами блока элементов И, который вторыми входами соединен с

1 выходами блока формирования зеркальных импульсов, выходы блока элеменФиг.2

Составитель В.Костиков

Техред М.Ходанич Корректор М.Демчик

Редактор И.Шулла

Заказ 6991

Тираж 866

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r Ужгород, ул. Проектная, 4

11

14361 тов И соединены с соответствующими управляющими входами блока управлявмых выпрямителей, выход первого элемента И соединен с импульсным входом

5 кольцевого распределителя с перемен11 12 ным модулем, выходы которого соединены поразрядно с входами блока формирования зеркальных импульсов и с вторыми входами блока коммутирукнцих элементов.