Устройство для питания нагрузки

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания систем автоматики и телемеханики рассредоточенныхобъектов. Цель - повышение удельных энергетических показателей . Устройство для питания нагрузки содержит коммутатор, аккумулятор, нагрузку, клеммы для подключения источника питания. В устройство введены конденсатор , ключ и формирователь сигналов управления. В устройстве заряд аккумулятора осуществляется от предварительно заряженного конденсатора. Время между циклами заряда конденсатора по мере заряда аккумулятора увеличивается. Потребителем электроэнергии в устройствв являются только формирователи сигналов управления , что и определяет повышение его удельных энергетических показателей. 1-з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s1)s Н 02 J 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

AO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4798254/07 (22) 05.03.90 (46) 07.03.92, Бюл. № 9 . ° (71) Научно-исследовательский и праектноконструкторский институт автоматизированных систем управления транспортом газа (72) В .В.Дубровский, Е.Н.Бантюков, В.Г,Ершов, Э.М.Стиль, Б.Х. Цивьян и Н.В.Яковенко (53) 621.355.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 464928,i

Авторское свидетельство СССР № 983895, кл. Н 02 J 7/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1328880, кл. Н 02 J 7/00, 1986.

Авторское свидетельство СССР

¹ 851638, кл. Н 02 J 7/34, 1972. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания рассредоточенных объектов автоматики и периферийных устройств телемеханики.

Известное устройство для заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащее источник постоянного тока, первый тиристор, первый диод, первый дроссель, к первому выводу которого подключен катод первого тиристора, второй дроссель, второй тиристор, анод которого соединен с вторым выводом второго дрос-. селя, первый .конденсатор, первый вывод которого соединен с первым выводом второго дросселя и с вторым выводом первого дросселя, второй диод, второй конденсатор,,, ЯХ,, 1718331 А1 (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания систем автоматики и телемеханики рассредоточенных объектов. Цель — повышение удельных энергетических показателей. Устройство для питания нагрузки содержит коммутатор, аккумулятор, нагрузку, клеммы для подключения источника питания. В устройство введены конденсатор, ключ и формирователь сигналов управления. В устройстве заряд аккумулятора осуществляется от предварительно заряженного конденсатора. Время между циклами заряда конденсатора по мере заряда аккумулятора увеличивается, Потребителем электроэнергии в устройстве являются 7 только формирователи сигналов управления, что и определяет. повышение его удельных энергетических показателей. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. первый вывод которого соединен со вторым выводом первого конденсатора, с катодом первого диода и с анодом второго диода, аккумуляторную батарею, блок контроля напряжения батареи, третий вывод которого подключен к "минусу" аккумуляторной батареи, к катоду второго тиристора и к "минусу" источника постоянного тока, "плюс" которого соединен с анодом первого диода и с вторым выводом блока контроля напряжения батареи, первый вывод которого подключен к "плюсу" аккумуляторной батареи, ко второму выводу второго конденсатора и к катоду второго диода.

Известно устройство гарантированного электропитания элементов памяти злектранна-вычислительной машины, содержащее источник питающего напряжения, за.рядное устройство, счетчик времени разряда аккумулятора, счетчик времени заряда аккумулятора, коммутатор, первый вход которого соединен с источником питающего напряжения, с входом зарядного устройства и с входом счетчика времени разряда аккумулятора, выход которого подключен к четвертому входу коммутатора, третий вход которого соединен с выходом счетчика времени заряда аккумулятора, к входу которого подключен второй выход зарядного устройства, первый выход которого соединен со вторым входом коммутатора, аккумулятор, стабилизатор напряжения, к первому входу которого подключен первый выход коммутатора, второй выход которого соединен с входом аккумулятора, первый

20 выход которого подключен к второму входу стабилизатора напряжения, блок контроля и даразрядки аккумулятора, вход которого соединен с вторым выходом аккумулятора, третий выход которого подключен ко второму входу счетчика времени разряда аккумулятора, выход блока контроля и доразрядки аккумулятора соединен с пятым входом коммутатора, выходную шину, к которой подключен выход стабилизатора напряжения.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для питания нагрузки, содержащее генератор постоянного тока, коммутатор, первый вход которого соединен с первым полюсом генератора постоянного тока, аккумулятор, датчик зарядного тока, первый вход которого соединен с вторым полюсом аккумулятора, функциональный преобразователь, к входу

ЗО

40 которого подключен выход датчика зарядного тока, ограничитель тока заряда аккумулятора, второй вход которого соединен с выхоДом функционального преобразоватетретий вход которого соединен с выходом ограничителя тока заряда аккумулятора, нагрузку, первый вывод которой соединен с первым полюсом аккумулятора, с выходом коммутатора, с первым входом ограничите50 ля тока заряда аккумулятора и с первым входом автомата подключения, второй палас генератора постоянного тока подклю,чем, к-;...второму входу датчика зарядного

:;токэ, к,: второму входу ограничителя тока

За@а, аккумулятора, к в араму входу авто,мата подключения и к в араму выводу на.ГЩ(8КИ.

„, Недостатком известного устройства являются низкие удельные энергетические поля, автомат подключения, выход которого подключен ко второму входу коммутатора, 45 казатели из-за большого потребления электроэнергии самим устройством для питания нагрузки из-за наличия. датчика зарядного тока, функционального преобразователя, ограничителя тока заряда батареи и автомата подключения.

Целью изобретения является повышение удельных энергетических показателей путем уменьшения потребления электроэнергии самим устройством питания нагрузки.

В устройство для питания нагрузки, содержащее коммутатор, аккумулятор, нагрузку, первый вывод которой подключен к первому полюсу аккумулятора, первый полюс для подключения источника питания, который соединен с первым выводом питания коммутатора, второй полюс для подключения источника питания, который подключен к второму выводу питания коммутатора и к второму выводу нагрузки, введены конденсатор. ключ и формирователь сигналов управления, выход которого подключен к входу коммутатора, первый выход которого соединен с первым входом формирователя сигналов управления, второй вход которого соединен с первым выводом конденсатора, с вторым входом ключа и с третьим выходом коммутатора, второй выход которого подключен к первому входу ключа, выход которого соединен с первым выводом питания формирователя сигналов управления и с первым полюсом аккумулятора, второй полюс которого подключен к второму выводу питания формирователя сигналов управления, к второму выводу конденсатора и к второму полюсу для подключения источника питания. Формирователь сигналов управления содержит стабилитран, катод которого подключен к второму входу формирователя сигналов управления, первый резистор, первый вывод которого соединен с первым входом формирователя сигналов управления, второй резистор, ïåðвый вывод которого подключен к аноду стабилитрона, третий резистор, транзистор, база которого соединена с вторым выводом второго резистора и с первым выводом третьего резистора, четвертый резистор. второй вывод которого подключен к выходу формирователя сигналов управления и к коллектору транзистора, диод, анод которого соединен с эмиттером транзистора и с вторым выводам первого резистора, катод диода соединен с вторым выводом третьего резистора ис вторым выводом питания формирователя сигналов управления, первый вывод питания которого подключен к первому выводу четвертого резистора.

1718331 лов управления, первый полюс для под- 20

30

35 ключен к второму выводу резистора 15, 40

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства для питания нагрузки, на которой показаны схемы коммутатора, kneча и формирователя сигналов управления.

Устройство для питания нагрузки содержит коммутатор 1, конденсатор 2. ключ

3, к первому входу которого подключен второй выход коммутатора 1, формирователь 4 сигналов управления, второй вход которого соединен с вторым входом ключа 3. с первым выводом конденсатора 2 и с третьим выходом коммутатора 1, первый выход которого подключен к первому входу формирователя 4 сигналов управления, выход которого подключен к входу коммутатора.1, аккумулятор 5, нагрузку 6, первый вывод которой соединен с первым полюсом аккумулятора 5, с выходом ключа 3 и с первым выводом питания формирователя 4 сигнаключения источника 7 питания, который подключен к первому выводу питания коммутатора 1, второй полюс для подключения источника 8 питания, который соединен с вторым выводом питания коммутатора 1, вторым выводом питания формирователя 4 сигналов управления, вторым полюсом аккумулятора 5, вторым выводом нагрузки 6 и вторым выводом конденсатора 2, Коммутатор 1 содержит резистор 9, к первому выводу которого подключен вход коммутатора 1, транзистор 10, база которого соединена с вторым выводом резистора

9, резистор 11, первый вывод которого подключен к эмиттеру транзистора 10, резистор 12, транзистор 13, база которого соединена с вторым выводом. резистора 11 и с первым выводом резистора 12, резистор

14, резистор 15, диод 16, анод которого подтранзистора 17, база которого соединена с вторым выводом резистора 14 и с первым выводом резистора 15, резистор 18, первый вывод которого подключен к коллектору транзистора 17 и к первому выходу коммутатора 1, второй выход которого соединен с коллектором транзистора 13 и с катодом диода 16, диод 19, анод которого подключен к второму выводу резистора 18, катод диода

19 соединен с третьим выходом коммутатора 1, эмиттер транзистора 17 соединен с первым выводом резистора 14, с коллектором транзистора 10 и с первым выводом питания коммутатора 1, второй вывод питания которого подключен к второму выводу резистора 12 и к эмиттеру транзистора 13.

Ключ 3 содержит диод 20, катод которо-. го подключен к первому входу ключа 3, диод

21, анод которого соединен с вторым входом ключа 3, полевой транзистор 22, сток

50 которого подключен к катоду диода 21, резистор 23, первый вывод которого соединен с анодом диода 20 и с затвором транзистора

22, исток которого подключен к второму выводу резистора 23 и к выходу ключа 3.

Формирователь 4 сигналов управления содержит стабилитрон 24, катод которого подключен к второму входу формирователя

4, первый резистор 25, первый вывод которого соединен с первым входом формирователя 4, второй резистор 26, первый вывод которого подключен к аноду стабилитрона

24, третий резистор 27, транзистор 28, база которого соединена с вторым выводом резистора 26 и с первым выводом резистора 27, четвертый резистор 29, второй вывод которого подключен к коллектору транзистора

28 и к выходу формирователя 4, первый вывод питания которого соединен с первым выводом резистора 29, диод 30, анод которого подключен к эмиттеру транзистора 28 и к второму выводу резистора 25, второй вывод питания формирователя 4 соединен с вторым выводом резистора 27 и с катодом диода 30.

Стабилитрон 24 выбирается таким образом, что пороговое напряжение срабатывания формирователя 4 сигналов управления по второму входу — Ullpp равно сумме максимального напряжения аккумулятора 5 и падению напряжения в прямом направлении на диоде 21.

Диод 30 выбирается исходя из того, чу время уменьшения напряжения на конденсаторе 2 на величину падения напряжения в прямом направлении на диоде 30 — Л О, зе счет тока, потребляемого формирователем

4 по второму входу, тока самозаряда аккумулятора 5 и тока, потребляемого нагрузкой 6 должно быть равно установленной величине, Устройство для питания нагрузки работает следующим образом.

Работу устройства рассматривают начиная с момента включения питания — подключения к устройству полюсов 7 и 8, при этом аккумулятор 5 должен быть заряжен не менее чем до половины его емкости (в амперчасах), тогда напряжение на аккумуляторе

5 не ниже его нижнего допустимого значения, Так как конденсатор 2 до включения питания разряжен, то при включении питания на втором входе формирователя 4 сигналов управления напряжение ниже Unop стабилитрон 24 формирователя 4 закрыт и, следовательно, транзистор 28 также закрыт, на выходе формирователя 4 имеется напряжение. При включении питания срабатывает коммутатор 1 — открывается транзистор 10

1718331 и вследствие протекания тока по цепи полюс 7 — переход коллектор — эмиттер транзистора 10 — резистор 11 — параллельно соедийенные резистор 12 — переход база— эмиттер транзистора 13 — полюс 8, открыва- 5 ется транзистор 13. При открытии транзистора 13 возникает ток по цепи полюс 7— резистор 14 — резистор 15 — диод 16 — переход коллектор — эмиттер транзистора 13— полюс 8, Так как на коллекторе транзистора 10

13 напряжение уменьшается до величины рЯ,58, то по цепи "+" аккумулятора 5— резистор 23 ключа 3 — диод 20 ключа 3— коллектор транзистора 13 коммутатора 1, возникает ток и вследствие этого к переходу 15 гатвор — исток транзистора 22 прикладывается отрицательное напряжение, закрываюwee транзистор 22 и, соответственно, ключ

3, т.е. конденсатор 2 отключается от аккумулятора 5. Кроме того, в базу транзистора 20 l7 коммутатора 1 ответвляется часть тока, протекающего через резистор 14, и транзистор 17 открывается. При открытии транзистора 17 возникает ток по цепи полюс 7— переход эмиттер — коллектор транзистора 25

17 коммутатора 1 — резистор 25 формирователя 4 — диод 30 формирователя 4 — полюс

8. На диоде 30 появляется падение напряжения Л0, которое повышает величину поporoaoro напряжения срабатывания по 30 второму входу формирователя 4 до значеиия Опоя, + AU. Кроме того, при открытии транзистора 17 коммутатора 1 возникает ток по цепи — полюс 7 — переход эмиттер— коллектор транзистора 17 — резистор 18 — 35 диод 19 — конденсатор 2 — полюс 8. Конденсатор 2 начинает заряжаться. В момент, когда напряжение на конденсаторе 2 достигает значения Одер+ Ь0, пробивается стабилитрон 24 формирователя 4, возникает 40 ток, втекающий в базу транзистора 28 формирователя 4. Транзистор 28 начинает открываться. и вследствие этого начинает уменьшаться напряжение на его коллекторе и на вь1ходе формирователя 4. При 45 уменьшении напряжения на выходе формлрователя 4 уменьшается базовый ток транзистора 10 коммутатора 1 и коллекторный и эмиттерный токи этого транзистора, а вследствие этого, уменьшается базовый ток 50 транзистора 13. который начинает закрываться, при этом уменьшается и базовый ток транзистора 17 и ток по цепи полюс 7— переход эмиттер — коллектор транзистора

17 коммутатора 1 — резистор 25 формирова- 55 тели 4 — диод 30 формирователя 4 — полюс . 8, Падение напряженля на диоде 30 формирователя 4 уменьшается и, следовательно, так как величина напряжения на конденсаторе 2 и на втором входе формирователя 4 остается равной U pp + Л U, процесс пробоя стабилитрона 24 и открытия транзистора 28 формирователя 4, а также процесс закрытия транзисторов 10, 13 и 17 коммутатора 1 происходитлавинообразно. В момент закрытия коммутатора 1 на коллекторе транзистора 13. коммутатора 1 напряжение становится близким к напряжению полюса

7 и на затворе транзистора 22 ключа 3 устанавливается нулевой уровень напряжения по отношению к истоку, открывающий транзистор 22 и ключ 3, через который конденсатор 2 подключается к "+" аккумулятора

5 и начинается зарядка аккумулятора 5.

Кроме этого, прекращается ток по цепи полюс 7 — переход эмиттер-коллектор транзистора 17 коммутатора I — резистор 25 формирователя 4 — диод 30 формирователя

4 — полюс 8, и падение напряжения на диоде

30 становится примерно равным нулю, следовательно, величина порогового напряжения закрытия формирователя сигналов управления 4 становится равной U«p. Когда в процессе разряда конденсатора 2 на аккумулятор 5, нагрузку б и на второй вход формирователя 4 напряжение на конденсаторе 2 и, следовательно, на втором входе формирователя 4 станет меньше U >p, в формирователе 4 начинает закрываться стабилитрон 24, что вызывает уменьшение базового тока транзистора 28 и увеличение напряжения на его коллекторе и на выходе формирователя 4. Последнее вызывает увеличение базового тока транзистора 10 и далее транзисторов 13 и 17 коммутатора 1, появляется ток по цепи полюс 7 — эмиттер— коллектор транзистора 17 коммутатора 1— резистор 25 формирователя 4 — диод 30 формиоователя 4 — полюс 8. На диоде 30 появляется падение напряжение и, следовательно, на стабилитроне 24 формирователя 4 уменьшается падение напряжения, еще больше уменьшается базовый ток транзистора 28, увеличивается напряжение на выходе формирователя 4. Таким образом, процесс закрытия транзистора 28 формирователя 4 и открытия транзисторов 10, 13 и 17 коммутатора 1 также происходит лавинообразно. После открытия транзисторов IO, 13 и

17- переключения коммутатора 1 устройство работает аналогично описанному.

По мере заряда аккумулятора 5увеличивается накопленная в нем энергия и уменьшается ток заряда, потребляемый от конденсатора 2. соответственно увеличивается и время между циклами заряда.конденсатора 2. В предельном случае. когда аккумулятор Б полностью заряжен и ток его заряда равен току саморазряда, время меж1718331

10 ду циклами заряда конденсатора 2 определяется током разряда конденсатора 2, равным суммарному току, потребляемому формирователем 4 сигналов управления, току саморазряда аккумулятора 5 и току, по- 5 требляемому нагрузкой 6.

Экспериментальные исследования макета предлагаемого устройства показывают, что по сравнению с известным 10 предлагаемое устройство потребляет мень» ше электроэнергии, так как потребляющим: электроэнергию элементом является только формирователь 4 сигналов управления (ключ 3 выполнен на полевом транзисторе и 15 . практически не потребляет ток), тогда как в известном электроэнергию потребляютдат- .. чик зарядного тока, функциональный преобразователь, ограничитель тока заряда батареи и автомат подключения.. 20

Формула изобретения

1. Устройство для питания нагрузки, содержащее коммутатор, аккумулятор, на.грузку, первый вывод которой подключен к 25 первому полюсу аккумулятора, первый полюс для подключения источника питания, который соединен с первым выводом пита-. ния коммутатора, второй полюс для подключения источника питания, который 30 подключен к второму выводу питания ком-. мутатора и к второму выводу нагрузки, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения удельных энергетических показателей, в него введены конденсатор, ключ и форми 35 рователь сигналов управления, выход которого подключен к входу коммутатора, первый выход которого соединен с первым входом формирователя сигналов управления, второй вход которого соединен с первым выводом конденсатора, с вторым входом ключа и с третьим выходом коммутатора, второй выход которого подключен к первому входу ключа. выход которого соединен с первым выводом питания формирователя сигналов управления и с первым полюсом аккумулятора, второй полюс которого подключен к второму выводу питания формирователя сигналов управления, к второму выводу конденсатора и к второму полюсу для подключения источника питания.

2, Устройство по п.1, о т л и.ч а ю щ е ес я тем, что формирователь сигналов управления содержит стабилитрон, катод которого подключен к второму входу формирователя сигналов управления, первый резистор, первый вывод которого соединен с первым входом формирователя сигналов управления, второй резистор, первый вывод которого подключен к аноду стабилитрона, третий резистор, транзистор, база которого соединена с вторым выводом второго-резистора и с первым выводом третьего резистора, четвертый резистор, второй вывод которого подключен к выходу формирователя сигналов управления и к коллектору транзистора, диод, анод которого соединен с эмитте ром транзистора и с вторым выводом первого резистора, катод диода соединен с вторым выводом третьего резистора и с вторым выводом питания формирователя сигналов управления, первый вывод питания которого подключен к первому выводу четвертого резистора.

1718331

Составитель E. Бантюков

Техред М.Моргентал Корректор T. Малец

Редактор H. Бобкова

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

Заказ 888 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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