Устройство для зарядки емкостного накопителя

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных электрофизических устройствах, в которыхиспользуется накопление энергии в конденсаторах от источников питания ограниченной мощности. Устройство содержит зздзющ^^й генератор 1, блок 2 управления, источник 5 питания, п транзисторных преобразовательных модулей 3i...3n, емкостной накопитель 6, датчик 4 потребляемого тока, датчик 1 напряжения, счетчик 8 кода задержки. Новым а предлагаемом устройстве является введение в блок управления оперативного запоминающего устройства 9, сумматора 10 и управляемого ключа 12, что делает возможным оператизно(в цифровом коде) изменять д,г:ительность управляющих сигналов в зависимости от состояния емксют-чого нгкопителя и позволяет надежность ф'ункциокировзния устройства. 2 ил.сл00ело

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (>>s Н 03 К 3/53

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОспАтент сссР) ОГ1ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНЖ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4749246/21 (22) 11.10.89 (46) 07. t2,92, бюл. ¹ 45 (71) Уфимский авиационный институт им.

Серго Орджоникидзе (72) В. И. Шарабыров и А. В, Никитин (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 738114, кл. Н 03 К 3/53, 1980.

2; Авторское свидетельство СССР

¹ 834843, кл. Н 03 К 3/53, 1981. .3. Авторское свидетельство СССР № 1702523, кл. Н 03 К 3/53, 20;06,89, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДКИ EMKGCTНОГО НАКОПИТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в разли ейных электрофизических устройствах, в которых

„., 50„„1780150 А1 используется накопление энергии в конденсаторах от источников питания ограниченной мощности. Устройство содержит зада.ощий генератор 1, блок 2 управления, источник 5 питания, и транзисторных преобразовательных модулей 31...3, емкостной накопитель 6, датчик 4 потребляемого тока, датчик 7 напряжения, счетчик 8 кода задер>к» и, Новым в предлагаемом устройстве является введение в блок управления оперативного за;оминающего устройства

9, сумматора 10 и управляемого ключа 12, чтоделает возможным оперативно(в цифровом коде) изменять длительность управляющих сигналов в =-; ûècèмости от состояния емхост:-i0I0 накопителя и позволяет надежнсть функционирования устройства, 2 ил, q 01бд подключен датчик напряжения, задающий генератор, выход которого подключен к первому Входу блока управления, выходы которого соединены с управля!ащими входами транзисторных преобразователей напряжения, в состав блока управления входят делитель частоты, счетчик импульсов, выходы m скважнасти, каждый из которых содер ит дна элемента ИЛИ, счетчик формирования скважности и два триггера, S входы которых соединены с выходами дешифратора, счетчик кода задержки и два компаратора (3) При этом состояние счетчика формирования скважности в процессе функционирования устройства изменяется непосредственно сигналом датчика потребляемого тока, т.е. состояние счетчика увели20 чивается только на единицу, 8 этом случае величина приращения длительности управляющих сигналов выбирается достаточно большой, чтобы обеспечить необходимое приращение величины потребляемого тока, Однако эта не исключает возможности сбоен в работе блока управления в конце зарядного цикла, когда длительность приращения импульсов па сигналу датчика потребляемого тока не обеспечивает необходимого приращения величины потребляемого тока.

Цель изобретения — повышение надежности функционирования устройства за счет улучшения динамических характеристик

30 блока управления и снижения аппаратурных затрат при его реализации.

Укаэанная цель достигается тем, что в устройство для зарядки емкостнаго накопителя, содержащее источник питания, и транзисторных преобразователей напряжения, первые входы которых соединены с серным выходам источника питания, ко второму входу которого через датчик потребляемого тока падключень! вторые входы тр-нзистор40 ных преобразователей напряжения, выходы ка-Орblх через свои мостовые нь;прямители соединены последовательна согласна и пгдкл!Очены к обкладкам емкастнага накопителя, параллельно KQTOpGMó подключен датчик напряжения, зада!ощий генератор, выход которого подключен к первому входу блока управления, выходы которого соединены; управляющими входами транзисторных;еабразснатепей напряжения, В саста,лака управления входят счет,ик импульсон, ВыхОды Гп младших разрядаВ кОтОрого саедине-Iû сс входами дсшифратара, 2 и F(5" I,!óI ерсВ нхсг ы кстсрь!; cnnäII!!сны i»

Выхода, !. I дc LLI ф рата ра. с !От, !! к ксда занага накопителя, параллельно которому дср;ккрм, В блок управления -:;,: .-:.ii„ni:"n;Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных эпектрофизических устройствах, в которых используется накопление энергии в конденсаторах.

Известна зарядное устройство, в котором реализуется функциональное управление выходным напряжением. основанное на ступенчатой аппроксимации заданной функции выходного напряжения за счет формирования k ступеней из и уровней напряжения. Устройства содержит источник постоянного напряжения, преобразователи с различными выходными напряжениями, выходы которых шунтированы диодами, емкостной накопитель, блоки управления соответству!ощими преобразователями, которые управля!отся с выхода счетчика, вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов (1).

Известно устройство для заряда емкостного накопителя энергии, содержащее источник питания, и транзисторных преобразователей напряжения, выходы которых соединены последовательно-согласно и через датчик зарядного тока подключены к обкладкам емкостного накопителя, задающий генератор, выход которого соединен с первым входом блока управления, выходы которого соединены с базами транзисторов преобразователей напряжения, второй вход блока управления соединен с выходом порогового элемента, входы последнего соединены с коллекторами транзисторов и-гс преобразователя, блок управления зарядным процессом, вход которого соединен с

Вь!ходам датчика зар1!днага така, а Выход с третьим нхадам бла",3 управления (23.

Недостатком указанных устрайстн является необходимость мнагочисленнь!х коммутаций дпя реализации алгоритма формирования заданного выхаднагс напряжения, выполнения одним из преобразователей функции таксаграничина!ощега элемента, чта отрицательна сказывается на надежности функционирования устройства.

Наиболее близким техническим решением к изобретению янпяется устройство для зарядки накопительного конденсатора, которое содержит источник плтания, и

Tðà)Iзистсрных преобразователей Hàïðÿжения, первые входы которых соединены с первым выходом источника питания, к второму входу которого через датчик потребляемого тока подключены вторые Входы транзисторных преобразователей напряжения, выходы которых через сваи мастазые нь!прямитепи соединены последснательнасогласна и подключены к обкладкам емксстмладших разрядов которого соединены са входами дешифратора, формиронатель ка10 ротких импульсов, и узлов формирования

1780150

20 тивное запоминающее устройство, сумматор и управляемый ключ, при этом первый вход счетчика кода задержки подключен к выходу задающего генератора, второй и третий входы подключены соответственно к выходам датчика потребляемого тока и датчика напряжений, а выход соединены со вторым входом блока управления, адресная шина оперативного запоминающего устройства подключена к выходу сумматора, первая входная шина которого подключена к выходу счетчика импульсов, вторая входная шина сумматора через управляемыл ключ подключена ко второму входу блока управления, к первому входу которого подключены вход управления ключа, вход разрешения записи оперативного запоминающего устройства и тактовый вход счетчика импульсов, 2п выходов дешифратора подключены к соответствующим информационным входам оперативного запоминающего устройства, входы установки в нуль RSтриггеров соединены с соответствующими выходами оперативного запоминающего устройства, а выходы RS-триггеров соединены с выходами блока управления, причем выходы первого и (п+1)-го RS-триггеров являются первым и вторым выходами блока управления, выходы второго и (и+2)-га RSтриггеров — третьим и четвертым его выходами, а выходы b-ro 2п-ro u RS-триггеров— (2n — 1)-м и 2п-м выходами блока управления.

Новым в предлагаемом устройстве является введение в его состав оперативного запоминающего устройства, сумматора и управляемого ключа, что делает возможным более оперативно изменять длительность управляющих сигналов в зависимости от состояния емкостного накопителя и исключает возможность сбоев в работе блока управления.

На фиг, 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы его работы.

Устройство содержит задающий генератор 1, выход которого подключен к первому входу блока 2 управления, выходы которого соединены с управляющими входами транзисторных преобразовательных модулей 31...3л, первый и второй силовые входы которых подключены соответственно через датчик 4 потребляемого тока непосредственно к клеммам источника 5 питания, выходы транзисторных преобразовательных модулей соединены последовательносогласно и подключены к выводам емкостчого накопителя 6, параллельно которому подключен датчик 7 напряжения, счетчик 8 кода задержки, первый вход кото25

r0

55 рого подключен к выходу задающего генератора 1, второй и третий входы подключены соответственно к выходам датчика 4 потребляемого тока и датчика 7 напряжения, а выход соединен с вторым входом блока 2 уп давления, выполненного на базе оперативно запоминающего устройства (ОЗУ) 9, адресная шина которого подключена к выходу сумматора 10, первая входная шина i Oòîðîão подключена к выходу счетчика 1", вторая входная шина сумматора через управляемый ключ 12 подключена к второму входу блока управления, к первому входу которого подключены вход управления ключа 12, вход разрешения записи ОЗУ 9 и тактовый вход счетчика 11, который своими младшими разрядами подключен к информационной шине дешифратора 13. 2п выходов которого подключены соответственно к информационным входам O>...Dz> ОЗУ 9 и соединены с входами установки в единицу

2п RS-триггеров 14>...14zл, входы установки в нуль которых соединены соответственно с

01...62л выходами 03У 9, а выходы триггеров соединены с выходами блока управления, причем выходы первого и (и+1)-ro

RS-триггеров являются первым и вторым выходами блока управления, выходы второго и (и+2)-га RS-триггеров — третьим и четвертым его выходами, и т,д., а выходы и-г0 и

2п-га RS-триггеров —. (2п-1}-м и 2п-м выходами блока управления, Устройство работает следующим образом.

fla тактам задающего генератора 1 счетчик 11, разрядность которого t, изменяет свое состояние. Информация с выхода счетчика 11 поступает на первую шину сумматора 10, на вторую шину которого через управляемый кляч 12 подается код задержки. Сумматор 10 формирует на адресной шине ОЗУ 9 адрес ячейки, в которую записывается или из которой считывается (в зависимости от уровня потенциала на входе разрешения записи 03Y) информация, no, f ступающая на информационные шины

Di...Dgn с выходов дешифратора 13, выполняющего раль распределителя сигналов по каналам и управляемога в-младшими разрядами счетчика 11. Так, при низком уровне сигнала на входе разрешения записи ОЗУ 9 последний включается в режим записи, выход ключа 12 блокируется по входу управления и на выходе сумматора 10 формируется базовый адрес Лв, который перемещается в поле ячеек ОЗУ 9 по тактам зада|ощего генератора 1, При высоком уровне сигнала на входе разрешения записи ОЗУ 9 последний переводится в режим считывания, при этом на вторую шину сумматора 10 поступает

1780150

D1„.Dz> с Выходов дешифратора 13, а считана информация из нее будет с задер>ккой т,, 25

35,10

1 сигнал с Выхода управляемого ключа 12, и на выходе сумматора формируется адрес ячейки Ак, из которой будет считана информация, записанная в ОЗУ 9

Ак=-(Ав- т<)п1од2, (1) где r — код задержки при k-м цикле работы устройства (под циклом работы имеется в виду промежуток времени, в течение которого длительность импульсов управления остается неизменной); ! — разрядность ОЗУ 9 и сумматора 10, Кэк следует из схемы, выходной сигнал переноса сумматора 10 игнорируется, поэтому операция сложения выполняется по

mod 2, поскольку на вторую входную шину сумматора 10 поступают инверсные сигналы, и фактически Выполняется Операция Вычитания кода задержки из кода базового адреса, Таким образом, перемещаясь в поле ячеек ОЗУ, базовый адрес Аб производит активизаци.о одной из них в момент прихода импульсов на информационные шины величина которой в каждом цикле работы устройства формируется счетчиком 8 кодо задержки по тактам задающего генератора

1 при наличии на его входе 2 сигнала с датчика 4 потребляемого тока (фиг, 2 а, 2б), Сдвиг между импульсами дешифратора

13 составляет величину Т/2п, где Т вЂ” период рабочей частоты транзисторных преобразовательных модулей (фиг, 2в), С появлением импульсов нэ выходах дешифратора 13 соответству ощие ВЯ-триггеры 141...14z устанавливаются в состояние "1" (фиг. 2г-ж), каждый из которых опрокинется в исходное нулевое состояние соответству ощим сигналом с Выходов G;;...Gz;i ОЗУ 9 с задер>ккай, величина которой в первом цикле работы устройства z1 (код х1 устанавливается на выходе счетчика 8 кода задержки сигналом

"НУ" при вкл очении устройства), При этом нэ управляющих Входах транзисторных преобразовательных модулей 31...3,; формиPfI0TCR I1OCTle 1OBaTeI1bI1OCTI1 nMI1> IhCOI3 jIl1I1тельностью T1.=T „;I< (фиг. 2), и емкостной накопитель С начинает заряжаться.

Минимальная длительность управляющих импульсов 1 Ил выбирается так, чтобы в момент запуска устройства забросы потребляемого тока выше заданного уровня били незначительными, и Величина ее определяется параметрами трансформаторов транзисторных преобразователей модулей, индуктивности рассеяния которых выполняют функции токоограничива1ощих злеменr0a.

По мере заряда емкостного накопителя б ток, потребляемый от источника 5 питания, уменьшается и становится ниже задэнНОГО уровня. В атом случае на Выходе датчика 4 потребляемого тока формируется сигнал, который воздействует нэ вход 2 счетчика 8 кода задержки, и последний по тактам зада ощего генератора 1 увеличивает на своем выходе код задержки до т2 (второй цикл работы устройства) и т,д, Таким образом, по сигналам датчика г.отребляемого тока 4 длительность управляющих импульсов U>...Uz> увеличивается от тмин до Ъ к "= Т/2, чем обсспечивается формирование выходного напряжения на емкостном накопителе б при постоянной мощности, потребляемой от источника питания 5. Выходное напряжение 4 имеет вид многоступенчатой, практически плавно нараста ощей кривой U»v (фиг. 2е, где представлено суммарное напряжение модулей после выпрямления и суммирования напряжений выпрямителей), Это достигается незначительным приращением длительности управляющих импульсов по сигналам датчика потребляемого тока 4 в процессе формирования Выходного напряжения, При достижении напряжением на накоПИтЕЛЕ ЗаДЭННОГО ЗНЭЧЕНИЯ !!Сн 00 СИГНаЛУ датчика 7 напряжения на выходе счетчика 8 кода задержки устанавливается первоначальное значение кодо задержки т1 (фиг, 2б), Благодаря малой длительности упровляЮЩИХ СИГНаЛОВ т1=тиив На GMKOCTHOI4 HBKO пителе б с большой точностью (т.е. без забросов напряжения выше Ug номинального) поддерживается заданное напряжение. уменьшение которого связано с его разрядам В виде токов утечки, TÎ компенсируется периодическим подзарядом накопителя, Г!осле разряда емкостног0 накопителя б

I1p0L(BCC робо- I I уCTpONCTBa IIOBTOpRTCA, Разрядность ОЗУ 9 и сумматора 10 зависит от Величины задержки т, точности его установки е о и определяется соотношением ! (!002 " ) == (!092 - j. (2) Ъ 2 Гд где () — операция Выделения целого числа; т, дкс -Т/2 — максимальная величина задержки;

Т вЂ” период рабочей чэстоть1 модулей, ;,т01а Генерэтора тэктОВых импульсОБ опр-. „Гяется из условия

I=2»/ -о, (3) гд - ITI=(log220) — число младших р;.",р;дов счетчика ". 1;

Il — число преобразовательных модулей. I 780150

Таким образом, введение в блок управления зарядного устройства новых элементов, а именно ОЗУ 9, сумматора 10 и управляемого 12 ключа (на базе управляемых инверторов) позволяет достаточ- 5 но простыми схемотехническими средствами повысить надежность функционирования зарядного устройства путем исключения возможности сбоев в работе блока управления, что имеет мес- 10 то в прототипе. Это достигается благодаря тому, что наращивание состояния счетчика кода задержки осуществляется импульсами с выхода задающего генератора при наличии на входе разрешения счета 15 счетчика кода задержки сигнала с выхода датчика потребляемого тока. Благодаря этому обеспечивается высокое быстродействие цепей обратной связи по току и напряжению, т,е. улучшаются динамиче- 20 ские свойства блока управления.

Формула изобретения

Устройство для зарядки емкостного накопителя, содержащее источник питания, и 25 транзисторных преобразователей напряжения, первые входы которых соединены с первым выходом источника питания, к второму входу которого через датчик потребляемого тока подключены вторые входы 30 транзисторных преобразователей нап ряжения, выходы которых через свои мостовые выпрямители соединены последовательносогласно и подключены к обкладкам емкостного накопителя, параллельно которому Д подключен датчик напряжения, задающий генератор, выход которого подключен к пер. вому входу блока управления, выходы которого соединены с управляющими входами транзисторных преобразователей напряже- 40 ния, в состав блока управления входят счетчик импульсов, выходы m младших разрядов которого соединены с входами дешифратора, 2n RS-триггеров, S-входы которых соединены с эыходами дешифратора, счетчик кода задержки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности функционировани устройства, в блок управления введены оперативное запоминающее устройство, сумматор и управляемый ключ, при этом первый вход счетчика кода задержки подключен к выходу задающего генератора. второй и третий входы соответственно к выходам датчика потребляемого тока и датчика напряжения, а выход соединен с вторым входом блока управления, адресная шина оперативного запоминающего устройства подключена к выходу сумматора, первая входная шина которого подключена к. выходу счетчика импульсов, вторая входная шина сумматора через управляемый ключ — к второму входу блока управления, к первому входу которого подключены вход управления ключа, вход разрешения записи. оперативного запоминающего устройства и тактовый вход счетчика импульсов, 2п выходов дешифратора подключены к соответствующим информационным входам оперативного запоминающего у.тройства, входы установки в "0" RS-триггеров соединены с соответствующими выходами оперативного запоминающего устройства, а выходы RSтриггеров — с выходами блока управления, при .ем выходы и "ðâîãî и (и+1) -го RS-триггеров являются первым и вторым выходами блока управления, выходы второго и (n+2)-го °

RS òðèããåðîâ — третьим и четвертым его выходамл, а выходы и-ro и 2п-го RS-триггеров — (2п-1)-м и 2п-м выходами блока управления.

1780150 в ъ

Составитель В. Шарабыг.

Техред M.Ìoðгентал

Корректор 0, Юрковецкая

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород. ул,Гага ри я, 101

Заказ 4440 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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