Коммутатор шин электропитания



Коммутатор шин электропитания
Коммутатор шин электропитания
Коммутатор шин электропитания

 


Владельцы патента RU 2444840:

Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" (RU)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в аппаратуре систем электропитания для параллельного соединения источников электропитания при работе на общую нагрузку, в ответственных и разветвленных системах с резервированием источников электропитания, в реверсивных зарядно-разрядных устройствах, и т.п. Технический результат - улучшение эксплуатационных свойств, повышение помехоустойчивости и КПД, расширение объема применения. Эта задача решается тем, что коммутатор содержит силовой электронный ключ, компаратор и блок управления с входами управления, интегрирующее звено, силовой электронный ключ содержит два управляемых элемента, включенных последовательно встречно, вход управления первого управляемого элемента и вход управления второго управляемого элемента соединены между собой и образуют вход управления электронного ключа, силовой вывод первого управляемого элемента соединен с одним из силовых выводов коммутатора шин электропитания и с одним из входов компаратора, силовой вывод второго управляемого элемента соединен с другим силовым выводом коммутатора шин электропитания и с другим входом компаратора, выход компаратора через последовательно соединенные блок управления и интегрирующее звено связан с управляющим входом электронного ключа, при этом блок управления может содержать последовательно соединенные логические схемы ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и И, вторые входы которых соединены с входами блока управления и образуют входы включения, инвертирования и выключения электронного ключа. 3 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в аппаратуре систем электропитания для параллельного соединения источников электропитания при работе на общую нагрузку, в ответственных и разветвленных системах с резервированием источников электропитания, в реверсивных зарядно-разрядных устройствах, в системах управления исполнительными органами, в устройствах регулирования выходной мощности, в выпрямителях, может быть выполнено в виде полупроводникового прибора и т.п.

При реализации некоторых из перечисленных применений используются обычные диоды [1]. Однако, в силу достаточно большого падения напряжения на диодах, такие устройства обладают пониженным КПД и, кроме того, в силу его неуправляемости, не могут решать иные функциональные задачи.

Более близким техническим решением к предлагаемому устройству с точки зрения количества общих признаков является коммутатор напряжения, описанный в [2]. Этот коммутатор напряжения содержит электронный ключ, компаратор, блок управления с входами управления.

Недостаток известного устройства заключается в том, что оно может быть применено только в системах с электропитанием постоянным напряжением определенной полярности.

Техническая задача, решаемая предложенным изобретением, - улучшение эксплуатационных свойств за счет увеличения КПД и снижения помех при коммутации сильноточных цепей и расширение объема использования за счет увеличения функциональных возможностей, а именно: обеспечение работы в зарядно-разрядных устройствах, при управлении реверсивным двигателем или выпрямителем переменного напряжения; при коммутации тока: пропускание постоянного тока в заданном направлении, включение переменного тока, полное отключение шины питания; работа в модульных системах мощных источников питания; в резервированных источниках электропитания и пр. Кроме того, предложенное устройство может быть выполнено в виде полупроводникового прибора, что дополнительно расширяет объем его использования.

Эта задача решается тем, что в коммутатор шин электропитания, содержащий электронный ключ, компаратор и блок управления с входами управления, при этом выход компаратора соединен с первым входом блока управления, дополнительно введены интегрирующее звено и два силовых вывода коммутатора шин электропитания, электронный ключ содержит два управляемых элемента, общий вывод первого управляемого элемента и общий вывод второго управляемого элемента соединены и образуют общую цепь электронного ключа, вход управления первого управляемого элемента и вход управления второго управляемого элемента соединены между собой и образуют вход управления электронного ключа, силовой вывод первого управляемого элемента соединен с одним из силовых выводов коммутатора шин электропитания и с одним из входов компаратора, силовой вывод второго управляемого элемента соединен с другим силовым выводом коммутатора шин электропитания и с другим входом компаратора, выход компаратора через последовательно соединенные блок управления и интегрирующее звено связан с управляющим входом электронного ключа, общий вывод компаратора соединен с общей цепью силового электронного ключа, при этом блок управления содержит по меньшей мере одну из последовательно соединенных логических схемы ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и И, вторые входы которых соединены с входами блока управления и образуют по меньшей мере один из входов управления коммутатора шин электропитания, а именно включения, инвертирования, выключения сигнала на входе управления электронного ключа.

На фиг.1 приведена блок-схема заявленного коммутатора шин электропитания, при этом на чертеже и далее в тексте обозначены:

1 - электронный ключ;

2 - компаратор;

3 - выход компаратора;

4 - управляющий вход электронного ключа;

5, 6 - входы компаратора;

7 - общая цепь;

8, 9 - силовые выводы устройства (коммутатора шин электропитания);

10 - блок управления;

11 - интегрирующее звено;

12-15 - входы блока управления, а именно:

12 - первый вход управления (вход обратной связи),

13 - вход включения,

14 - вход инвертирования,

15 - вход выключения;

+Е, -Е - цепи электропитания компаратора;

VT1, VT2 - первый и второй управляемые элементы электронного ключа 1, у которых:

с - силовой вывод управляемого элемента (сток);

и - общий вывод управляемого элемента (исток);

з - управляющий вывод управляемого элемента (затвор).

На фиг.2 в качестве примера приведена структурная схема системы управления, в которой использованы коммутаторы шин электропитания в его основных функциональных проявлениях.

На фиг.2 обозначены:

16 - первичный источник электропитания - AC/DC преобразователь переменного напряжения в постоянное,

17, 18 - управляемые вентили,

19, 20 - аккумуляторы,

21 - неперезаряжаемый источник напряжения электропитания,

22-25 - коммутаторы шин электропитания,

26-28 - приборы системы управления,

29, 30 - коммутаторы шин электропитания,

31 - шина электропитания,

32 - общая шина электропитания (GND).

На фиг.3 приведена таблица логического (трехразрядным кодом) управления предложенным устройством (включения, выключения, инвертирования направления протекания коммутируемого тока - естественно, с учетом полярностей приложенных напряжений).

Предложенное устройство, изображенное на фиг.1, выполнено следующим образом.

Входы 13, 14 и 15 устройства соединены с входами блока управления 10, между выходом которого и управляющим входом 4 электронного ключа 1 последовательно включено интегрирующее звено 11.

Электронный ключ 1 состоит из двух последовательно встречно включенных управляемых элементов VT1 и VT2. В качестве управляемых элементов могут быть использованы биполярные транзисторы p-n-p или n-p-n проводимости, полевые транзисторы и пр. На фиг.1 показаны полевые транзисторы n-типа с диодами обратной проводимости.

Общие выводы и (исток) этих управляемых элементов VT1 и VT2, относительно которых на их управляющие входы з (затвор) подаются управляющие сигналы, объединены в общую цепь 7 электронного ключа 1. Вход управления з первого управляемого элемента VT1 и вход управления з второго управляемого элемента VT2 соединены между собой и образуют вход управления 4 электронного ключа 1.

Силовой вывод с (сток) первого управляемого элемента VT1 образует силовой вывод 8 коммутатора шин электропитания и соединяется с входом 5 компаратора 2, силовой вывод с второго управляемого элемента VT2 образует силовой вывод 9 коммутатора шин электропитания и соединяется с входом 6 компаратора 2.

Блок управления 10 (фиг.1) содержит последовательно соединенные логические схемы ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, И, при этом выход 3 компаратора 2 соединен с входом 12 блока управления 10 и с первым входом его логической схемы ИЛИ, вторые входы логических схем образуют соответственно входы включения 13, инвертирования 14 и выключения 15 сигналов управления электронного ключа 1.

Логические схемы ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, И блока управления 10 могут быть включены последовательно и в ином порядке. Основной принцип действия блока управления 10 и всего устройства от этого не изменится и будет зависеть от последовательности включения этих логических схем и совокупности сигналов управления на его входах 13, 14 и 15, а также от схемы подключения коммутатора шин электропитания (выводы 8 и 9) в составе конкретной системы электропитания. Кроме того, для построения блока управления могут быть применены иные эквивалентные по функциональному назначению логические схемы, обеспечивающие в совокупности входы включения, инвертирования, выключения сигналов управления управляемым ключом 1 с учетом также полярности управляющего напряжения. В значительной степени это будет определяться входными сигналами управления (положительная или отрицательная логика, тип гальванической развязки сигналов управления, и даже пристрастием разработчика к тем или иным практическим решениям).

Интегрирующее звено 11 содержит последовательный резистор R1 и параллельный конденсатор С1.

Выход 3 компаратора 2 с управляющим входом 4 электронного ключа 1 связан через блок управления 10 и через интегрирующее звено 11.

Компаратор 2 реагирует на падение напряжения на омическом сопротивлении r электронного ключа 1, когда электронный ключ 1 открыт, либо на напряжение на нем, когда он закрыт. Общий вывод 7 компаратора 2 соединяется с общей цепью 7 электронного ключа 1 и общим выводом 7 блока управления и интегрирующего звена 11.

На фиг.1 в рамке компаратора 2 показана его проходная характеристика

Uo=f(Ui),

имеющая два состояния выходного напряжения («нуль» и «единица»). При этом:

Ui - напряжение на входе компаратора (разность напряжений между выводами 5 и 6 компаратора 2),

Uo - напряжение на выходе 3 компаратора 2.

Компаратор 2 в проходной характеристике может не иметь гистерезиса (фактически - нуль-орган), может иметь симметричный или несимметричный гистерезис, в зависимости от особенностей конкретного применения устройства.

Напряжение «нуль» на выходе 3 компаратора 2 - это некоторое напряжение (или ток), которое (через блоки 10 и 11) способно закрыть электронный ключ 1, если его приложить к управляющему входу 4 относительно общей цепи 7, а «единица» - это напряжение (или ток), которое способно надежно открыть электронный ключ 1. При этом в зависимости от типов использованных в электронном ключе 1 управляемых элементов VT1 и VT2 (проводимости n- или p-типа) значениям «нуль» и «единица» могут соответствовать как положительные напряжения (токи), так и отрицательные. Естественно, что при этом реальные логические схемы блока управления 10 обязательно должны быть выполнены с учетом этих особенностей.

Напряжение питания Е компаратора 2 (его полярность и фактическое значение этого напряжения) зависит от конкретного исполнения компаратора 2 предложенного устройства, типов использованных управляемых элементов VT1 и VT2, а также - конкретным устройством, в котором применен данный коммутатор шин электропитания. В описании работы устройства источник напряжения питания Е, как таковой, не рассматривается, поскольку такие устройства широко освещены и в технической и в учебной литературе. Единственное (хотя и не строго обязательное для низковольтных устройств) требование к источнику питания Е - его гальваническая развязка от источников питания силовой части (анод 8 и катод 9) конкретного устройства. От этого же источника Е питаются и логические схемы блока управления 10. Дополнительное требование (хотя также не строго обязательное) - гальваническая развязка, например оптронная, выходов контроллера управления (на фиг.1 и фиг.2 не показаны) от управляющих входов 13, 14 и 15 устройства.

Система электропитания, в которой может быть применено в разных режимах коммутации предложенное устройство, изображенная в качестве примера на фиг.2, содержит первичный источник электропитания 16, например AC/DC преобразователь переменного напряжения в постоянное, шины электропитания 31 - «плюс» и 32 - «минус» (GND), аккумуляторы 19 и 20, работающие в реверсивном зарядно-разрядном режиме поочередно (в качестве резерва или для увеличения времени непрерывной работы) или одновременно (для увеличения мощности в нагрузке), «аварийный» источник электропитания 21 (если таковой предусмотрен, например, в системе освещения некоторого объекта), не имеющий, в отличие от аккумуляторов 19 и 20, режима заряда. Эта система электропитания обслуживает систему управления, выполненную на приборах системы управления 26, 27 и 28.

На фиг.2 устройства 17, 18, 22-25, 29 и 30 - это предложенные коммутаторы шин электропитания согласно фиг.1, исполняющие различные функции при различных состояниях управляющих сигналов на входах 13, 14 и 15 блока управления 10 каждого из этих устройств (на фиг.2 не показаны). Цифры 8 и 9 на фиг.2 - силовые выводы электронного ключа 1 и коммутатора шин электропитания согласно фиг.1. Необходимое направление течения тока через каждый электронный ключ коммутаторов шин электропитания для обеспечения нормальной работоспособности системы управления в штатном режиме показан в виде стрелки для цепи с одним направлением тока или двух стрелок в цепи с переключаемым направлением коммутируемого тока.

Первичный источник электропитания 16 (AC/DC преобразователь переменного напряжения в постоянное) может быть выполнен резервированным, в этом случае устройства 17 и 18 - это предложенные коммутаторы шин электропитания, работающие в режиме управляемых вентилей и предназначенные для выбора одного из резервирующих каналов AC/DC преобразователя. Если этот AC/DC преобразователь 16 выполнен по обычной двухтактной схеме выпрямителя, то в этом случае вентили 17 и 18 - это предложенные коммутаторы шин электропитания, работающие в режиме диодов (фильтры в цепях электропитания не показаны).

Эта система электропитания обеспечивает работоспособность условной системы управления, содержащей, например, приборы системы управления или исполнительные органы 26, 27 и 28. При этом приборы 26 и 28 - в данной системе могут никогда одновременно не включаться, например, если это приводы реверсивного исполнительного органа. Устройства 22, 23, 24 и 25 - предложенные коммутаторы шин электропитания, подключающие к шинам электропитания 31 и 32 соответственно приборы системы управления 26, 27, 28 и источник электропитания 21, и в режиме коммутации пропускающие ток только в одном направлении (по стрелке). Устройства 29 и 30 - предложенные коммутаторы шин электропитания, соответственно подключающие к шине электропитания 31 аккумуляторы 19 и 20 и обеспечивающие зарядно-разрядный режим работы этих аккумуляторов.

Работает заявленный коммутатор шин электропитания (фиг.1) следующим образом.

Электронный ключ 1 выполнен симметричным и, когда он открыт, может пропускать ток в любом направлении, а когда закрыт, то не пропускает ток ни в одном направлении (в отличие от одиночного транзистора известного устройства [2], который в закрытом состоянии все-таки может пропускать ток в обратном направлении). Эквивалентная схема электронного ключа 1 может быть представлена некоторым низкоомным сопротивлением r в открытом состоянии и высокоомным сопротивлением R - в закрытом состоянии. В первом случае на ключе будет падение напряжения доли вольта, при этом нагрузка подключена к источнику системы электропитания (на фиг.1 не показано) почти без потерь, в ином случае нагрузка отключена и на закрытом электронном ключе 1 - все напряжение системы электропитания, равное напряжению между шинами электропитания 31 и 32 (поз.22, 23 и 24 на фиг.2). Состояние электронного ключа 1 (закрыт он или открыт) определяется сигналом на его управляющем входе 4, который, в свою очередь, определяется комбинацией управляющих сигналов на входах 13, 14 и 15 блока управления 1 и состоянием сигнала на входе 12 блока управления 10, поступающим с выхода 3 компаратора 2.

При работе предложенного устройства к силовому выводу 8 подключается силовое напряжение электропитания (постоянного или переменного относительно общей шины GND; на фиг.1 не показано), нагрузка подключается к выводу 9 устройства (также относительно общей шины GND, на фиг.1 не показано). Силовое напряжение электропитания может быть подключено к силовому выводу 9, а нагрузка - к силовому выводу 9. Напряжение электропитания Е подключается к компаратору 2. Сигналы на входах 12, 13, 14 и 15 блока управления 10 могут иметь уровни логического нуля или единицы, в зависимости от конкретного функционального назначения устройства в конкретной системе электропитания в конкретный момент времени функционирования этой системы. Предложенное устройство универсально и обеспечивает решение практически любой задачи любой системы электропитания (естественно, в пределах допустимых режимов работы всех элементов устройства).

Допустим, что на входах 13 и 14 - логические нули, на входе 15 - логическая единица, на выводе 8 - переменное напряжение, а к выводу 9 подключена резистивная нагрузка, зашунтированная конденсатором (на чертеже не показано). При подаче переменного напряжения силового электропитания компаратор 2 в первый момент устанавливается в состояние, определяемое разностью потенциалов на его входах 5 и 6. Если напряжение на выводе 8 устройства и на прямом входе 5 компаратора 2 отрицательное по сравнению с напряжением на выводе 9 устройства и на инвертирующем входе 6 компаратора 2, то компаратор 2 на выходе 3 и на входе 12 блока управления 10 устанавливает напряжение, соответствующее логическому нулю. Этот сигнал управления, прошедший последовательно через логические схемы блока 10 и интегрирующее звено 11, поступает на управляющий вход 4 электронного ключа 1. Электронный ключ 1 при этом закрыт и его сопротивление R определяется только токами утечки управляемых элементов VT1 и VT2 и входными токами, протекающими между входами 5 и 6 компаратора 2. По мере увеличения напряжения на выводе 8 наступает момент, когда разность потенциалов на входах 5 и 6 компаратора меняет знак. Компаратор 2 переключается и на выходе 3 выставляет напряжение, соответствующее логической единице, которая, проходя через логические схемы блока управления 10 и интегрирующее звено 11, открывает электронный ключ 1, его сопротивление уменьшается до значения, равного r, и практически не изменяется, пока электронный ключ 1 открыт. С этого момента в нагрузку начинает течь ток в направлении от силового вывода 8 к силовому выводу 9. По мере возрастания напряжения на выводе 8 устройства растет и ток нагрузки. Далее напряжение на выводе 8 устройства начинает уменьшаться, уменьшается и ток нагрузки. Наконец наступает момент равенства входного напряжения и напряжения на нагрузке, ток от источника входного напряжения прекращается и далее стремится поменять знак. В этот момент разность потенциалов на входах 5 и 6 компаратора 2 также меняет знак, компаратор перебрасывается в логическое состояние нуль и через блок управления 10 и интегрирующее звено 11 закрывает электронный ключ 1. С этого момента ток в нагрузку больше не течет. Таким образом, электронный ключ 1 включается только при положительной разности напряжений между его выводами 8 и 9, а выключается - при отрицательной. При таком режиме работы электронного ключа 1 он может быть представлен в виде диода, анод которого - это вывод 8, а катод - вывод 9.

Здесь следует отметить функциональное преимущество предложенного устройства, работающего в режиме диода, по сравнению с обычны диодом. В предложенном устройстве ток в нагрузку начинает течь с момента, когда напряжение на выводе 8 устройства только начало превышать напряжение на нагрузке, практически - при напряжении между силовыми выводами 8 и 9, равном нулю, и протекает до момента, когда ток в нагрузку также станет практически равным нулю (с учетом погрешности срабатывания компаратора 2). Выпрямитель на обычном диоде в такой же схеме устройства начинает пропускать ток в нагрузку, когда входное напряжение превысит напряжение на нагрузке по крайней мере на (0,5-0,7) В, а то и более 1 В, и кончает течь при напряжении на выводе, превышающем напряжение на нагрузке на такое же значение. Из-за этого падения напряжения на диоде происходит большая потеря входного напряжения и мощности, особенно в низковольтных выпрямителях - до 10% и более. Предложенное устройство в реальных системах электропитания позволяет уменьшить потери мощности в несколько раз. А это, в свою очередь, позволяет получить дополнительный технический эффект - уменьшение размеров и массы радиатора, либо обойтись вообще без него, т.е. ведет к упрощению конструкции устройства и улучшению его массогабаритных характеристик, что является дополнительным положительным эффектом, особенно для устройств, используемых в летательных аппаратах.

При коммутации силовых цепей всегда возникают броски тока, которые возбуждают электрические, электромагнитные и радиопомехи, способные нарушить работу контроллеров, управляющих, например, именно этими коммутаторами шин электропитания. Последствия могут быть непредсказуемы… В системах управления летательными аппаратами, где из-за дефицита объемов и невозможности осуществить эффективную экранировку слаботочных цепей от помех, возникающих в сильноточных цепях, помехоустойчивость аппаратуры выходит на одно из первых мест в обеспечении надежности и живучести изделий в целом. В предложенном устройстве электромагнитную совместимость обеспечивает интегрирующее звено 11.

Интегрирующее звено 11 переводит электронный ключ 1 из импульсного режима в режим с плавным переключением выходного тока и таким образом существенно уменьшает уровень помех. При этом исключается необходимость в иных мерах по увеличению электромагнитной совместимости силовых цепей и устройств управления.

При оптимальном соотношении постоянной времени интегрирующего звена 11 и периода силового переменного напряжения на основе данного предложения может быть спроектировано универсальное устройство, обеспечивающее работу в составе системы электропитания в любом качестве, приведенном на фиг.2. При этом интегрирующее звено 11, как таковое, может быть образовано за счет выходного сопротивления блока управления 10 и входной емкости управляющего входа 4 управляемого ключа 1 относительно общей цепи 7. Практически может оказаться достаточным установить в интегрирующем звене 11 либо дополнительный резистор (R1), либо дополнительный конденсатор (С1) для снижения уровня помех до минимально допустимого уровня. Номиналы этих элементов могут быть определены при расчете, моделировании устройства и (или) при регулировке его опытного образца.

Теперь рассмотрим работу устройства фиг.1 при различных состояниях управляющих сигналов на выводах 13, 14 и 15 блока управления 10 с точки зрения функциональных возможностей предложенного коммутатора шин электропитания. При этом имеется в виду, что сигнал на входе 12 блока управления 10 (на выходе 3 компаратора 2) формируется так, как это изложено выше.

Если на входе 13 (вход включения) блока управления 10 установлена логическая единица, то с выхода логической схемы ИЛИ блока управления 10 через логические схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и И эта логическая единица поступает далее через интегрирующее звено 11 на управляющий вход 4 электронного ключа 1, открывая его. При этом электронный ключ 1 открыт (включен) всегда и пропускает ток в обоих направлениях, т.е. при таком состоянии управляющих сигналов на выводах блока управления 10 электронный ключ 1 способен коммутировать переменный ток независимо от состояния сигнала на входе 12 блока управления 10 (на выходе 3 компаратора 2).

Если на управляющем входе 15 (вход выключения) установлен логический нуль, то вне зависимости от состояния сигналов на входах 12, 13 и 14 блока управления 10, выходной сигнал логической схемы И и блока управления 10 равен логическому нулю, при этом и управляющий сигнал на управляющем входе 4 электронного ключа 1 также равен нулю и электронный ключ 1 всегда закрыт, независимо от состояния сигналов на входах 12, 13 и 14 блока управления 10.

Если на управляющем входе 14 (вход инвертирования) установлена логическая единица (при входном сигнале на входе выключения 15, равном единице), то вне зависимости от состояния сигналов на входах 12 и 13 блока управления 10 выходной сигнал логической схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и блока управления 10 будет инвертирован относительно входного сигнала в эту логическую схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. При этом и состояние электронного ключа 1 также будет инвертировано. После инверсии сигнала с выхода компаратора 2 электронный ключ 1 включается при отрицательной разности напряжений между его выводами 8 и 9, а выключается - при положительной. При таком управлении ток в нагрузку может течь только от вывода 9 к выводу 8. Таким образом, предложенное устройство в этом режиме работы превращается также в диод, но у него анод и катод меняются местами, что и обеспечивает протекание тока только от вывода 9 к выводу 8 коммутатора шины электропитания.

С помощью инвертирующего сигнала на входе 14 можно управлять направлением протекания тока в реверсивный исполнительный орган, пропуская на выход коммутатора шин электропитания (силовой вывод 9) ток разной полярности от входного переменного напряжения на силовом входе 8. Полное выключение этого исполнительного органа производится установкой на входе выключения 15 логического сигнала, равного нулю.

Для большей наглядности работы предложенного устройства при разных сигналах (кодах) на входах 13, 14 и 15 блока управления 10 в первой строке приведенной на фиг.3 таблицы перечислены все комбинации сигналов управления (логических нулей и единиц) на входах блока управления 10, во второй строке этой таблицы - направление течения тока через электронный ключ 1 (фиг.1), если он при указанной комбинации управляющих сигналов (с учетом сигнала на входе 12 - сигнала с выхода 3 компаратора 2) должен пропускать ток. При этом в этой строке стрелкой вниз (входной код 001) указано направление течения тока от вывода 8 к выводу 9 (согласно фиг.1), стрелкой вверх (входной код 011) - направление течения тока от вывода 9 к выводу 8, двухсторонней стрелкой (входной код 101) - течение тока в любом направлении вне зависимости от сигнала с выхода 3 компаратора 2 (включение шины переменного напряжения; в отличие от переключения направления течения тока путем изменения входного кода с 001 на 101).

В нижней строке этой таблицы для каждого управляющего кода указаны позиции тех коммутаторов шин электропитания согласно фиг.2, которые будут включаться при заданном коде управления из верхней строки таблицы для обеспечения течения тока в заданном направлении. При этом коммутаторы 29 и 30 указаны в двух ячейках таблицы для обеспечения режима работы на заряд (при коде 001) или при работе на разряд (при коде 011) - при работе на систему управления.

На фиг.2 режим коммутатора шин питания переменного напряжения не показан, хотя и может быть использован для коммутации первичного переменного напряжения электропитания преобразователя 16 AC/DC (вход переменного напряжения по стрелке со значком «~»),

Естественно, что каждый коммутатор шин электропитания управляется своей комбинацией сигналов на входах 13, 14 и 15 блока управления 10 в зависимости от потребностей конкретной системы управления. При этом из полного набора управляющих сигналов некоторые могут быть исключены из системы управления путем подключения соответствующего управляющего входа к некоммутируемому напряжению, соответствующему логическому «нулю» или «единице». А в мелкосерийной аппаратуре может быть исключена и соответствующая логическая схема без нарушения авторских прав.

Применение предложенного коммутатора шин электропитания не исчерпывается показанными примерами на фиг.2. Он может использоваться в преобразователях постоянного напряжения в переменное, легко поддается управлению с помощью компьютера, контроллера или, в простейшем случае, - цепи отрицательной обратной связи в системах с импульсным режимом работы, например, для управления с помощью широтно-импульсной модуляции мощностью в нагрузке и т.п. (на фиг.2 такое использование предложенного устройства не показано, хотя любой прибор 26, 27 или 28 этой системы управления с помощью коммутаторов шин электропитания 23, 24 и 25, охваченных обратной связью, и даже без нее, может быть переведен именно в такой режим).

В качестве элементов для реализации устройства в составе блока управления 10 могут быть использованы серийные микросхемы с необходимым набором функций, например, микросхемы серии 564, стандартные компараторы, управляемые элементы необходимой мощности, имеющие малое сопротивление в открытом состоянии ключа и большое сопротивление в его закрытом состоянии (предпочтительны полевые транзисторы, требующие минимальной мощности управления и хорошо согласующиеся с микросхемами). Для построения блока управления могут быть применены иные логические схемы (в том числе - с инвертированием выходного сигнала), обеспечивающие в совокупности нужную логику и входы включения, инвертирования и выключения сигналов управления силовым ключом 1.

При изготовлении предложенного коммутатора шин электропитания в виде полупроводникового прибора или унифицированной микросборки их можно будет применить в различных конструкциях систем электропитания, а также для управления определенными узлами и исполнительными органами систем управления лететельных аппаратов.

Предлагаемая совокупность признаков в рассмотренном автором предложении не встречалась ранее для решения поставленной задачи и не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

По сравнению с известным коммутатором напряжения [2] предлагаемое изобретение улучшает эксплуатационные свойства и расширяет объем использования за счет увеличения КПД, снижения помех при коммутации сильноточных цепей и расширения функциональных возможностей, а именно: изобретение может быть использовано в зарядно-разрядных системах, в устройствах управления реверсивным исполнительным органом (электродвигателем или выпрямителем переменного напряжения для такого электродвигателя); при коммутации тока - для полного отключения шины питания, для пропускания постоянного тока в заданном направлении; включение и выключение переменного тока; в устройствах преобразования переменного напряжения одной частоты в переменное напряжение другой частоты, в модульных системах мощных источников питания; при резервировании источников электропитания, для обеспечения коммутации при переходе через нулевой или наперед заданный уровень (при обеспечении заданного уровня срабатывания и отпускания компаратора 2) и т.д. и т.п. Более того, будучи разработанным и изготовленным в виде полупроводникового прибора (монолитного или гибридного, не принципиально) предложение поможет минимизировать практически любую силовую электронику.

Литература.

1. Четти П. Проектирование ключевых источников электропитания. М.: Энерготомиздат, 1990 г., с.139, рис.5.4.

2. Описание изобретения к патенту РФ №1927977 H03K 16/08. Патент РФ №1927978.

Коммутатор шин электропитания, содержащий электронный ключ, компаратор и блок управления с входами управления, при этом выход компаратора соединен с одним из входов блока управления, отличающийся тем, что в него дополнительно введены интегрирующее звено и два силовых вывода, электронный ключ содержит два управляемых элемента, общий вывод первого управляемого элемента и общий вывод второго управляемого элемента соединены и образуют общую цепь электронного ключа, вход управления первого управляемого элемента и вход управления второго управляемого элемента соединены между собой и образуют вход управления электронного ключа, силовой вывод первого управляемого элемента соединен с одним из силовых выводов коммутатора шин электропитания и с одним из входов компаратора, силовой вывод второго управляемого элемента соединен с другим силовым выводом коммутатора шин электропитания и с другим входом компаратора, выход компаратора через последовательно соединенные блок управления и интегрирующее звено связан с управляющим входом электронного ключа, общий вывод компаратора соединен с общей цепью силового электронного ключа, при этом блок управления содержит по меньшей мере одну из последовательно соединенных логических схемы ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и И, вторые входы которых соединены с входами блока управления и образуют по меньшей мере один из входов управления, а именно включения, инвертирования и выключения сигнала на входе управления электронного ключа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, в частности к регуляторам мощности, и может быть использовано, например для управления яркостью света или скоростью вращения вентилятора.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных электронных устройствах коммутации переменного тока. .

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системах питания переменным током различных радиоэлектронных устройств при необходимости коммутации на них переменного напряжения при пересечении этим напряжением нулевого уровня.

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для коммутации цепей переменного тока в установках электропитания и устройствах сбора данных о технологических процессах.

Изобретение относится к электронной коммутационной технике, может быть использовано Для коммутации цепей переменного тока. .

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для управления коммутацией переменного тока в цепях с реактивной нагрузкой. .

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для исполь- : зования в системах питания переменньм током различныхрадиоэлектронньк устройств , срабатывающих при пересечении сетевого напряжения нулевого уровня.
Наверх