Система питания

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

in>9() 7699 (6l) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 230680 (2i) 2943363/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 2302,82, Бюллетень ¹ 7

Дата опубликования описания 2302Я2

У1 М Кп з

H 02 J 7/34

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (333 УДК 621. 355. .1 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.Я.Жуйков, И.Е.Коротеев и В.A.Tîäoðåíêî

Киевский ордена Ленина политехнический и титут им. 50-летия Великой Октябрьской социалистйческой революции (71) Заявитель (54) СИСТЕМА ПИТАНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных отраслях науки и техники, при необходимости питания постоянным током электронных устройств автоном- ных объектов, работающих длительное время без контроля человеком.

Известны системы питания, содержащие подключенные параллельно нагрузке основные источники питания и буферную аккумуляторную батарею (1)— (3) .

К недостаткам даных устройств следует отнести воэможность перезарядки буферной аккумуляторной батареи 15 повышенным током, а также необходимость применения буферной аккумуляторной батареи повышенной энергоемкости, рассчитанной на все время самостоятельной работы на нагрузку, что приводит к повышению весо-габаритных показателей системы питания.

Существует система питания, содержащая две буферные аккумуляторные батареи, подключенные через коммута- 25 торы параллельно двум основным источникам энергии, причем всегда одна иэ аккумуляторных батарей подключена к основному источнику энергии, постоянно работающему на заряд аккумуля- 30 торных батарей, а вторая аккумуляторная батарея совместно с вторым основным источником энергии подключена к нагрузке. При разряде батареи, подключенной к нагрузке, происходит переключение коммутатора, в результате чего разряженная аккумуляторная батарея подключается к основному источнику энергии, постоянно. работающему на заряд аккумуляторных батарей, а заряженная аакумуляторная батарея подключается к нагрузке (4).

К недостаткам данной системы питания относятся повышенные весо-габаритные показатели, увеличение которых произошло вследствие применения двух буферных аккумуляторных батарей, а также вследствие применения основного источника энергии, непрерывно работающего на нагрузку, способного обеспечить максимальную мощность нагрузки системы питания в моменты переключения буферных аккумуляторных батарей с заряда на разряд и обратно °

Известны системы питания, содержащие две включенные параллельно нагрузке аккумуляторные батареи либо аккумуляторную батарею и основной источник питания, коммутируемые к на907@99 Работающем источнике энергии до опре-

10 (5

25 ченный между точкой соединения транзисторного ключа с первичным источником питания и нагрузкой, причем измерительный элемент связан с транзис-4О торным ключем (8).

45 аккумуляторная батарея подключается к нагрузке при перегрузке первичного источника питания по току, а не по мощности, вледствие чего необходи-50 мо применять первичный источник питания, рассчитанный на максимальную мощность нагрузки и, следовательно, повышать весо-габаритные показатели системы питания.

Известны системы питания, в которых первичный источник питания включен параллельно аккумуляторной, батарее, причем аккумуляторная батарея связана с первичным источником через регулятор зарядного или разрядного тока (9) .

Недостатком таких систем питания является то, что энергия, проходящая от первичного источника питания в нагрузку через аккумуляторную батарею, 65 грузке посредством ключей, причем всегда один из источников энергии подключен к нагрузке, а второй — отключен. Подключение отключенного источника питания к нагрузке произво(цится при уменьшении напряжения на деленной величины, при этом работающий источник питания от нагрузки отключается (5) и (6).

К недостаткам данных систем питания относятся повышенные весо-габаритные показатели, увеличение которых произошло вследствие использования двух источников энергии, рассчи.танных на максимальную мощность нагрузки.

Известны системы питания, содержащие параллельно включенные коммутируемые основные источники питания и аккумуляторную батарею, причем в цепи каждого источника питания установлен датчик тока, управляющий коммутацией остальных источников питания по заданному закону (7).

Недостатком таких систем питания являются повышенные весо-габаритные показатели, -повышение которых произошло вследствие применения аккумуляторной батареи, расчитанной на все время работы системы питания на максимальную мощность нагрузки.

Известна система питания, содержа-. щая первичный источник питания ограниченной мощности, аккумуляторную батарею, соединенную с первичным источником питания через транзисторный ключ, измерительный элемент,вклюК недостаткам данной системы питания относится воэможность перезаряда буферной аккумуляторной бата« реи"повышенным током, а также то,что

35 преобразуется два раза, вследствие чего коэффициент полезного действия системы питания занижен, а весо-габаритные показатели первичного источника питания и,следовательно, всей системы питания повышены.

Известна также система питания, в которой общая точка соединения первичного источника питания и регулятора заряда — разряда связана с нагрузкой через стабилизатор напряжения, а первичный источник питания является источником ограниченной мощности (10).

Недостатком такой системы питания является тройное преобразование энергии, проходящей от первичного источника питания в нагрузку, вследствие чего весо-габаритные показатели системы питания повышены.

Известна система питания, содержащая первичный нерегулируемый источник постоянного напряжения, подключенный через регулятор напряжения к нагрузке, буферную аккумуляторную батарею, подключенную через второй регулятор напряжения к нагрузке, две системы управления, соединенные с регуляторами напряжения, причем система управления первого регулятора напряжения обеспечивает режим отбора от первичного источника питания максимальной или номинальной мощности, или номинального тока, система управления второго регулятора напряжения обеспечивает в режиме заряда аккумуляторной батареи стабилизацию напряжения нагрузки, а в режиме заряда аккумулятора - необходимый отбор мощности от аккумуляторной батареи (11).

К недостаткам данной системы питания относится постоянный отбор от первичного источника питания максимальной или номинальной мощности, или номинального тока при различных значениях мощности нагрузки, что приводит к повЫшению весо-габаритных показателей системы питания вследствие применения первичного источника питания повышенной энергоемкости, возможность перезаряда аккумуляторной батареи повышенным током, так как при малой мощности нагрузки избыток мощности, отдаваемый первичным источником, поступает в аккумулятор, а также пониженный коэффициент полезного действия вследствие тройного преобразования энергии, проходящей от первичногж источника питания в нагрузку через буферную аккумуляторную батарею.

Наиболее близким по.технической сущности к предлагаемой является система питания, содержащая первичный источник питания, вторичный электрохимический генератор, запоминающее устройство,. причем зарядка вторичного электрохимического. генератора производится в первом режиме в течение

907699

Я,сокого уровня напряжения, и равно времени, зависящего от предыдущей разрядки генератора, зафиксированного в запоминающем устройстве. Первичный исТочник тока способен обеспечить ток постоянно, а установление первого режима вызывается- разрядкой злектрохимического генератора (12). Недостатками предлагаемой системы британия являются повышенные веса-га баритные показатели, повышение которых обусловлено применением первичного источника питания, рассчитанного на сумму максимальной мощности нагрузки и максимальной мощности,отдаваемой в злектрохимический генератор (буферную аккумуляторную батарею) при его зарядке, а также то,что заряд буферной аккумуляторной батареи производится без учета явления саморазряда, что может привести к преждевременному нарушению работоспособности системы питания.

Цель изобретения — улучшение весогабаритных показателей системы питания, повышение срока ее службы.

Поставленная цель достигается тем, что в систему питания, содержащую первичный источник питания, буферную аккумуляторную батарею, запоминающее устройство, введены стабилизатор мощности, датчик тока, интегратор, схема определения знака, три компаратора, источник опорного напряжения, делитель напряжения, схема ИЛИ, дешифратор, триггер, управляемый ключ, .причем стабилизатор мощности связан входом с первичным источником питания, а выходом — с выходом системы питания, датчик тока включен между буферной аккумуляторной батареей и выходом стабилизатора мощности и связан своим выходом с входами интегратора, схемы определения знака и первым входом первого компаратора,выход интегратора соединен с первыми входами второго и третьего хомпараторов, выходы которых соединены с входами схемы ИЛИ, источник опорного напряжения связан выходом с вторыми входами первого и третьего компараторов и с входами делителя напряжения ,и управляемого ключа, а выход делителя напряжения соединен с вторым входом второго компаратора, запоминающее устройство,выполненное в виде реверсивного счетчика, соединено счетным входом с выходом схемы ИЛИ, а также с входом обнуления интегратора, управляемым входом - с выходом схемы определения знака, выходом - с входом дешифратора, который соединен своими двумя выходами с двумя. входами триггера, первый компаратор связан выходом с вторым выходом дешифратора, а управляемый ключ соединен входом управления с выходом триггера, а Выходом - с выходом управления стабилизатора мощности.

На чертеже изображена блок-схема системы питания.

Система питания содержит первичный источник 1 питания, соединенный с входом стабилизатора 2 мощности, выход которого связан с выходок системы питания, датчик 3 тока, включенный между буферной аккумуляторной батареей 4 и выходом стабилизатора 2 мощности и связанный своим выходом с входами интегратора 5,схемы определения знака б,первым входом компаратора 7, цричем выход интегРатора

5 соединен с первыми входами компараторов 8 и 9, выходы которых связаны с входами схемы ИЛИ 10,источник

11 первого напряжения, соединенный входом со вторыми входами компараторов 7 и 8 и входами делителя 12 напря . жения и управляемого ключа 13, причем выход делителя 12 напряжения соединен

20 с вторым входом компаратора 8, а выход управляемого ключа 13 - с входом управления стабилизатора 2 мощности, запоминающее устройство 14, выполнен ное в виде реверсивного счетчика,свя2 зано счетным входом с выходом схемы

ИЛИ 10 и входом обнуления интегратора

5,управляемым входом - с выходом схемы определения знака б,а выходом — с входом дешифратора 15, который сое30 динен своими двумя выходами с двумя входами триггера 16, причем второй выход дешифратора 15 соединен также с выходом компаратора 7, а выход триггера 16 соединен с входом управления управляемого ключа 13, на первом выходе дешифратора 15 сигнал появляется при обнуленном состоянии реверсивного счетчика 14, а на втором выходе— при состоянии реверсивного счетчика

l4 соответствующему заданной раэря40 женности буферной аккумуляторной батареи 4.

В предлагаемой системе питания, в качестве стабилизатора 2 мощности можно использовать широтно-импульсный

4 регулятор с системой управления реализующей отрицательную обратную связь по отклонению величины входной мощности от опорного напряжения, которое заводится на вход управления стабилизатора мощности. B качестве датчика 3 така можно использовать резистивный датчик тока, в качестве интегратора 5 — интегратор на операционном усилителе с обнулениеМ, причем обнуление интегратора происходит

55 при подаче на его вход обнуления высокого уровня напряжения,в качестве схемы определения .знака б — триггер

Шмидта, в качестве компараторов 7-9 операционные усилители с положительной обратной связью, в качестве управляемого ключа 13 — управляемый делитель напряжения, выходное напряжение которого равно входному при поступлении на его вход управления вы907699 нулю при поступлении на его вход управления напряжения низкого уровня (для реализации такого делителя напряжения можно использовать, например, релейную схему), в качестве дешифратора 15 — комбин ационную схему с двумя выходами, причем на первом выходе

Напряжения высокого уровня появляетСя при обнуленном состоянии реверсивНого счетчика 14, а на втором выходе напряжение высокого уровня появляется при состоянии ревирсивного счетчика, соответствующем определенной раэряжеиности буферной аккумуляторной батареи 4, в качестве триггера 16 можно использовать J-К триггер.

Система питания работает следующим образом.

В начале работы буферная аккумуляторн ая батарея 4 полностью з аряжается. В исходном состоянии реверсивный счетчик 14 и триггер 16 обнулены, на выходах всех компараторов, на выходе триггера 16, на втором выходе дешифратора 15, на выходе схемы ИЛИ

10, на выходе схемы определения знака б — низкие уровни напряжений, на первом выходе дешифратора 15 — высокий уровень. напряжейия. Управляемый ключ

13 находится в состоянии с нулевым уровнем выходного напряжения вследствие того, что на его вход управле- ния с выхода триггера 16 подано напряжение низкого уровня ° В результате этого стабилизатор 2 мощности отключен, так как величина опорного напряжечия равна нулю, а следовательно; и величина стабилизируемой мощности тактике равна нулю. В начале работы энергия поступает на выход системы питания только на буферной аккумуляторной батареи 4. Выходной ток,проте- 4О кая через датчик 3 тока, вызывает на его выходе напряжение, которое,воздействуя на схему определения зна ка 6, переводит ее в состояние с высоким уровнем выходного напряжения.

Напряжение с датчика 3 тока поступает также на компаратор 7, однако не изменяет его состояние при малой величине выходного тока системы пйтания. Интегратор 5 производит интег- N рирование напряжения, снимаемого с датчика 3 тока.,При достижении величины выходного напряжения интегратора 5 уровня опорного напряжения, задаваемого источником 11 опорного напряжения, компаратор 9 изменяет свое состояние, на его выходе появляется напряжение высокого уровня. В результате этого на выходе схемы ИЛИ 10 также появляется напряжение высокого уровня, которое воздействует на вход бО управления интегратора 5,обнуляя его

Вследствие этого компаратор 9 и схема ИЛИ .переводятся в исходные состояния с низкими уровнями выходных напряжений., На выходе реверсивного счет-Я чика 14 формируется счетный импульс.

Вследствие того, что на вход управления реверсивного счетчика 14 подано напряжение высокого уровня, реверсивный счетчик 14 находится в режиме суммирования, и сформированный íà его

1счетном входе счетный импульс записывается в режиме суммирования реверсивного счетчика 14. Такой режим работы системы питания продолжается до тех пор, пока количество записанных в реверсивном счетчике 14 импульсов в режиме суммирования не совпадает с количеством импульсов, необходимым ,для того, чтобы на втором выходе дешифратора 15 появилось напряжение высокого уровня. При этом триггер 16 переходит в состояние с высоким уровнем выходного напряжения, в результате чего на выходе управляемого ключа

13 появляется уровень опорного налряжения, и стабилизатор 2 мощности начинает стабилизировать мощность, отбираемую от первичного источника 1 на определенном уровне, задаваемом источником ll опорного напряжения. Энергия от первичного источника 1 через стабилизатор 2 мощности поступает на выход системы питания. Установление последнего режима — подключения к. выходу системы питания первичного источника питания через стабилизатор

2 мощности, может вызываться также большим потреблением тока от буферной аккумуляторной батареи 4. При этом напряжение, снимаемое с выхода датчика 3 тока, воздействуя на компаратор 7,переводит его в состояние с высоким уровнем выходного напряжения, в результате чего триггер 16 также переходит в состояние с высоким уровнем выходного напряжения,а на выходе управляемого ключа 13 появляется уровень опорного напряжения, и стабилизатор 2 мощности подключает к выходу системы питания первичный источник 1. Буферная аккумуляторная батарея 4 будет заряжаться в том случае, если мощность, отдаваемая системой питания, меньше стабилизируемой на выходе стабилизатора 2 мощности величины мощности. В противном случае энергия на выход системы питания будет поступать от первичного источника 1 питания и буферной аккумуляторной батареи 4. В режиме заряда буферной аккумуляторной батареи

4 напряжение на выходе датчика 3 тока изменит полярность, в результате чего на выходе схемы определения знака установится. уровень низкого напряжения, и реверсивный счетчик 14 перейдет в режим вычитания. При достижении уровня выходного напряжения интегратора 5 величины порогового напряжения, подаваемого на компаратор 8 с источника 11 опорного напряжения через делитель 12 напряжения, компаратор 8 перейдет в состояние с

907699

Формула изобретения высоким уровнем выходного напряжения.

В результате этого на выходе схемы

ИЛИ 10 формируется высокий уровень выходного напряжения, который проводит к обнулению интегратоРа 5 что в свою очередь вызывает переход компаратора 8 в исходное состояние — с низким уровнем выходного напряжения.

На счетном входе реверсивного счетчика 14 формируется счетный импульс, который записывается в режиме вычитания реверсивного счетчика 14. Система питания будет находиться в режиме заряда буферной аккумуляторной батареи 4 до тех пор, пока реверсивный счетчик 14 не обнулится. При этом на первом выходе дешифратора

15 установится высокий уровень напряжения, и триггер 16 перейдет в состояние с низким уровнем выходного напряжения, в результате чего на выходе управляемого ключа 13 установит- 2О ся равное нулю напряжение, и стабилизатор 2 мощности перейдет в выключенное состояние,что приведет к отключению от выхода системы пйтания первичного источника 1 питания. Сраба- Q5 тывание компаратора 8 в режиме заряда буферной аккумуляторной батареи

4 обусловлено тем, что при интегрировании напряжения, поступающего с выхода датчика 3 тока на вход интегратора 5, на выходе интегратора 5 напряжение уменьшается и при достижении значения напряжения порогового .уров ня,величина которого меньше уровня напряжения обнуленного интегратора 5, компаратор 8 изменяет свое состояние, причем уровень порогового напряжения компаратора 8 задается делителем на- пряжения 12 и источником 11 опорного напряжения..Компаратор 9 срабатывает только при разряде буферной акку- 40 муляторной батареи 4 вследствие того, что при интегрировании напряжения, поступающего с выхода датчика 3 тока на вход интегратора 5, на выходе интегратора 5 напряжение возрастает и 45 при достижении величины этого напряжения значения порогового напряжения, величина которого больше уровня выходного напряжения интегратора 5 в его обнуленном состоянии, компаратор 5р

9 изменяет свое состояние. Пороговое напряжение компаратора 8 задается с помощью делителя 12 напряжения таким образом, чтобы счетный импульс поступал на вход ревирсивного счетчика

14 в режиме заряда буферной аккумуляторной батареи 4 при прохождении энергии, большей энергии, соответствующей образованию счетного импульса на выходе компаратора 9,в режиме раз ряда буферной аккумуляторной бата- 60 реи 4 — на величину энергии самораэряда буферной аккумуляторной батареи

4, Предлагаемая система питания отличается от известных улучшенными ве- 65 со-габаритными показателями, улучшение которых произошло вследствие отбора От первичного источника питания средней мощнбсти, что достигнуто эа счет работы системы питания в трех режимах : разряда буферной аккумуляторной батареи,рекуперации ее от первичного источника стабилизируемой мощности и обеспечения нагрузки энергией от первичного источника питания, совместной работы буферной аккумуляторной батареи и первичного источника питания ограниченной мощности.

Улучшение весо-габаритных показателей системы питания произошло также вследсвие однократного преобразования энергии,поступающей в нагрузку системы питания ° К числу достоинств системы питания, следует отнести невозможность переэаряда буферной аккумуляторной батареи вследсвие точного учета количества отданной и полученной энергии и установления режима отдачи буферной аккумуляторной батареей энергии после ее полной либо частичной рекуперации. Достоинством такой системы питания является учет явления саморазрядки буферной аккумуляторной батареи при ее рекуперации,причем учтено это явление за счет установления различных порогов срабатывания компараторов,каждый из которых срабатывает либо при заряде, либо при разряде буферной аккумуляторной батареи.

Такая система питания может длительное время работать в составе автономных устройств без контроля человеком, причем длительность ее работы определяется энергоемкостью первичного источника питания и сроком наработки элементов.

Система питания, содержащая первичный источник питания, буферную батарею аккумуляторов, запоминающее устройство отличающаяся тем, что, с целью улучшения весо-габаритных показателей и увеличения срока службы, в нее введены стабилизатор мощности, датчик тока, интегратор, схема определения знака,три компаратора, источник опорного напряжения, делитель напряжения, схема

ИЛИ, дешифратор, триггер, управляемый ключ, причем стабилизатор мощности связана входом с первичным источником питания, а выходом — с выЖдом системы питания, датчик тока включен между буферной аккумуляторной батареей выходом стабилизатора мощности и связан своим выходом с входами интегратора, схемы определения знака и первым входом первого компаратора, выход интегратора соединен с первыми входами второго и третьего

907699

Составитель И.Найдина

Редактор Л.Гратилло Техред A.ÁàáèíåL;

Корректор A.Ôåðåíö

609/65 Тираж 670

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Заказ

Филиал ППП. Патент, г.ужгород, ул. Проектная, 4 компараторов, выходы которых связаны с входами схемы ИЛИ, источник опорного напряжения связан выходом с вторыми входами первого и третьего компараторов и с входами делителя напряжения и управляемого ключа, а выход делителя напряжения соединен с вторым входом второго компаратора, запоминающее устройство соединено счетным входом с выходом схемы

ИЛИ, а также с входом обнуления интегратора, управляемым входом - с выходом схемы определения знака, а выходом — с входом дешиФратора, который соединен своими двумя выходами с двумя входами триггера, первый компаратор связан выходом с вторым выходом дешифратора, а управляемый ключ соединен входом управления с выходом триггера, а выходом - с входом управления стабилизатора мощности

Ист очи и ки и н Формации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка ФРГ Р 1790095, кл. Н 02 Д 9/06, 1975.

2.Авторское свидетельство СССР

Р 612537, кл. Н 02 3 7/14, 1976.

З.Заявка Великобритании Р 1424383, кл. Н 02 3 7/00, 1976 °

4.Авторское свидетельство СССР

Р 417871, кл. Н 02 g 7/34, 1974.

5. Заявка Великобритании Р 1306748, кл. Н 02 J 9/00, 1973.

® 6. Заявка Франции Р 2152693, кл. Н 02 «J 9/00, 1973.

7. Авторское свидетельство СССР

Р 511534 кл. Н 02 3 7/34, 1976.

8. Авторское свидетельство СССР

Р 473243, кл. Н 02 7/34, 1975.

9. Заявка Великобритании Р1349079, кл. Н 02 3 7/04, 1974.

10. Авторское свидетельство СССР

Р 562801, кл Н 02 3 7/34.

11. Авторское свидетельство СССР

20 Р 491183, кл. Н 02 3 7/34, 1974 °

12.Заявка Франции Р 2386176, кл. Н 02 3 7/10, 1979.