Устройство для питания нагрузки

Устройство для питания нагрузки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

O n И С А Н И Е 5359Б

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

CCijH?lIHCTH×ÅCÊÈÕ

Республик

К ПАТЕНТУ (61) Дополнительный к патенту— (22) Заявлено 10.12.73 (21) 1983854/07 (23) Приоритет — (32) 30.03,73 (51) М.Кл Н 02 J 7/36

Госуларствеииый комитет

Совета Мииистров СССР во девам изабретеиий и открытий (33) CIIIA (31) 346392 (53) УДК 621.355.1 (088.8) (43) Опубликовано 15.11.76. Бюллетень № 42 (45) Дата опубликования описания 16.12.76 (72) Авторы изобретения

Иностранцы

Джеймс Варнэйби Тэйлор (младший) и Дональд Рэй Дафф (США) Иностранная фирма

«Тексас Инструментс Инкорпорейтед» (США) (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ

Изобретение относится к устройствам для питания систем вычислительной техники, в частности к питающим приставкам для портативной вычислительной системы с использованием одного или нескольких источников по- 5 стоянного напряжения.

Известно устройство для питания, например, вычислительной системы, содержащее комплект батарей и блок питания, включающий в себя преобразователь, выпрямитель и вилку для подсоединения этого блока к вычислительной системе.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для питания нагрузки,,содержащее два комплекта батарей с разной емкостью, размещенных в двух контейнерах, два переключателя, ограничительное сопротивление, входные клеммы для подключения выпрямленного напряжения и выходные клеммы для подсоединения к нагрузке. Однако это устрой тво не обеспечивает возможности питания пагруэоеи от различных источников постоянного тока.

Для обеспечения возможности питания нагрузки от различных источников постоянного тока предлагаемое устройство снабжено дополнительным переключателем, сблокирован ным со вторым контейнером и соединенным с обоими контейнерами, а через первый переключатель с одной из выходных клемм, причем в первом контейнере размещены батареи первого и второго комплектов, а во втором контейнере — один элемент второго комплекта батарей; входные клеммы связаны со второй выходной клеммой устройства и с первым контейнером с одной стороны непосредственно, а с другой стороны через первый и дополнительный переключатели; второй переключатель включен между вторым контейнером и входными клеммами, а ограничительное coIlpoTHBJIeHHå включено через дополнительный переключатель между одной из входных клемм и первым и вторым контейнерами.

При этом первый комплект батарей Bblполнен из аккумуляторов, например никелькадмиевых, а второй комплект — из первичных элементов.

На фиг. 1 показан миниатюрный электрический вычислитель с описываемым устройством для питания; на фиг. 2 — функциональная блок-схема вычислительной системы; на фиг. 3 — 6 — схема описываемого устройства.

Портативный переносной электронный вычислитель 1 (см. фиг. 1) содержит панель 2 для ввода данных и ичдикацию 8 для выходной информации. Вычислитель 1 приводится в действие батареями 4 vëH собственной системой питания, присоединенной при помощи провода 5. Батареи 4 могут быть или перезаряжаемыми, или неперезаряжаемыми смен535915 ными батареями. Собственная система питания содержит блок 6 питания, включающий в себя преобразователь и выпрямитель (зарядный). Блок питания обеспечивает на выходе постоянное или переменное напряжение соответствующей величины. Вилка 7, присоединенная к блоку 6, вставляется в вычислитель 1 для его питания.

Блок 6 питания (см. фиг. 2) .подключается к линии 8 напряжения для ооеспечения:напряжения на входе автоматически переключающейся приставки 9 для питания. При использовании блока 6 в качестве выпрямителя он содержит стандартный преобразователь переменного TOKB B постоянный включающи в себя понижающий трансформатор с фильтрующим устройством стандартной конструкции на выходе, и предназначен для исгочьзования с неперсзаряженными батареями или с вычислителем без батарей. Если в вычислителе используются перезаряжаемые батареи совместно с блоком 6, то требуется только понижающий трансформатор с диодным мостом, так как батареи, "îåäèíåííûå параллельно с ,выпрямителем, обеспечивают необходимую фильтрацию.

Многоэлементная батарея 4 может подавать одно из двух положительных напряже HH по отношению к отрицательному напряжению на приставке 9 для питания. Эти положительные напряжения представляют собой напряжения, подаваемые первым или вторым комплектом батарей. Например, если,нагрузка, т. е. вычислитель 1, требует для работы напряжение 3,2 — 3,5 В и, предполагая, что З5 питаиие осуществляется батареей 4 вмеoто блока 6, то батарея 4 должна давать по меньшей иере напряжение 3,2 В, чтобы гарантировать работу индикации, без учета уменьшения выходного напряжения батареи при ее 4о ,работе.

Никель-кадмиевый элемент является типичным элементом, используемым в перезаряжаемых батареях. В течение 5 мин его выходное напряжение падает до 1,1 В с 1,5 В номи- 45 нального уровня при полной его зарядке. Следовательно, чтобы обеспечить минимально требуемое для питания индикации напряжение 3,2 В, требуется три никель-кадмиевых элемента, С другой стороны, неперезаряжае- 50 мые или сменные батареи, такие как щелочно-марганцевые батареи, имеют срок полезной работы, определяемый их разрядкой до минимального напряжения 0,8 В на один элемент. Поэтому, чтобы обеспечить напряжение 55

3,2 В для питания индикации, требуется че TbIpB щелочных элемента. Следовательно, при реализации схемы на фиг. 2 одно положительное напряжение подается на вход питающей приставки с трех никель-кадмиевых,элемен- 50 тов, а другое положительное напряжение подается с четырех элементов щелочной бата,р Ри.

При оптимальном и "пользовании энергии батарей, гарантирующих минимально требуе- 55 мое напряжение для питания нагрузки, и при удовлетворении требоваиия выбора использования перезаряжаемых илп сменных батарей должно быть два комплекта батарей с различным количеством элементов в них. В данном случае используется первый комплект из четырех щелочных элементов и второй комплект из трех никель-кадмиевых элементов, Е сли используется более трех никель-кадмиевых элементов, то период времени между перезарядами увеличивается, но при этом возрастает стоимость за счет дополнительного элемента. Использование меньше трех элементов требует применения преобразующей аппаратуры, например удвоителя напряжения, которая имеет к. п. д. только 75%. Использование двух никель-кадмиевых элементов обеспечивает срок работы между перезарядами, равный лишь половине срока работы трех никель-кадмиевых элементов.

Полезный срок работы щелочных элементов определяется .временем падения напряжения на них с номинального напряжения 1,5 В приблизительно до 0,8 В. Следовательно, если используются только три последовательно соединенных щелочных элемента, чтобы обеспечить общее напряжение 3,2 В, то при этом системой используется лишь 65 — 70% энергии батареи. Таким образом, при применении перезаряжаемых или сменных батарей для питания вычислителя оптимальные условия достигаются при иопользовании или четырех щелочных элементов, или трех никель-кадмиевых элементов.

На фиг. 3 — б схематично показаны варианты выполнения предложенного устройства. Средства,10 — 18 .для размещения батарей соединены последовательно друг с другом.

При этом имеются две выходные клеммы: клемма 14 и клемма 15, соединенная с переключателем 16. Переключатель 16 может быть соединен с положительным и отрицательным выходам и блока питания, с выходной клеммой 14,и другим переключателем 17.

Переключатель 17 является двухполюсным и в замкнутом состоянии соединяет переключатель 16 с- выходной клеммой 18. Сопротивление 19 для ограничения тока соединяет полюса переключателя 17 и через переключатель 16 соединяется последовательно с блоком 6, что ограничивает зарядный ток через соответствующий комплект батарей при подсоединении к ним выпрямителя блока. Переключатель 20 через сопротивление 19 соединяет переключатель 16 с внутренним отводом от последовательной цепочки элементов, определяющих первый и второй комплекты батарей. На фиг. 3 показан первый комплект батарей В,— B-., который вставлен .в батарейный контейнер 11 — И.,Переключатель 20 реагирует на присутствие или отсутствие батареи в отсеке 10 и при отсутствии в этом отсеке батареи он замкнут. Переключатель 20 выполняет двойную функцию: когда он замкнут, то соединяет элемент В, с переключате535915

35 лем 17 и через него с выходной клеммой 18, а также соединяет блок 6 питания через токоограничивающее сопротивление 19 с батареями  — В, для их зарядки. Батареи BI — B3 являются батареями перезаряжаемого типа, например никель-кадмиевыми. Могут быть использованы и другие батареи перезаряжаемого типа.

Переключатель 16 выбирают такого же типа, как переключатель 20. Он приводится в действие при подключении или отключении блока 6. На фиг. 3 показан случай, когда блок

6 отключен, что вызывает соединение переключателя 16 с переключателем 17, соединяющим выходную клемму 18 с положительной клеммой 1 5.

На фиг. 4 показан случай, когда элемент

Вд вставлен в приемный отсек 10. Введение элемента В вызывает размыкание переключателя 20, что приводит к подключению всей I;oследовательной цепочки элементов

 — Вд через переключатель 17 к выходной клемме 18. Набор щелочных элементов должен ооеспечить минимальное напряжение

3,2 В, например, для питания вычислительной аппаратуры. При вставлении элемента Вд в приемный отсек 10 переключатель 20 автоматическ и размыкается. Переключатель 17 используется потребителем для включения или выключения питания нагрузки.

На фиг. 5 блок 6 показан в качестве зарядного выпрямителя. Поскольку элемент Вд удален, переключатель 20 автоматически удерживается в разомкнутом положении, соединяя батарею В, черсз ограничительное сопротизление 19 с блоком 6. При соединении блока 6 питания с переключателем 16 этот переключатель автоматически, за счет механического воздействия, отсоединяет выводной конец отсека 10, противоположный выводу к переключателю 20, от блока 6 и переключателя 17. При подключении нагрузки замыканием переключателя 17, присоединенного к питающей приставке, блок 6 питания питает нагрузку, присоединенную к выходным клеммам, а также заряжает батареи В> — B>, составляющие первый комплект перезаряжаемых элементов.

На фиг. 6 комплект перезаряжаемых элементов В,— Вз .размещен вместе с комплектом сменных элементов  — Byv. Переключатель

20 автоматически размыкается за счет механического воздействия при вставлении элемента В в приемный отсек 10 и отсоединяет батарею  — Вз от блока 6, гарантируя, что зарядный ток не пойдет через эту батарею.

При пропускании зарядного тока через щелочные батареи возможен опасный взрыв, результатосм которого, по меньшей мере, может быть разрушение щелочных батарей. Согласно фиг. 6 пе предусмотрено никакого особого регулирования переключателей, но возможен случай, когда все батареи удалены из приемных гнезд 10 — 13 и переключатель 20 при

60 б5 этом замкнут. При такой ситуации возможно питание вычислительной системы от блока 6 через переключатель 16, а заряжающая цепочка через сопротивление 19 остается разомкнутой благодаря отсутствию батарей.

Таким образом, используя предлагаемое изобретение, т. е. многоцелевую батарейную приставку, обеспечивается возможность выбора средств питания нагрузки. Для питания нагрузки можно использовать только щелочные батареи, только выпрямитель, щелочные батареи и выпрямитель, только перезаряжаемые батареи, перезаряжаемые батареи с зарядным выпрямителем.

Предлагаемое устройство обеспечивает несколько источи иков энергии без значительного повышения стоимости электронных устройств. Кроме того, определенное первоначальное положение переключателей 16, 17 и

20 и определенный выбор нормально открытых или нормально замкнутых переключателей исключают возможность заряда щелочных батарей блоком 6. Только в случае, который является общим при использовании перезаряжаемых батарей, а именно когда три щелочные батареи вставляются в гнезда 11—

13, возможно возникновение опасной ситуации. При использовании четырех щелочных батарей последние автоматически отключаются от зарядной цепи, что обеспечивает безопасные условия работы. Применение изобретения упрощает производство портативных электронных вычислительных систем.

Формула изобретения

1. Устройство для питания нагрузки, например портативной вычислительной системы, содержащее два комплекта батарей с неравным числом элементов, размещен:IIIx в двух контейнерах, два гереключателя, ограничительное сопротивление, входные клеммы для подключения выпрямленного напряжения и выходные клеммы для подсоединения к нагрузке, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности питания нагрузки от различных источников постоянного тока, оно снабжено дополнительным переключателем, сблокированпым со вторым контейнером и соединенным,с обоими контейнерами, а через первый переключатель с одной из выходных клемм, причем в первом контейнере размещены батар "è первого и второго комплектов, а во втором контейнере — один элемент второго комплекта батарей; входные клеммbI сВIIÇаны со ВтоpÎÉ Выходно!I клеммой yñòройства и с первым контейнером с одной стороны непосредственно, а с другой .стороны через первый и дополнительный переключатели; второй переключатель включен между вторым контейнером и входными .клеммами, а ограничительное сопротивление включено через до535915 полнительный переключатель между одной из входных клемм и первым и вторым контейне.рами.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что первый комплект батарей выполнен из аккумуляторов, например никель-кадмие,вых, а второй комплект — из первичных элементов.

535915 (-) (+) (-) (+) (+) Риг. 5

Составитель И. Найдина

Техред E. Петрова

Корректор И. Симкина

Редактор А. Пейсоченко

Заказ 1025/1572 Изд. № 1781 Тираж 882 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, K-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»