Система питания

Система питания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Соввтснмк

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заивлемо 05. 03. 80 (21) 2890916/24-07 с присоеднменнем занвкн 1те (23) Приоритет

Опубликовано 23. 01 . 82 ° Бюллетень М 3

Дата опублнкованнн опмсамнв 23.01.82 (st)M. Кл.

Н 02 J 7/34

Гоеударстмнный комитет

СССР по делом нзобретенкй н открытой (53) УД3(, b21° . 316. .722.1(088.8) (72) Авторы изобретения

В.Я.Жуйков, И.Е.Коротеев и В.А.Тодоренко

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при необходимости питания постоян" ным током электронных устройств ав- . тономных объектов, работающих длительное время без контроля человеком.

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

К недостаткам данных устройств следует отнести возможность перезаряда буферной аккумуляторной батареи повьппенным током, а также необходимость применения буферной батареи повьппенной энергоемкости, рассчитанной на все время самостоятельной работы на нагрузку, что приводит к повышению весогабаритных показателей системы питания.

Известна система питания, содержащая две буферные аккумуляторные

2 батареи, подключенные через коммутаторы параллельно двум основным источникам энергии, причем всегда одна из аккумуляторных батарей подключена к основному источнику энергии, постоянно работающему на заряд аккумуляторных батарей, а вторая аккумуляторная батарея совместно со вторым основным источником энергии подключена к нагрузке. При разФО ряде батареи, подключенной к нагрузке, происходит переключение коммутаторов, в результате чего разряженная аккумуляторная батарея подключается к основному источнику энертз гии, постоянно работамщему на заряд аккумуляторных батарей, а заряженная аккумуляторная батарея подключается к нагрузке (4

К недостаткам это системы литания следует отнести повышенные весогабаритные показатели, вследствие применения двух буферных аккумуляторных батарей, двух основных ООЗб7

Известна система питания, содержащая параллельно включенные, коммутируемые первичный источник питания и аккумуляторную батарею, причем первичный источник питания постоянно подключен к нагрузке, а аккумуляторная батарея либо заряжается от первичного источника питания в течение времени, зависящего от предыдущего разряда, либо разряжается на нагрузку (9 ).

Недостатком и этой системы питания является повьппение весогабарит55 источников энергии, а также основного источника энергии, непрерывно работающего на нагрузку, способного обеспечить максимальную мощность нагрузки системы питания в 5 моменты переключения буферных аккумуляторных батарей с заряда на разряд и обратно.

Известны системы питания, содержащие две включенные параллельно 1ф нагрузке аккумуляторные батареи, либо аккумуляторную батарею и основной источник питания, коммутируемые к нагрузке посредством ключей, причем всегда один из источников, 15 энергии подключен к нагрузке, а второй отключен. Подключение отключенного источника питания к нагрузке производится при уменьшении напряжения на работающем источнике питания до определенной величины, при этом работающий источник питания от нагрузки отключается f5 ) и (б j.

К недостаткам таких систем питания также относятся повышенные ве- g5 согабаритные показатели вследствие использования двух источников питания, рассчитанных на максимальную мощность нагрузки.

Известны также системы питания, 515 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 наперед ,закону (7 ) и (8),.

Недостатком данных систем питания являются повышенные весогабаритные показатели вследствие применения аккумуляторной батареи, рассчитанной на все время работы системы питания на максимальную мощность нагрузки. ных показd7 леп з 1 счет увеличения максимальной мощности, отдаваемой первичным источником питания, которая определяется суммой максимальной мощности нагрузки и мощности, отдаваемой на зарядку аккумулятора.

Известна также система питания, содержащая первичный источник питания ограниченной мощности, аккумуляторную батарею, соединенную с первичным источником через транзисторный ключ, измерительный элемент, включенный между точкой соединения транзисторного ключа с первичным источником питания и нагрузки, причем измерительный элемент связан с транзисторным ключом (!0).

К недостаткам данной системы питания следует отнести возможность перезаряда аккумуляторной батареи поBbGUeHHbIM током, а также то, что аккумуляторная батарея подключается к нагрузке при перегрузке первичного источника по току, а не по мощности, вследствие чего необходимо применять первичный источник, рассчитанный на максимальную мощность нагрузки, и, следовательно, повышать весогабаритные 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 (11).

Однако в таких системах питания энергия, проходящая от первичного . источника питания в нагрузку через. аккумуляторную батарею, преобразуется два раза, вследствие чего их

КПД занижен, что ведет к повышению весогабаритных показателей первич-. ного источника, а следовательно, и всей системы питания.

Известна система питания, отличающаяся .от упомянутых устройств тем, что общая точка соединения первичного источника и регулятора заряда — разряда связана с нагрузкой через стабилизатор напряжения, а первичный источник является источником ограниченной мощности (12).

Недостатком такой системы питания является тройное преобразование энер» гии, проходящей от первичного источника питания в нагрузку через ак5 90 кумуляторную батарею, что приводит к повышению весогабаритных показателей системы питания.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является сисстема 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 или максимальной мощности, или номинальной мощности, или номинального тока, система управления второго регулятора напряжения обеспечивает в режиме заряда аккумулятора стабилизацию напряжения нагрузки, а в режиме разряда аккумулятора — необходимыи" отбор мощности от аккумулятора $13).

Однако постоянный отбор от пер вичного источника питания макси0367. мальной мощности, или номинальной мощности, или номинального тока при различных значениях мощности нагрузки приводит к повьппению весогабаритных показателей системы питания, вследствие применения первичного источника питания повьппенной энергоемкости. Недостатком известной системы питания является также возможность перезаряда аккумуляторной батареи повышенным током, так как, при малой мощности нагрузки избыток мощности, отдаваемой первичным источником, поступает в аккумулятор. Кроме того, КПД известной систеьы питания понижен вследствие тройного преобразования энергии, проходящей от первичного источника питания в. нагрузку через буферную аккумуляторную батарею.

Цель изобретения — улучшение весогабаритных показателей системы питания, устранение возможности переэаряда буферной аккумуляторной батареи повьппенным током, увеличение КПД.

ЗЮ

SO

Поставленная цель достигается тем, что в систему питания, содержащую источник постоянного напряжения, подсоединенный к первому регулятору напряжения, первую систему

IO

IS

30 управления, связанную выходом со входом управления первого регулятора напряжения, буферную аккумуляторную батарею, второй регулятор напряжения, соединенный выходом с нагрузкой, вторую систему у, связанную выходом со входом управления второго регулятора напряжения, введены два датчика тока, причем первый датчик тока включен между регуляторами напряжения, а второй датчик тока включен между буферной аккумуляторной батареей и общей точкой соединения первого датчика тока и второго регулятора напряжения, два дат« чика напряжения, причем первый датчик напряжения связан входом с нагрузкой, а выходом — со второй системой управления, а второй датчик напряжения связан входом с общей точкой соединения первого датчика тока и второго регулятора напряжения, датчик мощности, связанный входами с выходами первого датчика тока и вто" рого датчика напряжения, коммутатор, соединенный входами с выходами второго датчика тока и датчика мощности, а выходом-со входом первой системы управления.

На чертеже изображена блок-схема системы питания.

Система питания содержит первичный нерегулируемый источник I питания, соединенный с первым регулятором

2 напряжения, выход которого через датчики 3 и 4 тока связан с буферной аккумуляторной батареей 5, причем датчик 3 тока соединен с выходом регулятора 2 напряжения, а датчик 4 тока соединен с буферной аккумуляторной батареей 5, второй регулятор 6 напряжения, включенный между общей точкой соединения датчиков 3 и 4 тока и нагрузкой 7, первый датчик 8 напряжения, соединенный входом с нагрузкой 7, первую систему 9 управления, связанную входом с выходом первого датчика 8 напряжения, а выходомсо вторым регулятором 6 напряжения, второй датчик 10 напряжения, соединенный со входом второго регулятора 6 напряжения, датчик 11 мощности, связанный входами с выходами первого датчика 3 тока и второго датчика IO напряжения, коммутатор !2, соединенный входами с выходами датчиков тока 4 и мощности 11, вторую систему 13 управления, вход

900367

3 !

Ф которой соединен с выходом коммутатора 12, а выход - с регулятором

2 напряжения. Причем в качестве регуляторов 2 и 6 напряжения можно использовать, например, широтно"импульсные преобразователи, в качестве датчиков 3 и 4 тока — резистивные датчики тока, а в качестве датчиков 8 и 1О напряжения— резистивные делители напряжения. В качестве датчика 11 мощности можно использовать перемножитель аналоговых сигналов, а в качестве коммутатора — диодно-резисторную схему ИЛИ.

Системы 9 и 13 управления должны реализовать отрицательную обратную связь по отклонению, т.е. содержать источник опорного напряжения, соединенный с устройством вычитания, на второй вход которого заводится регулируемая величина, усилитель>соединенный входом с выходом устройства вычитания, а выходом — с устройством согласования системы управления с регулятором напряжения, которое при применении в качестве регулятора широтно-импульсного преобразователя выпол— няется в виде время-импульсного преобразователя.

Система питания работает следующим образом.

В начале работы буферная аккумуляторная батарея 5 полностью заряжена. При малой величине мощности нагрузки 7, от первичного источника 1 отбирается мощность, необходимая для питания нагрузки 7 и для заряда буферной аккумуляторной батареи 5 стабилизированным током, величина которого выбирается в диапазоне допустимого постоянного тока перезаряда буферной аккумуляторной батареи 5 из условия компенсации тока саморазряда и обеспечения компенсации отдаваемой в нагрузку 7 аккумуляторной батареей 5 энергии. В этом режиме работы системы питания напряжение, заводимое на коммутатор 12 с датчика 11 мощности, меньше напряжения, заводимого с датчика 4 тока, в результате чего коммутатор 12 отключает от системы 13 управления выход датчика

11 мощности и подключает к ней датчик 4 тока. B результате система

13 управления таким образом управля. ет работой регулятора 2 напряжения, что через датчик 4 тока протекает стабильный ток заряда буферной аккумуляторной батареи 5, при этом часть энергии проходит через регулятор 6 в нагрузку 7, причем регулятор 6 совместно с датчиком 8 напряжения и системой 9 управления обеспечивает стабилизацию напряжения нагрузки 7.

При достижении мощности, отдаваемой первичным источником 1, определенной величины начинается переключение цепей обратной связи: коммутатор 12 подсоединяет к системе

13 управления выход датчика 11 мощности и отключает выход датчика 4 тока. В результате регулятор 2 напряжения совместно с датчиком 11 мощности и системой 13 управления обеспечивает стабилизацию выходной мощности первичного источника 1 напряжения. Недостаток мощности нагрузки 7 компенсирует буферная аккумуляторная батарея 5. В этом режиме регулятор 6 напряжения совместно с датчиком 8,напряжения и системой 9 управления также обеспечивает стабилизацию напряжения нагрузки 7.

Предлагаемая система питания отличается от других улучшенными весогабаритными показателями, уменьшение которых произошло вследствие отбора от первичного источника питания средней мощности нагрузки, что достигнуто за счет работы системы питания в двух режимах: стабили49 зации тока заряда буферной аккумуляторной батареи и стабилизации мощности, отбираемой от первичного источника питания. Улучшение весогабаритных показателей связано также с тем, что буферная аккумуляторная батарея рассчитывается только на;всплески: мощности нагрузки, что также объясняется работой системы питания в двух режимах. В предлагаемой системе питания устранена возможность перезаряда буферной аккумуляторной батареи повышенным током благодаря стабилизации ее зарядного тока. КПД системы питания повысился за счет того, что энергия, проходящая от первичного источника питания в нагрузку через буферную аккумуляторную батарею„преобразует9 900367 !О ся два раза, вместо трех раз в из- свяэан входом с нагрузкой, а выховестной системе питания. дом — со второй системой управления, Эффективность предлагаемого уст- а второй датчик напряжения связан ройства заключается в том, .что та- входом с общей точкой соединения кая система питания может длитель- первого датчика тока и второго рексе время работать в составе авто- гулятора напряжения, датчик мощноиомных средств без контроля челове- сти, связанный входами с выходами ком, причем длительность ее работы первого датчика тока и второго определяется энергоемкостью первич- датчика напряжения, коммутатор, соеного источника энергии и сроком на- 1р диненный входами с выходами второго работки элементов. датчика тока и датчика мощности, а выходом — со входом первой системы управления.

Формула изобретения

Система питания, содержащая источник постоянного напряжения, подсоединенный к первому регулятору напряжения, первую систему управления, связанную выходом со входом управления первого регулятора напряжения, буферную аккумуляторную батарею, второй регулятор напряжения, соединенный выходом с нагрузкой, вторую систему управления, связанную выходом со входом управления второго регулятора напряжения, отличающаяся тем, .что, с целью улучшения весогабаритных показателей, устранения возможности перезаряда буферной аккумуляторной батареи повышенным током, увеличения КПД системы питания, в нее введены два датчика тока, причем первый датчик тока включен между регуляторами напряжения, а второй датчик тока включен между буферной аккумуляторной батареей и общей точкой соединения первого датчика тока и второго регулятора напряжения, два датчика напряжения, .ричем первый датчик напряжения

1% Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции N 2082146, кл. Н 02 J 9/00, 1972.

2. Заявка ФРГ Ф 1790095, 30 кл. Н 02 1 9/06, !975 °

3. Авторское свидетельство СССР

М 512537, кл. Н 02 J 7/!4, 1976.

4 ° Авторское свидетельство СССР

11- 417871, кл..Н 02 J 7/34, !974.

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

6. Заявка Франции !! 2152693, кл. Н 02 J 9/00, 1973.

7. Авторское свидетельство СССР зф 1! - 522534, кл. Н 02 J 7/34, 1974.

8. Патент Великобритании У 1266353, кл. Н 02 J 9/06, !972, 9. Заявка Франции В 2386176, кл. Н 02 J 7/10 1979.

10. Авторское свидетельство СССР

1I 473243, кл. Н 02 J 7/34, 1975.

ll ° Заявка Великобритании

Ф 1349079, кл. Н 02 J 7/04, !974

12. Авторское свидетельство СССР

4!! Р 562801, кл. Н 02 J 7/34, 1975.

13. Авторское свидетельство СССР

М 491183, кл. Н 02 J 7/34, 1975.

9ОО367

Составитель И.Найдина

Редактор Н.Егорова Техред Т.Маточка Корректор А,Дзятко,Заказ 12198/70 Тираж 669 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4