RU223926U1 - Устройство накопления энергии - Google Patents
Устройство накопления энергии Download PDFInfo
- Publication number
- RU223926U1 RU223926U1 RU2023124640U RU2023124640U RU223926U1 RU 223926 U1 RU223926 U1 RU 223926U1 RU 2023124640 U RU2023124640 U RU 2023124640U RU 2023124640 U RU2023124640 U RU 2023124640U RU 223926 U1 RU223926 U1 RU 223926U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- capacitor
- output
- input
- control device
- key
- Prior art date
Links
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 44
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract description 3
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 2
- 230000036039 immunity Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к области электронной техники, преимущественно может быть использована в специальной технике, например в системах управления и приборах (абонентах) космических аппаратов (КА) для устранения однократного пускового импульса тока приборов. В частности, где в цепях первичного источника питания КА с целью повышения помехоустойчивости системы недопустим пусковой ток абонента с амплитудой много больше амплитуды тока абонента в штатном режиме его работы. Техническим результатом является устранение ВЧ-помех при включении абонента в цепях первичного источника питания постоянного тока. Особое значение устранения помех имеет в технике специального применения, например в аппаратуре КА. Использование вместо индуктивности в качестве накопителя энергии конденсатора позволяет сократить ГМХ устройства. При этом электронная часть может быть исполнена в виде в виде кристалла ИМС аналогично СБИС, ГМХ которого по сравнению с ГМХ конденсатора при токе его разряда порядка 10…20 А пренебрежимо малы. Энергопотребление устройства определяется практически величиной запасенной энергии W. В режиме хранения W энергопотребление отсутствует. Окончание процесса накопления энергии W фиксируется специальным сигналом. Величина напряжения Uвых заряда последовательного соединения двух конденсаторов может быть реализована в диапазоне напряжений от 0 < Uвых <2 ⋅ Uвх. При этом величина накопленного заряда не зависит от изменения входного напряжения Uвх. Величина постоянного тока накопителя энергии в режиме накопления W может быть установлена равной или менее тока потребления нагрузки в штатном режиме ее работы. Время хранения энергии W определяется утечками, заряда конденсаторов - их качеством.
Description
Область техники
Полезная модель относится к области электронной техники, преимущественно может быть использована в специальной технике. Например, в системах управления и приборах (абонентах) космических аппаратов (КА) для устранения однократного импульса тока апериодической формы абонента в режиме включения. В частности, где в цепях первичного источника питания КА с целью повышения помехоустойчивости системы недопустим их пусковой ток с амплитудой много больше амплитуды тока абонента в штатном режиме его работы.
Уровень техники
Известен накопитель энергии в индуктивности [1]. Устройство состоит из источника питания постоянного тока, первый вывод которого соединен с последовательной цепью, состоящей из первого и второго ключей, а также первого вывода нагрузки, второй вывод которой соединен с вторым выводом источника питания постоянного тока. Между вторым выводом нагрузки и точкой соединения ключей включена индуктивность.
Способ накопления энергии состоит в том, что замыкают первый ключ. По достижении в индуктивности требуемого запаса энергии источник питания отключают первым ключом. Вторым ключом к индуктивности подключают нагрузку.
Недостаток устройства состоит в том, что он не обеспечивает необходимый постоянный уровень запасенной энергии при изменении напряжения источника питания постоянного тока. Например, в системах бортового питания КА (24…32В). Другим недостатком являются большие габаритно массовые характеристики (ГМХ) индуктивности (недопустимые, например, в КА) для обеспечения пусковых токов нагрузки порядка 10…20А (заданного уровня запасенной энергии). Также, недостатком является отсутствие информации (сигнала) о достижении заданного уровня запасенной энергии.
Прототип
Из известных аналогов наиболее близкими по технической сущности является устройство для его осуществления, представленное в работе [2]. Структурно-принципиальная схема прототипа приведена в Приложении - фиг. 0. Устройство состоит из источника питания постоянного тока, первого и второго ключей, индуктивности, конденсатора, генератора, порогового устройства, диода. Первый вывод источника питания постоянного тока соединен с последовательной цепью, состоящей из первого ключа, индуктивности, первого вывода конденсатора, второй вывод которого соединен с вторым выводом источника питания постоянного тока. Параллельно источнику питания постоянного тока подключен генератор, выход которого через второй ключ соединен с входом управления первым ключом. Вход управления вторым ключом соединен с выходом порогового устройства, вход которого соединен с первым выводом конденсатора, общий вывод соединен с вторым выводом конденсатора, вход питания соединен с первым выводом источника питания постоянного тока. Второй вывод конденсатора соединен с анодом диода, катод которого соединен с точкой соединения первого ключа и индуктивности.
Способ накопления энергии состоит в том, что контролируют по напряжению уровень запасенной энергии Wc = C⋅Uc 2/2 в конденсаторе с емкостью С, где Wc определена по формуле (15) работы [3]. При обнаружении Uc<U0, где U0 - заданный уровень, к источнику питания постоянного тока подключают и отключают с заданной частотой зарядно - разрядную цепь, состоящую из последовательно соединенных индуктивности и конденсатора. При обнаружении Uc<U0 отключают зарядно-разрядную цепь от источника питания постоянного тока.
Устройство обеспечивает заданный уровень запасенной в конденсаторе энергии Wc. Частота (которая может быть более 65 кГц) коммутации зарядно-разрядной цепи позволяет использовать приемлемую величину индуктивности в аппаратуре специального применения. Информацией (сигнала) о достижении заданного уровня запасенной энергии может служить первый импульс сигнала управления вторым ключом устройства после подачи входного напряжения.
Недостаток устройства состоит в том, что после подачи напряжения от источника питания постоянного тока процесс установления заданного уровня запасенной энергии W0 в конденсаторе сопровождается наличием ВЧ спектра помех в цепях источника питания постоянного тока. При этом длительность этого переходного процесса для обеспечения W0 при требуемых пусковых токах нагрузки накопителя энергии - порядка 10…20 А может достигать 1…10 с - множество циклов заряд-разряд с приемлемо малой величиной индуктивности. При этом процесс накопления энергии сопровождается помехами в цепи первичного источника питания. Для обеспечения достижения W0 за один цикл заряда-разряда цепи из индуктивности и конденсатора величина индуктивности будет соответствовать недопустимым ГМХ равноценных описанному выше аналогу [1]. Также недостатком устройства при его использовании в качестве накопителя заряда является неограниченное продолжение циклов заряд - разряд цепи из индуктивности и конденсатора после достижения W0. Тем самым имеем излишнее энергопотребление устройства, снижение его ресурса и надежности. Другим недостатком являются малые функциональные возможности. Это следует из обеспечения устройством запаса энергии (Uc) конденсатора W0, в диапазоне ограниченном нижним значением Uc < Uвх_мин ≤ Uвх_max, где Uвх_мин - минимальное, а Uвх_max - максимальное значение напряжения источника питания постоянного тока. При этом накопитель заряда для функционирования его нагрузки в диапазоне (например, 24 … 32В) должен обеспечивать значение W0 источника питания постоянного тока с уровнем напряжения накопительного конденсатора во всем указанном выше диапазоне напряжений.
Цель полезной модели
Целью полезной модели является устранение ВЧ спектра помех в цепях источника питания постоянного тока, оптимизация ГМХ устройства, ограничение двумя циклами заряда конденсатора накопителя заряда, повышение ресурса и надежности, снижение энергопотребления, расширение функциональных возможностей.
Сущность полезной модели
Устройство иллюстрируется фиг.1, которое содержит источник 1 напряжения, генератор 2 тока, ключ 3, конденсаторы 4 и 5, ключи 6 и 7, устройство 8 управления, выходные шины 9 и 10, шину 11 включения.
Первый вывод источника 1 напряжения соединен последовательно с генератором 2 тока, ключом 3, конденсатором 4, конденсатором 5, вторым выводом источника 1 напряжения. Ключ 6 включен между соединением генератора 2 тока с ключом 3 и точкой соединения конденсаторов 4 и 5.
Ключ 7 включен параллельно конденсатору 5. Вывод питания устройства 8 управления соединен с первым выводом источника 1 напряжения. Общий вывод устройства 8 управления соединен с вторым выводом источника 1 напряжения. Входы управления ключа 3 и ключа 7 соединены с первым сигнальным выходом S1 устройства 8 управления. Вход управления ключа 6 соединен с вторым сигнальным выходом S2 устройства 8 управления, третий сигнальный выход Uупр которого соединен с входом выключения источника 1 напряжения. Первый информационный вход устройства 8 управления соединен с точкой соединения ключа 3 и конденсатора 4, а также с выходной шиной 9. Второй информационный вход устройства 8 управления соединен с точкой соединения конденсаторов 4 и 5. Шина 11 включения соединена с входом включения источника 1 напряжения и с входом включения устройства 8 управления. Второй вывод источника 1 напряжения соединен с выходной шиной 10.
В источнике 1 напряжения второй его выход соединен последовательно с генератором 18 постоянного напряжения, коммутатором 19 напряжения, вход включения которого соединен с входом включения источника 1 напряжения, а вход выключения соединен с входом выключения источника 1 напряжения, а выход соединен с первым выходом источника 1 напряжения. Коммутатор 19 напряжения может быть выполнен, например, по работе [4].
Устройство 8 управления содержит пороговое устройство 12, триггер 13, пороговое устройство 14, элемент 15 И, триггер 16, элемент 17 задержки.
Первый информационный вход устройства 8 управления соединен с входом порогового устройства 12, выход которого соединен с входом установки R триггера 13, прямой выход которого соединен с первым сигнальным выходом S1 устройства 8 управления. Второй информационный вход устройства 8 управления соединен с входом порогового устройства 14. Вход питания и вход «Общ.» устройства 8 управления подключены к выводам питания элементов устройства 8 управления и на фиг.1 не показаны так как не являются существенными признаками полезной модели. Инверсный выход триггера 13 соединен с одним входом элемента 15 И, другой вход которого соединен с прямым выходом триггера 16. Выход элемента 15 И соединен со вторым сигнальным выходом S2 устройства 8 управления. Выход порогового устройства 14 соединен с входом установки R триггера 16 и через элемент 17 задержки - с третьим сигнальным выходом Uупр устройства 8 управления. Вход включения (Вкл.) устройства 8 управления соединен с входами установки в S триггеров 13 и 16.
Работа полезной модели
Исходное состояние источника 1 напряжения - отсутствие напряжения на входе генератора 2 тока. Подают сигнал включения в виде импульса напряжения на шину 11 включения. Этим сигналом коммутатор 19 напряжения переводится в открытое состояние и на его выходе появляется напряжение Un. Одновременно устанавливаются триггеры 13 и 16 в состояние логической 1 по их прямому выходу. Триггер 13 формирует сигнал Si, которым открываются ключи 3 и 7. Сигнал S2 при этом равен нулю и ключ 6 закрыт. Соответственно током генератора 2 тока заряжается конденсатор 4. Заряд продолжается до обнаружения пороговым устройством 12 заданного уровня напряжения на конденсаторе 4.
Рекомендуется в диапазоне допустимого изменения напряжения генератора 18 постоянного напряжения устанавливать этот уровень по значению
где - максимальное и минимальное значения напряжений источника 1 напряжения и, например, обычно принятого в технике.
По достижении заряда конденсатора 4 заданного уровня с напряжением (1) пороговым устройством 12 вырабатывается сигнал в виде импульса или постоянного уровня логической 1. При этом триггер 13 устанавливается в состояние 0 по прямому выходу и на обоих входах элемента 15 И уровни напряжений логической 1, а уровень сигнала S1 равен 0. Соответственно закрываются ключи 3 и 7, а сигналом S2 открывается ключ 6, через который осуществляется заряд конденсатора 5. Заряд его продолжается аналогично заряду конденсатора 4 с рекомендуемым уровнем срабатывания порогового устройства 14 по напряжению (1). Появление сигнала порогового устройства 14 вызывает срабатывание триггера 16 с установкой его в логическое состояние 0. При этом оба сигнала Si и S2 равны нулю и ключи 3, 6, 7 закрыты. Одновременно на сигнальном выходе устройства 8 управления формируется информационный выходной сигнал Uyпp, который через элемент 17 задержки также выключает коммутатор 19.
Таким образом, устройство 8 управления обесточено, ключи 3, 6, 7 закрыты, конденсаторы 4 и 5 заряжены и на выходных шинах 9-10 сформировано напряжение - напряжения на конденсаторах 4 и 5. Величина задержки сигнала рекомендуется не менее 1 мкс для надежного срабатывания элементов устройства.
Техническим результатом является устранение ВЧ спектра помех в цепях первичного источника питания постоянного тока. Особое значение устранения помех имеет в технике специального применения, например, в аппаратуре КА. Замена индуктивности - накопителя W [1] на конденсатор позволяет сократить ГМХ устройства. При этом электронная часть может быть исполнена в виде в виде кристалла ИМС аналогично СБИС, ГМХ которого по сравнению с ГМХ конденсатора при токе его разряда порядка 10…20 А пренебрежимо малы. Энергопотребление устройства при КМОП элементной базе определяется практически величиной запасенной энергии W. В режиме хранения W энергопотребление отсутствует. Окончание процесса накопления энергии W фиксируется специальным сигналом требуемой длительности. Величина напряжения заряда последовательного соединения конденсаторов может быть реализована в диапазоне напряжений от 0 < Uвых = const ≤ 2 ⋅ Uвх_мин во всем диапазоне изменения При этом величина накопленного заряда не зависит от изменения входного напряжения
Источники информации
1. Лекция 11. Индуктивные накопители энергии,
https://studopedia.su/9_29203_lektsiya-induktivnie-nakopiteli-energii.html?ysclid=llkm9hngls58310284
2. Elektrolife. Импульсные стабилизаторы и преобразователи постоянного тока, рисунок - «Маломощный импульсный стабилизатор на +5В», https://elektrolife.ru/teoriya/impulsnye-stabilizatory-i-preobrazovateli-postojannogo-toka/?ysclid=lls71suu45211792858
3. ФИЗИКА. Исследование процессов заряда и разряда конденсатора, С.С. Прошкин, В.В. Фицак, М.О. Силиванов. «Санкт-Петербургский горный университет». СПб, 2019 г.
4. Резервированный коммутатор напряжения питания. Патент RU №218 650, МПК НОЗК 17/687, 2023 г.
Claims (1)
- Устройство накопления энергии, содержащее источник напряжения, два ключа, конденсатор, устройство управления, первую и вторую выходные шины, причем один вывод источника напряжения соединен с первым выводом конденсатора, общим выводом питания устройства управления и с одной выходной шиной, другой вывод питания устройства управления соединен с другим выводом источника напряжения, вход управления первого ключа соединен с одним выходом устройства управления, один информационный вход устройства управления соединен с вторым выводом конденсатора, характеризующееся тем, что в него введены генератор тока, третий ключ, второй конденсатор и шина включения, причем генератор тока включен между выводом питания устройства управления и силовыми входами первого и второго ключей, выход первого ключа соединен с другим информационным входом устройства управления и через второй конденсатор с вторым выводом первого конденсатора и также с другой выходной шиной, силовой выход второго ключа соединен с точкой соединения конденсаторов, третий ключ включен параллельно первому конденсатору, шина включения соединена с входом включения источника напряжения, входом включения устройства управления, вход управления третьего ключа соединен с входом управления первого ключа, вход управления второго ключа соединен с другим выходом устройства управления, третий сигнальный выход устройства управления соединен с входом выключения источника напряжения.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU223926U1 true RU223926U1 (ru) | 2024-03-07 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2393860B (en) * | 2002-09-27 | 2006-02-15 | Zap Wireless Technologies Ltd | Improvements relating to retention of rechargeable devices |
RU2279748C1 (ru) * | 2005-03-09 | 2006-07-10 | Липецкий Государственный Технический Университет (Лгту) | Устройство для заряда накопительного конденсатора |
RU2503113C9 (ru) * | 2012-06-18 | 2014-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Устройство заряда накопительного конденсатора |
RU218650U1 (ru) * | 2023-02-20 | 2023-06-05 | Юрий Николаевич Цыбин | Резервированный коммутатор напряжения питания |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2393860B (en) * | 2002-09-27 | 2006-02-15 | Zap Wireless Technologies Ltd | Improvements relating to retention of rechargeable devices |
RU2279748C1 (ru) * | 2005-03-09 | 2006-07-10 | Липецкий Государственный Технический Университет (Лгту) | Устройство для заряда накопительного конденсатора |
RU2503113C9 (ru) * | 2012-06-18 | 2014-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Устройство заряда накопительного конденсатора |
RU218650U1 (ru) * | 2023-02-20 | 2023-06-05 | Юрий Николаевич Цыбин | Резервированный коммутатор напряжения питания |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102231605B (zh) | 一种开关电源副边的同步整流控制电路及反激式开关电源 | |
US10972003B2 (en) | Charge pump | |
CN108809071B (zh) | 一种开关电源的软启动控制电路以及开关电源 | |
CN209401313U (zh) | 一种控制电压纹波的电路 | |
CN111562494B (zh) | 一种测试换流阀开通关断特性的试验电路、方法 | |
CN212518785U (zh) | 一种假负载放电电路及电子产品 | |
CN105939108A (zh) | 一种开关电感型准开关升压dc-dc变换器 | |
US5065072A (en) | Power supply circuit for an arc lamp, in particular for a motor vehicle headlight | |
CN105939107A (zh) | 一种混合型准开关升压dc-dc变换器 | |
CN106253719A (zh) | 一种负载电源控制电路及装置 | |
CN111095713B (zh) | 蓄电装置用升降压装置以及蓄电装置 | |
RU223926U1 (ru) | Устройство накопления энергии | |
CN217824301U (zh) | 充电控制电路及储能设备 | |
US5877614A (en) | Electronic switch-mode power supply | |
CN110165880B (zh) | 一种稳定开关电路输出电压的电路及方法 | |
CN113659819B (zh) | 一种掉电延时控制方法及控制电路 | |
CN110797877B (zh) | 一种高压发生器母线电压控制方法及高压发生器 | |
CN112467976B (zh) | 开关变换器及其控制电路和控制方法 | |
CN209896901U (zh) | 一种稳定开关电路输出电压的电路 | |
CN114006426A (zh) | 一种大容性负载预充电路及其工作方法 | |
JPS6215023B2 (ru) | ||
CN100423433C (zh) | 柔性启动装置 | |
CN216774280U (zh) | 驱动电路与电器设备 | |
CN214585620U (zh) | 一种直流电源 | |
CN215580423U (zh) | 一种超级电容备份电源电路 |