RU2512890C1 - Redundant source of current - Google Patents
Redundant source of current Download PDFInfo
- Publication number
- RU2512890C1 RU2512890C1 RU2013110101/07A RU2013110101A RU2512890C1 RU 2512890 C1 RU2512890 C1 RU 2512890C1 RU 2013110101/07 A RU2013110101/07 A RU 2013110101/07A RU 2013110101 A RU2013110101 A RU 2013110101A RU 2512890 C1 RU2512890 C1 RU 2512890C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- inputs
- outputs
- control
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может применяться при создании аппаратуры систем автоматического управления (САУ) объектами ракетно-космической техники (РКТ) и авиации, а также робототехническими комплексами (РТК), предназначенными для ликвидации последствий аварий на объектах атомной промышленности, типа Чернобыльской, тушения пожаров на лесных, нефтяных и газодобывающих промыслах. К таким системам управления предъявляются повышенные требования по надежности работы в экстремальных внешних условиях. К этим условиям относятся механические воздействия (линейные перегрузки, удары и широкополосная вибрация), широкий диапазон изменения температуры окружающей среды (от -60 до +125оС). Кроме того, САУ должны работать в полях ионизирующего излучения космического пространства, атомных энергетических установок и загрязненной местности. Основной частью таких САУ является бортовой управляющий вычислительный комплекс (БУВК), включающий, помимо управляющей ЭВМ, преобразователи «Цифра-аналог» и «Аналог-цифра» информации, принимаемой с датчиков объекта управления и выдаваемой на исполнительные органы объекта.The invention relates to automation and computer technology and can be used to create equipment for automatic control systems (ACS) of objects of rocket and space technology (RCT) and aviation, as well as robotic complexes (RTK), designed to eliminate the consequences of accidents at nuclear facilities, such as the Chernobyl , extinguishing fires in forestry, oil and gas fields. Such control systems are subject to increased requirements for reliability in extreme environmental conditions. These conditions include mechanical effects (linear overload, shock and vibration broadband), a wide range of ambient temperature changes (from -60 to +125 ° C). In addition, self-propelled guns must operate in the fields of ionizing radiation from outer space, nuclear power plants and contaminated areas. The main part of such self-propelled guns is an onboard control computer complex (BWVK), which includes, in addition to the control computer, the Digital-to-Analog and Analog-to-Digital converters of information received from the sensors of the control object and issued to the executive bodies of the object.
Для обеспечения работы датчиков, среди которых много датчиков резисторного типа, требуются источники стабильного тока, обеспечивающие обтекание датчиков. К таким датчикам относятся датчики температуры, датчики обратной связи в исполнительных механизмах управления объектом, например, рулевых машинах, соплах ориентации, заслонках двигательной установки и т.п. Напряжение, снимаемое с датчиков, поступает па преобразователи напряжения в код, который используется в БУВК для решения задач управления. Как правило, ток протекает последовательно через несколько датчиков, сопротивление которых непрерывно меняется, а обеспечение стабильности тока является основой точности вычислений и управления объектом.To ensure the operation of the sensors, among which there are many resistor-type sensors, stable current sources are required to ensure the flow around the sensors. Such sensors include temperature sensors, feedback sensors in the actuators for controlling the object, for example, steering machines, orientation nozzles, shutters of a propulsion system, etc. The voltage taken from the sensors is supplied by the voltage converters to a code that is used in the BUVK for solving control problems. As a rule, current flows sequentially through several sensors, the resistance of which is continuously changing, and ensuring current stability is the basis for the accuracy of calculations and object control.
Задача формирования стабильного тока усложняется экстремальными условиями и действием ионизирующего излучения. Как правило, к БУВК авиационных и ракетно-космических комплексов предъявляется жесткое формальное требование - сохранять работоспособность и точность работы не только при изменении внешней температуры и действии ионизирующего излучения в течение длительного времени, но и при возникновении отказов в блоках и узлах БУВК, в том числе и в преобразователях «цифра - аналог» и «аналог - цифра», а также при деградации параметров комплектующих элементов, вызванной изменением температуры и дозовыми факторами от действия ионизирующего излучения.The task of forming a stable current is complicated by extreme conditions and the action of ionizing radiation. As a rule, a strict formal requirement is imposed on the BUVK of aviation and space-rocket complexes — to maintain operability and accuracy not only when the external temperature and the action of ionizing radiation change for a long time, but also when failures occur in the blocks and nodes of the BUVK and in “digital-analog” and “analog-digital” converters, as well as in the degradation of the parameters of component parts caused by changes in temperature and dose factors from the action of ionizing radiation.
Для формирования стабильного тока используют различные решения. Так, например, в хорошо известной книге П. Хоровиц, У. Хилл «Искусство схемотехники», изд. Москва, «МИР» 1998 г. на стр.105 (рис.2.22 и 2.24) приведен источник тока. Однако сами авторы указывают на его недостатки, которыми являются уходы (нестабильность) параметров во времени. Если использовать данное решение в аппаратуре систем автоматического управления, то данный недостаток усугубляется изменением температуры в широком диапазоне и действием ионизирующего излучения. Кроме того, отказ любого элемента в этом источнике приводит к отказу системы в целом. Изменение параметров элементов также приводит к неработоспособности источника.Various solutions are used to form a stable current. So, for example, in the well-known book of P. Horowitz, W. Hill "The Art of Circuit Engineering", ed. Moscow, MIR 1998 on p. 105 (Fig. 2.22 and 2.24) shows the current source. However, the authors themselves point to its shortcomings, which are the departures (instability) of the parameters over time. If you use this solution in the equipment of automatic control systems, then this disadvantage is exacerbated by temperature changes in a wide range and the action of ionizing radiation. In addition, the failure of any element in this source leads to the failure of the system as a whole. Changing the parameters of the elements also leads to inoperability of the source.
Лучшими характеристиками обладает приведенный в той же книге на стр.128 (рис.2.43) источник тока, реализованный по схеме «токовое зеркало». Однако для его работы требуется симметричность характеристик пары транзисторов и сохранение ее во времени, что не обеспечивается даже в нормальных условиях при длительной работе, не говоря уже о работе в экстремальных условиях в полях ионизирующего излучения.The current source shown in the same book on page 128 (Fig. 2.43) has the best characteristics, implemented according to the “current mirror” scheme. However, its operation requires the symmetry of the characteristics of a pair of transistors and its preservation in time, which is not ensured even under normal conditions during prolonged operation, not to mention working under extreme conditions in the fields of ionizing radiation.
Более полно задача формирования стабильно тока решена в цифроаналоговом преобразователе (патент RU №2066924, H03M 1/66, от 20.09 1996).More fully the task of forming a stable current is solved in a digital-to-analog converter (patent RU No. 2066924, H03M 1/66, dated September 20, 1996).
Устройство содержит преобразователь код-ток, переключатель знакового разряда, группу резисторов, три операционных усилителя и стабильный источник опорного напряжения (ИОН).The device contains a code-current converter, a sign discharge switch, a group of resistors, three operational amplifiers and a stable reference voltage source (ION).
Недостатком данного преобразователя при применении в аппаратуре рассматриваемых систем является наличие не обладающего требуемой радиационной стойкостью ИОН, а также проблематичность сохранения параметров операционных усилителей и преобразователя код-ток на основе операционных усилителей при работе в широком диапазоне изменения температуры и в полях ионизирующего излучения.The disadvantage of this converter when using the considered systems in the equipment is the presence of an ION that does not have the required radiation resistance, as well as the difficulty of maintaining the parameters of operational amplifiers and a code-current converter based on operational amplifiers when operating in a wide range of temperature changes and in the fields of ionizing radiation.
Кроме того для работы преобразователя требуется высокостабильное питание. Такое питание трудно обеспечить в космическом аппарате при жестких ограничениях на массу и габариты аппаратуры, а в ряде случаев и невозможно. Это связано с тем, что при основном источнике силового питания в виде солнечных батарей с аккумулятором, химическом (например, водородном) источнике энергии или при питании от генераторов с силовым приводом от газовых турбин или атомных энергоустановок получают достаточно мощный источник энергии с нестабильным выходным напряжением. На это напряжение накладываются пульсации от работы коммутационной аппаратуры, а также внешние электромагнитные воздействия. Нестабильность этого питания существенно влияет на стабильность выходного тока. Кроме того, источник тока, реализованный на основе известных решений, проблематично использовать в САУ из-за ограниченной выходной мощности. Источник нельзя подключить непосредственно к нагрузке (датчикам устройств объекта).In addition, the converter requires highly stable power. It is difficult to provide such power in the spacecraft under severe restrictions on the mass and dimensions of the equipment, and in some cases it is impossible. This is due to the fact that with a main source of power supply in the form of solar panels with a battery, a chemical (e.g., hydrogen) source of energy, or when powered by generators with a power drive from gas turbines or nuclear power plants, a sufficiently powerful source of energy with an unstable output voltage is obtained. Ripples from the operation of switching equipment, as well as external electromagnetic influences, are superimposed on this voltage. The instability of this power supply significantly affects the stability of the output current. In addition, the current source, implemented on the basis of well-known solutions, is problematic to use in self-propelled guns due to limited output power. The source cannot be connected directly to the load (object sensors).
Для обеспечения требуемой выходной мощности необходимо включение дополнительных усилителей. Это в свою очередь снижает стабильность тока и надежность САУ, увеличивает массу аппаратуры системы управления в космическом аппарате, где эта характеристика одна из важнейших. Введение в космический аппарат дополнительной аппаратуры затруднительно. Кроме того, введение дополнительных устройств еще более снижает надежность - важнейшую характеристику системы. Источник не отвечает также формальным требованиям к надежности, так как отказ любого элемента или изменение параметров приводит к отказу источника.To ensure the required output power, the inclusion of additional amplifiers is necessary. This in turn reduces the stability of the current and the reliability of self-propelled guns, increases the mass of the control system equipment in the spacecraft, where this characteristic is one of the most important. The introduction of additional equipment into the spacecraft is difficult. In addition, the introduction of additional devices further reduces reliability - an essential feature of the system. The source also does not meet the formal requirements for reliability, since a failure of any element or a change in parameters leads to a failure of the source.
В наибольшей степени требованиям САУ соответствует источник стабильного тока с заземленной нагрузкой (патент RU №2009603, H03М 3/156), который может быть взят за прототип.To the greatest extent, ACS requirements correspond to a stable current source with a grounded load (patent RU No. 2009603, H03M 3/156), which can be taken as a prototype.
Источник содержит операционный усилитель с положительными и отрицательными обратными связями, ИОН, группу прецизионных резисторов, фильтр нижних частот и механический переключатель, обеспечивающий подстройку параметров при проверке (настройке) на заводе-изготовителе.The source contains an operational amplifier with positive and negative feedbacks, an ION, a group of precision resistors, a low-pass filter and a mechanical switch that provides parameter adjustment during verification (tuning) at the factory.
Этому источнику также свойственны отмеченные выше недостатки в части недостаточной параметрической устойчивости операционных усилителей и ИОН при работе в широком диапазоне изменения температуры в полях ионизирующего излучения, а также недостаточной надежности. Наличие подстройки параметров только в процессе изготовления не обеспечивает необходимую точность в основном длительном режиме работы, так как существует «дрейф» параметров усилителей из-за изменения температуры внешней среды и дозовых явлений в полупроводниковых структурах.This source is also characterized by the drawbacks noted above in terms of insufficient parametric stability of operational amplifiers and IONs when operating in a wide range of temperature changes in the fields of ionizing radiation, as well as insufficient reliability. The presence of parameter tuning only during the manufacturing process does not provide the necessary accuracy in the main long-term mode of operation, since there is a “drift” of the amplifier parameters due to changes in the ambient temperature and dose phenomena in semiconductor structures.
Кроме того, наличие механического переключателя цепей делает источник неустойчивым к механическим воздействиям (ударам и вибрациям, характерным для объектов РКТ и РТК).In addition, the presence of a mechanical circuit switch makes the source unstable to mechanical stresses (shocks and vibrations, typical for RCT and RTK objects).
Для устранения отмеченных недостатков предлагается РЕЗЕРВИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ТОКА, далее по тексту просто Источник.To eliminate the noted deficiencies, a RESERVED CURRENT SOURCE is proposed, hereinafter simply a Source.
Источник содержит несколько (не менее 2, но оптимально 3) идентичных преобразующих силовое питание в выходной ток конверторов (первый, второй и третий), блок контроля и управления (БКУ), блок отключения (БО) и блок выравнивания (БВ), а связи с выводов конверторов поступают в БКУ. Источник содержит также блок питания для собственных нужд. Выходы конверторов подключены к блоку выравнивания через блок отключения. Силовые и установочные входы конверторов и блока питания являются одноименными входами источника. Выход блока выравнивания является выходом источника, а выходы постоянного и импульсного питания блока питания подключены к соответствующим входам всех компонентов источника (кроме конверторов).The source contains several (at least 2, but optimally 3) identical converters converting the power supply to the output current (first, second and third), a control and control unit (BKU), a shutdown unit (BO) and an equalization unit (BV), and communications from the conclusions of the converters go to the BKU. The source also contains a power supply for its own needs. The outputs of the converters are connected to the alignment unit through the shutdown unit. Power and installation inputs of converters and power supply are the same source inputs. The output of the equalization block is the output of the source, and the outputs of the constant and pulsed power supply of the power supply are connected to the corresponding inputs of all components of the source (except converters).
Конвертор включает последовательно соединенные входной фильтр, защитный диод, трансформатор с включенным в первичную обмотку транзистором-прерывателем, выпрямительный диод и выходной фильтр, после которого в разрыв выходной шины установлен измерительный шунт. К измерительным выходам шунта подключен преобразователь напряжения в частоту. Выход этого преобразователя подключен к элементу гальванической развязки, выход которого является частотным выходом конвертора и подключен к входу модуля управления, установочный вход которого является одноименным входом конвертора, а выход подключен к базе транзистора-прерывателя.The converter includes a series-connected input filter, a protective diode, a transformer with a transistor-chopper included in the primary winding, a rectifier diode and an output filter, after which a measuring shunt is installed in the output bus gap. A voltage to frequency converter is connected to the measuring outputs of the shunt. The output of this converter is connected to the galvanic isolation element, the output of which is the frequency output of the converter and connected to the input of the control module, the installation input of which is the converter input of the same name, and the output is connected to the base of the transistor-chopper.
Блок контроля и управления содержит первый, второй и третий счетчики конверторных частот, входы которых являются входами блока и соответственно частотными выходами первого второго и третьего конверторов. Блок содержит также четвертый счетчик, к входу которого подключен выход контрольного преобразователя напряжения в частоту. Вход этого преобразователя подключен к выходу аналогового мультиплексора, аналоговые входы и управляющий вход которого являются одноименными входами блока, подключенными соответственно к выходам конверторов и выходу управляющей ЭВМ. Сигнал на аналоговые входы подается через блок гальванической развязки. Выходы первого счетчика подключены к первым входам первого и второго сумматоров. Выход второго счетчика подключен ко второму входу второго и первому входу третьего сумматоров. Выход третьего счетчика подключен ко вторым входам первого и третьего сумматоров. Выход четвертого счетчика подключен к первому входу четвертого сумматора, ко второму входу которого подключен выход регистра кода частоты, вход которого является установочным входом блока и объединен с входом регистра допуска. Выход этого регистра подключен ко вторым входам первой, второй, третьей и четвертой схем сравнения. К первым входам этих схем подключены выходы соответственно первого, второго, третьего и четвертого сумматоров. Выходы каждой из схем сравнения подключены к входам соответствующих им триггеров, соответственно первого, второго, третьего и четвертого. Выходы этих триггеров подключены к входам группы логических элементов, выходы которой являются выходами блока, подключенными к управляющим входам БО через блок гальванической развязки. Кроме того, блок содержит схему тактирования, три выхода которой являются управляющими выходами блока, подключенными к управляющим входам блока питания.The control and management unit contains the first, second and third counters of the converter frequencies, the inputs of which are the inputs of the unit and, accordingly, the frequency outputs of the first second and third converters. The block also contains a fourth counter, to the input of which the output of the control voltage-to-frequency converter is connected. The input of this converter is connected to the output of the analog multiplexer, the analog inputs and the control input of which are the unit inputs of the same name, connected respectively to the outputs of the converters and the output of the control computer. The signal to the analog inputs is fed through a galvanic isolation unit. The outputs of the first counter are connected to the first inputs of the first and second adders. The output of the second counter is connected to the second input of the second and the first input of the third adders. The output of the third counter is connected to the second inputs of the first and third adders. The output of the fourth counter is connected to the first input of the fourth adder, to the second input of which the output of the frequency code register is connected, the input of which is the installation input of the unit and combined with the input of the tolerance register. The output of this register is connected to the second inputs of the first, second, third and fourth comparison circuits. The outputs of the first, second, third, and fourth adders, respectively, are connected to the first inputs of these circuits. The outputs of each of the comparison circuits are connected to the inputs of the corresponding triggers, respectively, of the first, second, third and fourth. The outputs of these triggers are connected to the inputs of the group of logic elements, the outputs of which are the outputs of the unit, connected to the control inputs of the BO through the galvanic isolation unit. In addition, the block contains a clock circuit, the three outputs of which are the control outputs of the block connected to the control inputs of the power supply.
Блок отключения содержит три полевых транзистора, истоки которых являются входами блока, стоки - выходами, а входные управляющие сигналы подключены к затворам соответствующих транзисторов.The shutdown unit contains three field-effect transistors, the sources of which are the inputs of the unit, the drains are the outputs, and the input control signals are connected to the gates of the corresponding transistors.
Блок выравнивания содержит три идентичных ветви, в каждой из которых последовательно включены резистор и диод. Первые выводы резисторов являются входами схемы, а вторые подключены к анодам соответствующих им диодов, катоды которых объединены и являются выходом схемы.The alignment block contains three identical branches, in each of which a resistor and a diode are connected in series. The first conclusions of the resistors are the inputs of the circuit, and the second are connected to the anodes of the corresponding diodes, the cathodes of which are combined and are the output of the circuit.
Блок питания содержит модуль постоянного питания и модуль импульсного питания, подключенные силовыми входами к входной шине силового питания. Их установочный вход, управляющие входы и выходы являются соответственно установочным входом, управляющими входами и выходами постоянного и импульсного питания блока.The power supply unit contains a constant power module and a pulse power module connected by power inputs to the input power supply bus. Their installation input, control inputs and outputs are respectively the installation input, control inputs and outputs of a constant and pulse power supply of the unit.
Модуль импульсного питания содержит три параллельные цепи, включенные между силовой шиной и выходом. В каждой цепи установлены два последовательно включенных полевых транзистора. Три входных управляющих сигнала разведены таким образом, что каждый сигнал подключен к затворам двух транзисторов, установленных в разных цепях, образуя выборку «2 из 3».The switching power supply module contains three parallel circuits connected between the power bus and the output. Each circuit has two series-connected field effect transistors. Three input control signals are separated in such a way that each signal is connected to the gates of two transistors installed in different circuits, forming a sample of “2 out of 3”.
Модуль постоянного питания содержит последовательно включенные входной фильтр, защитный диод, трансформатор с включенным в первичную обмотку ключевым транзистором, выпрямляющий диод после вторичной обмотки и выходной фильтр, выход которого является выходом модуля. К выходу подключена схема преобразования напряжения в частоту, выход которой через развязывающий элемент подключен к частотно-импульсному модулятору (ЧИМ), установочный вход которого является одноименным входом модуля, а выход подключен к базе ключевого транзистора.The constant-current supply module contains an input filter, a protective diode, a transformer with a key transistor included in the primary winding, a rectifying diode after the secondary winding, and an output filter, the output of which is the output of the module. A circuit for converting voltage to frequency is connected to the output, the output of which is connected through a decoupling element to a frequency-pulse modulator (PFM), the installation input of which is the module input of the same name, and the output is connected to the base of the key transistor.
Фильтр конвертора состоит из низкочастотных фильтрующих конденсаторов, включенных между плюсовой и минусовой шинами. Обе шины в свою очередь через высокочастотные фильтрующие конденсаторы подключены к шине земли.The converter filter consists of low-pass filtering capacitors connected between the positive and negative buses. Both buses, in turn, are connected to the ground bus through high-frequency filtering capacitors.
Модуль управления конвертора содержит задающий генератор, выход которого поступает на интервальный счетчик. Выходы этого счетчика подключены к входам интервального дешифратора, выход которого подключен к стробирующему входу схемы сравнения. Модуль содержит также n последовательно включенных инверторов, подключенных выходами к входам первого мультиплексора, выход которого является выходом модуля и подключен к входу первого инвертора. Кроме того, модуль содержит счетчик частоты, вход которого является входом модуля, подключенным к выходу элемента гальванической развязки. Выходы этого счетчика подключены к первым входам схемы сравнения, ко вторым входам которой подключены выходы регистра кода частоты, а инкрементный и декрементный выходы схемы сравнения подключены к одноименным входам счетчика кода частоты, подключенного выходами к управляющим входам мультиплексора. При этом установочные входы регистра кода частоты и счетчика кода частоты являются установочным входом модуля управления и конвертора.The converter control module contains a master oscillator, the output of which is supplied to the interval counter. The outputs of this counter are connected to the inputs of the interval decoder, the output of which is connected to the gate input of the comparison circuit. The module also contains n series-connected inverters connected by outputs to the inputs of the first multiplexer, the output of which is the output of the module and connected to the input of the first inverter. In addition, the module contains a frequency counter, the input of which is the input of the module connected to the output of the galvanic isolation element. The outputs of this counter are connected to the first inputs of the comparison circuit, to the second inputs of which the outputs of the frequency code register are connected, and the incremental and decrement outputs of the comparison circuit are connected to the same inputs of the frequency code counter connected by the outputs to the control inputs of the multiplexer. In this case, the installation inputs of the frequency code register and the frequency code counter are the installation input of the control module and the converter.
Схема тактирования содержит три стабилизированных кварцем генератора импульсов. Выход каждого генератора подключен к входу своего узла фазирования, соответственно первого, второго и третьего. Фазирующий выход каждого из узлов подключен к фазирующим входам двух других узлов и выходу своего формирователя, выходы которых являются выходами схемы.The timing circuit contains three quartz-stabilized pulse generators. The output of each generator is connected to the input of its phasing unit, respectively, of the first, second and third. The phasing output of each of the nodes is connected to the phasing inputs of two other nodes and the output of its shaper, the outputs of which are the outputs of the circuit.
Узел фазирования содержит логический элемент, первый вход которого является входом узла. Выход элемента подключен к входам динамического счетчика. Выходы счетчика подключены к входам дешифратора. Его выход подключен к запускающему входу триггера останова, выход которого является фазирующим выходом узла и подключен ко второму входу логического элемента и первому входу мажоритарного элемента, ко второму и третьему входам которого подключены выходы триггеров привязки. Входы этих триггеров являются фазирующими входами узла, а их стробирующий вход объединен с первым входом логического элемента. Выход мажоритарного элемента подключен к входу триггера пуска, выход которого подключен к сбрасывающему входу триггера останова.The phasing node contains a logic element, the first input of which is the input of the node. The output of the element is connected to the inputs of the dynamic counter. The outputs of the counter are connected to the inputs of the decoder. Its output is connected to the triggering input of the stop trigger, the output of which is the phasing output of the node and is connected to the second input of the logic element and the first input of the majority element, the outputs of the binding triggers are connected to its second and third inputs. The inputs of these triggers are the phasing inputs of the node, and their gate input is combined with the first input of the logic element. The output of the majority element is connected to the input of the start trigger, the output of which is connected to the reset input of the stop trigger.
Динамический счетчик выполнен на динамических триггерах, которые реализованы как транзисторный усилитель, к базе транзистора которого кроме резисторного делителя подключена LC цепь, являющаяся элементом памяти. Индуктивность L содержит две обмотки - рабочую и намотанную, поверх нее компенсационную, концы которой закорочены. Выходные прямой и инверсный сигналы снимаются с эмиттера и коллектора транзистора, которые через свои резисторы подключены соответственно к общей шине и шине питания.The dynamic counter is made on dynamic triggers, which are implemented as a transistor amplifier, to the base of the transistor of which, in addition to the resistor divider, an LC circuit is connected, which is a memory element. Inductance L contains two windings - working and wound, compensation over it, the ends of which are shorted. The direct and inverse output signals are removed from the emitter and collector of the transistor, which are connected through their resistors to the common bus and power bus, respectively.
Чертежи состава источника, а также входящих в него компонентов и их блоков, модулей, узлов и триггера приведены на фигурах с 1 по 8.Drawings of the composition of the source, as well as its constituent components and their blocks, modules, assemblies, and trigger, are shown in figures 1 through 8.
На фигуре 1 приведен состав источника, где цифрами 1-1, 1-2 и 1-3 обозначены соответственно первый второй и третий конверторы, цифрой 2 обозначен блок контроля и управления, цифрой 3 - блок отключения, цифрой 4 обозначен блок выравнивания и цифрой 5 обозначен блок питания.The figure 1 shows the composition of the source, where the numbers 1-1, 1-2 and 1-3 denote the first second and third converters, figure 2 denotes the control and management unit, number 3 denotes the shutdown unit, number 4 denotes the alignment unit and number 5 the power supply is indicated.
На фигуре 2 приведен конвертор, где цифрами 21-1 и 21-2 обозначены соответственно входной и выходной фильтры, цифрой 22 обозначен трансформатор, цифрой 23 - транзистор-прерыватель, цифрой 24 обозначен преобразователь напряжения в частоту, цифрой 25 - элемент гальванической развязки и цифрой 26 обозначен модуль управления.Figure 2 shows the converter, where the numbers 21-1 and 21-2 indicate the input and output filters respectively, the
Схема фильтра приведена на фигуре 2-1. Фильтр конвертора состоит из низкочастотных фильтрующих конденсаторов, включенных между плюсовой и минусовой шинами. Обе шины в свою очередь через высокочастотные фильтрующие конденсаторы подключены к шине земли.The filter circuit is shown in figure 2-1. The converter filter consists of low-pass filtering capacitors connected between the positive and negative buses. Both buses, in turn, are connected to the ground bus through high-frequency filtering capacitors.
Модуль управления приведен на фигуре 3, где цифрой 30 обозначен стабильный генератор частоты. Цифрой 31 обозначены n инверторов, цифрой 32 обозначен мультиплексор, цифрой 33 - счетчик кода частоты, цифрой 34 обозначен интервальный счетчик, цифрой 35 обозначен интервальный дешифратор, цифрой 36 - схема сравнения, цифрой 37 обозначен регистр кода частоты и цифрой 38 - счетчик частоты.The control module is shown in figure 3, where the
На фигуре 4 приведен блок контроля и управления, где цифрой 40 обозначен контрольный преобразователь напряжения в частоту, цифрой 41 - аналоговый мультиплексор, цифрами 41-1, 41-2, 41-3 и 41-4 обозначены соответственно первый второй, третий и четвертый счетчики, цифрами 42-1, 42-2, 42-3 и 42-4 обозначены соответственно первый, второй, третий и четвертый сумматоры. Цифрой 43 обозначен регистр кода частоты, цифрой 44 - регистр допуска. Цифрами 45-1, 45-2, 45-3 и 45-4 обозначены соответственно первая, вторая, третья и четвертая схемы сравнения. Цифрами 46-1, 46-2, 46-3 и 46-4 обозначены соответственно первый, второй, третий и четвертый триггеры. Цифрой 47 обозначена группа логических элементов и цифрой 48 обозначена схема тактирования. Цифрами 49-1 и 49-2 обозначены блоки гальванической развязки.The control unit is shown in figure 4, where the
На фигуре 5 приведен блок питания, где цифрами 51 и 52 обозначены соответственно модуль постоянного и модуль импульсного питания.The figure 5 shows the power supply, where the
На фигуре 5-1 приведен модуль импульсного питания.Figure 5-1 shows the pulse power module.
На фигуре 5-2 приведен модуль постоянного питания, где цифрами 521-1 и 521-2 обозначены соответственно входной и выходной фильтры, цифрой 523 обозначена схема преобразования напряжения в частоту, цифрой 524 - развязывающий элемент, цифрой 525 обозначен частотно-импульсный модулятор (ЧИМ), цифрой 526 - транзистор-прерыватель и цифрой 522 - трансформатор.Figure 5-2 shows a constant power module, where the numbers 521-1 and 521-2 respectively indicate the input and output filters, the
Схема фильтра приведена на фигуре 2-1.The filter circuit is shown in figure 2-1.
На фигуре 6 приведен частотно-импульсный модулятор, где цифрой 610 обозначен кварцевый задающий генератор, цифрой 611 обозначены инверторы, цифрой 612 - второй мультиплексор, цифрой 613 обозначен счетчик кода частоты, цифрой 614 - интервальный счетчик, цифрой 615 обозначен интервальный дешифратор, цифрой 616 - схема сравнения, цифрой 617 обозначен регистр кода частоты и цифрой 618 - счетчик частоты.The figure 6 shows the frequency-pulse modulator, where the
На фигуре 6-1 приведена схема тактирования, где цифрами 61-1, 61-2 и 61-3 обозначены соответственно первый, второй и третий стабилизированные задающие генераторы, цифрами 62-1, 62-2 и 62-3 обозначены первый, второй и третий узлы фазирования и цифрами 63-1, 63-2 и 63-3 обозначены соответственно первый, второй и третий буферы.Figure 6-1 shows the timing scheme, where the numbers 61-1, 61-2 and 61-3 respectively indicate the first, second and third stabilized master oscillators, the numbers 62-1, 62-2 and 62-3 indicate the first, second and the third phasing units and the numbers 63-1, 63-2 and 63-3 indicate the first, second and third buffers, respectively.
Узел фазирования изображен на фигуре 7, где цифрой 71 обозначен логический элемент, цифрой 72 - динамический счетчик, цифрой 73 обозначен дешифратор, цифрой 74 - триггер останова, цифрой 75 обозначен триггер пуска, цифрой 76 - триггеры привязки и цифрой 77 обозначен мажоритарный элемент.The phasing unit is shown in figure 7, where the
Динамический триггер приведен на фигуре 8.The dynamic trigger is shown in figure 8.
Источник может быть реализован следующим образом.The source can be implemented as follows.
Все преобразователи напряжения в частоту и схема преобразования напряжения в частоту могут быть реализованы на основе микросхемы ADVFC32 фирмы Analog Devices или ее аналога. В качестве элементов гальванической развязки целесообразно использовать планарный трансформатор или оптрон 249ЛП5, работающий в импульсном режиме и имеющий необходимый уровень радиационной стойкости при работе в импульсном режиме. Цифровая часть блока контроля и управления, модуль управления конвертора и ЧИМ источника постоянного питания, имеющий аналогичную структуру, реализуются в виде БИС на основе базового матричного кристалла серии 5517 или 5515 с дополнительным использованием в блоке контроля и управления БИС серии 1825ВС3 для реализации сумматоров и схем сравнения. Динамический счетчик реализуется на основе динамических триггеров и диодно-резисторной логики.All voltage-to-frequency converters and a voltage-to-frequency conversion circuit can be implemented on the basis of ADVFC32 chip from Analog Devices or its analogue. As elements of galvanic isolation, it is advisable to use a planar transformer or optocoupler 249LP5, operating in a pulsed mode and having the necessary level of radiation resistance when operating in a pulsed mode. The digital part of the control and management unit, the control module of the converter and the PFM of the constant power supply, having a similar structure, are implemented as LSIs based on the base matrix crystal of the 5517 or 5515 series with additional use of the LSI 1825BC3 series in the control and control unit for the implementation of adders and comparison schemes . A dynamic counter is implemented based on dynamic triggers and diode-resistor logic.
Динамический триггер реализуется на дискретных элементах (транзисторе типа П16, резисторах и конденсаторах, а его индуктивность выполняется как моточное изделие с двумя обмотками на ферритовом кольце).The dynamic trigger is implemented on discrete elements (P16 type transistor, resistors and capacitors, and its inductance is performed as a coil product with two windings on a ferrite ring).
Фильтры, как и динамический триггер, реализуются на дискретных элементах (конденсаторах, аттестованных по радиационной стойкости).Filters, like a dynamic trigger, are implemented on discrete elements (capacitors certified for radiation resistance).
Источник работает следующим образом. При появлении внешнего питания в счетчиках и регистрах модуля управления конверторов, ЧИМе источника постоянного питания, и блоке контроля и управления устанавливаются коды, соответствующие номинальному значению частоты переключения транзисторов-прерывателей и, соответственно, выходному току источника и напряжению питания блока питания. Транзисторы-прерыватели, переключаясь с задаваемой частотой, производят «накачку» энергии во вторичную обмотку соответствующих трансформаторов, и на выходе конверторов, блока питания и источника тока в целом появляется выпрямленное и отфильтрованное напряжение, которое в конверторах, пройдя балластные резисторы, превращается в выходной ток, поступающий в нагрузку через блок отключения и блок выравнивания.The source works as follows. When external power appears in the counters and registers of the converter control module, the ChIMe of the constant power source, and the control and control unit, codes are set that correspond to the nominal value of the switching frequency of the transistor-choppers and, accordingly, the output current of the source and the supply voltage of the power supply. Switching transistors, switching with a set frequency, “pump” energy into the secondary winding of the corresponding transformers, and at the output of the converters, power supply and current source as a whole, a rectified and filtered voltage appears, which in the converters, passing ballast resistors, turns into output current entering the load through the shutdown unit and the leveling unit.
При незначительных отклонениях выходного тока одного из конверторов от двух других, например при увеличении, в блоке выравнивания возрастает падение напряжения на резисторе, включенном последовательно с диодом. Диод «подзапирается» и ток снижается. В результате происходит выравнивание (усреднение) токов разных конверторов, что компенсирует небольшие уходы параметров их элементов. При значительном отклонении в любую сторону выходного тока одного из конверторов, вызванном катастрофическим отказом, или существенным параметрическом изменении в элементах конвертора от двух других блок контроля и управления вырабатывает сигнал отключения этого конвертора. Этот сигнал запирает в блоке отключения транзистор, через который выходной ток поступает от данного конвертора в блок выравнивания. Транзистор закрывается и выходной ток неисправного конвертора перестает искажать суммарный выходной ток источника. Это обеспечивает работу в широком диапазоне изменения температур и полях ионизирующего излучения, а также при возникновении одиночных катастрофических отказов в элементах источника.With slight deviations of the output current of one of the converters from the other two, for example, when increasing, in the alignment unit, the voltage drop across the resistor connected in series with the diode increases. The diode “locks up” and the current decreases. As a result, the currents of different converters are equalized (averaged), which compensates for the small departures of the parameters of their elements. With a significant deviation in either direction of the output current of one of the converters caused by a catastrophic failure, or a significant parametric change in the converter elements from the other two, the control and control unit generates a shutdown signal for this converter. This signal locks the transistor through the trip block, through which the output current flows from this converter to the equalization block. The transistor closes and the output current of the faulty converter stops distorting the total output current of the source. This ensures operation in a wide range of temperature and ionizing radiation fields, as well as in the event of a single catastrophic failure in the source elements.
Задавая коды управления формированием частоты в модуле управления и ЧИМ можно изменять напряжение питания внутреннего источника, выходные токи конверторов и источника в целом.By setting the frequency formation control codes in the control module and the PFM, it is possible to change the supply voltage of the internal source, the output currents of the converters and the source as a whole.
Схема тактирования включает в свой состав кварцевые задающие генераторы, обладающие хорошей стабильностью, не меняющейся под действием ионизирующего излучения, а трехканальное резервирование с организацией выборки «2 из 3» на полевых транзисторах модуля импульсного питания обеспечивает резервирование и нейтрализацию отказов отдельных блоков (узлов) источника, что повышает его надежность.The timing scheme includes quartz oscillators with good stability, which does not change under the influence of ionizing radiation, and three-channel redundancy with the organization of a 2-out-3 sample on field-effect transistors of the pulse power module provides redundancy and neutralization of failures of individual source blocks (nodes), which increases its reliability.
Выводы: в предлагаемом источнике питания устранены все недостатки известных решений, так как обеспечена работа в широком диапазоне температур в полях ионизирующего излучения, резервирование, кодовое управление выходным током и радиационная стойкость с сохранением требуемой стабильности выходного тока в течение длительного времени работы при изменении в широком диапазоне температуры окружающей среды, возникновении катастрофических и параметрических отказов отдельных элементов источника и при изменении нагрузки в условиях действия ионизирующего излучения.Conclusions: the proposed power source eliminated all the shortcomings of the known solutions, since it ensured operation in a wide temperature range in the fields of ionizing radiation, redundancy, code control of the output current and radiation resistance while maintaining the required stability of the output current for a long time when changing over a wide range ambient temperature, the occurrence of catastrophic and parametric failures of individual source elements and when the load changes under the conditions of action ionizing radiation.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013110101/07A RU2512890C1 (en) | 2013-03-06 | 2013-03-06 | Redundant source of current |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013110101/07A RU2512890C1 (en) | 2013-03-06 | 2013-03-06 | Redundant source of current |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2512890C1 true RU2512890C1 (en) | 2014-04-10 |
Family
ID=50438978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013110101/07A RU2512890C1 (en) | 2013-03-06 | 2013-03-06 | Redundant source of current |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2512890C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2580039C1 (en) * | 2015-04-15 | 2016-04-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Sample and hold device |
| CN111443645A (en) * | 2020-05-08 | 2020-07-24 | 四川玖越机器人科技有限公司 | Novel electric power corridor patrols and examines robot |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1003051A1 (en) * | 1981-12-14 | 1983-03-07 | Научно-Производственное Объединение По Системам Автоматизированного Управления | Redundancy power supply source |
| SU1501268A2 (en) * | 1988-02-10 | 1989-08-15 | Предприятие П/Я А-3816 | A-d converter |
| SU1644384A1 (en) * | 1989-01-17 | 1991-04-23 | Предприятие П/Я Г-4152 | Digital-to-analog converter |
| RU2009603C1 (en) * | 1992-03-16 | 1994-03-15 | Производственное объединение "Краснодарский ЗИП" | Earthed-load stable current source |
| RU2066924C1 (en) * | 1991-10-15 | 1996-09-20 | Центральный научно-исследовательский институт "Гранит" | Digital-to-analog converter |
| RU2187885C1 (en) * | 2001-02-21 | 2002-08-20 | Самарский государственный технический университет | Analog-to-digital converter |
| RU122535U1 (en) * | 2012-05-11 | 2012-11-27 | Виталий Константинович Федосеев | ANALOG-DIGITAL CONVERTER |
-
2013
- 2013-03-06 RU RU2013110101/07A patent/RU2512890C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1003051A1 (en) * | 1981-12-14 | 1983-03-07 | Научно-Производственное Объединение По Системам Автоматизированного Управления | Redundancy power supply source |
| SU1501268A2 (en) * | 1988-02-10 | 1989-08-15 | Предприятие П/Я А-3816 | A-d converter |
| SU1644384A1 (en) * | 1989-01-17 | 1991-04-23 | Предприятие П/Я Г-4152 | Digital-to-analog converter |
| RU2066924C1 (en) * | 1991-10-15 | 1996-09-20 | Центральный научно-исследовательский институт "Гранит" | Digital-to-analog converter |
| RU2009603C1 (en) * | 1992-03-16 | 1994-03-15 | Производственное объединение "Краснодарский ЗИП" | Earthed-load stable current source |
| RU2187885C1 (en) * | 2001-02-21 | 2002-08-20 | Самарский государственный технический университет | Analog-to-digital converter |
| RU122535U1 (en) * | 2012-05-11 | 2012-11-27 | Виталий Константинович Федосеев | ANALOG-DIGITAL CONVERTER |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2580039C1 (en) * | 2015-04-15 | 2016-04-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Sample and hold device |
| CN111443645A (en) * | 2020-05-08 | 2020-07-24 | 四川玖越机器人科技有限公司 | Novel electric power corridor patrols and examines robot |
| CN111443645B (en) * | 2020-05-08 | 2023-04-18 | 四川玖越机器人科技有限公司 | Electric power corridor inspection robot |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Narayanaswamy et al. | Modular active charge balancing for scalable battery packs | |
| RU2512890C1 (en) | Redundant source of current | |
| Faccio et al. | SISSA: The bPOL12V DCDC converter for HL-LHC trackers: towards production readiness | |
| WO2013152333A1 (en) | Photovoltaic self - test system with combiner switching and charge controller switching | |
| Bricker | A unified method for analyzing mission reliability for fault tolerant computer systems | |
| RU2523916C1 (en) | Stable current source | |
| RU2514136C1 (en) | Stable current source | |
| RU2479100C1 (en) | Source of power supply | |
| Chen et al. | Modularization structure for series-parallel connected converters | |
| CN101331663A (en) | Multi-object protection, control, and monitoring in the same intelligent electronic device | |
| Verma et al. | Reliability analysis of multilevel and matrix converters used in more electric aircraft | |
| Balen et al. | Influence of alternate biasing on TID effects of irradiated mixed-signal programmable arrays | |
| Kulkarni et al. | A generic, customizable, fault tolerant load protection system for small satellites | |
| RU131541U1 (en) | COMPACT WIDTH-PULSE MODULATOR | |
| Lymperis et al. | Sudden future singularities in quintessence and scalar-tensor quintessence models | |
| Tant et al. | Accurate second-order interpolation for power electronic circuit simulation | |
| RU2560204C2 (en) | Spacecraft control system | |
| RU2553098C2 (en) | Neurocomputer | |
| RU2634189C1 (en) | Multi-channel self-diagnosed computer system with reserve substitution and method of improving its fault-tolerance (versions) | |
| RU2541839C2 (en) | Failure-free computing system | |
| RU2470458C1 (en) | Device for generating intervals | |
| Jaibalaganesh et al. | Fault identification and isolation for components of photovoltaic energy storage system based on IEEE21451 standard | |
| Shukla et al. | Design and Development of Electronic Power Conditioner for Rubidium Atomic Frequency Standard | |
| Chen | Integrated signal and power isolation provide robust and compact measurement and control | |
| Nosov et al. | Research and Calculation of a Switched Transformer–Capacitor Pulse Generator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170307 |