RU2024153C1

RU2024153C1 - Dc current supply source

Info

Publication number: RU2024153C1
Authority: RU
Inventors: Н.И. Олейник; А.В. Гаев; В.В. Курский; И.П. Шведюк; В.О. Эльман
Original assignee: Олейник Николай Иванович; Гаев Александр Викторович; Курский Владимир Владимирович; Шведюк Игорь Петрович; Эльман Виктор Олегович
Priority date: 1991-04-24
Filing date: 1991-04-24
Publication date: 1994-11-30

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: each pair of interconnected sources is connected to LTD-three-pole network which has choke, two diodes and two transistors. Transistors of three-pole network are controlled by control unit with pulse-width modulators, voltage pickups of chemical current source, comparators and threshold elements. Device provides same discharge voltage of all chemical current sources included in system. EFFECT: enhanced reliability of operation. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к автономным системам электроснабжения постоянным током, в которых в качестве источников используются электрохимические источники тока. The invention relates to electrical engineering, in particular to autonomous DC power supply systems, in which electrochemical current sources are used as sources.

Известны устройства для питания нагрузки постоянным током, содержащие два и более электротехнических источников - аккумуляторных батарей (АБ), соединенных согласно-последовательно [1,2]. Для коммутации АБ используются полупроводниковые ключи. К общим недостаткам этих устройств следует отнести различное использование аккумуляторных батарей по емкости, низкие энергетические показатели этих устройств. Known devices for powering the load with direct current, containing two or more electrical sources - rechargeable batteries (AB) connected in series [1,2]. Semiconductor switches are used for switching AB. The common disadvantages of these devices include the different use of batteries in terms of capacity, low energy performance of these devices.

Известна система электропитания (СЭП) [3], содержащая основную аккумуляторную батарею и две дополнительные АБ, полярно-инвертирующий преобразователь с конденсаторным фильтром, двухполюсный коммутатор. В данной СЭП повышена равномерность использования энергии дополнительных АБ за счет их соответствующей коммутации в заданных режимах работы устройства. Недостатком данной СЭП является то, что в случае достаточно большой продолжительности режима максимального энергопотребления, когда основная и дополнительные АБ включены согласно-последовательно, равномерность энергопотребления от дополнительных АБ вследствие технологического разброса их параметров не обеспечивается. Кроме того, в данной СЭП не обеспечивается и равномерность энергопотребления между основной и дополнительными батареями, что обуславливает достаточно низкие энергетические показатели данной СЭП. Known power supply system (BOT) [3], containing the main battery and two additional batteries, polar-inverting converter with a capacitor filter, bipolar switch. In this BOT, the uniformity of energy use of additional batteries is increased due to their corresponding switching in the given operating modes of the device. The disadvantage of this EPA is that in the case of a sufficiently long duration of the maximum power consumption mode, when the main and additional batteries are switched on in sequence, the uniformity of energy consumption from additional batteries due to the technological spread of their parameters is not provided. In addition, this SEP does not provide a uniformity of energy consumption between the main and additional batteries, which leads to a fairly low energy performance of this SEP.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности является устройство для питания нагрузки постоянным током [4], содержащее последовательно включенные электрохимические источники тока (аккумуляторные батареи) с отводами, дроссели, диоды и транзисторы, соединенные с общими точками АБ. Отрицательная клемма каждой из АБ, за исключением первой и второй, связана с катодом одного диода, анод которого подсоединен к входной отрицательной шине полярно-инвертирующего конвертора (ПИК), положительная входная шина которого подключена к положительной клемме этой же АБ. Каждый ПИК снабжен выходным конденсатором фильтра, параллельно которому включен другой диод, при этом положительная обкладка конденсатора подключена к его катоду. Диоды, подключенные к выходам ПИК, последовательно соединены друг с другом. Отрицательная клемма первой АБ через потребитель подсоединена к катоду и положительной обкладке конденсатора фильтра, включенным параллельно выходным шинам полярно-инвертирующего конвертора, входные шины которого связаны с одноименными клеммами второй АБ. Положительная клемма последней АБ через транзисторный ключ соединена с анодом диода, связанного с выходными шинами ПИК, входные шины которого подключены к этой же АБ. Количество элементов, входящих в каждую из батарей, может быть как равным, так и больше единицы. Closest to the claimed device in technical essence is a device for supplying a load with direct current [4], containing serially connected electrochemical current sources (rechargeable batteries) with taps, chokes, diodes and transistors connected to common points of AB. The negative terminal of each of the batteries, with the exception of the first and second, is connected to the cathode of one diode, the anode of which is connected to the input negative bus of the polar inverting converter (PIK), the positive input bus of which is connected to the positive terminal of the same battery. Each PIK is equipped with an output filter capacitor, in parallel with which a different diode is connected, while the positive lining of the capacitor is connected to its cathode. Diodes connected to the PIC outputs are connected in series with each other. The negative terminal of the first battery through the consumer is connected to the cathode and the positive lining of the filter capacitor, connected in parallel to the output buses of the polar-inverting converter, the input buses of which are connected to the same terminals of the second battery. The positive terminal of the last battery through a transistor switch is connected to the anode of the diode connected to the output buses of the PIC, the input buses of which are connected to the same battery. The number of cells included in each of the batteries can be either equal to or greater than one.

Работа транзисторов в соответствующих режимах обеспечивается блоком управления, который в типовом пополнении включает датчик напряжения нагрузки, выход которого соединен с одним входом элемента сравнения, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а выход через пороговый элемент связан с широтно-имплуьсным модулятором. The operation of transistors in appropriate modes is provided by a control unit, which in a typical replenishment includes a load voltage sensor, the output of which is connected to one input of the comparison element, the second input of which is connected to a reference voltage source, and the output through a threshold element is connected to a pulse-width modulator.

Недостатком известного устройства являются его низкие энергетические показатели. Это обусловлено неравномерной отдачей емкости АБ вследствие различного энергопотребления от каждой из АБ или технологического разброса емкости циклирования батарей. Отмеченный недостаток не может быть устранен ни режимными средствами, ни за счет усложнения аппаратурной реализации, в частности проведения поэлементного контроля. Кроме того, неравномерность отдачи емкости АБ уменьшает срок эксплуатации АБ и устройства в целом. A disadvantage of the known device is its low energy performance. This is due to the uneven return of the battery capacity due to the different power consumption from each of the batteries or the technological spread of the battery cycling capacity. The noted drawback can not be eliminated either by secure means, or by complicating the hardware implementation, in particular by conducting element-wise control. In addition, the uneven return of the battery capacity reduces the life of the battery and the device as a whole.

Целью изобретения является повышение энергетических показателей путем выравнивания напряжения источников. The aim of the invention is to increase energy performance by balancing the voltage sources.

Цель достигается тем, что в известном устройстве для питания нагрузки постоянным током, содержащим n последовательно включенных электрохимических источников постоянного тока с отводами, дроссели, диоды и транзисторы, соединенные с общими точками источников, блок управления, выходом связанный с управляющими входами транзисторов, изменены связи между элементами. The goal is achieved by the fact that in the known device for supplying the load with direct current, containing n series-connected electrochemical DC sources with taps, inductors, diodes and transistors connected to common points of the sources, the control unit, the output connected to the control inputs of the transistors, changes the connection between elements.

В частности, каждая пара соединенных друг с другом источников подключена к LDT-трехполюснику, включающему дроссель, два диода и транзистора. Один из полюсов LDT-трехполюсника образован первым выводом дросселя и связан с общей точкой этих источников. Второй полюс образован точкой соединения катода первого диода и эмиттера первого транзистора и подключен к положительному отводу одного из источников. Третий полюс образован точкой соединения анода второго диода и коллектора второго транзистора и подключен к отрицательному отводу второго источника, при этом анод первого диода, коллектор первого транзистора, катод второго диода и эмиттер второго транзистора соединены друг с другом и с вторым выводом дросселя, а блок управления входами подключен к точкам соединения источников. In particular, each pair of sources connected to each other is connected to an LDT three-terminal network, including a choke, two diodes and a transistor. One of the poles of the LDT three-terminal is formed by the first output of the inductor and is connected to a common point of these sources. The second pole is formed by the connection point of the cathode of the first diode and the emitter of the first transistor and is connected to the positive tap of one of the sources. The third pole is formed by the connection point of the anode of the second diode and the collector of the second transistor and is connected to the negative tap of the second source, while the anode of the first diode, the collector of the first transistor, the cathode of the second diode and the emitter of the second transistor are connected to each other and to the second output of the inductor, and the control unit inputs connected to the connection points of the sources.

Блок управления выполнен в виде совокупности датчиков напряжения по числу источников, n-1 пороговых элементов, n-1 элементов сравнения и n-1 широтно-импульсных модуляторов. При этом входы блока управления (БУ) образованы входами датчиков напряжения (ДН), каждый из которых подсоединен к одному из источников. Выходы каждой пары последовательно соединенных ДН подключены к входам элемента сравнения (ЭС), выход которого через пороговый элемент (ПЭ) соединен с входами широтно-импульсного модулятора (ШИМ). Первый и второй выходы ШИМ подключены к эмиттер-базовому переходу первого транзистора LDT-трехполюсника. Третий и четвертый выходы ШИМ соединены с эмиттер-базовым переходом второго транзистора LDT-трехполюсника. ПЭ выполнен на основе двух операционных усилителей (ОУ). Прямой вход первого ОУ и инверсный вход второго ОУ образуют вход ПЭ, соединенный с выходом ЭС, и его первый выход. Инверсный вход первого ОУ и прямой вход второго ОУ подключены к входу источника опорного напряжения. Выходы первого и второго ОУ образуют второй и третий выходы ПЭ. The control unit is made in the form of a combination of voltage sensors according to the number of sources, n-1 threshold elements, n-1 comparison elements and n-1 pulse-width modulators. The inputs of the control unit (CU) are formed by the inputs of voltage sensors (DN), each of which is connected to one of the sources. The outputs of each pair of series-connected DNs are connected to the inputs of a comparison element (ES), the output of which through a threshold element (PE) is connected to the inputs of a pulse-width modulator (PWM). The first and second PWM outputs are connected to the emitter-base junction of the first LDT three-terminal transistor. The third and fourth PWM outputs are connected to the emitter-base junction of the second LDT three-terminal transistor. PE is based on two operational amplifiers (op amps). The direct input of the first op-amp and the inverse input of the second op-amp form the PE input connected to the ES output and its first output. The inverse input of the first op-amp and the direct input of the second op-amp are connected to the input of the reference voltage source. The outputs of the first and second op-amps form the second and third PE outputs.

ШИМ выполнен на основе трех ОУ, задающего генератора (ЗГ), генератора линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), шести управляемых электронных ключей (ЭК) и двух схем И. Первый вход ШИМ соединен с прямым входом первого и инверсным входом второго ОУ, выходы которых через первый и второй ЭК объединены друг с другом и подключены к прямому входу третьего ОУ. Инверсный вход третьего ОУ связан с выходом ГЛИН, входом подключенного к ЗГ. Выход третьего ОУ через первую схему И, соединенную другим входом с третьим входом ШИМ и другим входом второго ЭК, связан с четвертым и шестым ЭК, а через вторую схему И, соединенную другим входом с вторым входом ШИМ и другим входом первого ЭК, подключен к третьему и пятому ЭК. Вторые входы третьего и четвертого ЭК соединены с положительной клеммой дополнительного источника постоянного напряжения. Вторые входы пятого и шестого ЭК подключены к его его отрицательной клемме. Выходы третьего, четвертого, пятого и шестого ЭК образуют третий, первый, четвертый и второй выходы ШИМ соответственно. PWM is based on three op-amps, a master oscillator (ZG), a ramp generator (GLIN), six controlled electronic keys (EC) and two I circuits. The first PWM input is connected to the direct input of the first and the inverse input of the second op-amp, the outputs of which are through the first and second EC are combined with each other and connected to the direct input of the third op-amp. The inverse input of the third op-amp is connected to the output of the GLIN, the input connected to the ЗГ. The output of the third op-amp through the first I circuit connected to another input with the third PWM input and another input of the second IK is connected to the fourth and sixth IK, and through the second I circuit connected to the other input to the second PWM input and another input of the first IK, it is connected to the third and fifth EC. The second inputs of the third and fourth EC are connected to the positive terminal of an additional DC voltage source. The second inputs of the fifth and sixth EC are connected to its negative terminal. The outputs of the third, fourth, fifth, and sixth ECs form the third, first, fourth, and second PWM outputs, respectively.

Снабжение устройства для питания нагрузки постоянным током описанными выше новыми связями между его элементами, отличая заявленное устройство от прототипа, позволяет обеспечить выравнивание напряжений источников, в результате чего повышаются его энергетические показатели. The supply of a device for supplying a direct current load with the above-described new connections between its elements, distinguishing the claimed device from the prototype, makes it possible to ensure equalization of voltage sources, resulting in increased energy performance.

Отсутствие в технической и патентной литературе сведений (рекомендаций) по выполнению заявленного устройства в целях достижения описанного в заявке эффекта (результата) показывает новизну взаимосвязи между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и положительным эффектом. Это обеспечивает существенные отличия данного изобретения от всех известных устройств аналогичного назначения. The lack of information (recommendations) in the technical and patent literature on the implementation of the claimed device in order to achieve the effect (result) described in the application shows the novelty of the relationship between the totality of the essential features of the claimed invention and the positive effect. This provides significant differences of this invention from all known devices of a similar purpose.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема силовой части устройства с тремя АБ; на фиг.2 представлены функциональные электрические схемы порогового элемента и широтно-импульсного модулятора; на фиг.3 представлены графики изменений напряжений ГЛИН, порогового устройства, а также напряжений на эмиттер-коллекторных переходах транзисторов, дросселя и тока дросселя в зависимости от ΔU; ΔU определяются следующими выражениями:
ΔU = | U_раз| - U_оп; U_раз = U_АБ2 - U_АБ1, где U_оп - величина опорного напряжения порогового элемента;
U_раз - разность величин напряжений двух соседних батарей.Figure 1 presents a circuit diagram of the power part of the device with three batteries; figure 2 presents the functional electrical circuits of the threshold element and pulse-width modulator; figure 3 presents graphs of changes in the voltage of the clay, a threshold device, as well as voltages at the emitter-collector junctions of transistors, inductor and inductor current depending on ΔU; ΔU are defined by the following expressions:
ΔU = | U _times | - U _op ; U _times = U _AB2 - U _AB1 , where U _op - the value of the reference voltage of the threshold element;
U _times is the voltage difference of two adjacent batteries.

Устройство для питания нагрузки постоянным током содержит (см. фиг.1) последовательно соединенные АБ 1-3, LDT-трех- полюсники 4, 5, соединенные с общими точками АБ, блок 6 управления. Каждая пара соединенных друг с другом батарей 1 и 2 (2 и 3) подключена к LDT-трехполюснику 4 (5), включающему дроссель 7, два диода 8, 9 и транзисторы 10, 11. Один из полюсов LDT-трехполюсника 4 (5) образован первым выводом дросселя 7 и связан с общей точкой батарей 1 и 2 (2 и 3). Второй полюс образован точкой соединения катода первого диода 8 и эмиттера первого транзистора 10 и подключен к положительному отводу одной из АБ 1 (2). Третий полюс образован точкой соединения анода второго диода 9 и коллектора второго транзистора 11 и подключен к отрицательному отводу второй АБ 2 (3). При этом анод первого диода 8, коллектор первого транзистора 10, катод второго диода 9 и эмиттер второго транзистора 11 соединены друг с другом и с вторым выводом дросселя 7. Выходы ШИМ 12 (13) соединены с эмиттер-базовыми цепями транзисторов 10 и 11. К клеммам каждой АБ 1-3 подключен датчик напряжения 14-16. Причем выходы каждой пары соединенных друг с другом датчиков напряжения 14 и 15 (15 и 16) подключены к входам элемента сравнения 17 (18), выход которого через пороговый элемент 19 (20) подсоединен к входу ШИМ 12 (13). The device for supplying the load with direct current contains (see Fig. 1) series-connected AB 1-3, LDT three-poles 4, 5 connected to common points of the AB, control unit 6. Each pair of batteries 1 and 2 connected to each other (2 and 3) is connected to an LDT three-terminal 4 (5), including a choke 7, two diodes 8, 9 and transistors 10, 11. One of the poles of the LDT three-terminal 4 (5) formed by the first output of the inductor 7 and is connected with the common point of the batteries 1 and 2 (2 and 3). The second pole is formed by the connection point of the cathode of the first diode 8 and the emitter of the first transistor 10 and is connected to the positive tap of one of the batteries 1 (2). The third pole is formed by the connection point of the anode of the second diode 9 and the collector of the second transistor 11 and is connected to the negative tap of the second AB 2 (3). The anode of the first diode 8, the collector of the first transistor 10, the cathode of the second diode 9 and the emitter of the second transistor 11 are connected to each other and to the second output of the inductor 7. The outputs of the PWM 12 (13) are connected to the emitter-base circuits of the transistors 10 and 11. K the terminals of each AB 1-3 connected voltage sensor 14-16. Moreover, the outputs of each pair of voltage sensors 14 and 15 connected to each other (15 and 16) are connected to the inputs of the comparison element 17 (18), the output of which through the threshold element 19 (20) is connected to the input of the PWM 12 (13).

Соответствующие клеммы первой и посльедней АБ подключаются через силовые контакты 21 и 22 контактора (на схеме не изображен) или непосредственно к нагрузке 23 или зарядному устройству 24. The corresponding terminals of the first and last battery are connected through the power contacts 21 and 22 of the contactor (not shown in the diagram) or directly to the load 23 or the charger 24.

Пороговый элемент 19 (20) входными клеммами 25 (см. фиг.2) связан с элементом сравнения 17 (18) и с общей корпусной шиной. С этой же шиной связан источник опорного напряжения (на схеме не показан), выходные клеммы 26 которого подключены к пороговому элементу 19 (20), а именно к входящим в его состав операционным усилителям (ОУ) 27 и 28. Выходы этих ОУ, а также общая точка прямого входа ОУ 27, инверсного входа ОУ 28 и выхода ПЭ 19 образуют входные цепи ШИМ 12. В состав ШИМ 12 включены неинвертирующий 29 и инвертирующий 30 ОУ, имеющие по одному входу и предназначенные для работы в режиме вычитания входных сигналов, выходы которых через электронные ключи (ЭК) 31 и 32 объединены друг с другом и подключены к прямому входу ОУ 33, также предназначенному для работы в режиме вычитания. Второй инверсный вход этого ОУ связан с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения 34, входом подключенного к задающему генератору 35. Выход ОУ 33 через схемы И 36 и 37, соединенные также с выходами ОУ 27 и 28, связан с ЭК 38-41, предназначенными для формирования управляющих импульсов для транзисторов 10 и 11 с помощью дополнительного источника постоянного напряжения (на схеме не показан). The threshold element 19 (20) input terminals 25 (see figure 2) is connected with the comparison element 17 (18) and with a common housing bus. A reference voltage source (not shown in the diagram) is connected to the same bus, the output terminals 26 of which are connected to a threshold element 19 (20), namely, to the operational amplifiers (op amps) 27 and 28 included in its composition. The outputs of these op amps, as well as the common point of the direct input of the op-amp 27, the inverse input of the op-amp 28 and the output of the PE 19 form the input circuit of the PWM 12. The PWM 12 includes a non-inverting 29 and an inverting 30 op-amp, having one input and designed to operate in the mode of subtracting input signals, the outputs of which are through electronic keys (EC) 31 and 32 are combined with each other ugom and connected to the direct input of op amp 33 is also intended to operate in the subtraction mode. The second inverse input of this op-amp is connected to the output of the ramp generator 34, the input connected to the master oscillator 35. The output of the op-amp 33 through circuits I 36 and 37, also connected to the outputs of the op-amps 27 and 28, is connected to EC 38-41, designed to form control pulses for transistors 10 and 11 using an additional constant voltage source (not shown in the diagram).

Работа устройства при подключенном зарядном устройстве 24 или нагрузке 23 аналогична. Поэтому в качестве примера рассмотрим работу устройства при подключенной нагрузке 23. The operation of the device with the connected charger 24 or load 23 is similar. Therefore, as an example, consider the operation of the device with the connected load 23.

Устройство работает следующим образом. Пусть в исходном состоянии АБ 1 разряжена более, чем АБ 2. При этом выходное напряжение U_АБ1 батареи 1 меньше, чем батареи 2. Сигналы, пропорциональные напряжениям батарей 1 и 2, с датчиков 14 и 15 напряжения поступают в элемент 17 сравнения, с выхода которого разностный сигнал U_раз подается на вход ПЭ 19. На выходе ПЭ 19 формируется сигнал соответствующей полярности и поступает в ШИМ 12. В данном случае полярность сигнала на выходе ПЭ 19 такова, что выходной сигнал ШИМ 12 открывает транзистор 11 и подтверждает закрытое состояние транзистора 10. Дроссель 7 начинает накапливать электромагнитную энергию по цепи: "плюс" АБ 2 - дроссель 7 - коллектор-эмиттерный переход транзистора 11 - "минус" АБ 2. После закрытия транзистора 11 полярность напряжения на зажимах дросселя 7 изменяется на противоположную, открывается диод 8 и накопленная ранее в дросселе 7 электромагнитная энергия по цепи: дроссель 7 - диод 8 - АБ 1 - дроссель 7 - поступает в более разряженную батарею 1, подзаряжая ее. Через определенное число тактов работы устройства напряжения АБ 1 и 2 сравняются. В случае, если более разряженной окажется батарея 2 (направление батареи 2 меньше напряжения батареи 1), процессы будут протекать аналогично. На выходе ПЭ 19 сформируется сигнал противоположной полярности, благодаря чему сигнал с выхода ШИМ 12 будет управлять состоянием транзистора 10 и подтверждать закрытое состояние транзистора 11. В течение открытого состояния транзистора 10 в дросселе 7 будет накапливаться энергия по цепи: "плюс" батареи 1 - эмиттер-коллекторный переход транзистора 10 - дроссель 7 - "минус" батареи 2. После закрытия транзистора 10 полярность напряжения на зажимах дросселя 7 изменяется на противоположную, открывается диод 9 и накопленная ранее в дросселе 7 энергия по цепи: дроссель 7 - диод 9 - АБ 2 - дроссель 7 - поступает в более разряженную АБ 2, подзаряжая ее. Через определенное число тактов работы устройства напряжения АБ 1 и 2 сравниваются. В случае различной разряженности батарей 2 и 3 устройство работает аналогично с использованием датчиков 15, 16 напряжения, элемента 18 сравнения, ПЭ 20 и ШИМ 13. Поскольку устройство обеспечивает одинаковое разрядное напряжение, а следовательно, и одинаковую разряженность каждых двух соединенных друг с другом АБ 1 и 2, 2 и 3, то обеспечиваются одинаковые напряжения и разряженность всех АБ, т.е. батарей 1 и 2, 2 и 3, 1 и 3.The device operates as follows. Suppose that in the initial state AB 1 is discharged more than AB 2. At the same time, the output voltage U _{AB1 of} battery 1 is less than battery 2. Signals proportional to the voltages of batteries 1 and 2 from voltage sensors 14 and 15 are sent to comparison element 17, from the output whose difference signal U is applied to the input PE 19 _times . The output of PE 19 generates a signal of the corresponding polarity and enters the PWM 12. In this case, the polarity of the signal at the output of PE 19 is such that the output of the PWM 12 opens the transistor 11 and confirms the closed state of the transistor 10 .Throttle 7 n starts to accumulate electromagnetic energy along the circuit: “plus” AB 2 - inductor 7 - collector-emitter junction of transistor 11 - “minus" AB 2. After closing transistor 11, the polarity of the voltage across the terminals of inductor 7 changes to the opposite, diode 8 opens and the one accumulated earlier in throttle 7 electromagnetic energy in the circuit: throttle 7 - diode 8 - AB 1 - throttle 7 - enters the more discharged battery 1, recharging it. After a certain number of clock cycles of the device, the voltage AB 1 and 2 are equal. If the battery 2 is more discharged (the direction of the battery 2 is less than the voltage of the battery 1), the processes will proceed similarly. A signal of opposite polarity is generated at the output of PE 19, due to which the signal from the PWM output 12 will control the state of the transistor 10 and confirm the closed state of the transistor 11. During the open state of the transistor 10, energy will be accumulated in the inductor 7 along the circuit: “plus” of the battery 1 - emitter collector junction of transistor 10 - inductor 7 - negative battery 2. After closing the transistor 10, the polarity of the voltage at the terminals of the inductor 7 is reversed, the diode 9 opens and the energy stored in the inductor 7 before and: throttle 7 - diode 9 - AB 2 - choke 7 - enters in a discharged AB 2, recharging it. After a certain number of clock cycles of the device, the voltage AB 1 and 2 are compared. In the case of different discharges of batteries 2 and 3, the device operates in a similar way using voltage sensors 15, 16, a comparison element 18, PE 20 and PWM 13. Since the device provides the same discharge voltage, and therefore the same discharge, of each two AB 1 connected to each other and 2, 2 and 3, then the same voltage and discharge of all batteries are provided, i.e. batteries 1 and 2, 2 and 3, 1 and 3.

Пороговый элемент 19 и ШИМ 12 работают следующим образом. The threshold element 19 and the PWM 12 operate as follows.

Пусть входной сигнал U_раз ПЭ, поступающий на клеммы 25, имеет положительную полярность. С клемм 25 он подается на прямые входы ОУ 27, 29 и инверсные входы ОУ 28, 30. Если уровень входного сигнала меньше опорного напряжения - U_оп, поступающего с клемм 26 на инверсный вход ОУ 27 и прямой вход 28, на выходах ОУ 27, 28, элементов И 36, 37, сигналы отсутствуют, ЭК 31, 32 закрыты и ШИМ не работает. Когда уровень входного сигнала ПЭ становится выше уровня опорного напряжения, на выходе ОУ 27 формируется сигнал, открывающий ЭК 31 и подготавливающий элемент И 37 по его первому входу к формированию выходного сигнала. При этом выходной сигнал ОУ 28 становится более отрицательным и не изменяет состояния ЭК 32 и элемента И 36. Входной сигнал ПЭ, усиленный в ОУ 29, через открытый ЭК 31 поступает на один вход ОУ 33, на другой вход которого подается линейно изменяющийся сигнал с ГЛИН 34. Выходной сигнал ОУ 33 поступает на вторые входы элементов И 36, 37, на выходе элемента И 39 формируется сигнал, открывающий ЭК 39, 40, в результате чего формируется управляющий сигнал, открывающий транзистор 11 с помощью дополнительного источника постоянного напряжения. Длительность открытого состояния ЭК 38, 40 определяется уровнем входного сигнала ПЭ. ЭК 38, 40 закроются, отключив эмиттер-базовую цепь транзистора 11 от источника, когда уровень напряжения на выходе ГЛИН 34 сравняется с уровнем напряжения на выходе ЭК 31.Let the input signal U _times PE arriving at terminals 25 have a positive polarity. From the terminals 25 it is fed to the direct inputs of the op amp 27, 29 and the inverse inputs of the op amp 28, 30. If the input signal level is less than the reference voltage - U _op coming from the terminals 26 to the inverse input of the op amp 27 and the direct input 28, at the outputs of the op amp 27, 28, elements And 36, 37, no signals, EC 31, 32 are closed and PWM does not work. When the level of the input signal PE becomes higher than the level of the reference voltage, a signal is generated at the output of the op-amp 27, opening the EC 31 and preparing the element And 37 at its first input to form the output signal. In this case, the output signal of the op amp 28 becomes more negative and does not change the state of the EC 32 and the And 36 element. The input signal PE, amplified in the op amp 29, through the open EC 31 is fed to one input of the op amp 33, to the other input of which a linearly varying signal with GLIN is supplied 34. The output signal of the op-amp 33 is supplied to the second inputs of the elements And 36, 37, at the output of the element And 39 a signal is generated that opens the EC 39, 40, as a result of which a control signal is formed that opens the transistor 11 using an additional constant voltage source. The duration of the open state of EC 38, 40 is determined by the level of the input signal PE. EC 38, 40 are closed by disconnecting the emitter-base circuit of transistor 11 from the source when the voltage level at the output of the GLIN 34 is equal to the voltage level at the output of EC 31.

Пусть входной сигнал ПЭ имеет отрицательную полярность. Если уровень входного сигнала (по абсолютной величине) меньше уровня опорного напряжения, на выходах ОУ 27, 28, схем И 36, 37 сигнал отсутствует, ЭК 31, 32 закрыты и ШИМ не работает. Когда уровень сигнала ПЭ (по абсолютной величине) становится выше опорного напряжения, на выходе ОУ 28 формируется сигнал, открывающий ЭК 32 и подготавливающий элемент И 36 по его первому входу к формированию выходного сигнала. При этом выходной сигнал ОУ 27 становится более отрицательным и не изменяет состояния ЭК 31 и схемы И 37. Входной сигнал ПЭ усиливается и инвертируется в ОУ 30 и через открытый ЭК 32 поступает на один вход ОУ 33, на другой вход которого подается линейно изменяющийся сигнал с выхода ГЛИН 34. Выходной сигнал ОУ 33 поступает на вторые входы схем И 36, 37, на выходе элемента И 36 формируется сигнал, открывающий ЭК 39, 41, в результате чего открывается транзистор 10. Длительность открытого состояния ЭК 39, 41 определяется уровнем входного сигнала ПЭ, что позволяет, как и в первом случае, обеспечить динамическое перераспределение мощности между АБ в зависимости от величины их разности напряжений, что иллюстрируется представленными на фиг.3 графиками, для разных ΔU. Let the input PE signal have a negative polarity. If the input signal level (in absolute value) is less than the level of the reference voltage, there is no signal at the outputs of the OS 27, 28, circuits 36, 37, EC 31, 32 are closed and the PWM does not work. When the PE signal level (in absolute value) becomes higher than the reference voltage, an output is generated at the OA 28 output, opening the EC 32 and preparing the And 36 element at its first input to form the output signal. In this case, the output signal of the op amp 27 becomes more negative and does not change the state of the EC 31 and the I 37 circuit. The input signal PE is amplified and inverted to the op amp 30 and, through the open EC 32, is fed to one input of the op amp 33, to the other input of which a linearly varying signal with the output of the GLIN 34. The output signal of the op amp 33 goes to the second inputs of the circuits AND 36, 37, at the output of the AND 36 element a signal is generated that opens the EC 39, 41, as a result of which the transistor 10 is opened. The duration of the open state of the EC 39, 41 is determined by the level of the input signal PE, which allows, to k and in the first case, to provide a dynamic reallocation of power between AB depending on the magnitude of the voltage difference, which is illustrated by the graphs represented in Figure 3, for different ΔU.

Положительный эффект, достигаемый отличительными признаками заявляемого изобретения, заключается в повышении энергетических показателей устройства для питания нагрузки постоянным током путем выравнивания напряжения АБ, а следовательно, исключения их разброса по емкости. Это обусловлено следующими обстоятельствами. Глубина разряда и заряда каждой из АБ ограничивается рядом факторов, из которых решающее значение имеет технологический разброс по емкости последовательно соединенных аккумуляторов при их изготовлении. Разброс аккумуляторов по емкости в процессе эксплуатации возрастает, что повышает вероятность их переполюсовки. При последовательном соединении нескольких батарей этот фактор приобретает еще большее значение. Отличительными признаками изобретение обеспечивает исключение увеличения разброса по емкости аккумуляторов вследствие последовательного соединения нескольких батарей, а в том случае, если LDT-трехполюсники подключить ко всем аккумуляторам каждой батареи, переполюсовка аккумуляторов практически исключается. Если в роли критерия качества рассматривать удельные энергетические показатели, которые определяют общую массу устройства, что общепринято для буферных АБ, входящих в состав систем электроснабжения автономных объектов, то дополнительная масса за счет включения в состав устройства маломощных, а следовательно, и имеющих незначительную массу полупроводниковых приборов и дросселей, оценивается 0,1...0,6 кг. В то время как увеличение глубины разряда и переход к аккумуляторам меньшего типоразмера при одном и том же запасе энергии в батарее обеспечит снижение общей массы системы на десятки и сотни килограммов в зависимости от типоразмера аккумуляторов. The positive effect achieved by the distinguishing features of the claimed invention is to increase the energy performance of the device for supplying the load with direct current by balancing the voltage of the battery, and therefore, eliminating their spread in capacity. This is due to the following circumstances. The depth of the discharge and charge of each of the batteries is limited by a number of factors, of which the technological spread in the capacity of the series-connected batteries in their manufacture is crucial. The dispersion of batteries in capacity during operation increases, which increases the likelihood of their polarity reversal. When several batteries are connected in series, this factor becomes even more important. The distinguishing features of the invention are to prevent the increase in the variation in battery capacity due to the series connection of several batteries, and if LDT-triples are connected to all the batteries of each battery, battery reversal is virtually eliminated. If we consider the specific energy indicators that determine the total mass of the device as a quality criterion, which is generally accepted for buffer batteries that are part of the power supply systems of autonomous objects, then the additional mass due to the inclusion of low-power and, therefore, insignificant mass of semiconductor devices and chokes, estimated 0.1 ... 0.6 kg. While increasing the depth of discharge and switching to smaller batteries with the same energy supply in the battery will reduce the total mass of the system by tens and hundreds of kilograms, depending on the size of the batteries.

Claims

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ, содержащее n последовательно включенных электрохимических источников постоянного тока с отводами, дроссели, диоды и транзисторы, соединенные с общими точками источников, блок управления, выходами связанный с управляющими входами транзисторов, отличающееся тем, что, с целью повышения энергетических показателей путем выравнивания напряжений источников, каждая пара соединенных друг с другом источников подключена к LDT-трехполюснику, включающему дроссель, два диода и два транзистора, один из полюсов LDT-трехполюсника образован первым выводом дросселя и связан с общей точкой этих источников, второй полюс образован точкой соединения катода первого диода и эмиттера первого транзистора и подключен к положительному отводу одного из источников, а третий полюс образован точкой соединения анода второго диода и коллектора второго транзистора и подключен к отрицательному отводу второго источника, при этом анод первого диода, коллектор первого транзистора, катод второго диода и эмиттер второго транзистора соединены друг с другом и вторым выводом дросселя, а блок управления входами подключен к клеммам источников. 1. The device for supplying DC power to the load, containing n series-connected DC electrochemical sources with taps, chokes, diodes and transistors connected to common points of the sources, a control unit, outputs connected to the control inputs of the transistors, characterized in that, in order to increase energy indicators by balancing the voltage of sources, each pair of sources connected to each other is connected to an LDT three-terminal network, including a choke, two diodes and two transistors, one from the poles of an LDT three-terminal network is formed by the first output of the inductor and connected to a common point of these sources, the second pole is formed by the junction of the cathode of the first diode and emitter of the first transistor and connected to the positive tap of one of the sources, and the third pole is formed by the junction of the anode of the second diode and second collector the transistor and is connected to the negative tap of the second source, while the anode of the first diode, the collector of the first transistor, the cathode of the second diode and the emitter of the second transistor are connected to each other and the second output of the inductor, and the input control unit is connected to the source terminals.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок управления выполнен в виде совокупности датчиков напряжения по числу источников, n - 1 пороговых элементов, n - 1 элементов сравнения, n - 1 широтно-импульсных модуляторов, при этом входы блока управления образованы входами датчиков напряжения, каждый из которых подсоединен к одному из источников, выходы каждой пары последовательно соединенных датчиков напряжения подключены к входам элемента сравнения, выход которого через пороговый элемент соединен с входом широтно-импульсного модулятора, первый и второй выходы которого подключены к эмиттер-базовому переходу первого транзистора LDT-трехполюсника, а третий и четвертый его выходы соединены с эмиттер-базовым переходом второго транзистора LDT-трехполюсника. 2. The device according to claim 1, characterized in that the control unit is made in the form of a combination of voltage sensors according to the number of sources, n - 1 threshold elements, n - 1 comparison elements, n - 1 pulse-width modulators, while the inputs of the control unit are formed the voltage sensor inputs, each of which is connected to one of the sources, the outputs of each pair of series-connected voltage sensors are connected to the inputs of the comparison element, the output of which is connected through the threshold element to the input of the pulse-width modulator, the first first and second outputs which are connected to the emitter-base junction of the first transistor LDT-three-point, and the third and fourth outputs coupled to its emitter-base junction of the second transistor LDT-three-point.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что пороговый элемент выполнен на основе двух операционных усилителей, при этом прямой вход первого операционного усилителя и инверсный вход второго операционного усилителя образуют вход порогового элемента, соединенный с выходом элемента сравнения, и его первый выход, инверсный вход первого операционного усилителя и прямой вход второго операционного усилителя подключены к выходу источника опорного напряжения, выход первого и второго операционных усилителей образуют второй и третий выходы порогового элемента. 3. The device according to claim 2, characterized in that the threshold element is made on the basis of two operational amplifiers, wherein the direct input of the first operational amplifier and the inverse input of the second operational amplifier form the input of the threshold element connected to the output of the comparison element, and its first output, the inverse input of the first operational amplifier and the direct input of the second operational amplifier are connected to the output of the reference voltage source, the output of the first and second operational amplifiers form the second and third outputs vogo element.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что широтно-импульсный модулятор выполнен на основе трех операционных усилителей, задающего генератора, генератора линейно изменяющегося напряжения, шести управляемых электронных ключей и двух схем И, при этом первый вход широтно-импульсного модулятора соединен с прямым входом первого и инверсным входом второго операционных усилителей, выходы которых через первый и второй электронные ключи объединены друг с другом и подключены к прямому входу третьего операционного усилителя, инверсный вход которого связан с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, входом подключенного к задающему генератору, выход третьего операционного усилителя через первую схему И, соединенную другим входом с третьим входом широтно-импульсного модулятора и другим входом второго электронного ключа, связан с четвертым и шестым электронными ключами, а через вторую схему И, соединенную другими входами с вторым входом широтно-импульсного модулятора и другим входом первого электронного ключа, подключен к третьему и пятому электронным ключам, при этом вторые входы третьего и четвертого электронных ключей соединены с положительной клеммой дополнительного источника постоянного напряжения, а вторые входы пятого и шестого электронных ключей подключены к его отрицательной клемме, выходы третьего, четвертого, пятого и шестого электронных ключей образуют третий, первый, четвертый и второй выходы широтно-импульсного модулятора соответственно. 4. The device according to claim 2, characterized in that the pulse-width modulator is made on the basis of three operational amplifiers, a master oscillator, a ramp generator, six controlled electronic keys and two AND circuits, while the first input of the pulse-width modulator is connected to direct input of the first and inverse input of the second operational amplifiers, the outputs of which through the first and second electronic keys are combined with each other and connected to the direct input of the third operational amplifier, the inverse input of which connected with the output of the ramp generator, the input connected to the master oscillator, the output of the third operational amplifier through the first circuit And connected to another input with the third input of the pulse-width modulator and another input of the second electronic key, connected to the fourth and sixth electronic keys, and through the second circuit And, connected by other inputs to the second input of the pulse-width modulator and another input of the first electronic key, connected to the third and fifth electronic keys, at m the second inputs of the third and fourth electronic keys are connected to the positive terminal of the additional constant voltage source, and the second inputs of the fifth and sixth electronic keys are connected to its negative terminal, the outputs of the third, fourth, fifth and sixth electronic keys form the third, first, fourth and second outputs pulse width modulator, respectively.