ИСКРОБЕЗОПАСНЫЙ АВТОНОМНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ Российский патент 2018 года по МПК H02H7/18 E21F9/00 G01R31/00 

Описание патента на изобретение RU2652729C2

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к искробезопасным устройствам шахтной автоматики, и может быть применено в областях техники, где необходимо применение искробезопасных источников питания.

Известен искробезопасный автономный источник питания аппаратуры шахтной автоматики [1], совмещающий функции ограничения разряда аккумуляторной батареи и обеспечения ее искробезопасности, что обеспечивается ограничением тока короткого замыкания и исключением возможности повторного открывания коммутирующего транзистора при коротком замыкании в цепи нагрузки. Недостатком предложенной конструкции является наличие гальванической связи между цепью аккумуляторной батареи и цепью нагрузки, что, в случае выхода из строя коммутирующего транзистора, может привести к появлению повышенного тока в искробезопасной цепи нагрузки.

Известен способ искрозащиты [2], при котором преобразуют постоянный ток в постоянный, разделяют с помощью трансформатора искроопасную и искробезопасную цепи и ограничивают выходной ток в искробезопасной цепи до искробезопасного значения за счет ограничения энергии в искроопасной цепи. Недостатком этого способа является малая выходная искробезопасная мощность.

В изобретении [3] представлена разработка искрозащитного барьера, в котором с целью увеличения передаваемой искробезопасной мощности в искроопасную линию связи введен датчик с чувствительными элементами контроля напряжения, тока и первой производной напряжения. Он включен в искроопасную цепь и подключен к блоку управления преобразователя постоянного тока в постоянный. Недостатком схемы является сложность схемной реализации.

В работе [4] предложена схема обеспечения искробезопасности источника питания, содержащая блок, состоящий из полупроводникового ключа со схемой управления, который отключает выход источника питания от нагрузки в случае неисправности стабилизатора, при которой может увеличиться ток или напряжение на выходе стабилизатора. Благодаря дифференциальному усилителю сопротивление резистора может быть выбрано достаточно малым, тем самым уменьшается мощность, выделяемая внутри устройства. На ключе выделяемая мощность пренебрежимо мала, поскольку сопротивление открытого ключа может быть выбрано достаточно малым. Недостатком схемы является наличие гальванической связи между искроопасной цепью источника питания и искробезопасной цепью нагрузки.

Задачей предлагаемого технического решения является создание простой и надежной схемы искробезопасного источника питания на основе аккумуляторной батареи для применения в системах мобильной связи на горных предприятиях. Технический результат заключается в упрощении конструкции при обеспечении высокой надежности и расширении функциональных возможностей.

Поставленная задача достигается тем, что разработан и изготовлен искробезопасный автономный источник питания, содержащий блок аккумуляторной батареи (АКБ), преобразователь постоянного напряжения в постоянное (DC-DC), обеспечивающий гальваническую развязку цепи аккумуляторной батареи и выходной цепи, и схема обеспечения искробезопасности, выполняющая функции контроля напряжения и тока участка искробезопасной цепи.

Согласно изобретению, для отделения искроопасной цепи аккумуляторной батареи 1 от вторичной искробезопасной цепи применен интегральный DC-DC преобразователь 2, к выходу которого подключен блок 8, содержащий датчик тока (ДТ) 3, инвертирующий операционный усилитель (ИОУ) 4, микроконтроллер (МК) со встроенным аналого-цифровым преобразователем 5, полупроводниковый ключ 6. Блок 8 отключает выход 7 автономного источника питания от нагрузки в случае неисправности DC-DC преобразователя 2, при которой может увеличиться ток или напряжение на выходе стабилизатора.

DC-DC преобразователь выполняет функцию стабилизации выходного напряжения при изменении напряжения на клеммах АКБ в процессе разряда, гальваническую развязку цепи АКБ и цепи нагрузки.

На фиг. 1 приведена структурная схема построения предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Предположим, что в DC-DC преобразователе 2 возникла неисправность, приведшая к росту тока и напряжения на выходе. Ток через датчик тока 3 увеличится, а следовательно, увеличится напряжение на выходе датчика тока. Это напряжение усиливается инвертирующим операционным усилителем 4 и подается на вход A/D0 аналогового входа микроконтроллера 5. Одновременно увеличивающееся напряжение подается на вход A/D1 аналогового входа микроконтроллера. При достижении напряжения и тока пороговых значений, задаваемых программой управления микроконтроллера, на цифровом выходе РВ0 формируется управляющее напряжение, запирающее ключ 6.

После запирания ключа 6 выход источника питания оказывается обесточен, что и требуется для обеспечения искробезопасности.

Требуемая ГОСТ 51330.10 искробезопасность при возможных неисправностях может обеспечиваться дублированием или троированием блока 8.

Практическая реализация полезной модели выполнена с применением в качестве датчика тока 3 прецизионной интегральной микросхемы типа ACS712 (±5 А), принцип действия которой основан на эффекте Холла, в качестве усилителя 4 - интегральной микросхемы типа МСР601, датчика напряжения - резистивного делителя, микроконтроллера - микросхемы ATtiny13, интегрального стабилизатора напряжения питания схемы обеспечения искробезопасности - микросхемы L7805CV, DC-DC преобразователя - микросборки NSD15-S (Uвх=9,4÷36 В, Uвых=12 В, P=15W), в качестве полупроводникового ключа - MOSFET транзистор IRFZ44.

Промышленный образец искробезопасного автономного источника питания при колебаниях напряжения на АКБ в диапазоне 14,8-10 В обеспечил выходной ток до 0,6 А при напряжении 12 В.

На фиг. 2 приведена зависимость выходного напряжения на выходе искробезопасного автономного источника питания от выходного тока при изменении сопротивления нагрузки от 100 Ом до 0, полученная экспериментально.

Промышленные испытания полезной модели производились на участке скипового подъема ствола СС рудника «Комсомольский» (ПАО «ЗФ «ГМК «Норильский никель») в качестве искробезопасного источника питания мобильной аппаратуры связи МР90 (FHF Bergbautechnik GmbH & Co.KG), установленной на скипах. Получены положительные результаты, подтверждающие работоспособность предложенных решений.

Источники информации

1. Искробезопасный автономный источник питания аппаратуры шахтной автоматики. E21F 9/00. Патент SU 1640450 А1. Дата публикации 07.04.1991. А.В. Жадан, В.П. Диденко, А.Ю. Городецкий.

2. Коган Э.Г. Способы и средства обеспечения искробезопасности рудничного электрооборудования [Текст]: научное издание / Э.Г. Коган. - М.: Недра, 1988. - 98 с.: ил.

3. Способ искрозащиты. E21F 9/00. Патент РФ №2029876. Дата публикации 27.02.1995. Давыдов В.В., Листвинский В.М., Сорокин А.А.

4. Искробезопасный источник питания. Н02Н 9/00, E21F 9/00. Заявка РФ №2479905. Приоритет: 30.09.2011. Заявители: Денисенко В.В., Халявко А.Н.

Похожие патенты RU2652729C2

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЗАРЯДА ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННЫХ ЛИТИЙ-ИОННЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ 2021
  • Воронцов Сергей Николаевич
  • Ганичев Сергей Игорьевич
  • Дмитрук Владимир Владимирович
  • Долгих Алексей Николаевич
  • Касьяненко Андрей Александрович
  • Кильмаматова Эльза Тимерхановна
  • Козусь Эдуард Сергеевич
RU2767486C1
Источник питания искробезопасный с аккумуляторной поддержкой и комбинированной защитой 2023
  • Продан Алексей Юрьевич
  • Чурилов Иван Михайлович
  • Педин Николай Николаевич
  • Суховерков Игорь Олегович
RU2812966C1
АВТОНОМНОЕ ПЕРЕНОСНОЕ УСТРОЙСТВО ИНДУКТИВНОЙ ЗАРЯДКИ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ 2018
  • Земсков Антон Владимирович
  • Карпунин Павел Юрьевич
RU2695103C1
Система накопления и распределения энергии и способ ее эксплуатации 2020
  • Грачев Михаил Юрьевич
  • Филинский Максим Леонидович
  • Попов Павел Георгиевич
  • Савицкий Алексей Михайлович
  • Метальников Денис Геннадьевич
  • Колесников Вячеслав Александрович
RU2737616C1
Система зарядки и способ управления зарядкой батареи электротранспортного средства 2021
  • Бурматов Евгений Петрович
RU2797370C1
Устройство для контроля на обрыв и короткое замыкание цепи с переключательным контактом с диодами 2019
  • Карпов Алексей Геннадиевич
  • Марченко Сергей Георгиевич
RU2731440C1
ИЗМЕРИТЕЛЬ РАЗУБОЖИВАНИЯ МЕДНО-НИКЕЛЕВОЙ СУЛЬФИДНОЙ РУДЫ В МЕРНОМ ОБЪЕМЕ 2012
  • Карпов Алексей Геннадиевич
  • Степанов Сергей Михайлович
  • Степанов Станислав Сергеевич
RU2490699C1
ИЗМЕРИТЕЛЬ РАЗУБОЖИВАНИЯ МЕДНО-НИКЕЛЕВОЙ СУЛЬФИДНОЙ РУДЫ В МЕРНОМ ОБЪЕМЕ 2011
  • Карпов Алексей Геннадиевич
  • Степанов Сергей Михайлович
  • Степанов Станислав Сергеевич
RU2460128C1
ЗАРЯДНО-РАЗРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО С РЕКУПЕРАЦИЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В КОРАБЕЛЬНУЮ СЕТЬ 2012
  • Капустин Игорь Владимирович
  • Киселев Василий Иванович
  • Никифоров Борис Владимирович
  • Прасолин Алексей Прокопович
  • Темирев Алексей Петрович
RU2498476C1
УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЕМ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ 2017
  • Хрулёв Павел Владимирович
  • Капелько Константин Васильевич
  • Ерофеев Михаил Николаевич
RU2682596C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 652 729 C2

Реферат патента 2018 года ИСКРОБЕЗОПАСНЫЙ АВТОНОМНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к искробезопасным устройствам шахтной автоматики, и может быть применено в областях техники, где необходимо применение искробезопасных источников питания. Технический результат заключается в создании конструкции, обеспечивающей высокую надежность и расширение функциональных возможностей схемы искробезопасного автономного источника питания на основе аккумуляторной батареи для применения в системах мобильной связи подъемных установок горных предприятий. Искробезопасный автономный источник питания содержит аккумуляторную батарею, выход которой соединен с входом преобразователя постоянного напряжения в постоянное. Причем выход преобразователя соединен с первым аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера и с первым выводом датчика тока, второй вывод которого соединен с первым выводом ключа, второй вывод которого является выходом устройства, выход датчика тока соединен с входом инвертирующего операционного усилителя, выход которого соединен со вторым аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера, цифровой выход которого соединен с управляющим входом ключа. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 652 729 C2

1. Искробезопасный автономный источник питания, содержащий аккумуляторную батарею, выход которой соединен с входом преобразователя постоянного напряжения в постоянное, отличающийся тем, что выход преобразователя соединен с первым аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера и с первым выводом датчика тока, второй вывод которого соединен с первым выводом ключа, второй вывод которого является выходом устройства, выход датчика тока соединен с входом инвертирующего операционного усилителя, выход которого соединен со вторым аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера, цифровой выход которого соединен с управляющим входом ключа.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве датчика тока применен прецизионный интегральный датчик тока, основанный на эффекте Холла.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве аккумуляторной батареи применена батарея литийферрумфосфатных (LiFePO4) элементов.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2018 года RU2652729C2

ИСКРОБЕЗОПАСНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ 2011
  • Денисенко Виктор Васильевич
  • Халявко Александр Николаевич
RU2479905C1
RU 2015103802 A, 10.09.2016
СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИСКРОБЕЗОПАСНОСТИ ПЕРЕНОСНЫХ ПРИБОРОВ 2006
  • Ерыгин Александр Тимофеевич
  • Толченкин Роман Юрьевич
RU2336417C1
СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ РУДНЫХ ТЕЛ 2011
  • Стефенс, Томас Эдвард
  • Ингдал, Джералд
  • Бойман, Вон
  • Диас, Джосеф
  • Гордон, Кристофер
RU2518822C1

RU 2 652 729 C2

Авторы

Карпов Алексей Геннадиевич

Сидлецкий Сергей Николаевич

Бекер Александр Валерьевич

Даты

2018-04-28Публикация

2016-08-31Подача