Устройство распределения электропитания Российский патент 2024 года по МПК H02J1/00 

Изобретение относится к области силовой электроники и может быть использовано в составе бортового радиоэлектронного оборудования летательных аппаратов и наземной техники в качестве управляемого устройства распределения электропитания бортовых потребителей.

Современные тенденции развития авиационной и наземной техники направленны на повышение безопасности эксплуатации транспортных средств, что ведет к расширению и усложнению поставленных перед ними задач. Так как рост числа и мощности бортовых потребителей электроэнергии, повышает требования к надежности и качеству их электропитания, контроль и своевременное выявление отклонений показателей работы системы электропитания является одним из основополагающих факторов безопасности эксплуатации транспортных средств.

Известно изобретение - система распределения электропитания, описанная в патенте №RU 2334335, от 16.05.2006 г., МПК H02J 1/00? которая содержит блок питания, подключенные к его выходным шинам коммутаторы цепей питания приборов и блок управления коммутаторами, дополнительные коммутаторы, подключенные к выходным шинам блока питания, которые через первый и второй резисторы с одинаковыми номиналами соединены с первым входом контрольно-измерительного прибора и корпусом («землей») изделия, а через третий и четвертый резисторы с одинаковыми номиналами - со вторым входом контрольно-измерительного прибора, имитатор сопротивления изоляции входами подключен к выходам дополнительных коммутаторов, а общей точкой подключен к корпусу («земле») изделия, при этом имитатор выполнен в виде дополнительных резисторов, первые выводы которых соединены с его входами, а вторые выводы соединены с его общей точкой.

Недостатками представленного аналога является низкая эффективность защиты потребителей от короткого замыкания в нагрузке и отсутствие возможности детектирования явления электрической дуги.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является устройство, описанное в патенте № CN 112564076, от 03.01.2020 г., МПК B64D 47/00 - «Схема распределения питания и коммутации сигналов, предназначенная для вертолета». Устройство содержит схему защиты и схему включения и распределения питания, а также источник питания, электрически соединенный с цепью включения и распределения питания системы через цепь защиты. Схема защиты содержит фильтр источника питания, ограничитель перенапряжения, схему защиты от перегрузки по току и схему защиты от реверса, которые соединены последовательно.

Недостатком прототипа является ограниченная способность контроля технического состояния потребителей при распределении электропитания.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение возможностей выявления перегрузки по току потребителей электроэнергии.

Технический результат заключается в повышении безопасности эксплуатации транспортных средств, за счет повышения контролепригодности и обеспечения контроля тока нагрузки.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство распределения электропитания содержит два независимых канала коммутации, выполненных на базе объединительной платы, каждая из которых соединена со своим входным и выходным модулем защиты и фильтрации и содержащая узел питания модулей коммутации, соединенный с процессорным модулем и модулями коммутации и дискриминации, узел питания модуля процессора, соединенный с процессорным модулем и модулем приема дискретных сигналов, модуль приема дискретных сигналов, а также соединенные каналами последовательного интерфейса модуль процессора и N модулей коммутации и дискриминации, причем каждый модуль коммутации и дискриминации содержит вычислительный узел и электронный ключ, содержащий два термопредохранителя, для контроля тока нагрузки и управляемого разрыва коммутационной цепи.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства распределения электропитания, где:

1 - устройство распределения электропитания;

2 - входной модуль защиты и фильтрации;

3 - объединительная плата;

4 - узел питания модулей коммутации;

5 - узел питания модуля процессора;

6 - модуль приема дискретных сигналов;

7 - модуль процессора;

8 - модуль коммутации и дискриминации;

9 - выходной модуль защиты и фильтрации;

10 - источники электропитания;

11 - бортовое оборудование потребителей.

Устройство распределения электропитания выполнено в виде моноблока и имеет два идентичных рабочих канала коммутации, при этом каждый канал коммутации содержит объединительную плату 3, каждая из которых соединена со своим входным модулем защиты и фильтрации 2 и выходным модулем защиты и фильтрации 9.

На объединительной плате 3 расположены узел питания модулей коммутации 4, соединенный с процессорным модулем 7, посредством двунаправленного последовательного интерфейса передачи данных, и модулями коммутации и дискриминации 8, узел питания модуля процессора 5, соединенный с процессорным модулем 7, модулем приема дискретных сигналов 6, а также с узлом питания модуля процессора 5 второго канала, модуль приема дискретных сигналов 6, а также соединенные двумя каналами последовательного интерфейса модуль процессора 7 и N модулей коммутации и дискриминации 8.

Устройство распределения электропитания работает следующим образом.

Перед началом работы все коммутируемые каналы разомкнуты, входные шины электропитания от источников 10 в устройстве 1 подключены к узлу питания модулей коммутации 4 и узлу питания модуля процессора 5. После подачи напряжения на шинах электропитания от источников 10 на устройство 1, средствами встроенного контроля узла питания модулей коммутации 4 и узла питания модуля процессора 5 каждого канала коммутации проводится самодиагностика и в случае обнаружения неисправности, питающие напряжения для модулей коммутации 8 и модуля процессора 7 не выдаются. При этом, в случае исправности узла питания модуля процессора 5 соседнего канала, питание модуля процессора 7 осуществляется от узла питания модуля процессора 5 соседнего канала. Для контроля исправности второго канала модули процессора 7 каждого канала связаны между собой по последовательному интерфейсу.

При получении устройством распределения электропитания 1 команды от внешнего оборудования 11 на выдачу сигнала, входной модуль защиты и фильтрации 2, схемотехнически выполняет предварительную фильтрацию команды и защиту входов модуля процессора 7 от воздействия переходных процессов, вызванных молнией и HIRF, и транслирует ее в модуль процессора 7 или, при поступлении прямых команд управления, в модуль приема дискретных сигналов 6. Модулем процессора 7 проверяется возможность выдачи данной команды по отсутствию признака блокировки и в случае установления возможности выдачи посылает управляющую команду в модуль коммутации и дискриминации 8 на замыкание электронного ключа 14. При поступлении прямых команд управления модуль приема дискретных сигналов 6 посылает управляющую команду в модуль коммутации и дискриминации 8 на замыкание электронного ключа и по последовательному интерфейсу цифрового кода в модуль процессора 7. При замкнутом состоянии электронного ключа 14 модуля коммутации и дискриминации 8 электропитание через выходной модуль защиты и фильтрации 9 подается для запитки подключенных потребителей из состава бортового оборудования 11.

После открытия электронного ключа 14, модуль коммутации и дискриминации 8 осуществляет контроль текущего значения тока в нагрузке и времени его действия и при их превышении осуществляет разрыв цепи.

На фиг. 2 представлена блок-схема модуля коммутации и дискриминации 8, где:

8 - модуль коммутации и дискриминации

12 - узел вычислительный;

13 - узел измерения и дискриминации;

14 - электронный ключ;

15 - узел управления коммутацией;

16 - узел управления теомопредохранителями.

Модуль коммутации и дискриминации 8 содержит узел вычислительный 12, выполненный на базе микроконтроллера и узел управления коммутацией 15, соединенный вместе с электронным ключом 14 и узлом измерения и дискриминации 13 с узлом управления термопредохранителями 16. Узел вычислительный 12 также соединен с узлом управления термопредохранителями 16.

Для разрыва силовой цепи в случае отказа электронного ключа 14 в замкнутом состоянии, в его составе предусмотрены два последовательно включенных термопредохранителя.

Контроль текущего значения тока в нагрузке и времени его действия модулем коммутации и дискриминации 8 осуществляется следующим образом.

После получения управляющей команды от модуля процессора 7 или команды прямого управления от модуля приема дискретных сигналов 6 на замыкание электронного ключа 14, узел вычислительный 12 формирует и передает в узел управления коммутацией 15 команду на замыкание электронного ключа 14, при этом значение показателя тока фиксируется двумя независимыми трактами измерения в узле измерения и дискриминации 13 и путем подачи напряжения, пропорционального значению тока в коммутируемой цепи, передаются на входы узла вычислительного 12. В случае отсутствия/невозможности контроля тока нагрузки, команда на включение электронного ключа 14 модулем процессора 7 не выдается.

В случае превышения током в нагрузке допустимой области значений, обозначенной на фиг. 3, узел вычислительный 12 формирует команды для узла управления коммутацией 15 на размыкание электронного ключа 14 и снимает запрет на нагрев термопредохранителя.

В схеме коммутации электронного ключа 14 предусмотрены два термопредохранителя, которые разрушаются в случае отказа электронного ключа 14 в замкнутом состоянии. Для управления нагревом термопредохранителей в узле управления термопредохранителями 16 реализовано две схемы управления нагревом. При снятии исправности узла вычислительного 12 или отсутствии подтверждения команды на включение электронного ключа от узла вычислительного 12 включается нагрев первого термопредохранителя. При снятии команды на запрет разрушения от узла вычислительного 12 включается нагрев второго термопредохранителя. Разрушение термопредохранителей необратимо.

При размыкании электронного ключа 14 по наличию перегрузки по току или короткому замыканию, повторная выдача команды управления возможна только после устранения причины перегрузки по току или короткого замыкания подачей модулем процессора 7 команды разблокировки.

Таким образом, осуществляя контроль тока нагрузки с помощью модулей коммутации и дискриминации, а также наличием узла питания модулей коммутации и узла питания модулей процессора, обеспечивающих самоконтроль работоспособности, обеспечивается возможность коммутации электропитания потребителей с функцией защиты от перегрузки по току и короткого замыкания в нагрузке, тем самым повышая безопасность эксплуатации транспортных средств.

Изобретение относится к области силовой электроники. Техническим результатом является повышение безопасности эксплуатации транспортных средств за счет повышения контролепригодности и обеспечения контроля тока нагрузки. Устройство распределения электропитания содержит два независимых канала коммутации, выполненных на базе объединительной платы, каждая из которых соединена со своим входным и выходным модулем защиты и фильтрации и содержит узел питания модулей коммутации, соединенный с процессорным модулем и модулями коммутации и дискриминации, узел питания модуля процессора, соединенный с процессорным модулем и модулем приема дискретных сигналов, модуль приема дискретных сигналов, а также соединенные каналами последовательного интерфейса модуль процессора и N модулей коммутации и дискриминации, причем каждый модуль коммутации и дискриминации содержит вычислительный узел и электронный ключ, содержащий два термопредохранителя, для контроля тока нагрузки и управляемого разрыва коммутационной цепи. 3 ил.

Устройство распределения электропитания, характеризующееся тем, что содержит два независимых канала коммутации, выполненных на базе объединительной платы, каждая из которых соединена со своим входным и выходным модулем защиты и фильтрации и содержит узел питания модулей коммутации, соединенный с процессорным модулем и модулями коммутации и дискриминации, узел питания модуля процессора, соединенный с процессорным модулем и модулем приема дискретных сигналов, модуль приема дискретных сигналов, а также соединенные каналами последовательного интерфейса модуль процессора и N модулей коммутации и дискриминации, причем каждый модуль коммутации и дискриминации содержит вычислительный узел и электронный ключ, содержащий два термопредохранителя, для контроля тока нагрузки и управляемого разрыва коммутационной цепи.