CN106160175A - 一种适用于uuv的动力电转仪表电供电装置 - Google Patents

一种适用于uuv的动力电转仪表电供电装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适用于水下无人航行器的动力电到仪表电自主切换供电装置。包括动力电池组、仪表电池组、分压器、电压比较锁存电路、隔离电路、P‑MOS场效应管、DC‑DC转换器、第一二极管、第二二极管，仪表电池组的正极经过分压器连接到电压比较锁存电路，当仪表电池组电压高于预设的电压阈值时，电压比较锁存电路通过隔离电路控制P‑MOS场效应管截止，DC‑DC转换器不工作，由仪表电池组通过第二二极管向仪表电负载供电。在仪表电池组耗尽后，能够充分利用动力电池组，提高UUV的能源利用率；并且能够无缝切换到动力电池组，避免仪表数据丢失，保证仪表数据传输通畅。

Description

一种适用于UUV的动力电转仪表电供电装置
技术领域
本发明涉及水下无人航行器供电装置领域，特别是一种适用于水下无人航行器的动力电到仪表电自主切换供电装置。
背景技术
水下无人航行器(Unmanned Underwater Vehicle，UUV)的能源系统主要采用电池组，为了提高能源的利用效率和满足电磁兼容性的要求，UUV能源系统采用高电压的动力电池组和低电压的仪表电池组两组电池，动力电池组主要给执行机构和电机等高电压高功率电气设备供电，仪表电池组主要给仪表设备和计算机等低电压低功率的弱电设备供电，动力电池组和仪表电池组的容量按照典型任务下的能源消耗进行配置。但水下无人航行器任务复杂多样，在一些特定任务阶段，如水下静默监听、水下拍照等，仪表电池组的电量将提前耗尽，使计算机等处于断电状态，UUV无法运行，导致任务失败。而此时动力电池组的能量往往较为充足，为了优化电源配置，本发明提出了一种适用于UUV的动力电转仪表电供电装置，核心思想是保证动力电和仪表电同时耗完，使航行器的能源使用最大化。
发明内容
本发明的目的在于为UUV执行水下静默监听等特殊任务提供一种适用于水下无人航行器的动力电到仪表电自主切换供电装置。
本发明的目的是这样实现的：
一种适用于UUV的动力电转仪表电供电装置，包括动力电池组、仪表电池组、分压器、电压比较锁存电路、隔离电路、P-MOS场效应管Q、DC-DC转换器、第一二极管D1、第二二极管D2，仪表电池组的正极经过分压器连接到电压比较锁存电路，当仪表电池组电压高于预设的电压阈值时，电压比较锁存电路通过隔离电路控制P-MOS场效应管截止，DC-DC转换器不工作，由仪表电池组通过第二二极管D2向仪表电负载供电；当仪表电池组电压低于预设的电压阈值时，电压比较锁存电路通过隔离电路控制P-MOS场效应管连通，DC-DC转换器开始工作，由动力电池组通过DC-DC转换器经过第一二极管D1向仪表电负载供电。
所述的电压比较锁存电路包括电压比较锁存器、预设基准电压模块、计算机控制信号模块、继电器K，其中电压比较锁存器引脚1与预设基准电压模块相连，引脚2连接分压器，引脚5为电压比较锁存器的输出端，分为三路：第一路直接电压比较锁存电路引脚3；第二路连接继电器常开短触点，连接继电器常开短触点另一端与逻辑电压、第二电容C2接合于一点并接引脚4，第二电容C2另一端接地，继电器K一端连接计算机控制信号模块，继电器另一端与控制电压、第一电容C1接合于一点，第一电容C1的另一端接地；第三路经过隔离电路 接P-MOS场效应管Q的栅极，电压比较锁存器引脚6接地。
当所述仪表电池组电压低于预设的电压阈值时，电压比较器输出低电平，当前状态被锁定，DC-DC转换器开始工作，DC-DC转换器输出端电压高于仪表电池组电压；仪表电池组充电完毕后，由计算机通过继电器K给比较锁存电路一个重置信号，当前锁存状态被解除，电压比较锁存电路重新进入比较状态。
所述的动力电池组正极与P-MOS场效应管Q的源极相连，DC-DC转换器IN+引脚与P-MOS场效应管Q的漏极与相连，动力电池组正极与DC-DC转换器IN-引脚相连。
所述的仪表电池组、第二二极管D2串联构成仪表电池组电源；动力电池组、DC-DC转换器、第一二极管D1，串联构成动力转仪表电源；所述仪表电池组电源、动力转仪表电池电源并联后给仪表电负载供电。
所述的分压器连接仪表电池组，分压产生比较输入电压，分压器由两个电阻串联构成。
本发明的有益效果在于：
在仪表电池组耗尽后，能够充分利用动力电池组，提高UUV的能源利用率；并且能够无缝切换到动力电池组，避免仪表数据丢失，保证仪表数据传输通畅；选择具有锁存功能的电压比较器接入电路，锁定了电路的切换状态。防止仪表电池组空载后电压升高，导致动力电池组与仪表电池组反复切换；在电路中加入继电器K，方便仪表电池组充电结束后，控制计算机重置锁定状态，仪表电负载的供电由动力电池组切换回仪表电池组；由于动力电池组电压远高于仪表电池组的电压，故在电路中加入隔离电路，使高压与低压隔离开，增强了电路的可靠性；二极管具有单向导通特性，防止了输出倒灌，DC-DC转换器输出电压也不会对仪表电池组产生充电，增强了仪表电池组的安全性。
附图说明
图1是UUV动力电池组仪表电池组切换电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明公开了一种UUV供电装置，该装置包括仪表电池组、动力电池组、分压器、电压比较锁存电路、隔离电路、P-MOS场效应管Q、DC-DC转换器、二极管D1、二极管D2。在UUV仪表电池组提前耗尽的情况下，本发明能够保证仪表电负载的供电自动由仪表电池组无缝切换到动力电池组，避免了UUV仪表电池组能量用尽而动力电池组能量过剩的矛盾，使航行器的能源使用最大化，提高了UUV能源的整体利用率。
具体来说是一种仪表电池组与动力电池组的切换电路，使仪表电池组提前耗尽时与动力电池组无缝切换，防止UUV断电无法运行、仪表数据丢失，同时提高了航行器的能源利用率。
本发明的技术任务是通过以下方案实现的：
该供电装置包括动力电池组、仪表电池组、分压器、电压比较锁存电路、隔离电路、P-MOS场效应管Q、DC-DC转换器、二极管D1、二极管D2。其中仪表电池组的正极经过分压器连接到电压比较锁存电路，当仪表电池组电压高于预设的电压阈值时，电压比较锁存电路通过隔离电路控制P-MOS场效应管截止，DC-DC转换器不工作，由仪表电池组通过二极管D2向仪表电负载供电；当仪表电池组电压低于预设的电压阈值时，电压比较锁存电路通过隔离电路控制P-MOS场效应管连通，DC-DC转换器开始工作，由动力电池组通过DC-DC转换器经过二极管D1向仪表电负载供电。
电压比较锁存电路包括电压比较锁存器、预设基准电压模块、计算机控制信号模块、继电器K。其中电压比较锁存器引脚1与预设基准电压模块相连，引脚2连接分压器，引脚5为电压比较锁存器的输出端，分为三路：第一路直接连接锁存引脚3；第二路连接继电器常开短触点，其另一端与逻辑电压、电容C2接合于一点并接引脚4，电容C2另一端接地，继电器K由计算机控制信号模块控制，其另一端与控制电压、电容C1接合于一点，电容C1的另一端接地；第三路经过隔离电路接P-MOS场效应管Q的栅极。电压比较锁存器引脚6接地。
当仪表电池组电压低于预设的电压阈值时，电压比较器输出低电平，当前状态被锁定，DC-DC转换器开始工作，DC-DC转换器输出端电压高于仪表电池组电压，避免仪表电池组空载，电压升高导致切换状态的变化；仪表电池组充电完毕后，由计算机通过继电器K给比较锁存电路一个重置信号，当前锁存状态被解除，电压比较锁存电路重新进入比较状态。
动力电池组正极与P-MOS场效应管Q的源极相连，DC-DC转换器IN+引脚与P-MOS场效应管Q的漏极与相连，动力电池组正极与DC-DC转换器IN-引脚相连。
仪表电池组、第二二极管(D2)，二者串联构成仪表电池组电源；动力电池组、DC-DC转换器、第一二极管(D1)，串联构成动力转仪表电源；所述仪表电池组电源、动力转仪表电池电源并联后给仪表电负载供电。
分压器连接仪表电池组，分压产生比较输入电压，该分压器由两个电阻串联构成。
电路工作原理：仪表电池组供电给仪表电负载。仪表电池组输出端电压Vequ，经过分压器后输入电压比较锁存器，与预设基准电压值Vset进行比较，高于预设值Vset(Vset一般取仪表电池组最低放电电压)，电压比较锁存器引脚5输出高电平，经过隔离电路，使P-MOS场效应管Q截止，动力电池组断开于电路中，此时二极管D1截止，二极管D2导通，仪表电负载供电由仪表电池组提供；
随着航行器任务的进行，当航行器完成某种特定任务，导致仪表电池组提前消耗完时，Vequ经过分压器输入电压比较锁存器的电压值低于预设基准电压值Vset，此时电压比较锁存器 引脚5输出低电平，经过隔离电路，使P-MOS场效应管Q导通，将动力电池组连入电路，DC-DC转换器启动电压转换。此时Vout>Vequ，输出Vout由Vcon提供，由于二极管的单向导通特性，仪表电池组的输出被截止，同时直流到直流转换输出Vcon也不会对仪表电池组产生充电，仪表电负载的供电将由动力电池组提供。
当电压比较锁存器输出高电平时，引脚3为高电平，电压比较锁存器锁存功能失效；当输出为低电平时，引脚3为低电平，比较器的决定将被锁存，保持输出状态，此时电压比较锁存器输出将一直保持为低电平，从而保证场P-MOS场效应管Q的导通，使动力电池组持续为仪表电负载供电直到继电器K连通。
当UUV返航对仪表电池组充点结束后，通过计算机控制信号控制继电器K使之导通，电路短路，从而将逻辑电压Vlogic输入到电压比较锁存器的引脚3，解除锁存状态。此时Vequ经过分压器后的输入电压将大于预设基准电压，从而使P-MOS场效应管Q截止，将动力电池组断开于切换电路中，恢复仪表电池组对仪表电负载的供电。
实施例1
该供电装置包括动力电池组(300V)、仪表电池组(24V)、分压器(分压系数1/2)、电压比较锁存电路、隔离电路、P-MOS场效应管Q、DC-DC转换器、二极管D1、二极管D2。其中仪表电池组的正极经过分压器连接到电压比较锁存电路，当仪表电池组电压高于预设的电压阈值时，电压比较锁存电路通过隔离电路控制P-MOS场效应管截止，DC-DC转换器不工作，由仪表电池组通过二极管D2向仪表电负载供电；当仪表电池组电压低于预设的电压阈值时，电压比较锁存电路通过隔离电路控制P-MOS场效应管连通，DC-DC转换器开始工作，由动力电池组通过DC-DC转换器经过二极管D1向仪表电负载供电。
电压比较锁存电路包括电压比较锁存器、预设基准电压模块、计算机控制信号模块、继电器K。其中电压比较锁存器引脚1与预设基准电压模块相连，引脚2连接分压器，引脚5为电压比较锁存器的输出端，分为三路：第一路直接连接锁存引脚3；第二路连接继电器常开短触点，其另一端与逻辑电压、电容C2接合于一点并接引脚4，电容C2另一端接地，继电器K由计算机控制信号模块控制，其另一端与控制电压、电容C1接合于一点，电容C1的另一端接地；第三路经过隔离电路接P-MOS场效应管Q的栅极。电压比较锁存器引脚6接地。
当仪表电池组电压低于预设的电压阈值时，电压比较器输出低电平，当前状态被锁定，DC-DC转换器开始工作，DC-DC转换器输出端电压高于仪表电池组电压，避免仪表电池组空载，电压升高导致切换状态的变化；仪表电池组充电完毕后，由计算机通过继电器K给比较锁存电路一个重置信号，当前锁存状态被解除，电压比较锁存电路重新进入比较状态。
动力电池组正极与P-MOS场效应管Q的源极相连，DC-DC转换器IN+引脚与P-MOS场效应 管Q的漏极与相连，动力电池组正极与DC-DC转换器IN-引脚相连。
仪表电池组、第二二极管(D2)，二者串联构成仪表电池组电源；动力电池组、DC-DC转换器、第一二极管(D1)，串联构成动力转仪表电源；所述仪表电池组电源、动力转仪表电池电源并联后给仪表电负载供电。
分压器连接仪表电池组，分压产生比较输入电压，该分压器由两个电阻串联构成。
当仪表电池组供电给仪表电负载时，仪表电池组输出端电压+24V，经过两个330Ω的电阻分压后将+12V电压输入电压比较器，大于与预设基准电压值+10V，电压比较锁存器引脚5输出高电平，经过隔离电路，使P-MOS场效应管Q截止，动力电池组断开于电路中，此时二极管D1截止，二极管D2导通，仪表电负载供电由仪表电池组提供，此时电压比较器引脚3为高电平，锁存功能失效；
随着航行器任务的进行，当UUV完成某种特定任务，导致仪表电池组提前消耗完时，其电压+20V经过两个330Ω的电阻分压后将+10V电压输入电压比较器，小于预设基准电压值+10V，此时电压比较器引脚5输出低电平，经过隔离电路，使P-MOS场效应管Q导通，将动力电池组连入电路，DC-DC转换器启动电压转换，仪表电负载的供电将由动力电池组提供。此时引脚3为低电平，比较器的决定将被锁存，保持输出状态，电压比较器输出将一直保持为低电平，从而保证场P-MOS场效应管Q的导通，使动力电池组持续为仪表电负载供电直到继电器K连通。
当UUV返航对仪表电池组充点结束后，通过计算机控制信号控制继电器K使之导通，使电路短路，从而将逻辑电压+5V输入到电压比较器的引脚3，解除锁存状态，使场P-MOS场效应管Q截止，将动力电池组断开于切换电路中，恢复仪表电池组对仪表电负载进行供电。

Claims (6)

1.一种适用于水下无人航行器的动力电到仪表电自主切换供电装置，包括动力电池组、仪表电池组、分压器、电压比较锁存电路、隔离电路、P-MOS场效应管Q、DC-DC转换器、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)，其特征在于：仪表电池组的正极经过分压器连接到电压比较锁存电路，当仪表电池组电压高于预设的电压阈值时，电压比较锁存电路通过隔离电路控制P-MOS场效应管截止，DC-DC转换器不工作，由仪表电池组通过第二二极管(D2)向仪表电负载供电；当仪表电池组电压低于预设的电压阈值时，电压比较锁存电路通过隔离电路控制P-MOS场效应管连通，DC-DC转换器开始工作，由动力电池组通过DC-DC转换器经过第一二极管(D1)向仪表电负载供电。
2.根据权利要求1所述的一种适用于水下无人航行器的动力电到仪表电自主切换供电装置，其特征在于：所述的电压比较锁存电路包括电压比较锁存器、预设基准电压模块、计算机控制信号模块、继电器K，其中电压比较锁存器引脚1与预设基准电压模块相连，引脚2连接分压器，引脚5为电压比较锁存器的输出端，分为三路：第一路直接电压比较锁存电路引脚3；第二路连接继电器常开短触点，连接继电器常开短触点另一端与逻辑电压、第二电容(C2)接合于一点并接引脚4，第二电容(C2)另一端接地，继电器(K)一端连接计算机控制信号模块，继电器另一端与控制电压、第一电容(C1)接合于一点，第一电容(C1)的另一端接地；第三路经过隔离电路接P-MOS场效应管Q的栅极，电压比较锁存器引脚6接地。
3.根据权利要求2所述的一种适用于水下无人航行器的动力电到仪表电自主切换供电装置，其特征在于：当所述仪表电池组电压低于预设的电压阈值时，电压比较器输出低电平，当前状态被锁定，DC-DC转换器开始工作，DC-DC转换器输出端电压高于仪表电池组电压；仪表电池组充电完毕后，由计算机通过继电器K给比较锁存电路一个重置信号，当前锁存状态被解除，电压比较锁存电路重新进入比较状态。
4.根据权利要求3所述的一种适用于水下无人航行器的动力电到仪表电自主切换供电装置，其特征在于：所述的动力电池组正极与P-MOS场效应管(Q)的源极相连，DC-DC转换器IN+引脚与P-MOS场效应管(Q)的漏极与相连，动力电池组正极与DC-DC转换器IN-引脚相连。
5.根据权利要求4所述的一种适用于水下无人航行器的动力电到仪表电自主切换供电装置，其特征在于：所述的仪表电池组、第二二极管(D2)串联构成仪表电池组电源；动力电池组、DC-DC转换器、第一二极管(D1)，串联构成动力转仪表电源；所述仪表电池组电源、动力转仪表电池电源并联后给仪表电负载供电。
6.根据权利要求4所述的一种适用于水下无人航行器的动力电到仪表电自主切换供电装置，其特征在于：所述的分压器连接仪表电池组，分压产生比较输入电压，分压器由两个电阻串联构成。
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