PL222758B1 - Układ do zabezpieczania przetwornicy dodawczo-odjemczej miernika dysponowanej pojemności baterii akumulatorów - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ do zabezpieczania przetwornicy dodawczo-odjemczej miernika dysponowanej pojemności baterii akumulatorów, mający zastosowanie w dziedzinie telekomunikacji w urządzeniach do kontrolnego rozładowania i następującego bezpośrednio po nim ładowania baterii akumulatorów w obiekcie telekomunikacyjnym.

Infrastruktura techniczna sieci telekomunikacyjnych, dla zachowania ciągłości pracy wymaga bezprzerwowego dostarczania energii także w przypadku zaniku napięcia 230/400V w sieci elektroenergetycznej. Rezerwowym źródłem energii są baterie akumulatorów, które muszą podlegać okresowej kontroli w obiekcie telekomunikacyjnym. W celu kontroli, badaną baterię odłącza się od układu siłowni, dołącza do niej urządzenie, które dokonuje kontrolnego rozładowania i naładowania, po czym urządzenie odłącza się od baterii, a baterię dołącza się do układu siłowni.

W znanych rozwiązaniach urządzeń stacjonarnych (montowanych jednorazowo) wystarczającym zabezpieczeniem przed nieprawidłowym dołączeniem napięć, tzn. o odwrotnej polaryzacji, jest bezpiecznik - w razie pomyłki w okablowaniu, co najwyżej nastąpi jego jednorazowe przepalenie.

W przenośnych (a więc często dołączanych) urządzeniach proste błędy obsługi nie powinny skutkować koniecznością wymiany kosztownych wysokoprądowych bezpieczników. Mierniki dysponowanej pojemności akumulatorów zawierają wiele elementów elektronicznych, w tym wchodzące w skład przetwornicy DC/DC wrażliwe na odwrotną polaryzację kondensatory elektrolityczne (C). O ile zabezpieczenie przed podaniem odwrotnych potencjałów na zasilacz i układy sterowania nie jest skomplikowane (wystarczy szeregowo włączona w obwód dioda), to takie zabezpieczenia w obwodach wysokoprądowej przetwornic (prąd 30 A-300 A) wiążą się ze znacznymi stratami energii na ciepło (na diodzie przy prądzie 30 A wydzieli się moc około 30 W, a przy prądzie 300 A blisko 300 W).

W znanych testerach baterii akumulatorów rodziny TBA-IŁ - plus (+) badanej baterii, plus odbiorów energii i plus prostownika są połączone z wejściem pierwszym (+) urządzenia TBA-IŁ, które wewnętrznie łączy się z wejściem zasilacza jego układów elektronicznych bez pośrednictwa elementów elektronicznych lub elektromechanicznych z wejściem plus (+) zawartej w nim przetwornicy dodawczo-odjemczej DC/DC, zbudowanej z tranzystorów, dławika i kondensatorów elektrolitycznych, a której drugie wejście/wyjście jest połączone z drugim wejściem miernika TBA-IŁ i z ujemnym biegunem badanej baterii, natomiast trzecie wejście/wyjście jest połączone z trzecim wejściem miernika TBA-IŁ i z ujemnym biegunem prostownika siłowni.

W znanych i stosowanych testerach baterii akumulatorów TBA160-IŁ (zgłoszenie pat. P 393452 „Sposób i układ do pomiaru prądu, zwłaszcza prądu ładowania w i wyładowania baterii”), na wejściach/wyjściach obwodu wysokoprądowego, w celu ochrony m.in. przed nieprawidłowym dołączeniem, zastosowano włączniki mechaniczne z tzw. wyzwalaczem podnapięciowym. Wyzwalacz umożliwia załączenie, tzn. zamknięcie obwodu prądowego, dopiero przy podawanym z układu sterującego napięciu, co ma miejsce po prawidłowym naładowaniu kondensatorów elektrolitycznych, a więc przy prawidłowej polaryzacji napięć doprowadzonych na wejście urządzenia. Niedogodnością tego rozwiązania są znaczące wymiary wyłączników z wyzwalaczami i ich wysoka cena.

Układ do zabezpieczania przetwornicy dodawczo-odjemczej miernika dysponowanej pojemności baterii akumulatorów, według wynalazku charakteryzuje się tym, że dodatnie wejście trzecie dwukierunkowej przetwornicy dodawczo-odjemczej, połączone wewnętrznie w dwukierunkowej przetwornicy dodawczo-odjemczej z dodatnimi biegunami kondensatorów elektrolitycznych, jest połączone z drenem tranzystora MOS i katodą zintegrowanej z nim diody pierwszej, której anoda połączona ze źródłem (z) tranzystora MOS jest połączona z wejściem pierwszym miernika oraz biegunem zasilacza układów elektronicznych miernika, przy czym bramka tranzystora MOS jest połączona z wyjściem zasilacza.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest zastosowanie zabezpieczenia przed niepoprawnym (odwrotnym) dołączeniem napięć zasilających na wejścia/wyjścia wysokoprądowej przetwornicy DC/DC, zawierającej kondensatory elektrolityczne, w obwodzie jej wspólnego plusa (+). Do takiego zabezpieczenia w układzie według wynalazku wystarczy jeden tranzystor MOS, bezpośrednio sterowany - występującym w układzie pracy urządzenia - napięciem +5V. Uzyskuje się odporność miernika dysponowanej pojemności akumulatorów, z przetwornicą DC/DC, na nieprawidłowe dołączenie w obiekcie - bez powiększania strat energii na elemencie zabezpieczającym (typu dioda) i bez ponoszenia wysokich kosztów elektromechanicznych elementów zabezpieczających (bo praktycznie za cenę jednego tranzystora MOS).

PL 222 758 B1

Układ do zabezpieczania przetwornicy dodawczo-odjemczej miernika dysponowanej pojemności baterii akumulatorów, według wynalazku, jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym schemat blokowy układu.

Układ do zabezpieczania przetwornicy dodawczo-odjemczej miernika dysponowanej pojemności baterii akumulatorów, według wynalazku, zabezpiecza dwukierunkową przetwornicę dodawczo-odjemczą DC/DC przenośnego miernika TBA-IŁ dysponowanej pojemności baterii akumulatorów przed nieprawidłowym dołączeniem do siłowni i baterii akumulatorów. Miernik TBA-IŁ jest przeznaczony do okresowego badania (w tym rozładowania i ładowania) baterii akumulatorów, stanowiących rezerwę energetyczną obiektów telekomunikacyjnych.

Dwukierunkowa przetwornica dodawczo-odjemcza DC/DC miernika TBA-IŁ zapewnia wymagany prąd rozładowania i ładowania baterii akumulatorów, a w tym celu musi być dołączona do wspólnej, uziemionej szyny (+) siłowni oraz musi być włączona pomiędzy kontrolowaną baterię a szynę systemową (-) siłowni.

W układzie podczas prawidłowej pracy biegun dodatni (+) baterii (Bat.), wejście dodatnie (+) odbiorów energii OE oraz wyjście dodatnie (+) prostownika PR są połączone z wejściem pierwszym M miernika TBA-IŁ, połączonym wewnątrz miernika TBA-IŁ z wejściem piątym 5 jego zasilacza ZS, którego wejście czwarte 4 jest połączone poprzez diodę druga D2 z wejściem trzecim -S miernika TBA-IŁ, połączonym z szyna systemowa (-) siłowni tzn. z wyjściem ujemnym (-) prostownika PR i wejściem ujemnym (-) odbiorów siłowni OE, a wejście drugie -B miernika TBA-IŁ jest połączone z ujemnym biegunem b badanej baterii Bat, przy czym wejście trzecie -S miernika TBA-IŁ jest wewnętrznie połączone z wejściem drugim 2 dwukierunkowej przetwornicy dodawczo-odjemczej DC/DC zbudowanej z tranzystorów, dławika i kondensatorów elektrolitycznych C, której wejście pierwsze 1 połączone jest wewnętrznie z wejściem drugim -B miernika TBA-IŁ, przy czym dodatnie wejście trzecie 3 dwukierunkowej przetwornicy dodawczo-odjemczej DC/DC, połączone wewnętrznie w dwukierunkowej przetwornicy dodawczo-odjemczej DC/DC z dodatnimi biegunami kondensatorów elektrolitycznych C, jest połączone z drenem d tranzystora MOS T1 i katodą zintegrowanej z nim diody pierwszej D1, której anoda połączona ze źródłem z tranzystora MOS T1 jest połączona z wejściem pierwszym M miernika TBA-IŁ, przy czym bramka g tranzystora MOS T1 jest połączona z wyjściem +5V zasilacza ZS układów elektronicznych miernika TBA-IŁ, zaś drugi biegun 0V tego zasilacza ZS jest połączony ze źródłem z tranzystora MOS T1.

Jeżeli napięcie zostanie doprowadzone prawidłowo i ma wymaganą wartość, to dioda pierwsza D1 przewodzi i ładują się (poprzez elementy niezaznaczone na rysunku) kondensatory elektrolityczne C dwukierunkowej przetwornicy dodawczo-odjemczej DC/DC. Spolaryzowana w kierunku przewodzenia druga dioda D2 podaje napięcie na zasilacz ZS, na wyjściu którego pojawia się napięcie +5V, dodatnie względem zacisku wejścia pierwszego M miernika TBA-IŁ, przeznaczone głównie do zasilania jego układów elektronicznych UE. Jednocześnie napięcie to jest podawane na bramkę tranzystora MOS T1, zintegrowanego z diodą pierwszą D1. Wysterowanie tego tranzystora powoduje zmniejszenie oporności jego złącza do pojedynczych miliomów (złącze tranzystora MOS działa dwukierunkowo), a więc po wystartowaniu dwukierunkowej przetwornicy dodawczo-odjemczej DC/DC do pracy dużym prądem, strata energii na tym elemencie będzie pomijalnie mała (kilkadziesiąt razy mniejsza niż na diodzie, a porównywalna z zestykiem metalicznym). Przy nieprawidłowym dołączeniu potencjałów na wejście miernika TBA-IŁ (zamieniony „+” i „-”) dioda druga D2 jest spolaryzowana zaporowo i na wyjściu zasilacza ZS nie ma napięcia, dioda pierwsza D1 też jest spolaryzowana zaporowo i nie mogą zostać uszkodzone kondensatory elektrolityczne C w dwukierunkowej przetwornicy dodawczo-odjemczej DC/DC.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Układ do zabezpieczania przetwornicy dodawczo-odjemczej miernika dysponowanej pojemności baterii akumulatorów, w którym plus (+) badanej baterii, plus odbiorów energii i plus prostownika są połączone z wejściem pierwszym miernika TBA-IŁ, połączonym z wejściem zasilacza układów elektronicznych miernika TBA-IŁ, którego drugie wejście jest połączone poprzez diodę z wejściem trzecim miernika TBA-IŁ, połączonym z szyną systemową (-) siłowni i z wejściem/wyjściem dwukierunkowej przetwornicy dodawczo-odjemczej DC/DC zbudowanej z tranzystorów, dławika oraz kondensatorów elektrolitycznych, a której drugie wejście/wyjście jest połączone z drugim wejściem miernika TBA-IŁ

   PL 222 758 B1 i z ujemnym biegunem badanej baterii, znamienny tym, że dodatnie wejście trzecie (3) dwukierunkowej przetwornicy dodawczo-odjemczej (DC/DC), połączone wewnętrznie w dwukierunkowej przetwornicy dodawczo-odjemczej (DC/DC) z dodatnimi biegunami kondensatorów elektrolitycznych (C), jest połączone z drenem (d) tranzystora MOS T1 i katodą zintegrowanej z nim diody pierwszej (D1), której anoda połączona ze źródłem (z) tranzystora MOS (T1) jest połączona z wejściem pierwszym (M) miernika (TBA-IŁ) oraz biegunem (0V) zasilacza (ZS) układów elektronicznych miernika (TBA-IŁ), przy czym bramka (g) tranzystora MOS (T1) jest połączona z wyjściem (+5V) tego zasilacza (ZS).