PL231411B1 - Sposób zasilania modułu zasilania awaryjnego oraz moduł zasilania awaryjnego ze zmniejszonym poborem mocy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy nowego sposobu zasilania modułu zasilania awaryjnego oraz modułu zasilania awaryjnego ze zmniejszonym poborem mocy z sieci. Rozwiązanie będące przedmiotem wynalazku należy do dziedziny systemów zasilania awaryjnego, zwłaszcza układów oświetlenia awaryjnego.

W stanie techniki znane są różnorodne systemy zasilania awaryjnego, w tym układy do oświetlenia awaryjnego. Znane są zarówno proste urządzenia obejmujące tylko ładowanie akumulatora podczas zasilania z sieci, jak również obsługujące dodatkowe protokoły komunikacyjne, autonomiczne z własnymi akumulatorem, bądź w topologii „centralnej baterii”, umożliwiające ich nadzorowanie poprzez użycie autorskich interfejsów przeznaczone do zasilania LED lub świetlówek. Obecne w stanie techniki rozwiązania konsumują dużo energii i nie są energooszczędne.

Układy oświetlenia awaryjnego wymagają, aby centralne jak i autonomiczne moduły7 zasilania awaryjnego były zasilane w sposób ciągły z sieci zasilającej. Moduły zasilania awaryjnego stają się zatem odbiornikami, które przez cały czas pobierają energię z sieci zasilającej. W rzeczywistości moduły takie posiadają zwiększone zapotrzebowanie na moc tylko podczas fazy ładowania akumulatora, czyli do 24 godzin po uruchomieniu. Jednakże ze względu na zastosowane rozwiązania układowe, moc ta w rozwiązaniach znanych ze stanu techniki nie jest redukowana, lecz wytracana i zamieniana na ciepło przez obwody ładowania i zasilania. Powoduje to wyższe zużycie energii elektrycznej.

Znane ze stanu techniki rozwiązania działają na zasadzie ciągłego ładowania pakietu akumulatorowego. Ze względu na zastosowane pojemności akumulatorów rzędu 1,0 Ah do 5,0 Ah i wprowadzonego wymogu naładowania pakietu w ciągu 24 godzin, gdzie moc ładowania pobierana z sieci wynosi od 2 do 6 W. Zazwyczaj pobór mocy jest zwiększony przez pierwsze 24 godziny i zmniejsza się po naładowaniu pakietu, jednak moc ta jest redukowana tylko o 30-50%.

Taki stan rzeczy prowadzi do tego, że duża część energii jest tracona w formie strat, poprzez ciągłe podtrzymywanie ładowania pakietu na poziomie 1-3 W, a w skrajnym przypadku nawet do 6 W (gdy prąd ładowania jest stały). W przypadku zainstalowania w budynku 1000 sztuk modułów awaryjnego zasilania straty mocy wynoszą do 6 kW, a należy dodać, że moduły są zasilane ciągle 24 godzin na dobę.

W szczególności, znane są także różne moduły zasilające do układów awaryjnego oświetlenia. Tego rodzaju moduły zasilające w odróżnieniu od standardowych zasilaczy powinny posiadać szereg dodatkowych funkcjonalności. Jedną z takich funkcjonalności jest dioda sygnalizująca, która świeci w sposób ciągły.

Z amerykańskiego zgłoszenia patentowego US20050088100 A1 znane jest urządzenie oświetlenia awaryjnego z automatycznym ładowaniem/rozładowaniem i układem monitorowania zasilania sieciowego. Dodatkowo, urządzenia oświetlenia awaryjnego jest wyposażone w układ samokontroli do monitoringu stanu akumulatora wewnętrznego, który sygnalizuje stan baterii. W innymi aspekcie, zgłoszenie to ujawnia sposób ładowania/rozładowania umożlwiający automatyczne ładowanie lub rozładowywanie baterii w obrębie urządzenia oświetlenia awaryjnego.

Z kolei z amerykańskiego zgłoszenia patentowego nr US20150015076 A1 znany jest system ładowania baterii wraz z urządzeniem awaryjnego zasilania wyposażonymi w światła LED obejmujący system wykrywania awaryjnego zasilania i jednostkę zasilania zewnętrznego, a także konwerter (AC-DC lub DC-DC), ładowarkę, jednostkę sterującą niskim napięciem, transformator, jednostkę sterującą oraz jednostkę sterującą stałym prądem ładowania. W wyniku zastosowania systemu oraz urządzenia według tego wynalazku możliwe jest zwiększenie wydajności ładowania. Urządzenie to umożliwia wykrywanie awarii zasilania układów LED bez konieczności instalowania osobnego uziemienia.

Natomiast amerykański patent US6502044 B1 ujawnia system elektroniczny do automatycznej diagnostyki, którym jest szczególnie użyteczny w oprawach oświetlenia awaryjnego, w tym np. w oznakowaniu wyjść. Testowanie funkcji systemu odbywa się dzięki zastosowaniu programowanego mikroprocesora, obwodu diagnostycznego, obwodu zasilania, a także kontrolowanego układu ładowarki, który może wdrażać różne strategie zmniejszania poboru mocy. Moc mikroprocesora jest kontrolowana przez ten sam mikroprocesor, a zatem może przerwać odpowiednie czynności przy braku zasilania, co skutecznie zmniejsza zużycie energii do zera.

Celem wynalazku było opracowanie alternatywnego do wyżej wymienionych modułu zasilania awaryjnego z ograniczonym do minimum poborem mocy z sieci zasilającej w trybie pracy nieciągłej dzięki układowi sterowania naładowaniem pakietu akumulatorowego.

PL 231 411 B1

Istotą wynalazku jest sposób zasilania modułu zasilaniu awaryjnego, w którym zasilacz podłączony do sieci zasilającej ładuje akumulator przy użyciu ładowarki oraz zasila następujące bloki funkcjonalne modułu: układ przełączania, blok pomiarowy, mikroprocesor, układ detekcji, driver LED DC/DC, wbudowaną pamięć EEPROM oraz diody sygnalizacyjne chrakteryzujący się tym, że po naładowaniu pakietów akumulatorowych układ sterujący odłącza zasilacz od pozostałych funkcjonalnych bloków modułu, co powoduje, że zasilacz przechodzi automatycznie w tryb obniżonego poboru mocy z sieci zasilającej do poziomu nie przekraczającego 50 mW, następnie po odłączeniu zasilacza pozostałe bloki funkcjonalne modułu zasilania awaryjnego zasilane są z akumulatora, i po obniżeniu napięcia na akumulatora układ sterujący podłącza zasilacz przełączający się automatycznie w tryb pełnego poboru mocy z sieci zasilającej i zasila wszystkie bloki funkcjonalne modułu, a w tym doładowuje akum ulator przy użyciu ładowarki.

Korzystnie, gdy układ sterujący podłącza zasilacz przełączający się automatycznie w tryb pełnego poboru mocy z sieci zasilającej i zasila wszystkie bloki funkcjonalne modułu ładowanie włącza się przy obniżeniu napięcia akumulatora o nie więcej niż 7% w stosunku do pełnego naładowaniu akumulatora.

Równie korzystnie, gdy moduł zasilania przechodzi w tryb obniżonego poboru mocy dla wersji przeznaczonej do pracy ciągłej tylko w wypadku braku zewnętrznego sygnału sterującego L1.

Korzystnie, gdy po odłączeniu zasilacza łączny pobór prądu przez bloki funkcjonalne modułu: układ przełączania, blok pomiarowy, mikroprocesor, układ detekcji, driver LED DC/DC, wbudowaną pamięć EEPROM oraz diody sygnalizacyjne nie przekracza 2.5 mA. Równie korzystnie, gdy po odłączeniu zasilacza pobór prądu przez mikroprocesor w trybie uśpienia pobiera nie więcej niż 20 nA/MHz a w trybie pracy pobiera nie więcej niż 30 μΑ/MHz. Także korzystnie, gdy po odłączeniu zasilacza pobór mocy układu detekcji progu jest nie większy niż 10 mW.

Istotą wynalazku jest także moduł zasilania awaryjnego ze zmniejszonym poborem mocy z sieci obejmujący zasilacz, ładowarkę, akumulator, a także układ przełączania i detekcji, moduł LED oraz diody sygnalizacyjne charakteryzujący się tym, że moduł zasilania awaryjnego jest wyposażony w układ sterujący poborem energii elektrycznej zawierający programowalny mikroprocesor, a zasilacz jest wyposażony scalony kontroler AC/DC z funkcją automatycznego przełączania w tryb obniżonego poboru mocy z sieci zasilającej, a diody sygnalizacyjne są zasilane z mikroprocesora, który jest z kolei zasilany z akumulatora przez układ przełączania.

Korzystnie, gdy moduł według wynalazku dodatkowo wyposażony w układ detekcji progu przełączenia w tryb awaryjny z ograniczonym poborem mocy. Równie korzystnie, gdy moduł według wynalazku dodatkowo wyposażony w układ testujący (6).

Zasadniczą korzyścią modułu zasilania awaryjnego według wynalazku jest ograniczenie do minimum poboru energii z sieci zasilającej poprzez zastosowanie trybu gotowości (ang. standby) do poziomu poniżej 50 mW. Wdrożenie trybu gotowości (ang. standby) było możliwe dzięki zastosowaniu sterowników (ang. driver) AC/DC oraz mikroprocesorów zoptymalizowanych pod kątem minimalnego zużycia energii w ten sposób, jak zostało to przedstawione powyżej.

Wynalazek przedstawiono w poniższych przykładach wykonania nie stanowiących ograniczenia zakresu wnioskowanej ochrony wynalazku oraz na załączonym rysunku, gdzie:

fig. 1a ilustruje schemat blokowy modułu przeznaczonego do pracy ciągłej, fig. 1b ilustruje schemat blokowy modułu przeznaczonego do pracy nieciągłej, fig. 2 i 3 ilustrują algorytm działania modułu zasilania awaryjnego według wynalazku.

P r z y k ł a d 1. Budowa modułu zasilania awaryjnego

Zilustrowany na fig. 1a (wersja przeznaczona do pracy ciągłej) oraz 1b (wersja przeznaczona do pracy nieciągłej) moduł zasilania awaryjnego ze zmniejszonym poborem mocy z sieci według wynalazku wyposażony jest w zasilacz 1 o mocy do 10 W z funkcją gotowości (ang. standby) i wbudowanym układem detekcji progu 6, który połączony jest z ładowarką 2 i układem przełączania 4.

Zasilacz 1 AC/DC pracuje w izolowanej konfiguracji (ang. flyback). W odróżnieniu od stosowanych w stanie techniki rozwiązań, gdzie częstotliwość kluczowania transformatora impulsowego jest stała - mieści się ona w zakresach 60-120 kHz, w przypadku zasilacza 1 według wynalazku jego częstotliwość jest zmienna wraz ze zmianą obciążenia. Pozwala to zminimalizować straty mocy przy lżejszych obciążeniach. Wraz ze wzrostem częstotliwości pracy można zmniejszać gabaryty elementów elektronicznych takich jak pojemności czy indukcyjności. Zasilacz posiada transformator, który jest w stanie dostarczyć maksymalnie 10 W mocy ciągłej. Jeżeli obciążenie byłoby w danej chwili mniejsze,

PL 231 411 B1 transformator byłby chwilowo przewymiarowany, oznacza to straty. Zasilacz zmniejsza zatem częstotliwość pracy tak, aby nie generować tak dużych strat. W razie większego obciążenia przetwornica zwiększa częstość impulsów sterujących transformatorem. Wzrost tego parametru oznacza większe straty w samym elemencie kluczującym. Moc wytracana jest na tranzystorze tylko wtedy, gdy nie jest on w pełni zamknięty. W stanach przejściowych straty mocy są iloczynem napięcia na tranzystorze i prądu przez zeń płynącego. Ponieważ czasy załączenia i wyłączenia dla danego egzemplarza są w dużym uproszczeniu stałe, oznacza to, że wraz ze wzrostem częstotliwości wzrasta stosunek czasu w którym tranzystor jest w stanach przejściowych zamiast w stanie pełnego włączenia bądź wyłączenia. Rośnie zatem ilość ciepła wydzielanego w elemencie.

Pełną separację pomiędzy stroną AC (napięcie niebezpieczne) a stroną DC uzyskuje się poprzez zastosowanie izolowanego transformatora impulsowego z odczepem oraz transoptora. Projekt płytki PCB uwzględnia również minimalne bezpieczne odległości powierzchniowe i powietrzne. Podstawowym blokiem zasilacza jest scalony kontroler wyposażony w sterownik (ang. driver), który posiada zintegrowany element kluczujący. Zastosowanie zintegrowanego kontrolera umożliwia ograniczenie liczby elementów zewnętrznych do minimum oraz uruchomienie funkcji trybu gotowości (ang. standby).

Zasilacz 1 dodatkowo zoptymalizowano pod względem poboru mocy, dzięki czemu obniżono pobór mocy w trybie normalnej pracy nawet o 100 mW. Zasilacz 1 wyposażono w transformator impulsowy, układ gasika, kondensatory wejściowe i wyjściowe, układ filtra, układ zwrotny (ang. feedback), diodę wyjściowa po stronie DC oraz odpowiednio dobrany układ kontrolera.

Zasilacz 1 jest połączony z analogowym układem ładowania 2 do którego podłączony jest akumulator wyposażony w kontroler 3, który ma za zadanie zabezpieczyć ogniwa przed przeładowaniem, zbyt dużym obciążeniem, zwarciem i zbyt głębokim rozładowaniem. Dzięki połączeniu analogowego układu ładowania z sterowaniem cyfrowym za pomocą mikroprocesora 7 uzyskano możliwość wprowadzenia układu zasilania w tryb zredukowanego poboru mocy mimo ciągłego zasilania diod sygnalizacyjnych 12 oraz umożliwiło detekcję zaniku zasilania po stronie AC i odpowiednio szybką reakcję modułu według wynalazku, tzw. szybkie przełączenie modułu zasilania awaryjnego w tryb pracy z akumulatora. Akumulator z kontrolerem 3 jest połączony układem przełączania 4.

Układ przełączania 4 jest także połączony z blokiem pomiarowym 5 oraz ze scalonym kontrolerem LED DC/DC 9 wyposażonym w sterownik (ang. driver), a także zwrotnie połączony z mikroprocesorem 7, który z kolei jest połączony zwrotnie z kością pamięci nieulotnej EEPROM 10. Mikroprocesor 7 jest także połączony z diodami sygnalizacyjnymi 12 (zieloną/czerwoną) oraz ze scalonym kontrolerem LED DC/DC 9, który z kolei jest zwrotnie połączony z modułem LED 13. Układ detekcji L1 8 jest połączony z układem mikroprocesora 7.

W przykładzie wykonania zastosowano mikroprocesor 7 zoptymalizowany pod kątem niskiego poboru mocy z technologią XLP (ang. extreme LowPower). Mikroprocesor 7 wykonany w tej technologii pozwala na zejście z poborem prądu do ekstremalnie niskich wartości, nawet do 20 nA w trybie uśpienia oraz 30 pA/MHz w trybie normalnej pracy.

Duże znaczenie w tym przypadku ma również algorytm programu którym jest zaprogramowany mikroprocesor. Program wykorzystuje w jak największym stopniu tryb uśpienia procesora aby zminimalizować średni pobór mocy.

Scalony kontroler AC/DC 14 umożliwia automatyczne przełączenie układu w tryb obniżonego poboru mocy gdy obciążenie spada do poziomu poniżej 0.6% pełnego obciążenia wynoszącego 10 W, detekcję przyłączenia obciążenia i automatyczny restart, a także posiada funkcje frequency jittering zmniejszająca koszty filtrów EMI. W wyniku przeprowadzonych testów uzyskano obniżenie poboru mocy do poziomu nie przekraczającego 50 mW przy braku obciążenia.

Scalony kontroler AC/DC 14 dodatkowo umożliwia zabezpieczenie układu przed przegrzaniem, posiada uniwersalny zakres napięć wejściowych, funkcja automatycznego restartu redukująca dostarczoną moc podczas zwarcia wyjścia, prostą kontrole włączenia/wyłączenia bez pętli kompensacji.

Uzyskanie niskiego poboru mocy było również możliwe mimo zastosowania układów detekcji progu 6 (próg przełączania w tryb pracy awaryjnej), które obciążają dodatkowo stronę zasilania.

W module według wynalazku, świecąca w sposób ciągły dioda sygnalizująca 12 pobiera prąd z mikroprocesora 7, który jest zasilany w sposób dwutorowy - z zasilacza 1 lub akumulatora 3 poprzez układ przełączania 4. Moduł przełącza się w tryb awaryjny dla określonego progu wejściowego wykrytego przez układ detekcji progu 6 napięcia AC. Moduł według wynalazku ciągle monitoruje napięcie

PL 231 411 B1 zasilania za pomocą układu przełączenia 4 oraz mikroprocesora 7, jak również zapewnia ładowanie/doładowanie za pomocą układu ładowania składającego się z ładowarki 2 oraz akumulatora z kontrolerem 3, z którego pobierana jest energia podczas pracy awaryjnej.

W jednej z wersji wykonania modułu według wynalazku moduł ten jest wyposażony w dodatkową funkcjonalność w postaci układ testu 11, lub zaciski do przyłączenia zdalnego urządzenia testującego oraz układ przełączania 4 zabezpieczającego akumulator przed zbyt głębokim rozładowaniem.

Układ testu 11 umożliwia symulację pracy awaryjnej (odłączenia zasilania). Moduł awaryjny powinien zadziałać w trybie pracy z akumulatora 3 i wysterować podłączone obciążenie w 100%. Wynik testu uznaje się za pozytywny jeżeli źródła światła pracują i parametry mierzone przez urządzenie są zgodne z ustalonymi. Zazwyczaj moduł posiada wyprowadzone zaciski do przyłączenia zdalnego urządzenia testującego, którym jest zewnętrzny przycisk. Podłączenie i zwarcie przycisku wyzwala test. Wynik testu sygnalizowany jest za pomocą dodatkowej diody sygnalizacyjnej, która z reguły jest barwy czerwonej.

Podczas normalnej pracy, a zwłaszcza podczas testów, moduł zasilania awaryjnego według wynalazku monitoruje takie parametry, jak: napięcie akumulatora, prąd ładowania i rozładowania oraz stan źródła światła. Do monitorowania wykorzystywany jest blok pomiarowy 5 połączony z mikroprocesorem 7 i pamięcią EEPROM 10. W przypadku modułu do pracy ciągłej, można sterować funkcją pracy „na jasno” poprzez dodatkowy pin wejściowy L1. Aby ciągle monitorować stan pinu L1 potrzebny jest układ detekcji L1 8.

Układ detekcji progu napięcia 6 stanowi dodatkowe obciążenie po stronie zasilania.

W module według wynalazku zbudowano układ w ten sposób, aby umożliwiał prawidłową funkcjonalność modułu przy minimalnym poborze energii. Opracowanie układu detekcji umożliwia dodatkowy pin ON/OFF w scalonym kontrolerze AC/DC. Dzięki niemu jest to możliwe przy użyciu tylko kilku elementów zewnętrznych. Ograniczenie mocy uzyskano poprzez zastosowanie rezystorów o dużych wartościach rezystancji oraz tranzystorów mosfet, których prąd bramki jest bardzo mały.

Oprawy do modułów awaryjnych mogą być zaprojektowane jako oprawy zasilane ciągłe i nieciągłe, a różnicy pomiędzy tymi oprawami zilustrowano na fig. 1a oraz fig. 1b. Oprawa oświetleniowa, której źródła światła są zasilane cały czas gdy wymagane jest stosowanie oświetlenia zarówno podstawowego jak i awaryjnego jest oprawą zasilaną ciągłe (fig. 1 a). Natomiast oprawy, których źródła światła są zasilane tylko podczas awarii zasilania oświetlenia podstawowego są oprawami zasilanymi nieciągłe (fig. 1b). Tryb pracy ciągłej jest często określany mianem „pracy na jasno” natomiast tryb pracy nieciągłej określamy jako „praca na ciemno”.

P r z y k ł a d 2 Działanie modułu zasilania awaryjnego

Diagramy na fig. 2 i fig. 3 przedstawiają sposób działania modułu zasilania awaryjnego według wynalazku. Schemat został podzielony na oddzielne wątki, które przenikają się wzajemnie. Dla wyszczególnienia jednak został dokonany podział. Sekcje wyznaczają przedział energii zużywanej przez urządzenie w danym momencie. Na fig. 2 i fig 3 poszczególne oznaczają: (i) tryb gotowości (ang. standby), (ii) tryb o największym zużyciu energii występującym podczas ładowania bądź załączonego wyjścia LED, (iii) tryb jałowy, bez dodatkowych obciążeń ale jeszcze nie w trybie gotowości. Zgłoszenie awarii oznacza wykrycie błędu i poinformowanie użytkownika o tym fakcie przez odpowiednią sygnalizację.

Przełączania pomiędzy trybami zasilania zilustrowano na fig. 2. W trybie jałowym urządzenie przebywa najkrócej by od razu przejść do ładowania akumulatora 3. Moduł pobiera wtedy największą ilość energii (do 10 W). Gdy akumulator 3 naładuje się, moduł przechodzi w tryb oszczędzania energii. W tym trybie pozostaje najdłużej zapewniając obniżenie strat niemal do zera. We wszystkich tych trybach urządzenie oczekuje na zanik zasilania AC.

Zapewnienie modułowi spełnienia wymogu przejścia w stan awaryjny podczas zaniku zasilania ilustruje fig. 3. Polega on na ciągłym monitorowaniu napięcia zasilania za pomocą układu sterującego 15 przy pomocy bloku pomiarowego 5 i na jego podstawie podjęciu decyzji włączeniu trybu awaryjnego. Na bieżąco monitorowane są parametry akumulatora oraz obciążenia LED. W przypadku wciśnięcia przycisku TEST moduł zachowuje się bardzo podobnie - odcina zasilanie DC i przechodzi w symulowaną pracę awaryjną. Algorytm działania jest ten sam, z tą różnicą, że wyzwalaczem stanu jest przycisku TEST a nie fakt braku napięcia.

PL 231 411 B1

Ładowanie akumulatora

Prawidłowe ładowanie akumulatora 3 jest najważniejszą czynnością mającą wpływ na jego stan i trwałość. Należy zatem zwrócić szczególną uwagę na tą sekcję urządzenia, która odpowiada za ładowanie akumulatora. Przy zachowaniu tej podstawowej funkcjonalności należy umożliwić także ciągły monitoring jakości źródła zasilania alternatywnego.

W przykładzie wykonania stosowano akumulatory LiFePO4, których wewnętrzne kontrolery zabezpieczają je przed zwarciem cel. Zawarcie takie może doprowadzić do poważnego nagrzania całego pakietu i w najlepszym wypadku do jego uszkodzenia. Kontroler ten jest jednak tak skonstruowany, że jeśli akumulator będzie podłączony do ładowarki, następnie pojawi się zwarcie na jego zaciskach będące zarówno zwarciem dla akumulatora jak ładowarki, nastąpi zadziałanie zabezpieczenia akumulatora i ten odetnie możliwość pobrania z niego energii tym samym chroniąc samego siebie. Jeśli zwarcie ustąpi, kontroler musi wykryć, że może wyłączyć zabezpieczenie. Niestety obciążeniem dla niego jest nawet sama ładowarka. Pomimo, że jest ona widziana poprzez bardzo dużą rezystancję (rzędu setek kiloomów), kontroler nie załączy akumulatora. Rozwiązaniem okazało się wymuszenie kierunku przepływu prądu w stronę akumulatora, czyli pobudzenie ładowania bardzo krótkimi impulsami co skutecznie pozwala zresetować pakiet i uruchomić ponowne ładowanie.

Podczas pracy modułu wyróżnić możemy trzy podstawowe stany. Stan pracy z sieci, testu i stan pracy awaryjnej. Podczas stanu pracy z sieci (obecne jest napięcie zasilania AC) moduł ciągle monitoruje stan wejścia L1, kontroluje poziom napięcia AC jak również jego obecność. Podczas tego stanu ładowany jest akumulator 3 za pomocą ładowarki 2 przy czym potrzebną energię dostarcza zasilacz 1 składający się z układu scalonego kontrolera AC/DC 14, układu detekcji progu 6 oraz transformatora flyback, prostownika i filtrów 16. Cały proces jest kontrolowany przez układ sterujący 15, którym jest mikroprocesor 7 z wbudowaną pamięcią EEPROM 10. Mikroprocesor dodatkowo steruje diody sygnalizacyjne 12 oraz monitoruje układ testu 11. Wszystkie niezbędne sygnały są dostarczane do układu sterującego 15 przez blok pomiarowy 5.

Podczas stanu pracy z sieci po naładowaniu akumulatora 3 układ sterujący 15 odłącza zasilacz 1 od pozostałych bloków funkcjonalnych modułu: ładowarkę 2, układ przełączania 4, blok pomiarowy 5, mikroprocesor 7, układ detekcji 8, driver LED DC/DC 9, wbudowaną pamięć EEPROM 10, układ testu 11, diody sygnalizacyjne 12 i przełącza te bloki na zasilanie z akumulatora 3. Po odłączeniu obciążenia zasilacz 1 automatycznie przechodzi w tryb obniżonego poboru mocy. Układ sterujący 15 monitoruje napięcie akumulatora 3 i jeżeli jego poziom obniży się o więcej niż 7% następuje ponowne podłączenie wszystkich bloków funkcjonalnych modułu do zasilacza 1 co powoduje automatyczne przełączenie zasilacza z trybu obniżonego poboru mocy do trybu normalnej pracy w tym czasie akumulator 3 jest doładowywany. Po ponownym naładowaniu pakietu układ sterujący 15 odłącza zasilacz 1 i cały cykl opisany powyżej się powtarza. Gdy podczas stanu pracy z sieci pojawi się zewnętrzny sygnał sterujący L1, układ detekcji 8 informuje o tym fakcie układ sterujący 15 co powoduje, że układ ten wysterowuje driver LED DC/DC 9 tak, że ten zaczyna zasilać zewnętrzny moduł LED 13. Jeżeli podczas pojawienia się sygnału L1 zasilacz 1 był w trybie obniżonego poboru mocy to układ sterujący 15 załącza wszystkie bloki funkcjonalne modułu do zasilacza 1 co powoduje, że ten powraca do trybu normalnej pracy. Nie jest zatem możliwe aby podczas obecności sygnału L1, gdy zasilany jest moduł LED 13 zasilacz 1 mógł pracować w trybie obniżonego poboru mocy.

Stan testu możliwy jest do wywołania wyłącznie przy obecności zewnętrznego napięcia zasilania AC. Może on być uruchomiony przez zwarcie odpowiednich zacisków wejściowych modułu bądź automatycznie przez mikroprocesor 7. Jeżeli tryb ten zostanie wywołany układ sterujący 15 odłącza zasilacz 1 od pozostałych bloków funkcjonalnych co z kolei powoduje, że układ przełączania 4 zaczyna zasilać driver LED DC/DC 9 i płynie prąd do obciążenia LED 13.

Podczas testu mikroprocesor 7 monitoruje i analizuje na bieżąco dane przekazane przez blok pomiarowy 5. Jeżeli jakiś parametr nie mieści się w określonych przez program granicach stan testu jest przerywany aby zabezpieczyć moduł i/lub akumulator przed ewentualnym uszkodzeniem. Po teście jego wynik jest zapisywany w pamięci EEPROM 10 i sygnalizowany przez czerwoną diodę sygnalizacyjną 12. Dodatkowo podczas stanu testu powinna zgasnąć zielona dioda sygnalizacyjna 12, która informuje o ładowaniu akumulatora. Stan testu może być wywołany bez względu na obecność bądź brak sygnału sterującego L1.

Trzeci stan pracy modułu, czyli stan awarii zostaje wywołany zawsze wtedy, gdy wejściowe napięcie zasilające obniży się do poziomu progu określonego jako 0,6-0,9 nominalnego napięcia zasilania. Spełnienie tego warunku zapewnia układ detekcji progu 6. Przejście modułu w stan pracy awaryjnej

PL 231 411 B1 jest możliwe zawsze po zaniku zasilania bez względu na to w jakim wcześniej trybie pracy moduł się znajdował i bez względu na stan wejścia L1. Po zaniku zasilania zasilacz 1 przestaje pracować. Układ sterujący 15 we współpracy z układem przełączania 4 doprowadza zasilanie z akumulatora 3 do układu drivera LED DC/DC 9, a ten z kolei zasila moduł LED 13. Podczas tego trybu diody sygnalizacyjne 12 są wygaszone, a układ sterowania ogranicza pobór energii pozostałych bloków funkcjonalnych przez ich odpowiednie wysterowanie lub wyłączenie, moduł LED 13 jest zasilany przez określny czas pracy (1 h - 3 h) zależny od konfiguracji i pojemności akumulatora. Poza układem sterowania 15, układ przełączania 4 pilnuje aby akumulator nie został zbyt głęboko rozładowany - gdy osiągnięty zostanie określony próg (bezpieczny dla akumulatora 3) zostanie on odłączony od obciążenia, a pobierany prąd zostaje ograniczony do prądu spoczynkowego rzędu nA.

Gdy powróci napięcie zasilania układ automatycznie przełącza się z trybu pracy awaryjnej do trybu pracy z sieci.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób zasilania modułu zasilaniu awaryjnego, w którym zasilacz (1) podłączony do sieci zasilającej ładuje akumulator (3) przy użyciu ładowarki (2) oraz zasila następujące bloki funkcjonalne modułu: układ przełączania (4), blok pomiarowy (5), mikroprocesor (7), układ detekcji (8), driver LED DC/DC (9), wbudowaną pamięć EEPROM (10) oraz diody sygnalizacyjne (12), znamienny tym, że:

   po naładowaniu pakietów akumulatorowych układ sterujący (15) odłącza zasilacz (1) od pozostałych funkcjonalnych bloków modułu, co powoduje, że zasilacz (1) przechodzi automatycznie w tryb obniżonego poboru mocy z sieci zasilającej do poziomu nie przekraczającego 50 mW, przy czym odłączenie zasilacza (1) następuje w obecności napięcia zasilającego AC, po odłączeniu zasilacza (1) pozostałe bloki funkcjonalne modułu zasilania awaryjnego zasilane są z akumulatora (3), po obniżeniu napięcia na akumulatora (3) układ sterujący (15) podłącza zasilacz (1) przełączający się automatycznie w tryb pełnego poboru mocy z sieci zasilającej i zasila wszystkie bloki funkcjonalne modułu, a w tym doładowuje akumulator (3) przy użyciu ładowarki (2).
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że układ sterujący (15) podłącza zasilacz (1) przełączający się automatycznie w tryb pełnego poboru mocy z sieci zasilającej i zasila wszystkie bloki funkcjonalne modułu, a ładowanie włącza się przy obniżeniu napięcia akumulatora (3) o nie więcej niż 7% w stosunku do pełnego naładowaniu akumulatora.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że moduł zasilania przechodzi w tryb obniżonego poboru mocy dla wersji przeznaczonej do pracy ciągłej tylko w wypadku braku zewnętrznego sygnału sterującego L1.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po odłączeniu zasilacza (1) łączny pobór prądu przez bloki funkcjonalne modułu: układ przełączania (4), blok pomiarowy (5), mikroprocesor (7), układ detekcji (8), driver LED DC/DC (9), wbudowaną pamięć EEPROM (10) oraz diody sygnalizacyjne (12) nie przekracza 2.5 mA
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po odłączeniu zasilacza (1) pobór mocy układu detekcji progu (6) jest nie większy niż 10 mW.
6. 6. Moduł zasilania awaryjnego ze zmniejszonym poborem mocy z sieci obejmujący zasilacz (1), ładowarkę (2), akumulator (3), a także układ przełączania (4) i detekcji (8), moduł LED oraz diody sygnalizacyjne (12), znamienny tym, że moduł zasilania awaryjnego jest wyposażony w układ sterujący (15) poborem energii elektrycznej zawierający programowalny mikroprocesor (7), a zasilacz (1) jest wyposażony scalony kontroler AC/DC z funkcją automatycznego przełączania w tryb obniżonego poboru mocy z sieci zasilającej, a diody sygnalizacyjne (12) są zasilane z mikroprocesora (7), który jest z kolei zasilany z akumulatora (3) przez układ przełączania (4).
7. 7. Moduł zasilania awaryjnego według zastrz. 6, znamienny tym, że dodatkowo wyposażony w układ detekcji progu (6) przełączenia w tryb awaryjny z ograniczonym poborem mocy.
8. 8. Moduł zasilania awaryjnego według zastrz. 6, znamienny tym, że dodatkowo wyposażony w układ testujący (6).