RU140109U1

RU140109U1 - SECONDARY POWER SUPPLY MODULE

Info

Publication number: RU140109U1
Application number: RU2013153630/07U
Authority: RU
Inventors: Евгений Евгеньевич Метёлкин; Александр Михайлович Степаненков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-конструкторское бюро вычислительных систем"
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2014-04-27

Abstract

Модуль вторичного источника питания, содержащий первый и второй преобразователи напряжения, схему защиты, отличающийся тем, что в него дополнительно введены третий преобразователь напряжения, силовой ключ, схема управления и контроля, компенсатор и датчик температуры, выход которого соединен с первым входом схемы управления и контроля, второй и третий входы которой соединены соответственно с выходом первого преобразователя напряжения и выходом силового ключа, четвертый и пятый входы схемы управления и контроля соединены соответственно с первым и вторым выходами третьего преобразователя напряжения, причем выход второго преобразователя напряжения соединен с первым входом силового ключа, первым входом третьего преобразователя и шестым входом схемы управления и контроля, первый, второй и третий выходы которой соединены соответственно со вторым входом третьего преобразователя напряжения, вторым входом силового ключа и первым входом первого преобразователя напряжения, причем выход компенсатора соединен со вторым входом первого преобразователя напряжения и входом второго преобразователя напряжения, причем входной фильтр через схему защиты соединен со входом компенсатора и седьмым входом схемы управления и контроля, причем выход первого преобразователя напряжения является первым выходом модуля вторичного источника питания, выход силового ключа является вторым выходом модуля вторичного источника питания, первый и второй выходы третьего преобразователя напряжения являются третьим и четвертым выходами модуля вторичного источника питания, которые соединены с четвертым и пятым входами схемы управ�The secondary power supply module containing the first and second voltage converters, a protection circuit, characterized in that it additionally includes a third voltage converter, a power switch, a control and monitoring circuit, a compensator and a temperature sensor, the output of which is connected to the first input of the control and monitoring circuit , the second and third inputs of which are connected respectively to the output of the first voltage converter and the output of the power switch, the fourth and fifth inputs of the control and monitoring circuits are connected respectively o with the first and second outputs of the third voltage converter, the output of the second voltage converter being connected to the first input of the power switch, the first input of the third converter and the sixth input of the control and monitoring circuit, the first, second and third outputs of which are connected respectively to the second input of the third voltage converter, the second input of the power switch and the first input of the first voltage converter, and the output of the compensator is connected to the second input of the first voltage converter and the input of W voltage converter, the input filter through the protection circuit connected to the input of the compensator and the seventh input of the control and monitoring circuit, the output of the first voltage converter being the first output of the secondary power supply module, the output of the power switch being the second output of the secondary power supply module, the first and second outputs the third voltage converter are the third and fourth outputs of the secondary power supply module, which are connected to the fourth and fifth inputs of the control circuit

Description

Модуль вторичного источника питания (МВИП) относится к области электротехники и предназначен для питания модулей, выполненных в едином конструктивном исполнении, с кондуктивным отводом тепла.The secondary power supply module (MVIP) belongs to the field of electrical engineering and is designed to power modules made in a single design with conductive heat dissipation.

Известен интеллектуальный источник питания (см. патент РФ №92210 на полезную модель, МПК G01F 1/00 (2006.01), опубл. 10.03.2010 г., по заявке №2009140427/22 от 02.11.2009 г. на «Интеллектуальный источник питания», патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова»), который содержит входной фильтр, преобразователь напряжения, выходной фильтр, микроконтроллер, приемопередатчик интерфейса, входную положительную шину, выходную положительную шину, общую отрицательную шину.Known intelligent power source (see RF patent No. 92210 for utility model, IPC G01F 1/00 (2006.01), published March 10, 2010, according to application No. 2009140427/22 dated November 2, 2009 for "Intelligent power source" , patent holder Federal State Unitary Enterprise “Scientific and Production Association of Automation named after Academician N. A. Semikhatov”), which contains an input filter, a voltage converter, an output filter, a microcontroller, an interface transceiver, an input positive bus, an output positive bus, a common negative Inu.

Признаки аналога, совпадающие с признаками заявляемого технического решения, - входной фильтр, преобразователь напряжения.Signs of an analogue that coincide with those of the claimed technical solution are an input filter, a voltage converter.

Причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата, является недостаточная стабильность выходного напряжения при изменении входного напряжения.The reason that impedes the achievement of the claimed technical result is the lack of stability of the output voltage when the input voltage changes.

Известен блок вторичного электропитания (см. патент РФ №2318290 на изобретение, МПК H02M 3/335 (2006.01), опубл. 27.02.2008 г., по заявке №2006137962/09 от 18.10.2006 г. на «Блок вторичного электропитания», патентообладатель Открытое акционерное общество «Российский институт радионавигации и времени», который содержит входные «плюсовой» и «минусовой» зажимы, предназначенные для подключения к шинам источника первичного электропитания, выходные «плюсовой» и «минусовой» зажимы, предназначенные для подключения к нагрузке, а также трансформатор, выпрямитель, сглаживающий фильтр, первый конденсатор, электронный ключ, управляющую цепь и электронный ограничитель тока.A known secondary power supply unit (see RF patent No. 2318290 for an invention, IPC H02M 3/335 (2006.01), published on 02/27/2008, according to the application No. 2006137962/09 of 10/18/2006 on "Secondary power supply unit", patent holder Open Joint-Stock Company “Russian Institute of Radio Navigation and Time”, which contains the input “plus” and “minus” terminals designed to connect to the buses of the primary power source, the output “plus” and “minus” terminals intended to connect to the load, and also transformer, rectifier, smoothing conductive filter, a first capacitor, the electronic key, the control circuit and the electronic current limiter.

Достоинством данного блока вторичного электропитания является то, что он обеспечивает ограничение выбросов тока, вызываемых кратковременными скачкообразными провалами напряжения на шинах источника первичного электропитания, возникающими в процессе работы блока в стационарном режиме.The advantage of this secondary power supply unit is that it provides a limitation of current surges caused by short-term spasmodic voltage dips on the buses of the primary power supply source that occur during operation of the unit in stationary mode.

Признаки аналога, совпадающие с признаками заявляемого технического решения - сглаживающий фильтр (в заявляемом техническом решении - это входной фильтр), электронный ключ (в заявляемом техническом решении - это силовой ключ).Signs of an analogue that coincide with the features of the claimed technical solution are a smoothing filter (in the claimed technical solution it is the input filter), an electronic key (in the claimed technical solution it is the power key).

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту (см. патент РФ №106050 на полезную модель, МПК H02H 3/04 (2006.01), опубл. 27.06.2011 г., по заявке №2010146326/07 от 13.11.2010 г. на «Модуль вторичных источников питания», патентообладатель Открытое акционерное общество «Научно-конструкторское бюро вычислительных систем») является модуль вторичных источников питания, содержащий первый и второй преобразователи напряжения, схему защиты, схему аварийного отключения и индикаторы выходных напряжений.The closest technical solution to the claimed object (see RF patent No. 106050 for utility model, IPC H02H 3/04 (2006.01), publ. 06/27/2011, according to the application №2010146326 / 07 of 11/13/2010 on "Module secondary power sources ”, patent holder Open Joint-Stock Company“ Scientific and Design Bureau of Computing Systems ”) is a secondary power supply module containing the first and second voltage converters, a protection circuit, an emergency shutdown circuit, and output voltage indicators.

Признаки аналога, совпадающие с признаками заявляемого технического решения, - первый и второй преобразователи напряжения, схема защиты.Signs of an analogue that coincide with those of the claimed technical solution are the first and second voltage converters, a protection circuit.

Достоинством данного модуля вторичного источника питания является то, что он защищен от перемены полярности напряжения первичного питания.The advantage of this module of the secondary power supply is that it is protected against reverse polarity of the voltage of the primary power supply.

Причинами, препятствующими достижению заявляемого технического результата, являются недостаточная стабильность выходного напряжения при изменении входного напряжения, проникновение импульсных помех, которые возникают при работе преобразователей в бортовой сети (далее - БС).The reasons that impede the achievement of the claimed technical result are the lack of stability of the output voltage when the input voltage changes, the penetration of impulse noise that occurs during operation of the converters in the on-board network (hereinafter - BS).

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в обеспечении стабилизации выходных напряжений и в обеспечении фильтрации импульсных помех.The problem to which the claimed technical solution is directed is to provide stabilization of the output voltages and to provide filtering of impulse noise.

Технический результат, обеспечиваемый при реализации заявляемого технического решения, заключается в формировании вторичных напряжений «+3,3 В», «+5 В», «+12 В» и «-12 В» из первичного напряжения БС «+27 В» и в подавлении импульсов напряжения в цепи первичного напряжения, защите модуля от синфазных и дифференциальных помех сети за счет входного фильтра, а также в обеспечении контроля входных и выходных напряжений за счет схемы управления и контроля, в обеспечении повышения напряжения в момент снижения напряжения БС до «+12 В» за счет компенсатора, а также в обеспечении фильтрации импульсных помех, поступающих от модуля во внешнюю цепь питания.The technical result provided by the implementation of the proposed technical solution consists in the formation of secondary voltages "+3.3 V", "+5 V", "+12 V" and "-12 V" from the primary voltage of the BS "+27 V" and in suppressing voltage pulses in the primary voltage circuit, protecting the module from common-mode and differential noise of the network due to the input filter, as well as in providing control of input and output voltages due to the control and monitoring circuit, in ensuring an increase in voltage when the BS voltage drops to "+ 12 V ”due to compensator And also to provide filtering impulse noise coming from the module into the external circuit.

Для достижения заявляемого технического результата в модуль вторичного источника питания, содержащий первый и второй преобразователи напряжения, схему защиты дополнительно введены третий преобразователь напряжения, силовой ключ, схема управления и контроля, компенсатор и датчик температуры, выход которого соединен с первым входом схемы управления и контроля, второй и третий входы которой соединены соответственно с выходом первого преобразователя напряжения и выходом силового ключа, четвертый и пятый входы схемы управления и контроля соединены соответственно с первым и вторым выходами третьего преобразователя напряжения, причем выход второго преобразователя напряжения соединен с первым входом силового ключа, первым входом третьего преобразователя и шестым входом схемы управления и контроля, первый, второй и третий выходы которой соединены соответственно со вторым входом третьего преобразователя напряжения, вторым входом силового ключа и первым входом первого преобразователя напряжения, причем выход компенсатора соединен со вторым входом первого преобразователя напряжения и входом второго преобразователя напряжения, причем входной фильтр через схему защиты соединен со входом компенсатора и седьмым входом схемы управления и контроля, причем выход первого преобразователя напряжения является первым выходом модуля вторичного источника питания, выход силового ключа является вторым выходом модуля вторичного источника питания, первый и второй выходы третьего преобразователя напряжения являются третьим и четвертым выходами модуля вторичного источника питания, которые соединены с четвертым и пятым входами схемы управления и контроля, восьмой вход которой является первым входом модуля вторичного источника питания, второй вход которого является входом входного фильтра.To achieve the claimed technical result, a third voltage converter, a power switch, a control and monitoring circuit, a compensator and a temperature sensor, the output of which is connected to the first input of the control and monitoring circuit, are additionally introduced into the secondary power supply module containing the first and second voltage converters, a protection circuit, the second and third inputs of which are connected respectively to the output of the first voltage converter and the output of the power switch, the fourth and fifth inputs of the control and monitoring circuit I am connected respectively to the first and second outputs of the third voltage converter, the output of the second voltage converter being connected to the first input of the power switch, the first input of the third converter and the sixth input of the control and monitoring circuit, the first, second and third outputs of which are connected respectively to the second input of the third converter voltage, the second input of the power switch and the first input of the first voltage converter, and the output of the compensator is connected to the second input of the first converter For voltage and the input of the second voltage converter, the input filter through the protection circuit connected to the input of the compensator and the seventh input of the control and monitoring circuit, the output of the first voltage converter being the first output of the secondary power supply module, the output of the power switch being the second output of the secondary power supply module, the first and second outputs of the third voltage converter are the third and fourth outputs of the secondary power supply module, which are connected to the fourth and yatym input control circuit and the control input of the eighth of which is the first input of the secondary power supply module, a second input which is the input of the input filter.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором указаны: 1 - модуль вторичного источника питания (МВИП), 2 - первый преобразователь напряжения, 3 - второй преобразователь напряжения, 4 - третий преобразователь напряжения, 5 - силовой ключ, 6 - схема управления и контроля, 7 - датчик температуры, 8 - компенсатор, 9 - схема защиты, 10 - входной фильтр, первый 2₁ и второй 2₂ входы первого преобразователя напряжения 2, первый 4₁ и второй 4₂ входы и первый 4₃ и второй 4₄ выходы третьего 4 преобразователя напряжения, первый 5₁ и второй 5₂ входы силового ключа 5, первый 6₁, второй 6₂, третий 6₃, четвертый 6₄, пятый 6₅, шестой 6₆, седьмой 6₇, восьмой 6₈ входы и первый 6₉, второй 6₁₀, третий 6₁₁ выходы схемы управления и контроля 6, первый 1₁, второй 1₂, третий 1₃, четвертый 1₄ выходы и первый 1₅, второй 1₆ входы МВИП 1.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, which shows: 1 - module of the secondary power source (MVIP), 2 - the first voltage converter, 3 - the second voltage converter, 4 - the third voltage converter, 5 - power switch, 6 - control and monitoring circuit, 7 - temperature sensor, 8 - compensator, 9 - protection circuit, 10 - input filter, first 2 ₁ and second 2 ₂ inputs of the first voltage converter 2, the first 4 ₁ and second 4 ₂ inputs and the first 4 ₃ and second 4 ₄ outputs of the third 4 voltage converters, the first 5 ₁ and second 5 ₂ inputs of the power switch 5, first 6 ₁ , second 6 ₂ , third 6 ₃ , fourth 6 ₄ , fifth 6 ₅ , sixth 6 ₆ , seventh 6 ₇ , eighth 6 ₈ inputs and first 6 ₉ , second 6 ₁₀ , third 6 ₁₁ outputs of the control circuit and control 6, the first 1 ₁ , the second 1 ₂ , the third 1 ₃ , the fourth 1 ₄ outputs and the first 1 ₅ , the second 1 ₆ inputs MVIP 1.

Выход датчика температуры 7 соединен с первым 6₁ входом схемы управления и контроля 6, второй 6₂ и третий 6₃ входы которой соединены соответственно с выходом первого 2 преобразователя напряжения и выходом силового ключа 5, четвертый 6₄ и пятый 6₅ входы схемы управления и контроля 6 соединены соответственно с первым 4₃ и вторым 4₄ выходами третьего 4 преобразователя напряжения, причем выход второго 3 преобразователя напряжения соединен с первым 5₁ входом силового ключа 5, первым 4₁ входом третьего преобразователя 4 и шестым 6₆ входом схемы управления и контроля 6, первый 6₉, второй 6₁₀ и третий 6₁₁ выходы которой соединены соответственно со вторым 4₂ входом третьего преобразователя 4 напряжения, вторым 5₂ входом силового ключа 5 и первым 2₁ входом первого 2 преобразователя напряжения, причем выход компенсатора 8 соединен со вторым 2₂ входом первого преобразователя 2 напряжения и входом второго 3 преобразователя напряжения, причем входной фильтр 10 через схему защиты 9 соединен со входом компенсатора 8 и седьмым 6₇ входом схемы управления и контроля 6, причем выход первого 2 преобразователя напряжения является первым 1₁ выходом модуля вторичного источника питания 1, выход силового ключа 5 является вторым 1₂ выходом модуля вторичного источника питания 1, первый 4₃ и второй 4₄ выходы третьего 4 преобразователя напряжения являются третьим 1₃ и четвертым 1₄ выходами модуля вторичного источника питания 1, которые соединены с четвертым 6₄ и пятым 6₅ входами схемы управления и контроля 6, восьмой 6₆ вход схемы управления и контроля 6 является первым 1₅ входом модуля вторичного источника питания 1, второй 1₆ вход модуля вторичного источника питания 1 является входом входного фильтра 10.The output of the temperature sensor 7 is connected to the first 6 ₁ input of the control and control circuit 6, the second 6 ₂ and third 6 ₃ inputs of which are connected respectively to the output of the first 2 voltage converters and the output of the power switch 5, the fourth 6 ₄ and fifth 6 ₅ inputs of the control circuit and control 6 are connected respectively with the first 4 ₃ and second 4 ₄ outputs of the third 4 voltage converters, and the output of the second 3 voltage converters is connected to the first 5 ₁ input of the power switch 5, the first 4 ₁ input of the third converter 4 and the sixth 6 ₆ input of the circuit is controlled and control 6, the first 6 ₉ , the second 6 ₁₀ and the third 6 _{11 the} outputs of which are connected respectively to the second 4 ₂ input of the third voltage converter 4, the second 5 ₂ input of the power switch 5 and the first 2 ₁ input of the first 2 voltage converter, the output of the compensator 8 is connected to a second input of the first 2 ₂ 2 voltage converter and a second input of the voltage converter 3, the input filter 10 through the protection circuit 9 is connected with the input compensator 8, and seventh 6 ₇ includes a control circuit and control 6, wherein the output of the first inverter 2 in maskers is the first one ₁ output module of the secondary power source 1, a power key outlet 5 is the second one of ₂ outputs the secondary power supply module 1, the first 4 ₃ and the second 4 ₄ Outputs of the third four-voltage converter is the third one ₃ and the fourth one _4-output module of the secondary power source 1, which are connected to the fourth ₄ and fifth 6 6 ₅ input control circuit and control 6 6 ₆ eighth input of the control circuit 6 and controls the first module 1 ₅ inputs the secondary power supply 1, the second input ₆ one secondary source module pi anija 1 is input to the input filter 10.

Устройство работает следующим образом: МВИП 1 преобразовывает первичное напряжение БС «+27 В» в выходные (вторичные) напряжения «+5 В», «+3,3 В», «+12 В» и «-12 В». МВИП 1 обеспечивает гальваническую развязку между цепями первичного и вторичного напряжений.The device operates as follows: MVIP 1 converts the primary voltage of the BS "+27 V" into the output (secondary) voltage of "+5 V", "+3.3 V", "+12 V" and "-12 V". MVIP 1 provides galvanic isolation between the primary and secondary voltage circuits.

Напряжение БС поступает на входной фильтр 10, который ослабляет синфазные и дифференциальные помехи сети и препятствует проникновению импульсных помех, возникающих при работе первого 2, второго 3 и третьего 4 преобразователей в БС.The voltage of the BS is supplied to the input filter 10, which attenuates the common-mode and differential noise of the network and prevents the penetration of impulse noise arising from the operation of the first 2, second 3 and third 4 converters in the BS.

Сигнал включения подается на первый 15 вход МВИП 1 и на восьмой 6s вход схемы управления и контроля 6. Второй U вход МВИП 1 является входом входного фильтра 10 (питание МВИП 1).The enable signal is supplied to the first 15 input of MVIP 1 and to the eighth 6s input of the control and control circuit 6. The second U input of MVIP 1 is the input of input filter 10 (power MVIP 1).

После входного фильтра 10 напряжение питания проходит через схему защиты 9 от напряжения обратной полярности и от коротких импульсных бросков входного напряжения.After the input filter 10, the supply voltage passes through the protection circuit 9 from the voltage of reverse polarity and from short pulse surges of the input voltage.

Компенсатор 8 обеспечивает повышение питающего напряжения в момент снижения напряжения БС до 12 В.The compensator 8 provides an increase in the supply voltage at the time of a decrease in the BS voltage to 12 V.

Напряжение питания поступает на первый 2 и второй 3 преобразователи, которые преобразуют напряжение БС во вторичные напряжения «+3,3 В» и «+5 В» с требуемой точностью и обеспечивают гальваническую развязку напряжения БС и выходных напряжений.The supply voltage is supplied to the first 2 and second 3 converters, which convert the BS voltage into secondary voltages "+3.3 V" and "+5 V" with the required accuracy and provide galvanic isolation of the BS voltage and output voltages.

Датчик температуры 7 имеет тепловой контакт с корпусом МВИП 1 (на чертеже не показан) и регистрирует температуру корпуса МВИП 1. Если напряжение БС меньше 20 В, схема управления и контроля 6 вырабатывает сигналы управления, запрещающие работу преобразователей 2, 3 и силового ключа 5. Если напряжение БС находится в допустимых пределах и на входе I₆ МВИП 1 присутствует сигнал включения, схема управления и контроля 6 вырабатывает сигналы управления, разрешающие работу преобразователей 2, 3 и силового ключа 5. При этом нормальная работа МВИП 1 будет продолжаться при снижении напряжения БС до 12 В. При меньшем напряжении БС МВИП 1 будет отключен.The temperature sensor 7 has thermal contact with the housing of the MVIP 1 (not shown in the drawing) and registers the temperature of the housing of the MVIP 1. If the BS voltage is less than 20 V, the control and monitoring circuit 6 generates control signals that prohibit the operation of converters 2, 3 and the power switch 5. If the BS voltage is within acceptable limits and there is an enable signal at input I _{6 of} MVIP 1, the control and monitoring circuit 6 generates control signals allowing the operation of converters 2, 3 and power switch 5. In this case, normal operation of MVIP 1 will to be maintained when the BS voltage is reduced to 12 V. With a lower BS voltage, MVIP 1 will be disabled.

Схема управления и контроля 6 вырабатывает сигналы управления преобразователями 2, 3 и силового ключа 5.The control and monitoring circuit 6 generates control signals for the converters 2, 3 and the power switch 5.

Схема защиты 9 защищает МВИП 1 от высоковольтных бросков входного напряжения и изменения полярности напряжения входной сети.The protection circuit 9 protects the MVIP 1 from high-voltage surges of the input voltage and changes in the polarity of the voltage of the input network.

Первый преобразователь 2, формирующий выходное напряжение «+3,3 В», имеет вход управления 2₁, на который поступает управляющий сигнал от схемы управления и контроля 6. Второй преобразователь 3, формирующий выходное напряжение «+5 В», управляющего входа не имеет и используется, в том числе, для питания схемы управления и контроля 6. От выхода 13 МВИП 1 напряжение «+5 В» отключается силовым ключом 5, предназначенным для коммутации силовой цепи, по выходу. Третий преобразователь 4 формирует из напряжения «+5 В» выходные напряжения «+12 В» и «-12 В». Первый 2 и второй 3 преобразователи обеспечивают гальваническую развязку между напряжением БС и выходными напряжениями.The first converter 2, which generates an output voltage of "+3.3 V", has a control input 2 ₁ , which receives a control signal from a control and control circuit 6. The second converter 3, which generates an output voltage of "+5 V", does not have a control input and is used, inter alia, to power the control and monitoring circuit 6. From the output 13 of the MVIP 1, the voltage “+5 V” is disconnected with the power switch 5, intended for switching the power circuit, at the output. The third Converter 4 generates from the voltage "+5 V" output voltage "+12 V" and "-12 V". The first 2 and second 3 converters provide galvanic isolation between the voltage of the BS and the output voltage.

Claims

The secondary power supply module containing the first and second voltage converters, a protection circuit, characterized in that it additionally includes a third voltage converter, a power switch, a control and monitoring circuit, a compensator and a temperature sensor, the output of which is connected to the first input of the control and monitoring circuit , the second and third inputs of which are connected respectively to the output of the first voltage converter and the output of the power switch, the fourth and fifth inputs of the control and monitoring circuits are connected respectively o with the first and second outputs of the third voltage converter, the output of the second voltage converter being connected to the first input of the power switch, the first input of the third converter and the sixth input of the control and monitoring circuit, the first, second and third outputs of which are connected respectively to the second input of the third voltage converter, the second input of the power switch and the first input of the first voltage converter, and the output of the compensator is connected to the second input of the first voltage converter and the input of W voltage converter, the input filter through the protection circuit connected to the input of the compensator and the seventh input of the control and monitoring circuit, the output of the first voltage converter being the first output of the secondary power supply module, the output of the power switch being the second output of the secondary power supply module, the first and second outputs the third voltage converter are the third and fourth outputs of the secondary power supply module, which are connected to the fourth and fifth inputs of the control circuit eniya and control, the eighth input of which is the first input of the secondary power supply module, a second input which is the input of the input filter.