RU172180U1

RU172180U1 - POWER SUPPLY

Info

Publication number: RU172180U1
Application number: RU2016118328U
Authority: RU
Inventors: Юрий Пантелеевич Лепеха; Лев Васильевич Шумейко
Original assignee: Юрий Пантелеевич Лепеха
Priority date: 2016-05-12
Filing date: 2016-05-12
Publication date: 2017-06-30

Abstract

Техническое решение относится к устройствам электропитания с преобразованием энергии постоянного тока на входе в энергию постоянного тока на выходе с промежуточным преобразованием в переменный ток, в частности к источникам питания, и может быть использовано в системах электропитания с большими значениями импульсных токов потребления миллисекундного диапазона, в частности для электропитания активных фазированных антенных решеток (АФАР).Техническим результатом является: расширение диапазона импульсного тока нагрузки до 100А и более, уменьшение габаритных размеров, массы и стоимости, обеспечение работоспособности устройства при низких температурах окружающей среды.Устройство электропитания имеет следующие технические характеристики: диапазон импульсного тока нагрузки до 100 А и более, габаритные размеры 80×50×10, масса 0,1 кг, конструкция устройства разработана с учетом работы в жестких условиях эксплуатации от минус 55 до плюс 85°С, температура хранения от минус 65 до плюс 125°С. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.The technical solution relates to power supply devices with conversion of direct current energy at the input to direct current energy at the output with intermediate conversion to alternating current, in particular to power sources, and can be used in power supply systems with high values of pulsed current consumption of the millisecond range, in particular for powering active phased array antennas (AFAR). The technical result is: expanding the range of the pulsed load current to 100A or more, reduction of overall dimensions, weight and cost, ensuring operability of the device at low ambient temperatures. The power supply device has the following technical characteristics: range of pulsed load current up to 100 A or more, overall dimensions 80 × 50 × 10, weight 0.1 kg, device design it is developed taking into account work in severe operating conditions from minus 55 to plus 85 ° C, storage temperature from minus 65 to plus 125 ° C. 1 s.p. f-ly, 1 ill.

Description

Техническое решение относится к устройствам электропитания с преобразованием энергии постоянного тока на входе в энергию постоянного тока на выходе с промежуточным преобразованием в переменный ток, в частности к источникам питания, и может быть использовано в системах электропитания с большими значениями импульсных токов потребления миллисекундного диапазона. (Например, для электропитания модулей активных фазированных антенных решеток (АФАР) и др.)The technical solution relates to power supply devices with conversion of direct current energy at the input to direct current energy at the output with intermediate conversion to alternating current, in particular to power sources, and can be used in power supply systems with high values of pulsed current consumption in the millisecond range. (For example, for power supply of active phased array antenna modules (AFAR), etc.)

Из существующего уровня техники известны источники питания с преобразованием энергии постоянного тока на входе в энергию постоянного тока на выходе DC/DC преобразователя (https://www.aedon.ru/products), (https://www.eltech.spb.ru/catalog/v_kozhuhe_2).From the current level of technology, power supplies are known with conversion of direct current energy at the input of direct current energy at the output of a DC / DC converter (https://www.aedon.ru/products), (https://www.eltech.spb.ru / catalog / v_kozhuhe_2).

Недостатками данных устройств применительно для электропитания модулей АФАР являются:The disadvantages of these devices with respect to power supply modules AFAR are:

невозможность работы в импульсном режиме с большими токами нагрузки;the impossibility of working in pulsed mode with high load currents;

сравнительно большие габаритные размеры и масса;relatively large overall dimensions and weight;

высокая стоимость.high price.

Эти недостатки обусловлены тем, что в известных устройствах использованы электролитические конденсаторы, не позволяющие обеспечить высокое значение больших импульсных токов разряда. Конденсаторы содержат жидкий электролит, который не позволяет работу при низких температурах окружающей среды, и имеют значительные габаритные размеры.These disadvantages are due to the fact that the known devices used electrolytic capacitors, which do not allow to ensure a high value of large pulsed discharge currents. Capacitors contain liquid electrolyte, which does not allow operation at low ambient temperatures, and have significant overall dimensions.

Известно устройство электропитания, описанное в документе ЕР 2677617 A1, Н02Н 7/16, 25.12.2013 (D1), принятое как наиболее близкий аналог (прототипа) к заявленной полезной модели в части использования суперконденсаторов (ионисторов) и системы электропитания.A power supply device is known, described in document EP 2677617 A1, H2N 7/16, December 25, 2013 (D1), adopted as the closest analogue (prototype) to the claimed utility model in terms of the use of supercapacitors (ionistors) and a power supply system.

В документе D1 описано устройство и схема защиты, осуществляющая автоматическое отключение электродвигателя железнодорожного транспорта, при этом использование суперконденсаторов и накопление электроэнергии являются совпадающими признаками, однако функциональное назначение использования накопленной энергии совершенно разное, что является причиной, препятствующей получению в указанном аналоге технического результата, который обеспечивается полезной моделью.The document D1 describes a device and a protection circuit that automatically shuts off the railway electric motor, while the use of supercapacitors and the accumulation of electricity are the same signs, however, the functional purpose of using the stored energy is completely different, which is the reason that prevents the technical result from being provided in this analogue, which is ensured useful model.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является устранение недостатков и осуществление возможности работы в импульсном режиме миллисекундного диапазона с большими токами нагрузки, снижение габаритных размеров, массы и стоимости, обеспечение работы устройства при низких температурах окружающей среды.The task to which the claimed technical solution is directed is to eliminate the shortcomings and realize the possibility of working in a pulsed mode of the millisecond range with high load currents, reducing the overall dimensions, weight and cost, ensuring the operation of the device at low ambient temperatures.

Поставленная задача решается благодаря тому, что устройство электропитания (УЭ) с импульсным током потребления и преобразованием постоянного входного напряжения в постоянное выходное напряжение, содержащее модуль ионистиров как элемент накопления электроэнергии, отличается тем, что УЭ содержит DC/DC преобразователь, генератор тока - элемент ограничения тока заряда, модулятор, усилитель мощности, причем к плюсовому выводу DC/DC преобразователя подключен генератор тока - элемент ограничения тока заряда, второй вывод генератора тока присоединен к плюсовому контакту модуля ионисторов и к модулятору, выход модулятора присоединен к усилителю мощности, минусовой контакт модуля ионисторов присоединен к минусовой шине, к минусу DC/DC преобразователя и к усилителю мощности.The problem is solved due to the fact that the power supply device (UE) with a pulsed current consumption and the conversion of a constant input voltage to a constant output voltage, containing the ionistiri module as an element of energy storage, differs in that the UE contains a DC / DC converter, the current generator is a limiting element charge current, modulator, power amplifier, and a current generator is connected to the positive terminal of the DC / DC converter - a charge current limiting element, the second terminal of the current generator is connected nen to the positive terminal supercapacitor module and to the modulator, the modulator output is coupled to a power amplifier, the negative contact supercapacitor module is connected to the negative bus, a DC / DC converter and to the minus power amplifier.

В устройстве электропитания модулей АФАР в качестве генератора тока - элемента ограничения тока заряда - использован пассивный элемент в виде резистора.In the power supply device of the AFAR modules, a passive element in the form of a resistor is used as a current generator - an element for limiting the charge current -.

Сущность предлагаемого устройства заключается в том, что расчетным способом определена общая электрическая емкость модуля ионисторов, определены его электрические параметры и габаритные размеры, разработана конструкция и схема включения элементов. Использование модуля ионисторов позволило получить большие значения импульсных токов потребления, существенно улучшить показатели электропитания по объему и массе, выполнить компоновку в заданных габаритах. Разработка конструкции и электрической схемы в совокупности позволила выполнить поставленную задачу.The essence of the proposed device lies in the fact that the calculation method determines the total electrical capacitance of the module of the ionistors, determines its electrical parameters and overall dimensions, and develops a design and circuit for including elements. The use of the ionistor module made it possible to obtain large values of pulsed currents of consumption, to significantly improve the power supply indicators in terms of volume and mass, and to perform the layout in the given dimensions. The development of the design and the electrical circuit in the aggregate allowed us to complete the task.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является увеличение значения импульсного тока потребления, уменьшение габаритных размеров и массы, возможность работы в экстремальных условиях.The technical result provided by the given set of features is to increase the value of the pulsed current consumption, reducing the overall dimensions and weight, the ability to work in extreme conditions.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой изображена схема соединений элементов.The invention is illustrated in FIG. 1, which shows a connection diagram of elements.

Устройство электропитания модулей АФАР содержит: DC/DC преобразователь (1), генератор тока - элемент ограничения тока заряда (2), модуль ионисторов (4), модулятор (3), усилитель мощности (5), причем к плюсовому выводу DC/DC преобразователя подключен генератор тока - элемент ограничения тока заряда, второй вывод генератора тока присоединен к плюсовому контакту модуля ионисторов и к модулятору, выход модулятора присоединен к усилителю мощности, минусовой контакт модуля ионисторов присоединен к минусовой шине, к минусу DC/DC преобразователя и к усилителю мощности. В качестве генератора тока - элемента ограничения тока заряда - может быть использован как полупроводниковый активный элемент, так и пассивный элемент в виде резистора.The power supply device of the AFAR modules contains: a DC / DC converter (1), a current generator - a charge current limiting element (2), an ionistor module (4), a modulator (3), a power amplifier (5), and to the positive terminal of the DC / DC converter a current generator is connected - a charge current limiting element, the second output of the current generator is connected to the positive terminal of the ionistor module and to the modulator, the output of the modulator is connected to the power amplifier, the negative terminal of the ionistor module is connected to the negative bus, to the negative of the DC / DC converter and to the amplifier power. As a current generator, an element of limiting the charge current, both a semiconductor active element and a passive element in the form of a resistor can be used.

В качестве примера выберем передающий канал модуля АФАР с параметрами:As an example, we choose the transmitting channel of the AFAR module with the parameters:

- напряжение электропитания +8,5 В,- power supply voltage +8.5 V,

- импульсный ток потребления (при включении канала) 10 А,- pulse current consumption (when the channel is turned on) 10 A,

- длительность импульса 1 мс,- pulse duration 1 ms,

- скважность импульса 5,- duty cycle 5,

- импульсная потребляемая мощность 85 Вт,- pulse power consumption 85 W,

- средняя мощность потребления 17 Вт,- average power consumption of 17 watts,

- потребляемая энергия 17 Дж.- energy consumption 17 J.

Таким образом, в устройстве электропитания модулей АФАР, содержащем DC/DC преобразователь, генератор тока - элемент ограничения тока заряда, накопительный элемент в виде модуля ионисторов, расход энергии составит 17 Дж. В зависимости от мощности DC/DC преобразователя ток заряда, а соответственно, и мощность могут быть больше или меньше. Данное техническое решение направлено на уменьшение мощности DC/DC преобразователя при одновременном увеличении запасенной энергии в модуле ионисторов. Снижение мощности DC/DC преобразователя уменьшит тепловые потери, габаритные размеры, массу и стоимость устройства электропитания модулей АФАР. Аккумуляция энергии в модуле ионисторов с малым внутренним сопротивлением позволит обеспечить большие импульсные токи нагрузки до 100 А и более. Подзарядка модуля ионисторов происходит во время паузы между импульсами, в данном случае это время в 5 раз превышает время разряда, из чего следует пятикратное уменьшение средней мощности DC/DC преобразователя.Thus, in the power supply device of the AFAR modules containing a DC / DC converter, the current generator is a charge current limiting element, an accumulative element in the form of an ionistor module, the energy consumption will be 17 J. Depending on the power of the DC / DC converter, the charge current, and, accordingly, and power can be more or less. This technical solution is aimed at reducing the power of the DC / DC converter while increasing the stored energy in the module of the ionistors. Reducing the power of the DC / DC converter will reduce heat loss, overall dimensions, weight and cost of the power supply device AFAR modules. Energy storage in the module of ionistors with low internal resistance will allow for large pulsed load currents of up to 100 A or more. The recharging of the ionistor module occurs during a pause between pulses, in this case this time is 5 times longer than the discharge time, which results in a five-fold decrease in the average power of the DC / DC converter.

Необходимая емкость модуля ионисторов определяется по формуле:The required capacity of the module of ionistors is determined by the formula:

С_н=2Q/U² C _n = 2Q / U ²

где Q – энергия, запасенная в модуле ионисторов;where Q is the energy stored in the module of ionistors;

U - напряжение заряда модуля ионисторов.U is the charge voltage of the module of ionistors.

В данном случае необходимая емкость модуля ионисторов составляет 0,47 Ф. Задав начальное время заряда модуля ионисторов (при первом включении) Т_зар=0,1 с, получим значение сопротивления генератора тока - элемента ограничения тока заряда:In this case, the required capacity of the module of ionistors is 0.47 F. By setting the initial charge time of the module of ionistors (when turned on for the first time) T _charge = 0.1 s, we obtain the resistance value of the current generator - element of the charge current limitation:

R_огр=Т_зар/С_н R _ogre = T _zar / C _n

В данном случае сопротивление составит 0,2 Ом, падение напряжения на сопротивление составит 0,4 В, рассеиваемая мощность на сопротивление составит 0,8 Вт.In this case, the resistance will be 0.2 Ohms, the voltage drop across the resistance will be 0.4 V, the power dissipation across the resistance will be 0.8 W.

Заявляемое устройство электропитания работает следующим образом: при подаче постоянного напряжения на контакты электропитания DC/DC преобразователя на его выходе формируется стабилизированное напряжение необходимой величины, через генератор тока - элемент ограничения тока заряда - происходит зарядка модуля ионисторов, в момент подачи управляющего импульсного сигнала при помощи модулятора включается усилитель мощности и происходит разряд модуля ионисторов, обеспечивая большие импульсные токи, в момент паузы сигнал управления отсутствует и модуль ионисторов заряжается. Цикл заряд-разряд происходит периодически. На вход усилителя подается сигнал несущей частоты, на выходе образуется необходимый модулированный импульсный сигнал.The inventive power supply device operates as follows: when a constant voltage is applied to the power contacts of the DC / DC converter, a stabilized voltage of the required value is generated at its output, through the current generator — a charge current limiting element — the ionizer module is charged at the moment of supplying the control pulse signal using a modulator the power amplifier is turned on and the ionistor module is discharged, providing large pulsed currents, at the time of a pause there is no control signal It blows and the ionistor module is charging. The charge-discharge cycle occurs periodically. A carrier frequency signal is fed to the amplifier input, and the necessary modulated pulse signal is generated at the output.

Устройство электропитания модулей АФАР имеет следующие технические характеристики: диапазон импульсного тока нагрузки до 100 А и более, габаритные размеры 80×50×10, масса 0,1 кг.The power supply device for AFAR modules has the following technical characteristics: range of pulsed load current up to 100 A and more, overall dimensions 80 × 50 × 10, weight 0.1 kg.

Конструкция устройства разработана с учетом работы в жестких условиях эксплуатации от минус 55 до плюс 85°С, температура хранения от минус 65 до плюс 125°С.The design of the device was developed taking into account operation in harsh operating conditions from minus 55 to plus 85 ° C, storage temperature from minus 65 to plus 125 ° C.

Промышленная осуществимость представленного технического решения вытекает из описания устройства электропитания модулей АФАР в статике и динамике и подтверждается фактом проведения успешных испытаний с достижением указанного технического результата.The industrial feasibility of the presented technical solution follows from the description of the power supply device for AFAR modules in statics and dynamics and is confirmed by the fact of successful testing to achieve the specified technical result.

Claims

1. A power supply device (UE) with a pulsed current consumption and the conversion of a constant input voltage to a constant output voltage, comprising an ion-ion module as an electric energy storage element, characterized in that the UE contains a DC / DC converter, a current generator is a charge current limiting element, a modulator, a power amplifier, and a current generator is connected to the positive terminal of the DC / DC converter - a charge current limiting element, the second terminal of the current generator is connected to the positive terminal of the ionistor module and to the modulator, the modulator output is connected to the power amplifier, the negative contact of the ionistor module is connected to the negative bus, to the minus of the DC / DC converter and to the power amplifier.

2. The power supply device according to claim 1, characterized in that a semiconductor active element is used as a current generator - an element for limiting the charge current.