RU205787U1

RU205787U1 - UNINTERRUPTED POWER SUPPLY FOR ON-BOARD MICROCOMPUTER AND ADDITIONAL DEVICES

Info

Publication number: RU205787U1
Application number: RU2020128402U
Authority: RU
Inventors: Олег Вадимович Егоров; Всеволод Константинович Тузовский; Павел Витальевич Успенский
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "НПО "КвинтТех"
Priority date: 2020-08-26
Filing date: 2020-08-26
Publication date: 2021-08-11

Abstract

Устройство предназначено для осуществления стабилизированного бесперебойного питания бортового одноплатного микрокомпьютера (Raspberry Pi, Rock Pi, NanoPi, Orange Pi, Jetson Nano) и дополнительных устройств (дисплеи, датчики, видеорегистраторы, модемы, устройства навигации). Устройство состоит из двух печатных плат - модуль питания и батарейный модуль. Два или более преобразователей питания устройства, размещенных на модуле питания, обеспечивают независимое друг от друга питание бортового микрокомпьютера и дополнительных устройств в случае перегрузки или короткого замыкания.The device is designed to provide a stabilized uninterruptible power supply for an onboard single-board microcomputer (Raspberry Pi, Rock Pi, NanoPi, Orange Pi, Jetson Nano) and additional devices (displays, sensors, video recorders, modems, navigation devices). The device consists of two printed circuit boards - a power module and a battery module. Two or more power converters of the device, located on the power module, provide independent power to the on-board microcomputer and additional devices in the event of an overload or short circuit.

Description

Полезная модель относится к устройству бортовой электроники, которое устанавливается в кабине транспортного средства или в отсеке судна для осуществления стабилизированного бесперебойного питания бортового одноплатного микрокомпьютера и дополнительных устройств.The utility model relates to an on-board electronics device, which is installed in a vehicle cabin or in a ship's compartment to provide a stabilized uninterruptible power supply to an on-board single-board microcomputer and additional devices.

Развитие электроники привело к появлению большого количества дополнительно устанавливаемых устройств, подключаемых к бортовой сети транспортных средств для обеспечения безопасности, комфорта, облегчения управления транспортным средством. Обычно, основным устройством является высокопроизводительный бортовой одноплатный микрокомпьютер (например - Raspberry Pi 4, Rock Pi 4/N10, NanoPi M4, Orange Pi 4/RK3399, Jetson Nano/TX2/Xavier NX), к которому подключаются дополнительные периферийные устройства, непосредственно взаимодействующие с микрокомпьютером (например - дисплеи, датчики, видеорегистраторы, модемы, устройства навигации). Поскольку необходимым условием обеспечения функционирования этих устройств является бесперебойное питание, независимое от состояния бортовой сети транспортного средства, возникает задача обеспечения стабилизированного бесперебойного питания.The development of electronics has led to the emergence of a large number of additionally installed devices that are connected to the on-board network of vehicles to ensure safety, comfort, and ease of driving. Usually, the main device is a high-performance onboard single-board microcomputer (for example - Raspberry Pi 4, Rock Pi 4 / N10, NanoPi M4, Orange Pi 4 / RK3399, Jetson Nano / TX2 / Xavier NX), to which additional peripherals are connected that directly interact with microcomputer (for example - displays, sensors, video recorders, modems, navigation devices). Since a necessary condition for ensuring the functioning of these devices is an uninterruptible power supply, independent of the state of the vehicle's on-board network, the problem arises of providing a stabilized uninterruptible power supply.

На данный момент известны следующие устройства обеспечения стабилизированного питания бортовых одноплатных микрокомпьютеров и дополнительных устройств, подключаемых к бортовой сети и взаимодействующих с микрокомпьютером: Устройство стабилизированного питания (+5В), обеспечивающее непосредственное подключение микрокомпьютера к гнезду питания транспортного средства с помощью кабеля-переходника [1].At the moment, the following devices are known for providing stabilized power supply for on-board single-board microcomputers and additional devices connected to the on-board network and interacting with the microcomputer: Stabilized power supply (+ 5V), which provides direct connection of the microcomputer to the vehicle power socket using an adapter cable [1] ...

Подобные устройства имеют низкую надежность подключения, вследствие вибрации и окисления контактов, отсутствие защиты от перенапряжений бортовой сети, отсутствие бесперебойной подачи питания.Such devices have low connection reliability due to vibration and oxidation of contacts, lack of overvoltage protection of the on-board network, and no uninterrupted power supply.

Известно устройство, гарантирующие скорость нарастания входного напряжения [2] или устройство, защищающие от высоких пиковых напряжений бортовой сети [3].A device is known that guarantees the rate of rise of the input voltage [2] or a device that protects against high peak voltages of the on-board network [3].

Подобные устройства не компенсируют отсутствие подачи номинального напряжения при снижении напряжения бортовой сети ниже допустимого (при запуске двигателя или при разряженной аккумуляторной батарее транспортного средства).Such devices do not compensate for the lack of supply of the rated voltage when the voltage of the on-board network drops below the permissible value (when starting the engine or when the vehicle battery is discharged).

Функционально близким к предлагаемому устройству и выбранным в качестве прототипа является RU 2520180 С2 - СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащая модуль резервного питания (АКБ и накопитель), модуль управления и контроля системы электропитания, модуль преобразования напряжения, модуль силовой коммутации, зарядное устройство аккумуляторных батарей и накопителей разных типов.Functionally close to the proposed device and selected as a prototype is RU 2520180 C2 - VEHICLE POWER SUPPLY SYSTEM, containing a backup power module (battery and storage), a power supply system control and monitoring module, a voltage conversion module, a power switching module, a battery charger and drives of different types.

Недостатками прототипа являются невозможность одновременного независимого бесперебойного питания как бортового микрокомпьютера, так и дополнительных электронных устройств таким образом, при котором перегрузка и короткое замыкание в цепи питания микрокомпьютера или дополнительных устройств не приводит к прекращению питания остальных устройств.The disadvantages of the prototype are the impossibility of simultaneous independent uninterruptible power supply of both the on-board microcomputer and additional electronic devices in such a way that an overload and short circuit in the power supply circuit of the microcomputer or additional devices does not lead to a power cut for the remaining devices.

Таким образом, во всех известных способах обеспечения стабилизированного питания бортовых одноплатных микрокомпьютеров и дополнительных устройств присутствуют следующие недостатки:Thus, in all known methods of providing stabilized power supply for on-board single-board microcomputers and additional devices, the following disadvantages are present:

невозможность одновременного, независимого питания бортовых микрокомпьютеров и дополнительных устройств,impossibility of simultaneous, independent power supply of on-board microcomputers and additional devices,

недостаточность обеспечения параметров питанияinsufficient provision of nutritional parameters

высокопроизводительных бортовых микрокомпьютеров во всем возможном диапазоне напряжений бортовой сети, подключение питания к микрокомпьютеру через USB или малогабаритные, цилиндрические соединители (разъемы), не обеспечивающие виброустойчивость и стойкость к коррозии.high-performance on-board microcomputers in the entire possible voltage range of the on-board network, connecting power to the microcomputer via USB or small-sized, cylindrical connectors (connectors) that do not provide vibration and corrosion resistance.

Задачей полезной модели является повышение надежности, за счет обеспечения бесперебойного независимого питания бортовых микрокомпьютеров и дополнительных устройств, при возникновении перегрузок и коротких замыканий в цепях питания бортовых микрокомпьютеров и дополнительных устройств.The task of the utility model is to increase reliability by ensuring uninterrupted independent power supply of onboard microcomputers and additional devices, in the event of overloads and short circuits in the power supply circuits of onboard microcomputers and additional devices.

Согласно полезной модели, устройство бесперебойного питания бортового микрокомпьютера и дополнительных устройств содержит плату модуля питания и плату батарейного модуля, включающую в себя резервную аккумуляторную батарею (АКБ) и зарядное устройство, предназначенное для подзаряда АКБ, а также силовые цепи связи модулей между собой, отличающееся тем, что дополнительно содержит два или более независимых преобразователей питания бортового микрокомпьютера и дополнительных устройств, обеспечивающих стабилизацию напряжения и ограничение потребляемого тока при перегрузке, размещенных на модуле питания и обеспечивающих независимое питание микрокомпьютера и дополнительных устройств.According to the utility model, the uninterruptible power supply device of the on-board microcomputer and additional devices contains a power supply module board and a battery module board, which includes a backup battery (accumulator battery) and a charger intended for recharging the accumulator battery, as well as power circuits for communication of modules with each other, differing in that , which additionally contains two or more independent power converters for the on-board microcomputer and additional devices providing voltage stabilization and limiting the current consumption during overload, located on the power module and providing independent power to the microcomputer and additional devices.

На фиг. 1 представлено устройство бесперебойного питания бортового микрокомпьютера и дополнительных устройств, где:FIG. 1 shows an uninterruptible power supply device for an on-board microcomputer and additional devices, where:

1 - плата батарейного модуля,1 - battery module board,

2 - плата модуля питания,2 - power supply module board,

3 - многоштырьковый универсальный разъем,3 - multi-pin universal connector,

4 - плата бортового компьютера,4 - board of the on-board computer,

5 - преобразователи питания.5 - power converters.

Устройство состоит из двух печатных плат с установленными компонентами. Первая плата - батарейный модуль (1) жестко соединена со второй платой - модуль питания (2), включающей в себя два или более преобразователей питания бортового микрокомпьютера и дополнительных устройств (5). Обе платы, в свою очередь, жестко соединены с бортовым одноплатным микрокомпьютером (4) с помощью многоштырькового универсального разъема (3), являющегося неотъемлемой частью бортового микрокомпьютера. Конструкция в сборе может быть помещена в герметичный корпус для защиты от неблагоприятных воздействий (пыль, влажность).The device consists of two printed circuit boards with installed components. The first board - the battery module (1) is rigidly connected to the second board - the power module (2), which includes two or more power converters for the onboard microcomputer and additional devices (5). Both boards, in turn, are rigidly connected to the onboard single-board microcomputer (4) using a multi-pin universal connector (3), which is an integral part of the onboard microcomputer. The assembled structure can be placed in a sealed case to protect it from adverse influences (dust, moisture).

При наличии номинального напряжения в бортовой сети, стабилизированное питание бортового одноплатного микрокомпьютера и дополнительных устройств обеспечивается независимыми импульсными преобразователями постоянного тока платы модуля питания. Надежность подключения (виброустойчивость и стойкость к коррозии) микрокомпьютера и предлагаемого устройства осуществляется с помощью стандартного 40-штырькового двухрядного разъема, присутствующего в большинстве одноплатных микрокомпьютеров. Батарейный модуль при этом отключен. При отклонении напряжения бортовой сети более, чем на установленное значение от номинального - устройство переключает питание микрокомпьютера и дополнительных устройств на работу от платы батарейного модуля (аккумулятора (АКБ), обеспечивая стабилизированное питание. После восстановления номинального напряжения в бортовой сети, производится возврат к питанию от бортовой сети и автоматическая зарядка АКБ. Во всех режимах работы обеспечивается защита как самого устройства, так и микрокомпьютера и дополнительных устройств от различных неблагоприятных воздействий. Питание микрокомпьютера и дополнительных устройств обеспечивается от модуля питания с помощью двух или более преобразователей питания. При этом перегрузка и короткое замыкание в цепи питания дополнительных устройств за счет использования отдельного независимого преобразователя питания микрокомпьютера, не приводит к прекращению питания микрокомпьютера, а перегрузка и короткое замыкание в цепи питания микрокомпьютера за счет использования отдельного независимого преобразователя питания дополнительных устройств, не приводит к прекращению питания дополнительных устройств. Например, видеорегистратор, подключенный к устройству, будет продолжать функционирование, даже в случае отказа питания в цепи микрокомпьютера за счет независимого питания в цепи видеорегистратора. При наличии двух или более дополнительных устройств, требующих независимое питание, могут быть использованы несколько преобразователей питания дополнительных устройств. Таким образом, решается задача обеспечения параметров питания высокопроизводительных бортовых микрокомпьютеров и дополнительных устройств во всем возможном диапазоне напряжений бортовой сети.In the presence of a rated voltage in the on-board network, the stabilized power supply of the on-board single-board microcomputer and additional devices is provided by independent pulse converters of direct current of the power module board. Reliability of connection (vibration and corrosion resistance) of the microcomputer and the proposed device is carried out using a standard 40-pin double-row connector, which is present in most single-board microcomputers. The battery module is then disconnected. If the voltage of the on-board network deviates by more than a set value from the nominal value, the device switches the power supply of the microcomputer and additional devices to work from the battery module board (accumulator (accumulator)), providing stabilized power. on-board network and automatic battery charging. In all operating modes, protection of both the device itself and the microcomputer and additional devices from various adverse influences is provided. Power for the microcomputer and additional devices is provided from the power module using two or more power converters. short circuit in the power supply circuit of additional devices due to the use of a separate independent power converter of the microcomputer, does not lead to an interruption in the power supply of the microcomputer, but overload and short circuit in the power supply circuit of the microcomputer due to the use of powering a separate independent power converter for additional devices does not interrupt the power supply for additional devices. For example, a DVR connected to the device will continue to function even in the event of a power failure in the microcomputer circuit due to the independent power supply in the DVR circuit. If you have two or more accessories that require independent power, multiple accessory power converters can be used. Thus, the problem of providing power parameters for high-performance on-board microcomputers and additional devices in the entire possible voltage range of the on-board network is solved.

Источники информации:Sources of information:

1. Патент РФ №197654.1. RF patent №197654.

2. Патент РФ №65307.2. RF patent No. 65307.

3. Патент РФ №2502169.3. RF patent №2502169.

4. Патент РФ №2520180 – ПРОТОТИП.4. RF patent №2520180 - PROTOTYPE.

Claims

An uninterruptible power supply unit for an on-board microcomputer and additional devices, containing a power supply module board and a battery module board, which includes a backup battery (battery) and a charger intended for recharging the battery, as well as power circuits for connecting modules to each other, characterized in that additionally contains two or more independent power converters for the on-board microcomputer and additional devices providing voltage stabilization and limiting the current consumption during overload, located on the power module and providing independent power to the microcomputer and additional devices.