RU222970U1 - Источник бесперебойного электропитания постоянным током - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области электронного приборостроения, а именно к источникам электропитания, и может быть использована везде, где требуется бесперебойное электропитание постоянным током, в частности для питания электронных приборов. Предложен источник бесперебойного электропитания постоянным током, содержащий аккумуляторную батарею, блок автоматического подключения источника бесперебойного электропитания, стабилизатор - ограничитель напряжения электрической сети, электрически связанные блок контроля температуры аккумуляторной батареи и контроллер, выход которого электрически связан с первым входом блока автоматического подключения источника бесперебойного электропитания, приемопередатчик, электрически связанный с контроллером, стабилизатор напряжения питания контроллера и приемопередатчика, который дополнительно содержит повышающий преобразователь напряжения постоянного тока, блок телеметрии заряда-разряда аккумуляторной батареи, блок установки типа аккумуляторной батареи, блок защиты аккумуляторной батареи, систему балансировки аккумуляторной батареи, с соответствующими электрическими связями. Технический результат - повышение долговечности источника бесперебойного электропитания постоянным током. 1 ил.

Description

Полезная модель относится к области электронного приборостроения, а именно к источникам электропитания постоянным током, и может быть использована для создания источников резервного питания электронных приборов.

Известен [1] источник бесперебойного электропитания постоянным током (далее - ИБЭП), содержащий п выпрямителей, входы управления которых по интерфейсу подключены к соответствующему выходу контроллера, датчик тока нагрузки, измеритель напряжения нагрузки, подключенный ко входу контроллера, гальванический вторичный элемент или гальваническую вторичную батарею (далее обозначенные - ГВЭБ), в качестве которой используется аккумуляторная батарея, основную и выносную панели индикации, блок контроля температуры воздуха, подключенный к вентиляторам. Имеется блок автоматического подключения ИБЭП, ко входам которого подключены вводы источников переменного напряжения, а к выходу подключены силовые входы выпрямителей и блока контроля температуры воздуха, а выпрямители разделены на два блока, имеющие модульную конструкцию, один из которых выполняет функцию питания нагрузки, а другой - функцию контроля и поддержания параметров состояния ГВЭБ. Выходы выпрямителей нагрузки подключены через выключатель выпрямителей нагрузки к катоду диода, соединенного со входом измерителя напряжения нагрузки, а анод диода через выключатель выпрямителей ГВЭБ подключен к выходам выпрямителей ГВЭБ. Катод диода через датчик тока нагрузки подключен к первому входу блока защиты первичных потребителей, к силовому входу блока отключения вторичных потребителей и ко входу блока контроля изоляции. Система имеет датчик тока заряда и датчик тока разряда ГВЭБ, включенные встречно, а анод диода через оба датчика подключен к выключателю ГВЭБ, ко входам блоков питания автоматики и ко входу блока питания датчиков тока. Другим выводом выключатель ГВЭБ подключен к ГВЭБ и к входу измерителя напряжения ГВЭБ. Входы питания датчиков тока подключены к выходу блока питания датчиков тока, а выходы блоков питания автоматики подключены к соответствующему входу контроллера, к контактной группе и к входу блока режимов заряда ГВЭБ, выходы которого подключены ко входам контроллера, а выходы контактной группы подключены к второй группе блока индикаторов и к соответствующим входам контроллера, а первая группа индикаторов подключена к соответствующим выходам контроллера. Входы панелей управления подключены к выходу контроллера по интерфейсу RS-485. В систему введены измерители токов нагрузки, заряда ГВЭБ и разряда ГВЭБ, выходы которых подключены ко входам контроллера, а входы - к соответствующим выходам датчиков тока нагрузки, тока заряда ГВЭБ и тока разряда ГВЭБ. При эксплуатации и хранении в ГВЭБ из-за испарения электролита снижается его уровень, а из-за наличия примесей в электролите и электродах снижается концентрация электролита, в связи с чем снижаются напряжение и емкость ГВЭБ, что приводит к снижению надежности ИБЭП.

Увеличение надежности позволяет достичь ИБЭП [2], являющийся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и выбранный в качестве прототипа. ИБЭП [2] содержит контроллер, гальванический элемент или гальваническую батарею (далее обозначенные - ГЭБ), блок автоматического подключения ИБЭП, датчик тока разряда ГЭБ. ИБЭП также содержит блок сравнения напряжения сети, блок сравнения напряжения ГЭБ, блок контроля температуры ГЭБ, стабилизатор-ограничитель напряжения электрической сети, приемопередатчик, электрически связанный с контроллером, стабилизатор напряжения питания контроллера и приемопередатчика, при этом выход стабилизатора-ограничителя напряжения электрической сети электрически связан со входом блока сравнения напряжения сети, выход которого электрически связан с первым входом блока автоматического подключения ИБЭП, со вторым входом которого электрически связан выход ГЭБ, а третий вход блока автоматического подключения источника бесперебойного электропитания электрически связан с первым выходом контроллера, первый вход контроллера электрически связан с выходом блока контроля температуры ГЭБ, второй вход контроллера электрически связан с выходом блока сравнения напряжения ГЭБ, третий вход контроллера электрически связан с выходом датчика тока разряда ГЭБ, вход которого электрически связан с первым выходом блока автоматического подключения ИБЭП, второй выход которого электрически связан как со входом блока сравнения напряжения ГЭБ, так и со входом стабилизатора напряжения питания контроллера и приемопередатчика, а третий выход блока автоматического подключения ИБЭП предназначен в качестве выходного силового для ИБЭП.

Однако при использовании в качестве ГЭБ аккумуляторной батареи для долговечности ИБЭП необходимо в каждом цикле разряда-заряда разряжать аккумуляторы до одного и того же низкого напряжения и заряжать их до одного и того же максимального напряжения при разных температурах ГЭБ, для разных типов аккумуляторов.

Задачей настоящей полезной модели является повышение долговечности ИБЭП путем установления одинаковых пределов напряжения для каждого цикла разряда-заряда аккумуляторов.

Предложен ИБЭП, содержащий аккумуляторную батарею (далее АКБ), блок автоматического подключения источника бесперебойного электропитания (далее БАПИ), стабилизатор-ограничитель напряжения электрической сети (далее СО), электрически связанные блок контроля температуры аккумуляторной батареи (далее БКТ) и контроллер, выход которого электрически связан с первым входом БАПИ, приемопередатчик, электрически связанный с контроллером, стабилизатор напряжения питания контроллера и приемопередатчика (далее СН).

ИБЭП дополнительно содержит повышающий преобразователь напряжения постоянного тока (далее ППН), блок телеметрии (далее БТ) заряда-разряда аккумуляторной батареи, блок установки типа аккумуляторной батареи (далее БУТ), блок защиты аккумуляторной батареи (далее БЗ), систему балансировки аккумуляторной батареи (далее СБ). При этом выход СО электрически связан со входом ППН, выход которого электрически связан с первым входом БТ, упомянутый БТ электрически связан как с БЗ, так и с контроллером, второй вход БАПИ электрически связан с первым выходом БТ, второй выход которого электрически связан с СН, второй вход БТ электрически связан с выходом БУТ, а АКБ электрически связан с БЗ, электрически связанным с СБ.

Введение в ИБЭП ППН, вход которого электрически связан с выходом СО, а выход ППН электрически связан с первым входом БТ, позволяет обеспечить напряжение, необходимое для полного заряда АКБ, что повышает долговечность АКБ, соответственно, повышает долговечность ИБЭП.

Введение в ИБЭП БТ, БУТ, БЗ, СБ, электрическая связь упомянутого БТ как с БЗ, так и с контроллером, то что второй вход БАПИ электрически связан с первым выходом БТ, второй выход которого электрически связан с СН, второй вход БТ электрически связан с выходом БУТ, а АКБ электрически связаны с БЗ, электрически связанным с СБ, позволяет обеспечить оптимальные режимы эксплуатации ИБЭП, что повышает долговечность ИБЭП.

На фигуре представлена функциональная блок-схема ИБЭП. ИБЭП содержит ППН 1, БАПИ 2, СБ 3, БЗ 4, АКБ 5, БТ 6, БКТ 7, БУТ 8, СО 9, СН 10, контроллер 11, приемопередатчик 12.

Выход СО 9 электрически связан со входом ППН 1, выход которого электрически связан с первым входом БТ 6, со вторым входом которого электрически связан выход БУТ 8.

БКТ 7 электрически связан с контроллером 11, выход которого электрически связан с первым входом БАПИ 2, со вторым входом которого электрически связан первый выход БТ 6, второй выход БТ 6 электрически связан с СН 10, связанным по силовой цепи с контроллером 11 и приемопередатчиком 12.

Приемопередатчик 12 электрически связан шиной с контроллером 11, электрически связанным с БТ 6.

СБ 3 электрически связана с БЗ 4, который электрически связан как с АКБ 5, так и с БТ 6.

ППН 1 (блок 1) предназначен для повышения напряжения электрической сети до 32 В, и выполнен на модуле питания МПВ603, ограничителе напряжения 30KPA30CA, электролитических конденсаторах. БАПИ 2 предназначен для коммутации электрической сети и подключения нагрузки и выполнен на транзисторах CZT5551TR, IRF4905, резисторах и конденсаторе. СБ 3 предназначена для измерения напряжения на аккумуляторах, входящих в состав аккумуляторной батареи и разряда их до одинакового напряжения. Система выполнена на микросхемах LT3088MPM, MAX1724EZK50+T, резисторах и конденсаторах.

БЗ 4 защищает аккумуляторы от перезаряда и переразряда, превышения тока, и выполнен на базе встроенной в аккумуляторную батарею электронной схемы, транзистора IRF540NS, стабилитрона BZT52C15LP и конденсатора. Кроме того, БЗ 4 транслирует сигналы СБ 3 на БТ 6 и обратно.

АКБ 5 выбрана типа 1S1PINT 176065 XTD SAS. БТ 6 предназначен для управления коммутацией электрической сети и ИБЭП, измерения тока, напряжения, сопротивления АКБ 5, обеспечения оптимального режима заряда-разряда АКБ 5. Выполнен на микросхеме LTC4015IUHE, микросхеме NC7SZ04P5X, микросхеме 249 КП17Р, микросборке TSR1-2450SM, транзисторе FDMC8327L, транзисторе FDMC8030, транзисторе SI7611DN, транзисторе DMP58D0LFB, DMN62D1SFB, стабилитроне BZT52C15LP, дросселе XAL1010-103ME, диоде 1N4448HLP, резисторах и конденсаторах.

БКТ 7 предназначен для формирования сигнала температуры АКБ 5 и выполнен на микросхеме LM135AH.

БУТ 8 предназначен для установки типа АКБ 5 на БТ 6 и выполнен на резисторах подключенных к входам микросхемы LTC4015IUHE.

СО 9 предназначен для защиты ИБЭП от выбросов напряжения и выполнен на микросхеме LT4356HDE-1, ограничителях напряжения 15KPA18CA, транзисторе CZT5551TR.

СН 10 предназначен для подачи стабилизированного напряжения питания на контроллер 11 и приемопередатчик 12 и выполнен на микросборке TSR1-2450SM.

Контроллер 11 предназначен для формирования сигналов управления ИБЭП и выполнен на микросхеме ATMEGA168-20AU.

Приемопередатчик 12 предназначен для передачи сигналов с контроллера 11 на прибор применения. Выполнен на микросхеме MAX3462ESA+.

ИБЭП работает следующим образом. В ИБЭП предварительно устанавливается в БУТ 8 тип используемого АКБ 5. При включении прибора применения напряжение питания электрической сети поступает на СО 9. СО 9 ограничивает напряжение электрической сети значением ЗОВ. Стабилизированное напряжение со СО 9 подается на ППН 1. Если напряжение электрической сети меньше 21 В, то СО 9 подает выходной сигнал на вход контроллера 11 (связь не показана) и контроллер 11 выключает ППН 1 (связь не показана). Если напряжение электрической сети более 21 В, то контроллер 11 подключает ППН 1 к БТ 6. БТ 6 обеспечивает напряжением питания СН 10. С выхода БТ 6 напряжение питания поступает на БАПИ 2 и с него на прибор применения.

Питание приемопередатчика 12 и контроллера 11 осуществляется от СН 10. Контроллер 11 обеспечивает согласованный с БТ 6 алгоритм управления заряда и разряда АКБ 5. Контроллер 11 осуществляет обмен информацией по интерфейсу I2C с БТ 6 и БКТ 7. БТ 6 передает контроллеру 11 информацию о токах заряда, разряда, сопротивлении АКБ 5. БКТ 7 передает данные контроллеру о температуре и количествах циклов заряда-разряда АКБ 5. СБ 3 обеспечивает балансировку каждого аккумулятора из состава АКБ 5, а БЗ 4 не допускает перезаряд и переразряд АКБ 5.

При напряжении электрической сети менее 21 В БАПИ 2 подключает нагрузку к АКБ 5 по сигналу с контроллера 11.

Контроллер 11 передает сигналы на приемопередатчик 12, который передает сведения о состоянии ИБЭП по интерфейсу RS-422 на прибор применения. В процессе работы ИБЭП с БКТ 7 сигнал температуры АКБ 5 поступает на контроллер 11, который выдает на БТ 6 сигнал отключения при разряде, если температура АКБ 5 более 85°С и менее -40°С.

Таким образом, в связи с непрерывным контролем функционирования и подзарядкой АКБ 5 созданная конструкция ИБЭП позволяет обеспечить повышение долговечности АКБ 5, и соответственно, повышение долговечности ИБЭП.

1. Патент RU 2533204 С1 2014-02-14.

2. Патент BY 11261 U 2016-12-30. - Прототип.

Claims (1)

1. Источник бесперебойного электропитания постоянным током, содержащий аккумуляторную батарею, блок автоматического подключения источника бесперебойного электропитания, стабилизатор - ограничитель напряжения электрической сети, электрически связанные блок контроля температуры аккумуляторной батареи и контроллер, выход которого электрически связан с первым входом блока автоматического подключения источника бесперебойного электропитания, приемопередатчик, электрически связанный с контроллером, стабилизатор напряжения питания контроллера и приемопередатчика, отличающийся тем, что дополнительно содержит повышающий преобразователь напряжения постоянного тока, блок телеметрии заряда-разряда аккумуляторной батареи, блок установки типа аккумуляторной батареи, блок защиты аккумуляторной батареи, систему балансировки аккумуляторной батареи, при этом выход стабилизатора - ограничителя напряжения электрической сети электрически связан с входом повышающего преобразователя напряжения постоянного тока, выход которого электрически связан с первым входом блока телеметрии заряда-разряда аккумуляторной батареи, упомянутый блок телеметрии электрически связан как с блоком защиты аккумуляторной батареи, так и с контроллером, второй вход блока автоматического подключения источника бесперебойного электропитания электрически связан с первым выходом блока телеметрии заряда-разряда аккумуляторной батареи, второй выход которого электрически связан с стабилизатором напряжения питания контроллера и приемопередатчика, второй вход блока телеметрии заряда-разряда аккумуляторной батареи электрически связан с выходом блока установки типа аккумуляторной батареи, а аккумуляторная батарея электрически связана с блоком защиты аккумуляторной батареи, электрически связанным с системой балансировки аккумуляторной батареи.

Images