RU2549349C1

RU2549349C1 - Device protecting accumulator batteries from over-discharging

Info

Publication number: RU2549349C1
Application number: RU2014113177/07A
Authority: RU
Inventors: Илья Гаврилович Фильцер; Алексей Сергеевич Шайкин
Original assignee: Илья Гаврилович Фильцер; Алексей Сергеевич Шайкин
Priority date: 2014-04-04
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2015-04-27

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: device comprises a liner stabiliser of negative voltage, a current sensor, an amplifier of current sensor signals, which consists of an operational amplifier, nine resistors, two capacitors, four diodes; there is an additional galvanic insulation unit, which comprises a comparator for two signals, an amplitude modulator, a voltage converter and two pulse transformers. Due to this invention the loss of space vehicles may be prevented. In an emergency situation voltage of the on-board network will be within the set limits of

27_{- 5}^{+ 7}

V and will not get lower than 22 V. At that a signal of the current consumed level is used when it is required to cut off the controlled consumer from the power supply network and to reswitch to a backup half-set.

EFFECT: developing the effective device for the protection of accumulator batteries from over-discharging.

3 cl, 3 dwg

Description

Устройство защиты аккумуляторных батарей от глубокого разряда относится к электротехнике и может быть использовано в составе бортовой аппаратуры радиоэлектронных аэрокосмических комплексов.The device for protecting batteries from deep discharge relates to electrical engineering and can be used as part of the on-board equipment of electronic aerospace complexes.

Известно устройство защиты, описанное в авторском свидетельстве №799136 под названием «Транзисторный ключ с защитой от перегрузки» авторов Г.Д. Беляева и И.Г. Фильцера.Known protection device described in the copyright certificate No. 799136 under the name "Transistor key with overload protection" authors GD Belyaev and I.G. Filzer.

Известное устройство содержит датчик тока, транзисторы структуры p-n-р и структуры n-p-n, резисторы, конденсатор и диод. Недостатком известного устройства является низкая чувствительность и заметное падение напряжения на проходном транзисторе.The known device comprises a current sensor, transistors of the p-n-p structure and n-p-n structures, resistors, a capacitor and a diode. A disadvantage of the known device is the low sensitivity and a noticeable voltage drop across the pass-through transistor.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к изобретению является «Устройство для защиты аккумулятора от глубокого разряда», описанное в авторском свидетельстве №1328878 авторов Немирова В.В., Фильцера И.Г. и др.The closest set of essential features to the invention is the "Device for protecting the battery from a deep discharge", described in copyright certificate No. 1328878 of the authors Nemirova VV, Filzer I.G. and etc.

Известное устройство содержит операционный усилитель, инвертирующий вход которого подключен к среднему выводу делителя напряжения, а неинвертирующий через резистор подключен к шине питания. Защита от глубокого разряда в данном устройстве осуществляется путем отключения потребителей от аккумулятора при помощи коммутирующего транзистора.The known device contains an operational amplifier, the inverting input of which is connected to the middle terminal of the voltage divider, and the non-inverting one is connected through the resistor to the power bus. Protection against deep discharge in this device is carried out by disconnecting consumers from the battery using a switching transistor.

Недостатком известного устройства защиты аккумуляторных батарей является недостаточная эффективность при возникновении форс-мажора на борту космических аппаратов при появлении дополнительного потребителя электроэнергии, непредусмотренного первоначально. В рассматриваемой ситуации, если космический аппарат находится в зоне тени Земли, и солнечные батареи не в состоянии компенсировать дополнительный расход энергии, это может привести к разряду аккумуляторов, к пропаданию напряжения питания бортовой сети и, как следствие, к потере космического аппарата. Одной из наиболее вероятных причин в этом случае является появление непредусмотренного повышенного постоянного потребления от одного из бортовых приборов, которое приводит к разряду аккумуляторных батарей.A disadvantage of the known battery protection device is the lack of effectiveness in the event of force majeure on board spacecraft when an additional consumer of electricity appears, not originally provided. In the situation under consideration, if the spacecraft is in the shadow zone of the Earth, and the solar panels are not able to compensate for the additional energy consumption, this can lead to the discharge of batteries, to the loss of the supply voltage of the on-board network and, as a result, to the loss of the spacecraft. One of the most probable reasons in this case is the appearance of an unforeseen increased constant consumption from one of the on-board devices, which leads to the discharge of batteries.

В этих случаях было определено пропадание напряжения питания бортовой сети. Такая ситуация может появиться при возникновении тиристорного эффекта в одной из интегральных схем при попадании тяжелой заряженной частицы (ТЗЧ). Источником ТЗЧ может быть поверхность Солнца, галактическое пространство или же пучковое оружие. При этом при выходе космического аппарата из тени Земли все попытки повернуть солнечные батареи в направлении на Солнце с целью подзаряда аккумуляторов не приводят к желаемым результатам из-за отсутствия необходимого источника электроэнергии.In these cases, the power failure of the on-board network was determined. Such a situation may occur when a thyristor effect occurs in one of the integrated circuits when a heavy charged particle (TZZ) hits. The source of TZCH may be the surface of the Sun, galactic space, or beam weapons. At the same time, when the spacecraft leaves the Earth’s shadow, all attempts to turn the solar batteries in the direction of the Sun in order to recharge the batteries do not lead to the desired results due to the lack of the necessary source of electricity.

Вот что было в материалах ИТАР-ТАСС в феврале 2012 года в связи с потерей станции «Фобос-Грунт»: «…однако связи с Землей не было, через некоторое время сели аккумуляторные батареи, спутник был потерян».Here is what happened in the ITAR-TASS materials in February 2012 in connection with the loss of the Phobos-Grunt station: "... however, there was no connection with the Earth, after some time the batteries sat down, the satellite was lost."

Задачей настоящего изобретения является создание эффективного устройства защиты аккумуляторных батарей от глубокого разряда. И, таким образом, защиты от потери космических аппаратов.The present invention is to provide an effective device for protecting batteries from deep discharge. And, thus, protection against the loss of spacecraft.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание устройства защиты бортовых аккумуляторов от глубокого разряда, позволяющего уловить момент, когда возникает необходимость в отключении обслуживаемого абонента от питающей сети, и тем самым парировать намечающуюся аварийную ситуацию в случае возникновения тиристорного эффекта в какой-либо большой интегральной схеме под воздействием тяжелых заряженных частиц или же из-за увеличения потребляемого тока, например, вследствие неисправности в каком-либо вторичном источнике питания.The technical result of the present invention is to provide a device for protecting on-board batteries from deep discharge, which allows you to catch the moment when it becomes necessary to disconnect the subscriber being served from the mains, and thereby fend off the emerging emergency in the event of a thyristor effect in any large integrated circuit under the influence of heavy charged particles or due to an increase in current consumption, for example, due to a malfunction in some secondary source e nutrition.

Следует также отметить, что устройство, предложенное в прототипе, не позволяет реализовать реакцию на потребляемый ток для защиты космического аппарата.It should also be noted that the device proposed in the prototype does not allow to realize a reaction to the consumed current to protect the spacecraft.

В рассматриваемой аварийной ситуации напряжение бортовой сети будет находиться в заданных пределах $27_{- 5}^{+ 7}$

вольт и не снизится ниже уровня 22 вольта. Благодаря этому может быть предотвращена потеря космических аппаратов. При этом сигнал об уровне потребляемого тока используется, при необходимости, для отключения от питающей сети контролируемого абонента и переключения на резервный полукомплект.In this emergency situation, the voltage of the on-board network will be within the specified limits

27_{- 5}^{+ 7}

volts and will not fall below the level of 22 volts. Due to this, the loss of spacecraft can be prevented. In this case, a signal about the level of current consumption is used, if necessary, to disconnect the controlled subscriber from the supply network and switch to the backup half-set.

Применение предложенного устройства защиты позволит существенно повысить надежность космических аппаратов следующего поколения.The use of the proposed protection device will significantly improve the reliability of next-generation spacecraft.

Указанный технический эффект достигается тем, что в устройство защиты, содержащее операционный усилитель, выходные клеммы «+» и «-» для подключения внешнего потребителя электроэнергии, введены линейный стабилизатор напряжения, датчик тока, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый резисторы, первый и второй конденсаторы, первый, второй, третий и четвертый диоды, блок гальванической изоляции, а также входные клеммы "+" и предназначенные для подключения внешней аккумуляторной батареи, причем входная клемма "-" соединена с первым входом линейного стабилизатора напряжения и с выходной клеммой входная клемма "+" соединена со вторым входом линейного стабилизатора напряжения, с первым выводом датчика тока, катодом первого диода, первыми выводами первого и второго резисторов и выводами питания "+" операционного усилителя и блока гальванической изоляции. Выход линейного стабилизатора соединен с выводами питания "-" операционного усилителя и блока гальванической изоляции, первыми выводами третьего и четвертого резисторов и анодом второго диода. Второй вывод датчика тока соединен с первым выводом пятого резистора и выходной клеммой "+", неинвертирующий вход операционного усилителя соединен со вторыми выводами первого и третьего резисторов и анодом первого диода. Инвертирующий вход усилителя соединен с катодом второго диода и первыми выводами шестого и седьмого резисторов. Третий и четвертый диоды включены встречно параллельно между входами операционного усилителя. Второй вывод пятого резистора соединен со вторыми выводами четвертого и шестого резисторов. Первый конденсатор и восьмой резистор включены параллельно между вторым выводом первого резистора и вторым выводом пятого резистора. Выход операционного усилителя соединен со вторыми выводами второго и седьмого резисторов и со входом блока гальванической изоляции, выход которого подключен к сигнальному выходу устройства. Между выводами седьмого резистора включена цепочка из последовательно соединенных девятого резистора и второго конденсатора.The specified technical effect is achieved by the fact that in the protection device containing the operational amplifier, the output terminals "+" and "-" for connecting an external consumer of electricity, a linear voltage stabilizer, a current sensor, the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh, eighth and ninth resistors, first and second capacitors, first, second, third and fourth diodes, galvanic isolation unit, as well as input terminals "+" and designed to connect an external battery, and the input terminal "- "connected to the first input of the linear voltage stabilizer and to the output terminal, the input terminal" + "is connected to the second input of the linear voltage stabilizer, to the first output of the current sensor, the cathode of the first diode, the first terminals of the first and second resistors and the power terminals" + "of the operational amplifier and galvanic isolation unit. The output of the linear stabilizer is connected to the power terminals "-" of the operational amplifier and the galvanic isolation unit, the first conclusions of the third and fourth resistors and the anode of the second diode. The second terminal of the current sensor is connected to the first terminal of the fifth resistor and the output terminal "+", the non-inverting input of the operational amplifier is connected to the second terminals of the first and third resistors and the anode of the first diode. The inverting input of the amplifier is connected to the cathode of the second diode and the first conclusions of the sixth and seventh resistors. The third and fourth diodes are connected counterclockwise between the inputs of the operational amplifier. The second terminal of the fifth resistor is connected to the second terminals of the fourth and sixth resistors. The first capacitor and the eighth resistor are connected in parallel between the second terminal of the first resistor and the second terminal of the fifth resistor. The output of the operational amplifier is connected to the second terminals of the second and seventh resistors and to the input of the galvanic isolation unit, the output of which is connected to the signal output of the device. Between the terminals of the seventh resistor is connected a chain of series-connected ninth resistor and a second capacitor.

Блок гальванической изоляции содержит последовательно соединенные схему сравнения, модулятор амплитуды и преобразователь напряжения, выход которого подключен к первичной обмотке выходного импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого соединена со входом первого выпрямителя и через десятый резистор подключена к первичной обмотке импульсного трансформатора обратной связи. Вторичная обмотка последнего через второй выпрямитель соединена с первым входом схемы сравнения, второй вход которой является входом блока гальванической изоляции, выход которого соединен с выходом первого выпрямителя. Выводы питания «+» и «-» схемы сравнения, модулятора амплитуды и преобразователя напряжения соединены соответственно с выводами «+» и «-» блока гальванической изоляции.The galvanic isolation unit contains a series-connected comparison circuit, an amplitude modulator and a voltage converter, the output of which is connected to the primary winding of the output pulse transformer, the secondary winding of which is connected to the input of the first rectifier and connected to the primary winding of the pulse feedback transformer through the tenth resistor. The secondary winding of the latter through a second rectifier is connected to the first input of the comparison circuit, the second input of which is the input of the galvanic isolation unit, the output of which is connected to the output of the first rectifier. The power leads “+” and “-” of the comparison circuit, the amplitude modulator and the voltage converter are connected respectively to the terminals “+” and “-” of the galvanic isolation unit.

Блок гальванической изоляции может также состоять из аналого-цифрового преобразователя (АЦП), вход которого является входом устройства, и набора цифровых оптронов (1…n), выводы «+» и «-» подключены к соответствующим входам питания АЦП, цифровые выходы которого соединены со входами соответствующих оптронов, выходы которых являются цифровым выходом блока гальванической изоляции.The galvanic isolation unit may also consist of an analog-to-digital converter (ADC), the input of which is the input of the device, and a set of digital optocouplers (1 ... n), the “+” and “-” terminals are connected to the corresponding ADC power inputs, the digital outputs of which are connected with the inputs of the corresponding optocouplers, the outputs of which are the digital output of the galvanic isolation unit.

Сущность изобретения поясняется чертежами (Фиг.1, 2, 3), на которых представлены схемы устройства защиты аккумуляторных батарей.The invention is illustrated by drawings (Fig.1, 2, 3), which presents a diagram of a device for protecting batteries.

На Фиг.1 представлена схема устройства защиты аккумуляторных батарей.Figure 1 presents a diagram of a device for protecting batteries.

На Фиг.2, 3 представлены варианты исполнения схемы блока гальванической изоляции.In figure 2, 3 presents embodiments of the circuit block galvanic isolation.

Устройство защиты (Фиг.1) содержит линейный стабилизатор отрицательного напряжения 1, вход которого соединен с входными клеммами «+» и «-», входная клемма «+» соединена с шиной «плюс», выход линейного стабилизатора 1 соединен с шиной «минус». Выводы питания операционного усилителя 2 и блока 3 гальванической изоляции подсоединены между шиной «плюс» и шиной «минус». Первый вывод датчика тока 4 соединен с входной клеммой «+», а второй вывод датчика тока соединен с выходной клеммой «+». Входная клемма «-» соединена с выходной клеммой «-». Первый резистор 5 подключен между первым выводом датчика тока 4 и вторым выводом третьего резистора 6. Первый вывод последнего подключен к шине «минус». Пятый резистор 7 подключен между вторым выводом датчика тока 4 и вторым выводом четвертого резистора 8. Первый вывод последнего подключен к шине «минус». Резисторы 5 и 6 образуют первый делитель напряжения, а резисторы 7 и 8 образуют второй делитель напряжения. Первый конденсатор 9 подсоединен между средними точками первого и второго делителей. Восьмой резистор 10 подключен между средними точками первого и второго делителя напряжения. Неинвертирующий вход операционного усилителя 2 соединен со средней точкой первого делителя, а инвертирующий вход через шестой резистор 11 соединен со средней точкой второго делителя. Между входами операционного усилителя подключены соединенные встречно-параллельно третий и четвертый диоды 12 и 13. Катод первого диода 14 соединен с шиной «плюс», а анод соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя 2. Анод второго диода 15 соединен с шиной «минус», а катод соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 2. Второй резистор 16 подключен между выходом операционного усилителя 2 и шиной «плюс». Седьмой резистор 17 подсоединен между выходом операционного усилителя 2 и его инвертирующим входом. Цепочка из последовательно соединенных второго конденсатора 18 и девятого резистора 19 подключены между инвертирующим входом операционного усилителя 2 и его выходом. Выход операционного усилителя 2 соединен со входом блока 3 гальванической изоляции, а выход последнего является выходом всего устройства защиты.The protection device (Figure 1) contains a linear negative voltage stabilizer 1, the input of which is connected to the input terminals "+" and "-", the input terminal "+" is connected to the plus bus, the output of the linear stabilizer 1 is connected to the negative bus . The power terminals of the operational amplifier 2 and the galvanic isolation unit 3 are connected between the plus bus and the minus bus. The first output of the current sensor 4 is connected to the input terminal "+", and the second output of the current sensor is connected to the output terminal "+". The input terminal “-” is connected to the output terminal “-”. The first resistor 5 is connected between the first output of the current sensor 4 and the second output of the third resistor 6. The first output of the latter is connected to the negative bus. The fifth resistor 7 is connected between the second terminal of the current sensor 4 and the second terminal of the fourth resistor 8. The first terminal of the latter is connected to the negative bus. Resistors 5 and 6 form the first voltage divider, and resistors 7 and 8 form the second voltage divider. The first capacitor 9 is connected between the midpoints of the first and second dividers. The eighth resistor 10 is connected between the midpoints of the first and second voltage divider. The non-inverting input of the operational amplifier 2 is connected to the midpoint of the first divider, and the inverting input through the sixth resistor 11 is connected to the mid-point of the second divider. Between the inputs of the operational amplifier, third and fourth diodes 12 and 13 are connected in parallel, and the cathode of the first diode 14 is connected to the plus bus, and the anode is connected to the non-inverting input of the operational amplifier 2. The anode of the second diode 15 is connected to the minus bus, and the cathode is connected to the inverting input of the operational amplifier 2. The second resistor 16 is connected between the output of the operational amplifier 2 and the plus bus. The seventh resistor 17 is connected between the output of the operational amplifier 2 and its inverting input. A chain of series-connected second capacitor 18 and ninth resistor 19 are connected between the inverting input of the operational amplifier 2 and its output. The output of the operational amplifier 2 is connected to the input of the galvanic isolation unit 3, and the output of the latter is the output of the entire protection device.

На фиг.2 показана схема блока 3 гальванической изоляции, который содержит схему сравнения 20, модулятор амплитуды 21, преобразователь напряжения 22, выходной импульсный трансформатор 23, выходной выпрямитель 24 с выходным фильтром, импульсный трансформатор 25 сигнала обратной связи, выпрямитель 26 напряжения прямоугольной формы обратной связи, входные клеммы напряжения питания: «вывод «+» и «вывод «-», клеммы выходного напряжения 27 и 28, ограничивающий десятый резистор 29.Figure 2 shows a circuit of a galvanic isolation unit 3, which contains a comparison circuit 20, an amplitude modulator 21, a voltage converter 22, an output pulse transformer 23, an output rectifier 24 with an output filter, a pulse signal transformer 25, a feedback signal rectifier 26, and a rectangular voltage rectifier 26 connection, input terminals of the supply voltage: "output" + "and" output "-", terminals of the output voltage 27 and 28, limiting the tenth resistor 29.

Клемма «вывод «+» (питание 1) соединена с шиной «плюс», а клемма «вывод «-» (питание 2) соединена с шиной «минус». По цепям питания узлы 20, 21 и 22 подключены между шиной «плюс» и шиной «минус». Клемма «вход» соединена с первым входом (Вх.1) схемы сравнения 20. Выход схемы сравнения 20 соединен с входом модулятора амплитуды 21. Выход последнего соединен со входом преобразователя 22. Выход последнего соединен с первичной обмоткой импульсного трансформатора 23. Вторичная обмотка трансформатора 23 подсоединена ко входу выпрямителя 24 и через резистор 29 подсоединена к первичной обмотке трансформатора 25 обратной связи. Вторичная обмотка трансформатора 25 обратной связи через выпрямитель 26 соединена со вторым входом (Вх.2) схемы сравнения 20. Выход выпрямителя подсоединен к выходным клеммам 27 и 28.The terminal “output“ + ”(power 1) is connected to the plus bus, and the terminal“ output “-” (power 2) is connected to the “minus” bus. In the power supply circuits, nodes 20, 21 and 22 are connected between the plus bus and the minus bus. The input terminal is connected to the first input (In1) of the comparison circuit 20. The output of the comparison circuit 20 is connected to the input of the amplitude modulator 21. The output of the latter is connected to the input of the converter 22. The output of the latter is connected to the primary winding of the pulse transformer 23. Secondary winding of the transformer 23 connected to the input of the rectifier 24 and through a resistor 29 connected to the primary winding of the feedback transformer 25. The secondary winding of the feedback transformer 25 through a rectifier 26 is connected to the second input (In 2) of the comparison circuit 20. The output of the rectifier is connected to the output terminals 27 and 28.

На фиг.3 показана схема второго варианта блока 3 гальванической изоляции, который содержит аналого-цифровой преобразователь 30 и цифровые оптроны 31.1, 31.2, …, 31.n, входную клемму Вх.1, а также клеммы напряжения питания: вывод «+» и вывод «-».Figure 3 shows a diagram of a second embodiment of a galvanic isolation unit 3, which contains an analog-to-digital converter 30 and digital optocouplers 31.1, 31.2, ..., 31.n, an input terminal Bx.1, and also power supply terminals: output “+” and output "-".

Устройство защиты работает следующим образом. На входные клеммы «+» и «-» (фиг.1) поступает напряжение бортовой сети, которое номинально составляет величину 27 B. Напряжение сети изменяется в пределах от 22 до 34 В. Для питания каскада на операционном усилителе 2, а также для питания блока 3 гальванической изоляции требуется стабилизированное напряжение порядка 12 B, которое обеспечивается за счет наличия стабилизатора постоянного отрицательного напряжения, выполненного на линейном стабилизаторе 1. Внешний потребитель энергии подключается к выходным клеммам «+» и «-» (Вых.2). При этом ток протекает по цепи: аккумуляторная батарея, подсоединенная к входным клеммам «+» и «-» - датчик тока 4 - внешняя нагрузка, подключенная к выходным клеммам «+» и «-». Сигнал с датчика 4 снимается с помощью делителей напряжения, выполненных на резисторах 5, 6, 7 и 8. Входы операционного усилителя 2 подключаются к средним точкам упомянутых делителей напряжения. Изначально напряжение на выходе операционного усилителя 2 устанавливается на низком уровне. Диоды 12, 13, 14 и 15 играют роль элементов защиты. Резисторы 11, 17 и 19, конденсатор 18 образуют цепь отрицательной обратной связи, определяющей коэффициент усиления рассматриваемого каскада. Таким образом, при изменении величины тока, потребляемого внешней нагрузкой, изменяется величина тока, протекающего по датчику 4 и, следовательно, изменяется уровень напряжения на выходе операционного усилителя 2.The protection device operates as follows. The input voltage “+” and “-” (Fig. 1) receives the on-board network voltage, which is nominally 27 V. The mains voltage varies from 22 to 34 V. To power the cascade on the operational amplifier 2, as well as to power unit 3 of galvanic isolation requires a stabilized voltage of the order of 12 V, which is ensured by the presence of a constant negative voltage stabilizer made on the linear stabilizer 1. An external energy consumer is connected to the output terminals "+" and "-" (Out.2). In this case, the current flows through the circuit: the battery connected to the input terminals “+” and “-” - the current sensor 4 is an external load connected to the output terminals “+” and “-”. The signal from the sensor 4 is removed using voltage dividers made on resistors 5, 6, 7 and 8. The inputs of the operational amplifier 2 are connected to the midpoints of the mentioned voltage dividers. Initially, the voltage at the output of the operational amplifier 2 is set at a low level. Diodes 12, 13, 14 and 15 play the role of protection elements. Resistors 11, 17 and 19, the capacitor 18 form a negative feedback circuit that determines the gain of the considered stage. Thus, when the magnitude of the current consumed by the external load changes, the magnitude of the current flowing through the sensor 4 changes and, therefore, the voltage level at the output of the operational amplifier 2 changes.

Датчик тока 4 потенциально привязан к одной из шин бортовой сети. С другой стороны вся основная аппаратура любого аппарата гальванически изолирована от проводов сети. Поэтому выходной сигнал устройства, контролирующего ток, потребляемый абонентами сети, также должен быть изолирован от сети. Поэтому устройство защиты аккумуляторных батарей также должно выдавать сигнал, изолированный от сети.The current sensor 4 is potentially tied to one of the bus network. On the other hand, all the main equipment of any device is galvanically isolated from the network wires. Therefore, the output signal of the device that controls the current consumed by the subscribers of the network must also be isolated from the network. Therefore, the battery protection device must also provide a signal isolated from the network.

Рассмотрим работу блока 3 гальванической изоляции, схема которого показана на фиг.2. На первый вход схемы сравнения 20 подается напряжение, величина которого пропорциональна величине тока, проходящего через датчик тока, а на втором входе действует напряжение обратной связи. С выхода схемы сравнения 20 сигнал поступает на вход модулятора амплитуды 21. Двухтактный преобразователь напряжения 22 работает на частоте 100÷200 кГц. Прямоугольные колебания на этой частоте через импульсный трансформатор 23 поступают на выпрямитель 24, и далее в виде постоянного напряжения, пропорционального току, проходящему через датчик 4, на выходные клеммы 27 и 28.Consider the operation of unit 3 of galvanic isolation, a diagram of which is shown in figure 2. A voltage is applied to the first input of the comparison circuit 20, the value of which is proportional to the amount of current passing through the current sensor, and feedback voltage acts on the second input. From the output of the comparison circuit 20, the signal is fed to the input of the amplitude modulator 21. The push-pull voltage converter 22 operates at a frequency of 100 ÷ 200 kHz. Square waves at this frequency through a pulse transformer 23 are supplied to the rectifier 24, and then in the form of a constant voltage proportional to the current passing through the sensor 4, to the output terminals 27 and 28.

Колебания прямоугольной формы со вторичной обмотки трансформатора 23 попадают на первичную обмотку импульсного трансформатора 25 обратной связи и далее через выпрямитель 26 на второй вход схемы сравнения 20. Таким образом, благодаря наличию трансформаторов 23 и 25 обеспечивается гальваническая развязка между выходным сигналом и проводами бортовой питающей сети.Oscillations of a rectangular shape from the secondary winding of the transformer 23 fall on the primary winding of a pulse feedback transformer 25 and then through a rectifier 26 to the second input of the comparison circuit 20. Thus, due to the presence of transformers 23 and 25, galvanic isolation between the output signal and the wires of the onboard supply network is provided.

Теперь рассмотрим работу схемы, показанной на фигуре 3.Now consider the operation of the circuit shown in figure 3.

Благодаря наличию аналого-цифрового преобразователя 30 и цифровых оптронов 31.1, 31.2, …, 31.n на выходе схемы можно сразу получить информацию о величине контролируемого тока в виде десятиразрядного параллельного двоичного кода, гальванически изолированного от проводов бортовой сети. Если датчик тока расположен в цепи питающей бортовой сети вторичного источника питания, который в свою очередь обеспечивает рядом номиналов питающих напряжений какого-либо абонента, то в случае существенного повышения тока потребления такого абонента возникает опасность разряда аккумуляторной батареи. В результате космический аппарат может быть потерян. Для того чтобы предотвратить такую аварийную ситуацию, такой абонент может быть отключен от питающей сети. Отключение может быть осуществлено по команде с Земли на основе данных телеметрии, либо может быть реализовано автоматическим бортовым логическим устройством.Due to the presence of an analog-to-digital converter 30 and digital optocouplers 31.1, 31.2, ..., 31.n, the output of the circuit can immediately receive information about the value of the monitored current in the form of a ten-digit parallel binary code, galvanically isolated from the wires of the on-board network. If the current sensor is located in the power supply circuit of the on-board network of the secondary power source, which in turn provides a number of ratings of the supply voltage of a subscriber, then in case of a significant increase in the current consumption of such a subscriber, there is a danger of battery discharge. As a result, the spacecraft may be lost. In order to prevent such an emergency, such a subscriber can be disconnected from the mains. Shutdown can be carried out by command from the Earth based on telemetry data, or can be implemented by an automatic on-board logic device.

Абонентами могут являться следующие блоки: радиоприемники, радиопередатчики, вычислители, устройства управления антеннами, блоки определения координат звезд.Subscribers can be the following blocks: radios, radio transmitters, computers, antenna control devices, blocks for determining the coordinates of stars.

В последнее время в России было потеряно 10 космических аппаратов. Одной из наиболее вероятных причин рассматривается глубокий разряд аккумуляторных батарей, вызванный появлением непредусмотренного повышения потребления энергии от бортовых аккумуляторных батарей. Также повышение расхода энергии может происходить, например, из-за появления тиристорного эффекта в КМОП цифровых интегральных схемах, появления неисправностей во вторичных источниках питания, появления неисправностей в других абонентах в составе бортовой аппаратуры. Рассматриваемая ситуация будет усугубляться, если в это время космический аппарат находится в области тени Земли, и солнечные батареи не в состоянии восполнить разряд аккумуляторов. В рассматриваемой аварийной ситуации сигналы, подаваемые предложенным устройством, могут быть использованы для отключения абонента с повышенным расходом энергии. Команда на отключение может поступать от наземных станций на основе данных телеметрии, либо от автономного автоматического логического устройства. Одновременно может быть включен резервный полукомплект бортовой аппаратуры. Таким образом, использование предлагаемого устройства защиты аккумулятора от глубокого разряда позволит предотвратить потерю космического аппарата и тем самым избежать ситуации форс-мажор.Recently, 10 spacecraft have been lost in Russia. One of the most probable reasons is the deep discharge of batteries, caused by the appearance of an unexpected increase in energy consumption from onboard batteries. Also, an increase in energy consumption can occur, for example, due to the appearance of a thyristor effect in CMOS digital integrated circuits, the appearance of malfunctions in secondary power sources, the appearance of malfunctions in other subscribers as part of the on-board equipment. The situation under consideration will be aggravated if at this time the spacecraft is in the shadow of the Earth, and the solar cells are not able to make up for the discharge of the batteries. In the considered emergency situation, the signals supplied by the proposed device can be used to disconnect the subscriber with increased energy consumption. The shutdown command may come from ground stations based on telemetry data, or from a stand-alone automatic logic device. At the same time, a backup half-set of on-board equipment can be turned on. Thus, the use of the proposed device to protect the battery from deep discharge will prevent the loss of the spacecraft and thereby avoid the situation of force majeure.

Claims

1. A device for protecting batteries from deep discharge, containing an operational amplifier, output terminals "+" and "-" for connecting an external consumer of electricity, characterized in that a linear voltage regulator, a current sensor, a first, second, third, are introduced into it fourth, fifth, sixth, seventh, eighth and ninth resistors, first and second capacitors, first, second, third and fourth diodes, galvanic isolation unit, as well as input terminals "+" and "-", designed to connect an external battery ei, and the input terminal “-” is connected to the first input of the linear voltage stabilizer and with the output terminal “-”, the input terminal “+” is connected to the second input of the linear voltage stabilizer, with the first output of the current sensor, the cathode of the first diode, the first conclusions of the first and the second resistors and power leads "+" of the operational amplifier and the galvanic isolation unit, the output of the linear stabilizer is connected to the power leads "-" of the operational amplifier and the galvanic isolation unit, the first conclusions of the third and fourth resistor in and the anode of the second diode, the second terminal of the current sensor is connected to the first terminal of the fifth resistor and the output terminal is “+”, the non-inverting input of the operational amplifier is connected to the second terminals of the first and third resistors and the anode of the first diode, the inverting input of the amplifier is connected to the cathode of the second diode and the first the conclusions of the sixth and seventh resistors, the third and fourth diodes are connected counterclockwise between the inputs of the operational amplifier, the second terminal of the fifth resistor is connected to the second terminals of the fourth and sixth resistor ditch, the first capacitor and the eighth resistor are connected in parallel between the second terminal of the first resistor and the second terminal of the fifth resistor, the output of the operational amplifier is connected to the second terminals of the second and seventh resistors and to the input of the galvanic isolation unit, the output of which is connected to the signal output of the device, between the terminals of the seventh resistor A chain of ninth resistor and second capacitor is connected in series.

2. The device according to claim 1, characterized in that the galvanic isolation unit contains a series-connected comparison circuit, an amplitude modulator and a voltage converter, the output of which is connected to the primary winding of the output pulse transformer, the secondary winding of which is connected to the input of the first rectifier and connected through the tenth resistor to the primary winding of a pulse feedback transformer, the secondary winding of the latter through a second rectifier is connected to the first input of the comparison circuit, the second input to the second one is the input of the galvanic isolation unit, the output of which is connected to the output of the first rectifier, the power pins “+” and “-” of the comparison circuit, the amplitude modulator, and the voltage converter are connected respectively to the pins “+” and “-” of the galvanic isolation block.

3. The device according to claim 1, characterized in that the galvanic isolation unit consists of an analog-to-digital converter (ADC), the input of which is the input of the device, and a set of digital optocouplers (1 ... n), the terminals "+" and "-" are connected to the corresponding ADC power inputs, the digital outputs of which are connected to the inputs of the corresponding optocouplers, the outputs of which are the digital output of the galvanic isolation unit.