Источник питания пожарного извещателя


 


Владельцы патента RU 2403666:

Гвоздырев Александр Васильевич (RU)

Изобретение относится к преобразователям энергии DC/DC, т.е. от источника напряжения постоянного тока к источнику потребления напряжения также постоянного тока с повышающим коэффициентом передачи, и может быть использовано для питания пожарных извещателей. Техническим результатом является повышение эксплуатационных и потребительских качеств. Источник питания пожарного извещателя содержит в своем составе накопитель энергии, высоковольтный выпрямитель с фильтром, высокочастотный ключ, высоковольтный делитель напряжения, хронирующую цепь и микроконтроллер и имеет следующие соединения: шина входного напряжения соединена с накопителем энергии, выход которого через высокочастотный ключ соединен с нулевой шиной, а через высоковольтный выпрямитель шиной высоковольтного напряжения соединена с высоковольтным фильтром, высоковольтным делителем напряжения и через выходной разъем с УФ-приемником пожарного извещателя, выход высоковольтного делителя шиной обратной связи ОС соединен с первым входом микроконтроллера, шина вход/выход которого соединена с хронирующей цепью, а вых1 - с управляющим входом высоковольтного ключа, второй вход микроконтроллера соединен с выходом УФ-приемника пожарного извещателя, а второй выход микроконтроллера является выходом пожарного извещателя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к преобразователям энергии DC/DC, т.е.от источника напряжения постоянного тока к источнику потребления напряжения также постоянного тока с повышающим коэффициентом передачи, и может быть использовано для питания пожарных извещателей.

Общей проблемой источников питания для современных пожарных излучателей, работающих в ультрафиолетовом диапазоне (УФ), является увеличение количества подсоединения нескольких пожарных излучателей на один питающий шлейф от источника питания, причем в режиме молчания («дежурный» режим) ток потребления должен быть минимальным (порядка 200-500 мкА на один извещатель), а в режиме «Пожар» ток пожарного извещателя превышает ток в режиме «Дежурный» на 1,5-2 порядка и достигает 3-22 мА. Причем чем больше будут различаться значения токов в режимах «Пожар» и «Дежурный», тем большее количество извещателей можно подключить к одному шлейфу,

Общеизвестны преобразователи DC/DC, выпускаемые большим количеством отечественных и зарубежных фирм, в том числе и с повышающим коэффициентом передачи.

Недостатком всех серийно выпускаемых преобразователей DC/DC является строго тестированный или нормированный ряд значений входных и соответственно выходных напряжений. Короче, ни один из существующих DC/DC для использования пожарных извещателей УФ-диапазона не подходит.

Также широко известны схемы преобразователей DC/DC, которые выполняются «россыпью», т.е. из набора дискретных элементов. Эти DC/DC преобразователи построены по классической схеме, т.е. это просто импульсные преобразователи, например, по схеме ШИМ.

Эти преобразователи при использовании в пожарных извещателях обладают следующими большими недостатками: большой ток в дежурном режиме и очень дороги.

Известен преобразователь DC/DC для пожарных извещателей УФ-диапазона, построенный по классически импульсной схеме «россыпью», см. преобразователь С3704, фирмы HAMAMATSU, e-mail: info@hamamatsu.com - ПРОТОТИП, который состоит из высоковольтного источника питания и схемы обработки сигналов, обладающий классическими вышеприведенными недостатками, к тому же схема обработки сигналов построена по жесткой логике, т.е. ее нельзя перепрограммировать.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационных и потребительских качеств, т.е. резкое снижение тока «покоя» (дежурный режим) практически до нуля (75-95 мкА), что позволяет подсоединить к одному источнику питания 25 потребителей (извещателей). Далее, источник питания довольно дешев по сравнению с аналогами и прототипом, т.к. не содержит высоковольтного импульсного трансформатора, который должен быть собственного производства.

Для решения этой задачи предлагается источник питания пожарного извещателя, который содержит в своем составе накопитель энергии, высоковольтный выпрямитель с фильтром, высокочастотный ключ, высоковольтный делитель напряжения, хронирующую цепь и микроконтроллер и имеет следующие соединения: шина входного напряжения соединена с накопителем энергии, выход которого через высокочастотный ключ соединен с нулевой шиной, а через высоковольтный выпрямитель шиной высоковольтного напряжения соединена с высоковольтным фильтром, высоковольтным делителем напряжения и через выходной разъем с УФ-приемником пожарного извещателя, выход высоковольтного делителя шиной обратной связи ОС соединен с первым входом микроконтроллера, шина вход/выход которого соединена с хронирующей цепью, а вых1 - с управляющим входом высоковольтного ключа, второй вход микроконтроллера соединен с выходом УФ-приемника пожарного извещателя, а второй выход микроконтроллера является выходом пожарного извещателя; микроконтроллер выполняет функции схемы управления непосредственно самого источника, но и всего пожарного извещателя.

На чертеже представлена структурная схема пожарного извещателя с источником питания, на которой показано: 1 - накопитель энергии, 2 - высоковольтный выпрямитель, 3 - УФ-приемник, 4 - высоковольтный фильтр, 5 - высокочастотный ключ, 6 - высоковольтный делитель напряжения, 7 - хронирующая цепочка, 8 - микроконтроллер, 9 - датчик излучения, причем датчик излучения 9 и приемник 3 в источник питания не входит, но источник питания совмещен со схемой его управления на МС8, а последняя выполняет функцию (с УФ-датчиком и приемником) самого пожарного извещателя.

Схема имеет следующие соединения: источник питания пожарного извещателя содержит в своем составе накопитель энергии 1, высоковольтный выпрямитель 2 с фильтром 4, высокочастотный ключ 5, высоковольтный делитель напряжения 6, хронирующую цепь 7 и микроконтроллер 8 и имеет следующие соединения: шина, входного напряжения соединена с накопителем энергии 1, выход которого через высокочастотный ключ 5 соединен с нулевой шиной, а через высоковольтный выпрямитель 2 шиной высоковольтного напряжения соединена с высоковольтным фильтром 4, высоковольтным делителем напряжения 6 и через выходной разъем Ш1 с УФ-приемником 3 и УФ-датчика 9 пожарного извещателя, выход высоковольтного делителя 6 шиной обратной связи ОС соединен с первым входом микроконтроллера 8, шина вход/выход которого соединена с хронирующей цепью 7, а вых1 - с управляющим входом высоковольтного ключа 5, второй вход микроконтроллера 8 соединен с выходом УФ-приемника 3 пожарного извещателя, а второй выход микроконтроллера 8 является выходом пожарного извещателя; микроконтроллер 8 выполняет функции схемы управления непосредственно самого источника, но и всего пожарного извещателя.

Узлы источника питания могут быть выполнены на следующих ЭРЭ и ИМС.

Накопитель энергии 1 - например, по схеме, дроссель и емкость.

Выпрямитель высоковольтный 2 - классический.

Высоковольтный фильтр 4 - по классической Т-образной схеме: два резистора соединены между собой, а к точке их соединения подключен конденсатор, второй вывод которого соединен с нулевой шиной.

Высокочастотный ключ 5 - на транзисторах по каскадной схеме, причем нижний транзистор низковольтный, а верхний - высоковольтный, такое построение позволяет получать высоковольтные импульсы при низковольтном управляющем напряжении от микроконтроллера.

Высоковольтный делитель напряжения 6 - по классической схеме резистивного делителя.

Хронирующая цепь 7 - это просто параллельно соединенные резистор и конденсатор (с постоянной времени на 1 кГц), соединенные с микроконтроллером цепью вх/вых.

Микроконтроллер 8 - это ИМС MSP430F2001 как имеющий самое низкое энергопотребление, см. e-mail: info@hamamatsu.

Датчик излучения 9 и приемник 3 в УФ-диапазоне фирмы HAMAMATSU, см. e-mail:info@ hamamatsu.

Схема работает следующим образом.

Для этого используется комплексный подход, а именно: в качестве микроконтроллера (МС) 8 выбран MSP430F2001 как имеющий самое меньшее потребление из всех существующих в спящем режиме при условии способности реагировать на асинхронные внешние события; далее была создана схема повышающего преобразователя напряжения DC/DC без трансформатора.

В результате такого подхода были получены следующие характеристики источника питания (ИП): суммарный потребляемый ток ИП от шлейфа в режиме «дежурный» составляет 75-95 мкА во всем диапазоне входных напряжений 15-25 В и в диапазоне рабочих температур от минус 70 до плюс 80°С. Для этого применен ключ 5, включенный по каскадной схеме, состоящей из нижнего низковольтного транзистора и верхнего высоковольтного. Такое построение ключа позволяет получать высоковольтные импульсы при низковольтном управляющем напряжении от МС8.

В дросселе источника энергии 1 при открытии ключа 5 ток нарастает по линейному закону, максимум которого определяется параметрами дросселя и ключа 5. Превышения этого тока резко снимает КПД преобразователя, иначе говоря, чтобы не превышать это значение время открытого ключа должно быть достаточно коротким. А учитывая, что ключ 5 управляется МС8, то это предъявляет свои требования к тактовой частоте (ƒт) МС8 - она должна быть достаточно высокой. С другой стороны закрытие ключа 5 должно осуществляться максимально быстро, т.к. заваленные фронты (в случае плавного выключения) также приводят к снижению КПД, поэтому это условие тоже требует высокой (ƒт) МС8.

Согласно этим требованиям тактовая частота МС8 должна быть как можно выше. Но с другой стороны, высокая тактовая частота приводит к большому току, потребляемому МС. Более того, другой необходимости иметь очень высокую тактовую частоту - нет. Микроконтроллер большую часть своего времени ничего не делает, а его работающий высокочастотный тактовый генератор будет потреблять существенную долю энергии.

Единственное решение проблемы - иметь два генератора: высокочастотный и низкочастотный. Низкочастотный генератор 7 работает постоянно, но при этом потребляет очень мало энергии. Высокочастотный генератор потребляет много энергии, но включается на очень короткие промежутки времени. При таком использовании двух генераторов суммарное энергопотребление ИП укладывается в описанные выше требования.

Низкочастотный генератор 7 задает время (отсчеты времени) пробуждения микроконтроллера и выполнения им каких-либо операций. Высокочастотный генератор осуществляет тактирование микроконтроллера во время его активной фазы. Высоковольтный преобразователь - это импульсное устройство, обладающее вполне конкретными электрическими характеристиками и занимающее какое-то физическое пространство. Это значит, во время своей работы высоковольтный преобразователь напряжения работает не только как преобразователь, а еще и как мощный высокочастотный генератор, излучающий свою энергию в окружающее пространство.

Излучение энергии создает помехи и снижает КПД преобразователя, что приводит к увеличению потребляемого тока. Но поскольку излучение энергии в пространство происходит из какого-то объема, то задача экономии энергии сводится к уменьшению этого объема. В нашем случае - при использовании плоской печатной платы - можно говорить не об объеме, а о площади. Под площадью, с которой «уходит» энергия, следует понимать площадь излучающего контура. Чем меньше площадь контура, тем меньше энергии будет «утекать» в окружающее пространство. Топология расположения элементов на печатной плате выполнена с учетом этих требований.

1. Источник питания пожарного извещателя содержит в своем составе накопитель энергии, высоковольтный выпрямитель с фильтром, высокочастотный ключ, высоковольтный делитель напряжения, хронирующую цепь и микроконтроллер и имеет следующие соединения: шина входного напряжения соединена с накопителем энергии, выход которого через высокочастотный ключ соединена с нулевой шиной, а через высоковольтный выпрямитель шиной высоковольтного напряжения соединена с высоковольтным фильтром, высоковольтным делителем напряжения и через выходной разъем с УФ приемником пожарного извещателя, выход высоковольтного делителя шиной обратной связи ОС соединен с первым входом микроконтроллера, шина вход/выход которого соединена с хронирующей цепью, а вых1 - с управляющим входом высоковольтного ключа, второй вход микроконтроллера соединен с выходом УФ приемника пожарного извещателя, а второй выход микроконтроллера является выходом пожарного извещателя.

2. Источник питания по п.1, отличающийся тем, что микроконтроллер выполняет функции схемы управления непосредственно самого источника, но и всего пожарного извещателя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования напряжения на нагрузках потребителей путем широтно-импульсной модуляции протекающих в них токов.

Изобретение относится к способу эксплуатации блока питания от сети в качестве блокирующего трансформатора, причем в фазе накопления через первичную обмотку (2), находящуюся под напряжением (U1) промежуточного контура постоянного тока, магнитная энергия накапливается в сердечнике трансформатора (1), и в следующей за ней фазе разгрузки накопленная магнитная энергия большей частью через вторичную обмотку (3) выводится на нагрузку, а незначительная часть магнитной энергии отдается на первичной стороне, при этом энергия, выдаваемая на первичной стороне, заряжает конденсатор (13) таким образом, что напряжение конденсатора (13) всегда выше напряжения, приложенного на вторичной стороне, умноженного на коэффициент трансформации трансформатора (1).

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в коммутируемых источниках питания с защитой от перегрузки по току. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах питания транспортных средств. .

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. .

Изобретение относится к преобразовательной технике и направлено на достижение технического результата - повышение КПД преобразователя напряжения за счет снижения динамических потерь мощности.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в блоках вторичного электропитания многоблочных комплексов радиоэлектронной аппаратуры. .

Изобретение относится к устройству источника питании и к транспортному средству с устройством источника питания

Изобретение относится к электронной коммутационной технике и может быть использовано для коммутации силовых энергетических цепей постоянного тока

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в источниках и системах вторичного электропитания

Изобретение относится к переключающему устройству для разгрузки полупроводникового переключателя в схемах согласующего трансформатора с первичной стороной и вторичной стороной, которые на первичной стороне имеют первый полупроводниковый переключатель и последовательно включенный второй полупроводниковый переключатель, причем вывод стока первого полупроводникового переключателя соединен с первым выводом напряжения питания и вывод истока второго полупроводникового переключателя соединен со вторым выводом напряжения питания, и между выводом истока первого полупроводникового переключателя и выводом стока второго полупроводникового переключателя включена первичная обмотка трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с нагрузкой вторичной стороны, и предусмотрен первый диод, который со стороны анода соединен с потенциалом напряжения питания на выводе истока второго полупроводникового переключателя, а со стороны катода - с обращенной к первому полупроводниковому переключателю первой соединительной клеммой на первичной обмотке трансформатора, а также предусмотрен второй диод, который со стороны катода соединен с потенциалом напряжения питания на выводе стока первого полупроводникового переключателя, а со стороны анода - с обращенной ко второму полупроводниковому переключателю второй соединительной клеммой на первичной обмотке трансформатора, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения

Изобретение относится к области электротехники и предназначено, в частности, для автономного питания электроприемников электрической энергией

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области силовой преобразовательной техники, и может быть использовано во вторичных источниках питания
Наверх