Система и способ обеспечения поддержки электропитания на нагрузке



Система и способ обеспечения поддержки электропитания на нагрузке
Система и способ обеспечения поддержки электропитания на нагрузке

 


Владельцы патента RU 2539313:

Гамильтон Сандстренд Корпорейшн (US)

Изобретение относится к области электротехники. Система питания и способ предусматривают источник питания; одну или более нагрузок, которые получают питание от источника питания; цепь с добавочным напряжением для повышения напряжения на входе от первичного источника питания; конденсатор для накапливания повышенного напряжения от цепи с добавочным напряжением; и понижающую цепь для понижения напряжения от конденсатора и подачи пониженного напряжения на одну или более нагрузок, когда источник питания отсутствует. Технический результат - возможность уменьшить необходимую ёмкость накопительного конденсатора. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к отключениям питания и, в частности, к системе и способу обеспечения поддержки электропитания во время отключения питания.

Отключения питания часто возникают в системах самолета вследствие, например, передачи питания между аккумулятором и первичным генератором. Такие системы, включая системы вспомогательной силовой установки (ВСУ), должны работать во время этих отключений питания. Для удовлетворения этому требованию были использованы несколько подходов. Например, для обеспечения подачи резервного питания на электронную аппаратуру управления ВСУ на такую ВСУ были установлены генераторы на постоянных магнитах (ГПМ). Подобное исполнение значительно увеличивает себестоимость, массу, сложность и схему для ВСУ.

Альтернативно, для того чтобы контролировать отключения питания в электронной аппаратуре управления ВСУ использовался управляемый срыв пламени. Управляемый срыв пламени предполагает гашение пламени в камере сгорания при отключении питания. Это делается для того, чтобы во время отключения питания устранить необходимость использования электронной аппаратуры управления ВСУ. Когда после отключения подача питания восстановлена, ВСУ вновь включает камеру сгорания и возобновляет свою работу. Применение управляемого срыва пламени требует комплексного системного подхода, что влечет за собой необходимость проведения интенсивного комплексного тестирования с целью обеспечения надежности.

Кроме этого, для обеспечения поддержки электропитания во время отключения в систему были добавлены сглаживающие конденсаторы. Как правило, напряжение на входе просто прикладывается к конденсатору и хранится до возникновения отключения питания. Во время отключения питания напряжение, накопленное в конденсаторе, используется напрямую для питания систем управления электронной аппаратуры ВСУ и других внешних нагрузок. По мере увеличения продолжительности отключения необходимо увеличивать и емкость конденсатора. Такие конденсаторы тяжелые и значительно увеличивают стоимость проектирования системы ВСУ.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Система и способ для обеспечения поддержки электропитания содержит источник питания, одну или более нагрузок, цепь с добавочным напряжением, конденсатор и цепь понижения. Цепь с добавочным напряжением повышает напряжение на входе от источника питания, конденсатор сохраняет добавочное напряжение от цепи с добавочным напряжением, а цепь понижения понижает напряжение от конденсатора. Цепь понижения передает пониженное напряжение на одну или более нагрузок, когда источник питания отсутствует.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - это блок-схема, показывающая систему поддержки электропитания в соответствие с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 - это структурная схема, показывающая способ поддержки электропитания в соответствие с вариантом настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Настоящее изобретение описывает систему и способ для обеспечения поддержки электропитания во время отключения питания. Система содержит цепь с добавочным напряжением, накопительный конденсатор и цепь понижения. Цепь с добавочным напряжением получает от первичного источника питания напряжение постоянного тока (DC) на входе. Этот первичный источник питания также используется для питания нагрузок во время нормального режима работы системы. Цепь с добавочным напряжением повышает напряжение на входе до повышенного напряжения на выходе, которое подается для заряда накопительного конденсатора во время нормального режима работы системы. Путем повышения напряжения с использованием цепи с добавочным напряжением конденсатор заряжается до более высокого напряжения, следовательно, накапливая больше энергии. В случае потери питания от первичного источника питания накопительный конденсатор разряжается через нагрузку, чтобы обеспечить поддержку электропитания для нагрузки. Цепь понижения понижает напряжение от накопительного конденсатора и подает пониженное напряжение на нагрузку.

Энергия, накапливаемая в конденсаторе, равна Ѕ(C)(V2), где C - величина емкости накопительного конденсатора, а V - величина напряжения на накопительном конденсаторе. Во время отключения питания количество энергии, забираемое у накопительного конденсатора, зависит от нагрузки. Некоторые внешние нагрузки работают как простое сопротивление. Таким образом, чем выше напряжение на нагрузке, тем больше потребление тока и, следовательно, требуется больше энергии. Повышая напряжение от первичного источника питания с обычных 28 вольт до более высокого напряжения, и понижая напряжение на выходе, подаваемое на нагрузку во время отключения питания, можно значительно уменьшить требуемую емкость накопительного конденсатора. Следовательно, путем добавления в систему цепи с добавочным напряжением и цепи понижения напряжения необходимая емкость для обеспечения поддержки электропитания за определенное время снижается. Поскольку цепи с добавочным напряжением и цепи понижения стали сравнительно легкими, недорогими и надежными, это значительным образом снижает общий вес и стоимость системы.

Фиг. 1 - это блок-схема, показывающая систему 10 поддержки электропитания в соответствие с вариантом осуществления настоящего изобретения. Система 10 содержит первичный источник 12 питания, цепь 14 с добавочным напряжением, накопительный конденсатор 16, цепь 18 понижения, диоды 20a и 20b, нагрузки 22, выходную шину 24 добавочного напряжения, понижающую входную шину 26, понижающую выходную шину 28, цепь 30 пускового тока, регулятор 32, разрешающую шину 34 цепи с добавочным напряжением, разрешающую шину 36 цепи понижения и эталонный резистор 38. Первичный источник 12 питания - это любой источник базовой мощности, например электрогенератор, приводимый в работу двигателем самолета. Цепь 30 пускового тока ограничивает подачу пускового тока в систему 10 и представляет собой любую цепь защиты от пускового тока известного уровня техники. Накопительный конденсатор 16 - это любой накопительный конденсатор известного уровня техники, например алюминиевый оксидный конденсатор. Регулятор 32 может быть выполнен как микрорегулятор, например программируемая пользователем вентильная матрица (ППВМ).

Цепь 14 с добавочным напряжением, накопительный конденсатор 16 и цепь 18 понижения работают для обеспечения поддержки электропитания на нагрузках 22 во время нормального режима работы системы. Нормальный режим работы системы - это любое время, когда нагрузки 22 должны обеспечиваться защитой от отключения питания. Например, если система 10 - это система ВСУ, нормальный режим работы системы предполагает работу ВСУ на эксплуатационной скорости. Во время нормального режима работы системы регулятор 32 активирует цепь 14 с добавочным напряжением и цепь 18 понижения, используя разрешающую шину 34 цепи с добавочным напряжением и разрешающую шину 36 цепи понижения соответственно. Цепь 14 с добавочным напряжением повышает DC-напряжения от первичного источника 12 питания. Такое повышенное напряжение используется для заряда накопительного конденсатора 16. Цепь 14 с добавочным напряжением может выполняться в разных вариантах, все из которых известны в уровне техники. Цепь 14 с добавочным напряжением может повышать напряжение, например, от напряжения на входе 28 вольт до напряжения на выходе 48 вольт. Накопительный конденсатор 16 заряжается до напряжения на выходной шине 24 добавочного напряжения. Конденсатор остается заряженным в то время, когда первичный источник 12 питания обеспечивает систему 10 электроэнергией.

Цепь 18 понижения понижает напряжение на накопительном конденсаторе 16. Цепь 18 понижения может выполняться в разных вариантах, все из которых известны в уровне техники. Напряжение может понижаться, например, с 48 вольт до 12 вольт. Величина пониженного напряжения выбирается для подачи на нагрузки 22 функционального напряжения, снижая до минимума рассеивание мощности через нагрузки 22 во время отключения питания. Пониженное напряжение будет, как правило, меньше, чем напряжение, подаваемое первичным источником 12 питания. Поэтому диоды 20a и 20b могут использоваться к диоду или к понижающей выходной шине 28 и первичному источнику 12 питания. Во время нормального режима работы системы первичный источник 12 питания будет подавать напряжение выше, чем напряжение на понижающей выходной шине 28, на диоде 20a с прямым смещением и, следовательно, подавая базовую мощность на нагрузки 22. При отсутствии первичного источника 12 питания напряжение на понижающей выходной шине 28 будет больше, чем напряжение, подаваемое первичным источником 12 питания, диодом 20b с прямым смещением, и, следовательно, подавая напряжение на нагрузки 22 от цепи 18 понижения.

Количество времени, за которое энергия может достигнуть нагрузок 22 от накопительного конденсатора 16, основывается на энергии, накапливаемой в накопительном конденсаторе 16, и на рассеивании мощности нагрузок 22. Поскольку энергия равна мощности, умноженной на время, Ѕ(C)(V2) = (P)(t), где P - это мощность, рассеянная нагрузками 22, а t - это время. Таким образом, количество времени, за которое накопительный конденсатор 16 может обеспечить энергией нагрузки 22, равно (C)(V2)/(2P). Раньше цепи поддержания электропитания просто заряжали конденсатор до напряжения на входе, например, 28 вольт, а затем подавали эти 28 вольт на нагрузки во время отключения питания. В результате это дает необходимую емкость примерно 0,067 фарад для выдерживания отключения питания в течение 220 миллисекунды. Повышение напряжения таким образом, что конденсатор заряжается до 48 вольт, и понижение напряжения накопительного конденсатора 16 до 12 вольт дает в результате необходимую электрическую емкость примерно 0,0067 фарад для отключения питания в течение 220 миллисекунды. Такое снижение требуемой емкости позволяет значительно снизить массу и стоимость системы 10.

Регулятор 32 используется в сочетании с эталонным резистором 38 с целью проверки работоспособности накопительного конденсатора 16. Такую проверку можно произвести в любое время, когда для системы 10 не требуется защита от отключения питания. Если система 10 представляет собой систему ВСУ, например, проверку можно произвести во время включения ВСУ. Отдельные конденсаторы, такие как алюминиевые оксидные конденсаторы, должны подвергаться регулярным проверкам для обеспечения необходимой работоспособности. Для проверки накопительного конденсатора 16 регулятор 32 отключает цепь 14 с добавочным напряжением и цепь 18 понижения, используя разрешающую шину 34 цепи с добавочным напряжением и разрешающую шину 36 цепи понижения соответственно. Когда цепь 14 с добавочным напряжением и цепь 18 понижения отключены, накопительный конденсатор 16 будет разряжаться через эталонный резистор 38. Регулятор 32 отслеживает напряжение на эталонном резисторе 38 во время разряда накопительного конденсатора 16. Поскольку значение сопротивления эталонного резистора 38 известно, регулятор 32 может отслеживать количество времени, требуемое для понижения напряжения на эталонном резисторе 38 до заранее определенного значения. Это дает возможность регулятору 32 рассчитать действительную емкость накопительного конденсатора 16, чтобы обеспечить его надежную работоспособность.

Фиг. 2 - это структурная схема, иллюстрирующая способ 50 для обеспечения поддержки электропитания на одной или более нагрузках в соответствие с вариантом осуществления настоящего изобретения. На этапе 52 напряжение первичного источника 12 питания повышается до добавочного напряжения, которое подается на выходной шине 24 добавочного напряжения. Энергия подается на нагрузки 22 от первичного источника 12 питания. На этапе 54 накопительный конденсатор 16 заряжается до напряжения на выходной шине 24 добавочного напряжения. На этапе 56 напряжение на конденсаторе 16, подаваемое на понижающей входной шине 26, понижается до пониженного напряжения при помощи цепи 18 понижения. Это пониженное напряжение подается на понижающую выходную шину 28. Способ 50 остается на этапе 58, пока не произойдет отключение питания. На этапе 60 питание подается на нагрузки 22 от понижающей выходной шины 28.

Таким образом, настоящее изобретение рассматривает систему и способ для обеспечения поддержки электропитания во время отключения питания. Несмотря на то, что настоящее изобретение описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления, специалисты в данной области техники поймут, что изменения могут быть выполнены по форме и по существу без отступления от сущности и объёма настоящего изобретения.

1. Система электропитания, содержащая:
источник питания;
одну или более нагрузок, которые получают питание от источника питания;
цепь с добавочным напряжением для повышения напряжения на входе от источника питания;
конденсатор для накопления повышенного напряжения от цепи с добавочным напряжением; и
цепь понижения для понижения накопленного напряжения от конденсатора и подачи пониженного напряжения на одну или более нагрузок, когда питание от источника питания отсутствует.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что напряжение на входе выше, чем пониженное напряжение, когда доступно питание от источника питания.

3. Система по п.1, дополнительно содержащая:
первый диод для подключения напряжения на входе к одной или более нагрузок, когда доступен источник питания; и
второй диод для подключения пониженного напряжения к одной или более нагрузок, когда источник питания отсутствует.

4. Система по п.3, дополнительно содержащая цепь пускового тока, подключенную между напряжением на входе и цепью с добавочным напряжением для ограничения подачи пускового тока от источника питания.

5. Система по п.1, дополнительно содержащая:
испытательный резистор, подключенный между конденсатором и землей, где конденсатор разряжается через испытательный резистор, когда система работает в режиме испытания; и
регулятор для измерения напряжения на испытательном резисторе во время разряда конденсатора для проверки работоспособности конденсатора, когда система работает в режиме испытания.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что напряжение на входе является напряжением постоянного тока (DC).

7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что пониженное напряжение от цепи с добавочным напряжением составляет примерно 48 вольт.

8. Система по п.7, отличающаяся тем, что пониженное напряжение от цепи понижения составляет примерно 12 вольт.

9. Способ, включающий:
повышение напряжения на входе от источника питания с применением цепи с добавочным напряжением;
накопление повышенного напряжения от цепи с добавочным напряжением с применением конденсатора;
понижение накопленного напряжения от конденсатора с применением цепи понижения; и
подачу пониженного напряжения от цепи понижения на одну или более нагрузок, когда источник питания отсутствует.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что подают пониженное напряжение от цепи понижения на одну или более нагрузок, когда источник питания отсутствует, при этом способ включает:
подачу питания через первый диод на одну или более нагрузок от источника питания, когда питание от источника питания доступно; и
подачу питания через второй диод на одну или более нагрузок от цепи снижения, когда питание от источника питания отсутствует.

11. Способ по п.9, отличающийся тем, что напряжение на входе меньше, чем пониженное напряжение.

12. Способ по п.9, отличающийся тем, что напряжение на входе является напряжением постоянного тока (DC).

13. Способ по п.9, отличающийся тем, что повышенное напряжение составляет примерно 48 вольт.

14. Способ по п.9, в котором пониженное напряжение составляет примерно 12 вольт.

15. Цепь для подачи резервного питания на одну или более нагрузок, когда источник питания отсутствует, при этом цепь предусматривает:
источник добавочного напряжения для повышения напряжения на входе;
конденсатор для накапливания энергии на основе напряжения, подаваемого от подачи добавочного напряжения; и
подачу пониженного напряжения для понижения напряжения, полученного от конденсатора, для подачи пониженного резервного напряжения от цепи понижения, когда питание от источника питания отсутствует.

16. Цепь по п.15, отличающаяся тем, что напряжение на входе выше, чем пониженное резервное напряжение, когда доступно питание от источника питания.

17. Цепь по п.15, отличающаяся тем, что подаваемое от источника добавочного напряжения, составляет примерно 48 вольт.

18. Цепь по п.17, отличающаяся тем, что пониженное резервное напряжение составляет примерно 12 вольт.

19. Цепь по п.18, отличающаяся тем, что емкость конденсатора достаточно большая, чтобы обеспечивать достаточное питание для одной или более нагрузок в течение времени, превышающего 220 миллисекунд, на основе напряжения, подаваемого от источника добавочного напряжения, и пониженного резервного напряжения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электроэнергетики и электротехники, а именно к системам электроснабжения постоянным и переменным напряжением потребителей. Технический результат заключается в том, что во всем проектном диапазоне изменения параметров напряжения, которое питает систему и напряжение силового питания ОР СУЗ, обеспечивалось бы непрерывное снабжение потребителей электроэнергией.

Изобретение относится к электрической системе запуска двигателя (18, 20, 22), содержащей выпрямитель (12) переменного тока в постоянный ток переменного напряжения в постоянное, питаемый от силовой сети (14) переменного тока, для получения первого постоянного напряжения Vdc, модуль (16) преобразования постоянного тока в переменный ток для получения переменного напряжения запуска двигателя при помощи первого постоянного напряжения Vdc, содержащий k параллельно установленных n-фазных инверторов (k>1), выдающих мощность, по меньшей мере, в два раза меньше максимальной мощности Pmax, требуемой для запуска двигателя, и две линии питания каждого из инверторов соединены с электронным защитным устройством, получающим первое постоянное напряжение Vdc, и n выходов каждого из инверторов выдают переменное напряжение запуска двигателя через n последовательно соединенных катушек индуктивности.

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к области электроснабжения ответственных потребителей электроэнергии. К ответственным потребителям можно отнести потребителей, не допускающих разрыва синусоиды в момент включения резервного источника.

Изобретение относится к источникам бесперебойного питания. Предложен способ управления выходными сигналами источника бесперебойного питания (ИБП), согласно которому формируют через ИБП выходные сигналы с формой различных типов, обеспечивая пользователям возможность переключения на требуемую форму сигнала мощности на выходе после перехода ИБП в режим питания от аккумулятора.

Изобретение относится, в основном, к зарядке аккумуляторных батарей источников бесперебойного питания. Технический результат заключается в обеспечении улучшенного распределения энергии в аккумуляторной батарее.

Изобретение относится к области электротехники, к управлению преобразователем, связанным, по меньшей мере, с одним из источников бесперебойного питания. Техническим результатом является устранение искажений из сигнала управления, улучшение работы преобразователя, снижение гармонических искажений и субгармонических колебаний из сигнала управления.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания ответственных потребителей постоянного тока особой группы первой категории надежности электроснабжения, не допускающих перерыва питания.

Изобретение относится к области энергообеспечения и электроэнергетики и может быть использовано для гарантированного электроснабжения ответственных потребителей как при наличии, так и отсутствии централизованной системы электроснабжения.

Изобретение относится к электроснабжению потребителей, в частности средств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи, и может быть использовано в устройствах электропитания электрической централизации в качестве устройства автоматического включения резерва.

Изобретение раскрывает способ и систему для быстрого переключения между множеством резервных источников питания. Способ содержит формирование, на основе изменяющихся характеристик разности амплитуд и разности углов фаз напряжения шины, модели ускорения для их скорости изменения; выбор оптимального резервного источника питания из множества резервных источников питания путем прогнозирования их измененных значений и подключение нагрузки на шине к оптимальному резервному источнику питания. Система содержит модуль детектирования, модуль вычисления, модуль сравнения, модуль определения резервного источника питания и модуль переключения. Способ и система согласно изобретению обеспечивают технический результат - способны гарантировать надежное и оптимизированное быстрое подключение нагрузки в шине. 2н. и 12 з.п. ф-лы, 7ил.
Наверх