Искробезопасный автономный источник питания



Искробезопасный автономный источник питания
Искробезопасный автономный источник питания
G01R31/00 - Устройства для определения электрических свойств; устройства для определения местоположения электрических повреждений; устройства для электрических испытаний, характеризующихся объектом, подлежащим испытанию, не предусмотренным в других подклассах (измерительные провода, измерительные зонды G01R 1/06; индикация электрических режимов в распределительных устройствах или в защитной аппаратуре H01H 71/04,H01H 73/12, H02B 11/10,H02H 3/04; испытание или измерение полупроводниковых или твердотельных приборов в процессе их изготовления H01L 21/66; испытание линий передачи энергии H04B 3/46)

Владельцы патента RU 2652729:

Карпов Алексей Геннадиевич (RU)

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к искробезопасным устройствам шахтной автоматики, и может быть применено в областях техники, где необходимо применение искробезопасных источников питания. Технический результат заключается в создании конструкции, обеспечивающей высокую надежность и расширение функциональных возможностей схемы искробезопасного автономного источника питания на основе аккумуляторной батареи для применения в системах мобильной связи подъемных установок горных предприятий. Искробезопасный автономный источник питания содержит аккумуляторную батарею, выход которой соединен с входом преобразователя постоянного напряжения в постоянное. Причем выход преобразователя соединен с первым аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера и с первым выводом датчика тока, второй вывод которого соединен с первым выводом ключа, второй вывод которого является выходом устройства, выход датчика тока соединен с входом инвертирующего операционного усилителя, выход которого соединен со вторым аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера, цифровой выход которого соединен с управляющим входом ключа. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к искробезопасным устройствам шахтной автоматики, и может быть применено в областях техники, где необходимо применение искробезопасных источников питания.

Известен искробезопасный автономный источник питания аппаратуры шахтной автоматики [1], совмещающий функции ограничения разряда аккумуляторной батареи и обеспечения ее искробезопасности, что обеспечивается ограничением тока короткого замыкания и исключением возможности повторного открывания коммутирующего транзистора при коротком замыкании в цепи нагрузки. Недостатком предложенной конструкции является наличие гальванической связи между цепью аккумуляторной батареи и цепью нагрузки, что, в случае выхода из строя коммутирующего транзистора, может привести к появлению повышенного тока в искробезопасной цепи нагрузки.

Известен способ искрозащиты [2], при котором преобразуют постоянный ток в постоянный, разделяют с помощью трансформатора искроопасную и искробезопасную цепи и ограничивают выходной ток в искробезопасной цепи до искробезопасного значения за счет ограничения энергии в искроопасной цепи. Недостатком этого способа является малая выходная искробезопасная мощность.

В изобретении [3] представлена разработка искрозащитного барьера, в котором с целью увеличения передаваемой искробезопасной мощности в искроопасную линию связи введен датчик с чувствительными элементами контроля напряжения, тока и первой производной напряжения. Он включен в искроопасную цепь и подключен к блоку управления преобразователя постоянного тока в постоянный. Недостатком схемы является сложность схемной реализации.

В работе [4] предложена схема обеспечения искробезопасности источника питания, содержащая блок, состоящий из полупроводникового ключа со схемой управления, который отключает выход источника питания от нагрузки в случае неисправности стабилизатора, при которой может увеличиться ток или напряжение на выходе стабилизатора. Благодаря дифференциальному усилителю сопротивление резистора может быть выбрано достаточно малым, тем самым уменьшается мощность, выделяемая внутри устройства. На ключе выделяемая мощность пренебрежимо мала, поскольку сопротивление открытого ключа может быть выбрано достаточно малым. Недостатком схемы является наличие гальванической связи между искроопасной цепью источника питания и искробезопасной цепью нагрузки.

Задачей предлагаемого технического решения является создание простой и надежной схемы искробезопасного источника питания на основе аккумуляторной батареи для применения в системах мобильной связи на горных предприятиях. Технический результат заключается в упрощении конструкции при обеспечении высокой надежности и расширении функциональных возможностей.

Поставленная задача достигается тем, что разработан и изготовлен искробезопасный автономный источник питания, содержащий блок аккумуляторной батареи (АКБ), преобразователь постоянного напряжения в постоянное (DC-DC), обеспечивающий гальваническую развязку цепи аккумуляторной батареи и выходной цепи, и схема обеспечения искробезопасности, выполняющая функции контроля напряжения и тока участка искробезопасной цепи.

Согласно изобретению, для отделения искроопасной цепи аккумуляторной батареи 1 от вторичной искробезопасной цепи применен интегральный DC-DC преобразователь 2, к выходу которого подключен блок 8, содержащий датчик тока (ДТ) 3, инвертирующий операционный усилитель (ИОУ) 4, микроконтроллер (МК) со встроенным аналого-цифровым преобразователем 5, полупроводниковый ключ 6. Блок 8 отключает выход 7 автономного источника питания от нагрузки в случае неисправности DC-DC преобразователя 2, при которой может увеличиться ток или напряжение на выходе стабилизатора.

DC-DC преобразователь выполняет функцию стабилизации выходного напряжения при изменении напряжения на клеммах АКБ в процессе разряда, гальваническую развязку цепи АКБ и цепи нагрузки.

На фиг. 1 приведена структурная схема построения предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Предположим, что в DC-DC преобразователе 2 возникла неисправность, приведшая к росту тока и напряжения на выходе. Ток через датчик тока 3 увеличится, а следовательно, увеличится напряжение на выходе датчика тока. Это напряжение усиливается инвертирующим операционным усилителем 4 и подается на вход A/D0 аналогового входа микроконтроллера 5. Одновременно увеличивающееся напряжение подается на вход A/D1 аналогового входа микроконтроллера. При достижении напряжения и тока пороговых значений, задаваемых программой управления микроконтроллера, на цифровом выходе РВ0 формируется управляющее напряжение, запирающее ключ 6.

После запирания ключа 6 выход источника питания оказывается обесточен, что и требуется для обеспечения искробезопасности.

Требуемая ГОСТ 51330.10 искробезопасность при возможных неисправностях может обеспечиваться дублированием или троированием блока 8.

Практическая реализация полезной модели выполнена с применением в качестве датчика тока 3 прецизионной интегральной микросхемы типа ACS712 (±5 А), принцип действия которой основан на эффекте Холла, в качестве усилителя 4 - интегральной микросхемы типа МСР601, датчика напряжения - резистивного делителя, микроконтроллера - микросхемы ATtiny13, интегрального стабилизатора напряжения питания схемы обеспечения искробезопасности - микросхемы L7805CV, DC-DC преобразователя - микросборки NSD15-S (Uвх=9,4÷36 В, Uвых=12 В, P=15W), в качестве полупроводникового ключа - MOSFET транзистор IRFZ44.

Промышленный образец искробезопасного автономного источника питания при колебаниях напряжения на АКБ в диапазоне 14,8-10 В обеспечил выходной ток до 0,6 А при напряжении 12 В.

На фиг. 2 приведена зависимость выходного напряжения на выходе искробезопасного автономного источника питания от выходного тока при изменении сопротивления нагрузки от 100 Ом до 0, полученная экспериментально.

Промышленные испытания полезной модели производились на участке скипового подъема ствола СС рудника «Комсомольский» (ПАО «ЗФ «ГМК «Норильский никель») в качестве искробезопасного источника питания мобильной аппаратуры связи МР90 (FHF Bergbautechnik GmbH & Co.KG), установленной на скипах. Получены положительные результаты, подтверждающие работоспособность предложенных решений.

Источники информации

1. Искробезопасный автономный источник питания аппаратуры шахтной автоматики. E21F 9/00. Патент SU 1640450 А1. Дата публикации 07.04.1991. А.В. Жадан, В.П. Диденко, А.Ю. Городецкий.

2. Коган Э.Г. Способы и средства обеспечения искробезопасности рудничного электрооборудования [Текст]: научное издание / Э.Г. Коган. - М.: Недра, 1988. - 98 с.: ил.

3. Способ искрозащиты. E21F 9/00. Патент РФ №2029876. Дата публикации 27.02.1995. Давыдов В.В., Листвинский В.М., Сорокин А.А.

4. Искробезопасный источник питания. Н02Н 9/00, E21F 9/00. Заявка РФ №2479905. Приоритет: 30.09.2011. Заявители: Денисенко В.В., Халявко А.Н.

1. Искробезопасный автономный источник питания, содержащий аккумуляторную батарею, выход которой соединен с входом преобразователя постоянного напряжения в постоянное, отличающийся тем, что выход преобразователя соединен с первым аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера и с первым выводом датчика тока, второй вывод которого соединен с первым выводом ключа, второй вывод которого является выходом устройства, выход датчика тока соединен с входом инвертирующего операционного усилителя, выход которого соединен со вторым аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера, цифровой выход которого соединен с управляющим входом ключа.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве датчика тока применен прецизионный интегральный датчик тока, основанный на эффекте Холла.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве аккумуляторной батареи применена батарея литийферрумфосфатных (LiFePO4) элементов.



 

Похожие патенты:

Использование: для определения напряжения аккумуляторной батареи. Сущность изобретения заключается в том, что прибор для определения напряжения содержит модуль определения напряжения и линию схемы, в котором часть линии схемы выполнена в качестве линейного резистора, а измерительные клеммы модуля определения напряжения соответствующим образом подключены к клеммам линейного резистора при помощи измерительных линий и в котором длина указанного линейного резистора удовлетворяет формуле ,где L представляет собой длину линейного резистора, R представляет собой заданное сопротивление линейного резистора, S представляет собой площадь поперечного сечения линейного резистора, а ρ - удельное сопротивление линейного резистора.

Изобретение относится к источникам питания и схеме его зарядки. Сущность: когда источник питания находится в состоянии зарядки, измеряют микросхемой управления источником питания напряжение на положительном электроде аккумуляторного элемента внутри источника питания через контрольный вывод источника питания, электрически соединенный с положительным электродом аккумуляторного элемента.

Изобретение относится к области защиты аккумуляторных батарей при отклонении от нормальных рабочих параметров, а именно к защите батареи, используемой в портативном электронном устройстве.

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в устройствах для подзаряда аккумуляторных батарей, находящихся на хранении, с целью компенсации их саморазряда. Технический результат направлен на повышение надежности устройства.

Изобретение относится к источникам электропитания и может быть использовано в составе бортовой аппаратуры радиоэлектронных аэрокосмических комплексов. Технический результат заключается в создании эффективного устройства защиты аккумуляторных батарей от глубокого разряда.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в зарядных устройствах литий-ионных батарей. Технический результат - сокращение времени заряда и увеличение времени разряда батареи.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для накопления энергии, запуска двигателя, в сетях переменного тока. .
Изобретение относится к технике защиты от замыканий на землю и от дуговых коротких замыканий. Согласно способу выполняют выборочный контроль дугового короткого замыкания в течение множества периодов выборочного контроля дугового короткого замыкания, причем периоды выборочного контроля дугового короткого замыкания происходят с регулярными интервалами и каждый период выборочного контроля дугового короткого замыкания длится фиксированную продолжительность времени, которая короче времени между последовательными периодами выборочного контроля дугового короткого замыкания.

Изобретение относится к области электронного бытового оборудования. Технический результат заключается в уменьшении электропотребления оборудованием.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для контроля ресурса электрической изоляции сухих силовых трансформаторов. Сигналы с датчика температуры наиболее нагретой точки трансформатора 5, датчика амплитуды вибрации 6 и блок-контакта 3 автоматического выключателя 1 поступают на входы контроллера 8.

Изобретение относится к способу электрических проверок космического аппарата (КА). Для электрической проверки производят включение и выключение КА, подключение и отключение наземных имитаторов бортовых источников электропитания, автоматизированную выдачу команд управления, допусковое телеизмерение и контроль параметров бортовой вычислительной системы, контроль сопротивления изоляции бортовых шин относительно корпуса, формирование директив автоматической программы и директив оператора в ручном режиме, формирование протокола испытаний, отображение текущего состояния процесса испытаний.

Изобретение относится к области испытаний линий передачи электроэнергии и может быть применено при проведении ресурсных и других видов испытаний сверхпроводящих кабельных линий.

Изобретение относится к электромагнитным испытаниям для оценки защищенности объекта от мощных электромагнитных воздействий. Технический результат: возможность оценки влияния электромагнитного воздействия на крупногабаритные объекты, компоненты оборудования которых расположены в экранированных корпусах в экранированном помещении.

Изобретение относится к подаче электроэнергии к электрическим сетям, контактирующим с токоприемниками транспортных средств. Способ частично неселективной защиты тяговой сети переменного тока заключается в том, что проверяется отсутствие короткого замыкания в аварийно отключенной контактной сети посредством устройства контроля короткого замыкания по наведенному напряжению, и при отсутствии короткого замыкания подается команда на включение аварийно отключенной питающей линии с минимальной выдержкой времени автоматическим повторным включением.

Тест-купон погрешностей совмещения слоев многослойной печатной платы состоит из 2n пар печатных проводников, ориентированных вдоль стороны МПП. Причём каждую пару проводников располагают на соседних слоях металлизации МПП один под другим со смещением в направлении.

Изобретение относится к метрологии. Способ тестирования испытуемого устройства характеризуется тем, что соединяют первый модуль источника/измерителя с первым набором по меньшей мере из трех триаксиальных кабелей и выводом заземления.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при испытании технических средств на устойчивость к воздействию электромагнитного поля. Комплекс для испытаний технических средств на устойчивость к воздействию электромагнитного поля включает в себя систему создания испытательного поля, включающую в себя излучающую антенну, систему калибровки испытательного поля и систему управления.

Изобретение относится к области промышленной автоматики и может быть использовано в системах автоматизации взрывоопасных производственных объектов. .

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к искробезопасным устройствам шахтной автоматики, и может быть применено в областях техники, где необходимо применение искробезопасных источников питания. Технический результат заключается в создании конструкции, обеспечивающей высокую надежность и расширение функциональных возможностей схемы искробезопасного автономного источника питания на основе аккумуляторной батареи для применения в системах мобильной связи подъемных установок горных предприятий. Искробезопасный автономный источник питания содержит аккумуляторную батарею, выход которой соединен с входом преобразователя постоянного напряжения в постоянное. Причем выход преобразователя соединен с первым аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера и с первым выводом датчика тока, второй вывод которого соединен с первым выводом ключа, второй вывод которого является выходом устройства, выход датчика тока соединен с входом инвертирующего операционного усилителя, выход которого соединен со вторым аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера, цифровой выход которого соединен с управляющим входом ключа. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх