МОДУЛЬНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

Полезная модель относится к области вычислительной техники и может быть использована при проектировании и создании источников питания вычислительных устройств, входящих в состав или управляющих работой промышленного оборудования.
В изделиях вычислительной техники из состава или управляющие работой промышленного защищенного оборудования, к устройствам электропитания предъявляются повышенные требования по надежности, номенклатуре напряжений и выходной мощности, необходимой для обеспечения стабильного электропитания узлов вычислительного устройства, от правильного функционирования которых напрямую зависит надежность эксплуатации промышленного оборудования.
Разброс требований, предъявляемых к модулям электропитания, в первую очередь по уровню отдаваемой в нагрузку электрической мощности, которую формируют модули электропитания, определил современную ситуацию, когда для каждого отдельного средства вычислительной техники приходится подбирать, а то и разрабатывать, собственный модуль электропитания, удовлетворяющий конкретным требованиям.
Известно (RU 2143774) устройство для гарантированного электропитания низковольтных сильноточных потребителей постоянного тока с автоматическим включением быстродействующего резерва, содержащее сетевой преобразователь, систему резервного электропитания, подключенные через разделительные диоды на шины гарантированного питания, отличающееся тем, что оно снабжено емкостным накопителем энергии, подключенным через разделительный диод на шины гарантированного питания зарядовыми цепями емкостного накопителя энергии, причем зарядный резистор одним выводом подключен к точке соединения емкостного накопителя энергии и его разделительного диода, а другим выводом - к точке соединения размыкающего и замыкающего контактов, второй вывод размыкающего контакта подключен к точке соединения сетевого преобразователя и его разделительного диода, а второй вывод замыкающего контакта - к точке соединения системы резервного электропитания с ее разделительным диодом. Данное решение направлено на обеспечение резервирования электропитания, предложенное устройство электропитания обеспечивает согласование только двух источников, при этом один из них назначается основным (другой - резервным), причем одновременное использование двух источников не рассматривается. Наличие согласовывающих элементов - зарядного резистора и диодов, приводят к падению напряжения в процессе эксплуатации, вызывает неизбежные потери электроэнергии и формированию паразитной тепловой мощности, которую необходимо к отводить из узла согласования.
Известно устройство аварийного электропитания (ЕА 20450), содержащее множество шин нагрузки для передачи электроэнергии на нагрузку, причем множество шин нагрузки параллельно соединены с первичным источником электропитания через блок переключателя, выполненный с возможностью выборочного соединения одной или более из множества шин нагрузки с первичным источником электропитания, шину постоянного тока, выполненную с возможностью принимать электроэнергию постоянного тока из вторичного источника электропитания, множество модулей преобразования электроэнергии, причем каждый из модулей преобразования электроэнергии подключен между шиной постоянного тока и соответствующей шиной нагрузки и выборочно сконфигурирован для использования, либо для передачи электроэнергии из его шины нагрузки на шину постоянного тока; либо для передачи электроэнергии из шины постоянного тока на его соответствующую шину нагрузки, и контроллер, связанный с модулями преобразования электроэнергии для задания направления передачи электроэнергии между каждой шиной нагрузки и шиной постоянного тока, для управления рабочим состоянием каждой шины нагрузки. Недостатком данного решения является высокая сложность системы управления, которая в принудительном порядке производит согласование режимов работы для каждого подключенного в один канал преобразователя. Кроме того, в решении отсутствует возможность обеспечения непрерывного нагруженного согласованного режима эксплуатации взаимно параллельно подключенных преобразователей.
Известно (US 7730332) устройство для улучшенной подачи, управления и конфигурации постоянного тока содержащее множество регуляторов точки нагрузки (POL), при этом каждый из множества регуляторов POL сконфигурирован для выполнения одной или нескольких функций управления мощностью и обеспечения регулируемого выходного напряжения; и двунаправленную последовательную шину данных, соединенную с каждым из множества регуляторов POL; при этом каждый из множества регуляторов POL сконфигурирован для приема команд функции управления питанием и информации мониторинга по двунаправленной последовательной шине данных от других из множества регуляторов POL для координации одной или нескольких функций управления питанием посредством выполнения одного или нескольких из одной или более функций управления мощностью в соответствии с командами функции управления мощностью и информацией мониторинга, передаваемыми по двунаправленной последовательной шине данных другими из множества регуляторов POL; при этом информация мониторинга содержит информацию, указывающую состояние по меньшей мере одной функции управления мощностью по меньшей мере одного из другого множества регуляторов POL. Логика модулей расширения данного устройства не завязана на стабильность работы двунаправленного информационного канала (последовательной шины связи) по причине его отсутствия, поскольку оно не содержит последовательную цифровую шину, соединяющую элементы устройства.
Известна (US 11239689) система электропитания, содержащая: множество источников питания, электрически соединенных параллельно для вывода электроэнергии на нагрузку, при этом по меньшей мере один из источников питания работает в режиме полной мощности, а остальные источники питания способны переключаться между указанным режимом полной мощности и режим энергосбережения, который основан на определенном уровне нагрузки, причем каждый из источников питания содержит: датчик уровня нагрузки, функционирующий для определения уровня нагрузки на линии электропередачи, подключенной к нагрузке; контроллер режима энергосбережения для приема входных данных от датчика уровня нагрузки и переключения источника питания из указанного режима полной мощности в указанный режим энергосбережения на основе указанного идентифицированного уровня нагрузки, при этом указанный режим энергосбережения отключен по меньшей мере на одном из указанных источников питания. В данной системе недостатком является подключение источников питания в параллель, которое выполнено с целью резервирования основного источника питания в режиме максимальной мощности и отключения резервирующего источника питания в режиме энергосбережения. Кроме того, в зависимости от потребления в нагрузке состав и структура системы питания (количество активных источников питания) не меняется, это свидетельствует о ее не оптимальности. В случае слабой нагрузки - резервирующий источник будет постоянно отключен, но не может быть удален из системы.
Задача настоящей полезной модели состоит в разработке устройства модульного блока питания, который обеспечивает необходимые мощности потребления вычислительных устройств, с формированием стабилизированных напряжений постоянного тока, защиту от превышения максимальной мощности, защиту от перегрева и управление электропитанием.
Технический результат состоит в снижении трудоемкости разработки, упрощении конструкции, а также повышении технологичности изготовления источников питания, предназначенных для различных функциональных компоновок устройств вычислительной техники, управляющей работой промышленного оборудования.
Указанный технический результат достигается тем, что предложено устройство модульного блока питания, которое включает основной модуль питания, формирующий все напряжения питания, необходимые для электропитания средства вычислительной техники и по меньшей мере один дополнительный модуль, представляющий собой узел, согласованно подключаемый к основному модулю питания и формирующий дополнительные энергетические мощности в каналах питания основного модуля, причем согласованное подключение достигается за счет применения пологой нагрузочной характеристики преобразователей питания, примененных в конструкции основного и подключаемого модулей, а также за счет синхронного управления указанными преобразователями, производимого из основного-модуля.
Сущность полезной модели поясняется чертежом:
Фиг. 1 - пример (схема построения) модульного блока питания с использованием модулей номиналом 100 Вт, где
1 - основной модуль питания;
2 - дополнительные модули питания.
При построении модульного блока питания осуществляют анализ необходимости масштабирования каждого отдельного узла блока питания, который проводится на основании рассмотрения технических требований, накладываемых на блоки питания средств вычислительной техники. По результатам анализа проводят разработку масштабируемых (дополнительных) и неизменного (основного) модулей с целью вынесения наращиваемой части (дополнительных модулей) за пределы основного модуля питания и формирования линейки подключаемых (дополнительных) модулей. В результате получают устройство (модульный блок питания), состоящее из: основного модуля питания, формирующего все напряжения питания, необходимые для электропитания средства вычислительной техники с заданной мощностью энергопотребления (например, номиналом до 100 Вт) и линейки подключаемых дополнительных модулей, каждый из которых представляет собой узел, согласованно подключаемый к основному модулю питания для формирования дополнительной энергетической мощности в каналах питания основного модуля. Согласованное подключение достигается за счет применения пологой нагрузочной характеристики преобразователей питания, примененных в конструкции основного и подключаемого модулей, а также за счет синхронного управления указанными преобразователями, производимого из основного модуля. Подача электропитания от питающей электросети производится на основной модуль, отбор электрической мощности в нагрузку также производится от основного модуля.
Предлагаемая конструкция модульного блока питания позволяет кратно увеличивать развиваемую мощность электропитания специального устройства вычислительной техники по отношению к мощности основного модуля питания, при этом степень масштабируемости блока питания ограничивается только способностью основного модуля пропускать через себя энергию, соответствующую общему энергопотреблению.
Использование модульного блока питания обеспечивает масштабируемость и гибкость конструкции, позволяет отказаться от необходимости разработки отдельного блока питания под каждый конкретный вариант реализации средства вычислительной техники, по модульно испытывать работоспособность системы питания в процессе изготовления, снизить номенклатуру комплектующих изделий, поддерживаемых на этапе производства, что существенно снижает затраты и трудоемкость, а также повышает технологичность при производстве источников питания специальных вычислительных устройств.