БЛОК НАГРУЗОЧНЫЙ

Полезная модель относится к области радиоэлектронной аппаратуры, предназначена для проверки работоспособности модулей вторичных источников питания (далее - МВИП) и может найти применение в технологических средствах отладки и контроля источников питания.
Известно устройство для контроля и сигнализации о неисправностях по меньшей мере двух источников питания (см. патент РФ №687441, МПК 2 G05F 1/58, опубл. 25.09.1979 г. по заявке №2471935/24-07 от 28.03.1977 г. на изобретение «Устройство для контроля и сигнализации о неисправностях по меньшей мере двух вторичных источников питания», патентообладатель Киевский ордена Трудового Красного Знамени завод вычислительных и управляющих машин). Известное устройство содержит два датчика повышенного напряжения, два датчика пониженного напряжения, две суммирующие логические схемы И-НЕ, два блока индикации, исполнительный элемент, элемент памяти, источник электропитания, электронный узел блокировки, две клеммы, два контролируемых канала. В общем случае максимальное число каналов определяется числом входов логических схем блоков индикации и исполнительного элемента. Если же требуемое число контролируемых каналов будет больше числа входов логических схем И-НЕ блоков индикации и входов исполнительного элемента, устройство может быть выполнено по «древовидной схеме» с введением дополнительных логических элементов, что, в свою очередь, приведет к усложнению схемы и, как следствие, к усложнению конструкции устройства. Устройство работает в четырех режимах: в режиме «включения» устройства, в режиме «слежения», т.е. когда на выходе контролируемых вторичных источников питания (далее - ВИП) установлены номинальные напряжения, в режиме «аварий», когда выходное напряжение одного датчика и ВИП вышло за допустимый предел, и в режиме «хранения адреса» аварийного ВИП.
Признаки аналога, совпадающие с признаками заявляемого технического решения, следующие: два блока индикации.
Причинами, препятствующими достижению заявляемого технического результата, являются: сложность конструкции (схемного решения), отсутствие возможности подключения различных нагрузок к тестируемому источнику питания, отсутствие возможности изменения полярности питания тестируемого источника питания.
Известна система контроля источников питания (см. патент РФ №1262455, МПК 4 G05B 23/02, опубл. 07.10.1986 г. по заявке №3868164 от 15.03.1985 г. на изобретение «Система контроля источников питания», патентообладатель ПРЕДПРИЯТИЕ П/Я М-5343). Известное устройство содержит программатор, переключатель напряжений, регулятор тока нагрузки, магазин настроечных элементов, табло, регистратор результатов, три аналого-цифровых преобразователя, причем, программатор, в свою очередь, содержит управляющую вычислительную машину, устройство ввода, пульт оператора, устройство согласования, устройство выбора режима, узел дешифрации, регистры кодов управления, трансформатор, переключатель, оптотиристоры, узел управления переключателем, элементы НЕ-И. Система работает в двух режимах: «Контроль» и «Настройка». В режиме «Контроль» система обеспечивает автоматический контроль электрических параметров проверяемого источника питания, а именно: уровня выходного напряжения, пульсаций выходного напряжения, коэффициента стабилизации при изменении напряжения сети на +10%, коэффициента стабилизации при изменении тока нагрузки от 0 до максимума, работоспособности после короткого замыкания, порога срабатывания схемы защиты по току, порогов срабатывания схемы защиты по напряжению. В режиме «Настройка» система обеспечивает автоматический контроль тех же параметров и осуществляет дополнительные операции: автоматическую установку уровня выходного напряжения с помощью регулирующего элемента, автоматический подбор значений двух резисторов в схеме защиты по напряжению с выдачей значений подобранных резисторов на табло. Продолжительность одного цикла работы в режиме «Контроль» составляет 30 с, а продолжительность одного цикла работы в режиме «Настройка» - 70 с. Контроль системы осуществляется контролем заведомо исправного источника питания в обоих режимах работы.
Признаки аналога, совпадающие с признаками заявляемого технического решения, следующие: регулятор тока нагрузки, функции которого в заявляемом устройстве выполняют коммутатор нагрузок и нагрузки, первый и второй аналого-цифровые преобразователи (АЦП), функции которых в заявляемой полезной модели выполняют АЦП микроконтроллера (МК), устройство ввода, функции которого в заявляемом устройстве выполняют кнопки управления, пульт оператора, функции которого также выполняют кнопки управления, табло, функции которого выполняют индикаторы токов и напряжений модуля вторичного источника питания и индикаторы состояния нагрузок. Причинами, препятствующими достижению заявляемого технического результата, являются: сложность конструкции (схемного решения) из-за большого количества элементов, отсутствия возможности изменения полярности питания тестируемого источника питания, отсутствие возможности одновременного контроля двух каналов проверяемого источника питания.
Известно устройство контроля источника питания (см. авторское свидетельство СССР №1515117, МПК 4 G01R 19/165, опубл. 15.10.1989 г. по заявке №4258379 от 05.06.1987 г. на изобретение «Устройство контроля источника питания», патентообладатели Научно-производственное объединение «Казавтотранстехника», Институт повышения квалификации руководящих работников и специалистов автомобильной промышленности). Известное устройство содержит три компаратора, датчик тока нагрузки, два управляемых генератора, элемент ИЛИ, элемент И-НЕ и индикатор. Устройство позволяет при помощи одного светодиода контролировать три уровня напряжения (меньше, норма, больше) и два уровня тока (норма, больше).
Признаками аналога, совпадающими с признаками заявляемого технического решения, являются датчик тока нагрузки, функции которого может выполнять один из составляющих коммутатора нагрузок и индикатор.
Причинами, препятствующими достижению заявляемого технического результата, являются отсутствие возможности индикации токов и напряжений на выходах тестируемого изделия, отсутствие возможности подключения различных нагрузок к тестируемому источнику питания, отсутствие возможности изменения полярности питания тестируемого источника питания.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является устройство для контроля ВИП (см. патент РФ №2127015, МПК 6 Н02Н 3/24, G01R 19/165, опубл. 27.02.1999 г. по заявке №96124036/09 от 20.12.1996 г. на изобретение «Устройство для контроля вторичного источника питания», патентообладатель Открытое акционерное общество «Российские железные дороги»). Известное устройство содержит первый и второй источники питания, подключенные к шинам питающего напряжения, нагрузку, подключенную параллельно выходу второго источника питания, компаратор, вход которого соединен с входом первого источника питания, первый пороговый элемент, выход которого подключен к входу первого исполнительного блока, при этом компаратор запитывается от первого источника питания, последовательно соединенные элемент И, второй исполнительный блок и элемент ИЛИ, выход которого является выходом устройства, при этом выходы первого и второго источников питания подключены к входам соответственно первого и второго пороговых элементов, выход второго порогового элемента подключен к другому входу элемента И, а выход первого исполнительного блока подключен к первому входу элемента ИЛИ, при этом второй пороговый элемент и элемент И запитываются от первого источника питания, а первый пороговый элемент запитывается от второго источника питания.
Признаки ближайшего аналога, совпадающие с признаками заявляемого технического решения: первый и второй исполнительные блоки (их функции выполняет МК), нагрузка.
Причинами, препятствующими достижению заявляемого технического результата, являются: отсутствие возможности индикации токов и напряжений на выходах тестируемого изделия, отсутствие возможности изменения полярности питания тестируемого источника питания.
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в повышении быстродействия и расширении функциональных возможностей устройства.
Технический результат, обеспечиваемый при реализации заявляемого технического решения, заключается в сокращении времени контроля, отладки и испытаний за счет одновременного контроля и индикации напряжений и токов по двум каналам проверяемого источника питания и расширении функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности инверсии полярности питания проверяемого изделия, и достигается тем, что в блок нагрузочный, содержащий преобразователи напряжений и нагрузки, введены: индикаторы токов и напряжений МВИП, индикаторы состояния нагрузок, микроконтроллер, генератор, инвертор полярности, схема сопряжения, коммутатор нагрузок, кнопки управления, причем индикаторы токов и напряжений МВИП и индикаторы состояния нагрузок своими входами, а кнопки управления своими выходами, соединены с первым и вторым выходами и первым входом МК, который соответственно своим вторым входом соединен с генератором, а третьим выходом - с инвертором полярности. Третий вход МК соединен с выходом линейного преобразователя напряжения. Линейный преобразователь напряжения своим входом соединен с выходом преобразователя напряжения, вход которого соединен с источником питания и вторым входом инвертора полярности, а так же с входом линейного преобразователя напряжения. Четвертый вход МК соединен с выходом линейного преобразователя напряжения и с первым входом схемы сопряжения, выход которой соединен с пятым входом МК. Четвертый выход МК соединен с первым входом коммутатора нагрузок, выходы которого соединены с входами нагрузок, выходы которых соединены с источниками питания и вторым и третьим входами схемы сопряжения.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен пример реализации блока нагрузочного на структурном уровне, на фиг.2 - пример реализации на уровне схемы электрической принципиальной, на которой выделены группы электрорадиоизделий (далее - ЭРИ) соответствующие узлам блока нагрузочного, представленным на фиг.1. На фиг.1 и фиг.2 приняты следующие обозначения: 1 - индикаторы токов и напряжений МВИП, 2 - индикаторы состояния нагрузок, 3 - кнопки управления, 4 - МК, 5 - генератор, 6 - инвертор полярности, 7 - второй преобразователь напряжения 7 В в 5 В, 8 - первый преобразователь напряжения 24 В в 7 В, 9 - третий преобразователь напряжения 7 В в 5 В, 10 - схема сопряжения, 11 - коммутатор нагрузок, 12 - нагрузки.
На фиг.1 и фиг.2 узлы и блоки устройства взаимосвязаны между собой следующим образом.
Индикаторы токов и напряжений МВИП 1 и индикаторы состояния нагрузок 2 своими входами, а кнопки управления 3 своими выходами, соединены с первым и вторым выходами и первым входом МК 4, который соответственно своим вторым входом соединен с генератором 5, а третьим выходом - с инвертором полярности 6. Третий вход МК 4 соединен с выходом линейного преобразователя напряжения 7. Линейный преобразователь напряжения 7 своим входом соединен с выходом импульсного преобразователя напряжения 8, вход которого соединен с источником питания и вторым входом инвертора полярности 6, а так же с входом линейного преобразователя напряжения 9. Четвертый вход МК 4 соединен с выходом линейного преобразователя напряжения 9 и с первым входом схемы сопряжения 10, выход которой соединен с пятым входом МК 4. Четвертый выход МК 4 соединен с входом коммутатора нагрузок 11, выходы которого соединены с входами нагрузок 12, выходы которых соединены с источниками питания и со вторым и третьим входами схемы сопряжения 10.
Устройство работает следующим образом.
Преобразователь 8 напряжения 24 В в 7 В импульсного типа, выполненный на базе микросхемы DA4 типа LM2675M-ADJ/NOPB (см. фиг.2), обеспечивает преобразование первичного напряжения питания 24 В в промежуточное значение 7 В, поступающее на второй и третий преобразователи напряжения 7 В в 5 В, например, линейного типа. Линейные преобразователи 7, 9 напряжения 7 В в 5 В, выполненные на базе микросхем преобразование промежуточного напряжения 7 В в напряжения 5 В, необходимые для питания внутренних схем блока нагрузочного. Одно из напряжений используется для питания цифровых схем, а второе - для аналоговых схем блока нагрузочного. Инвертор полярности 6 выполнен на базе реле К1 типа О-1462037-9 (см. фиг.2) и предназначен для реализации функции формирования инверсного напряжения питания тестируемого МВИП и управляется МК 4. Нагрузки 12 включают в себя набор резисторов (R11, R12, R16, R17, R19-R24) различного номинала, например, 2,7 Ом (R11, R16, R19, R21), 100 Ом (R17, R22), 300 Ом (R12, R20, R24) и 3,9 Ом (R23) (см. фиг.2 позиция 12), которые могут поочередно подключаться к выходам тестируемого МВИП с помощью коммутатора нагрузок 11, образуя при этом 4 нагрузки из расчета по 2 нагрузки на каждый из двух каналов и обеспечивая токи нагрузки от 0 до 1 А. Коммутатор нагрузок 11 включает в себя набор полевых транзисторов VT4-VT7 типа IRF7413A и VT8-VT9 типа IRL3705N (см. фиг.2) и управляется МК 4 (см. выше). Схема сопряжения 10 выполнена на базе микросхемы DA5 типа AD8608AR (см. фиг.2) и предназначена для согласования уровней выходных напряжений тестируемого МВИП с диапазоном входного сигнала аналого-цифрового преобразователя МК 4. Индикаторы токов и напряжений МВИП 1 включают в себя набор транзисторов VT11-VT18 типа IRLML6402 и VT19-VT30 типа IRLML2402 (см. фиг.2), выполнены на основе встроенных семисегментных светодиодных индикаторов типа SA05-11SRWA. Индикаторы токов и напряжений МВИП 1 и состояния нагрузок 2 предназначены для визуального отображения значений токов и напряжений на выходах тестируемого МВИП. Индикаторы состояния нагрузок 2 выполнены на одиночных светодиодах VD3-VD11 типа L934ID и предназначены для визуального контроля нагрузки, подключаемой к выходу тестируемого МВИП. Кнопки управления 3 выполнены на кнопках типа TS-A4PS-130 (см. фиг.2), предназначены для формирования команд подключений различных нагрузок к выходам тестируемого МВИП и команды формирования инверсии полярности. Генератор 5 выполнен на основе микросхемы DD1 типа SG-8002JF4M-PHM (см. фиг.2), предназначен для формирования тактовых импульсов, необходимых для работы МК 4. МК 4 выполнен на основе микросхемы DD2 типа MB90F497GPFM (см. фиг.2), предназначен для хранения и выполнения управляющей программы. МК 4 обеспечивает сбор информации от кнопок управления 3, вычисление значений выходных токов и напряжений МВИП, отображение информации на индикаторах 1 и 2, управление схемами коммутатора нагрузок 11 и инвертором полярности 6.
К входам питания 5 В и 9 В подключается МВИП, который подлежит проверке.
Первый выход МК4 предназначен для формирования сигналов управления индикаторов токов и напряжения МВИП 1. Второй выход МК 4 предназначен для формирования сигналов управления индикаторов состояния нагрузок 2. Первый вход МК 4 предназначен для ввода сигналов состояния кнопок управления 3. Второй вход МК 4 предназначен для подключения сигнала генератора 5. Четвертый выход МК 4 5V-1, 5V-2, 9V-1, 9V-2 предназначен для формирования сигналов управления коммутатора нагрузок 11 на затворы транзисторов VT4, VT5, VT6, VT7 соответственно (фиг.2, поз.11.1), первый выход коммутатора нагрузок 11 предназначен для переключения нагрузок 12 в канале 5 В, второй выход коммутатора нагрузок 11 (9V_VIP) предназначен для переключения нагрузок 12 в канале 9 В (см. фиг.2 поз.11.2), первый вход нагрузок 12 (5V_1) предназначен для подключения/отключения сопротивлений нагрузок 12 к цепи канала 5 В (с выходом транзистора VT4 на цепь резисторов R21 и R16 и с выходом VT5 на резисторы R17 и R22), второй вход нагрузок 12 (9V_1) предназначен для подключения/отключения сопротивления нагрузок 12 к цепи канала 9 В, третий вход нагрузок 12 (9V_VIP) предназначен для подключения выхода 9 В тестируемого МВИП (9V в 9V_VIP), четвертый вход нагрузок 12 (5V_VIP) предназначен для подключения выхода 5 В тестируемого МВИП (5V в 5V_VIP). Пятый вход МК 4 предназначен для ввода аналоговых сигналов, поступающих с выходов схемы сопряжения 10, первый вход схемы сопряжения 10 предназначен для подключения питания 5 В, необходимого для питания элементов схемы сопряжения 10, второй вход схемы сопряжения 10 предназначен для ввода напряжений и токов от нагрузок канала 9 В, третий вход схемы сопряжения 10 предназначен для ввода напряжений и токов от нагрузок канала 5 В. Третий вход МК 4 предназначен для подключения питания 5 В цифровой части микроконтроллера 4. Четвертый вход предназначен для подключения питания встроенного АЦП МК4. Третий выход МК 4 предназначен для формирования сигнала управления инвертора полярности 6, вход инвертора полярности 6 предназначен для подключения внешнего источника питания (18-30В), выход инвертора полярности 6 предназначен для подачи напряжения питания на проверяемый МВИП.