УСТРОЙСТВО БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ БОРТОВОГО МИКРОКОМПЬЮТЕРА И ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

Полезная модель относится к устройству бортовой электроники, которое устанавливается в кабине транспортного средства или в отсеке судна для осуществления стабилизированного бесперебойного питания бортового одноплатного микрокомпьютера и дополнительных устройств.
Развитие электроники привело к появлению большого количества дополнительно устанавливаемых устройств, подключаемых к бортовой сети транспортных средств для обеспечения безопасности, комфорта, облегчения управления транспортным средством. Обычно, основным устройством является высокопроизводительный бортовой одноплатный микрокомпьютер (например - Raspberry Pi 4, Rock Pi 4/N10, NanoPi M4, Orange Pi 4/RK3399, Jetson Nano/TX2/Xavier NX), к которому подключаются дополнительные периферийные устройства, непосредственно взаимодействующие с микрокомпьютером (например - дисплеи, датчики, видеорегистраторы, модемы, устройства навигации). Поскольку необходимым условием обеспечения функционирования этих устройств является бесперебойное питание, независимое от состояния бортовой сети транспортного средства, возникает задача обеспечения стабилизированного бесперебойного питания.
На данный момент известны следующие устройства обеспечения стабилизированного питания бортовых одноплатных микрокомпьютеров и дополнительных устройств, подключаемых к бортовой сети и взаимодействующих с микрокомпьютером: Устройство стабилизированного питания (+5В), обеспечивающее непосредственное подключение микрокомпьютера к гнезду питания транспортного средства с помощью кабеля-переходника [1].
Подобные устройства имеют низкую надежность подключения, вследствие вибрации и окисления контактов, отсутствие защиты от перенапряжений бортовой сети, отсутствие бесперебойной подачи питания.
Известно устройство, гарантирующие скорость нарастания входного напряжения [2] или устройство, защищающие от высоких пиковых напряжений бортовой сети [3].
Подобные устройства не компенсируют отсутствие подачи номинального напряжения при снижении напряжения бортовой сети ниже допустимого (при запуске двигателя или при разряженной аккумуляторной батарее транспортного средства).
Функционально близким к предлагаемому устройству и выбранным в качестве прототипа является RU 2520180 С2 - СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащая модуль резервного питания (АКБ и накопитель), модуль управления и контроля системы электропитания, модуль преобразования напряжения, модуль силовой коммутации, зарядное устройство аккумуляторных батарей и накопителей разных типов.
Недостатками прототипа являются невозможность одновременного независимого бесперебойного питания как бортового микрокомпьютера, так и дополнительных электронных устройств таким образом, при котором перегрузка и короткое замыкание в цепи питания микрокомпьютера или дополнительных устройств не приводит к прекращению питания остальных устройств.
Таким образом, во всех известных способах обеспечения стабилизированного питания бортовых одноплатных микрокомпьютеров и дополнительных устройств присутствуют следующие недостатки:
невозможность одновременного, независимого питания бортовых микрокомпьютеров и дополнительных устройств,
недостаточность обеспечения параметров питания
высокопроизводительных бортовых микрокомпьютеров во всем возможном диапазоне напряжений бортовой сети, подключение питания к микрокомпьютеру через USB или малогабаритные, цилиндрические соединители (разъемы), не обеспечивающие виброустойчивость и стойкость к коррозии.
Задачей полезной модели является повышение надежности, за счет обеспечения бесперебойного независимого питания бортовых микрокомпьютеров и дополнительных устройств, при возникновении перегрузок и коротких замыканий в цепях питания бортовых микрокомпьютеров и дополнительных устройств.
Согласно полезной модели, устройство бесперебойного питания бортового микрокомпьютера и дополнительных устройств содержит плату модуля питания и плату батарейного модуля, включающую в себя резервную аккумуляторную батарею (АКБ) и зарядное устройство, предназначенное для подзаряда АКБ, а также силовые цепи связи модулей между собой, отличающееся тем, что дополнительно содержит два или более независимых преобразователей питания бортового микрокомпьютера и дополнительных устройств, обеспечивающих стабилизацию напряжения и ограничение потребляемого тока при перегрузке, размещенных на модуле питания и обеспечивающих независимое питание микрокомпьютера и дополнительных устройств.
На фиг. 1 представлено устройство бесперебойного питания бортового микрокомпьютера и дополнительных устройств, где:
1 - плата батарейного модуля,
2 - плата модуля питания,
3 - многоштырьковый универсальный разъем,
4 - плата бортового компьютера,
5 - преобразователи питания.
Устройство состоит из двух печатных плат с установленными компонентами. Первая плата - батарейный модуль (1) жестко соединена со второй платой - модуль питания (2), включающей в себя два или более преобразователей питания бортового микрокомпьютера и дополнительных устройств (5). Обе платы, в свою очередь, жестко соединены с бортовым одноплатным микрокомпьютером (4) с помощью многоштырькового универсального разъема (3), являющегося неотъемлемой частью бортового микрокомпьютера. Конструкция в сборе может быть помещена в герметичный корпус для защиты от неблагоприятных воздействий (пыль, влажность).
При наличии номинального напряжения в бортовой сети, стабилизированное питание бортового одноплатного микрокомпьютера и дополнительных устройств обеспечивается независимыми импульсными преобразователями постоянного тока платы модуля питания. Надежность подключения (виброустойчивость и стойкость к коррозии) микрокомпьютера и предлагаемого устройства осуществляется с помощью стандартного 40-штырькового двухрядного разъема, присутствующего в большинстве одноплатных микрокомпьютеров. Батарейный модуль при этом отключен. При отклонении напряжения бортовой сети более, чем на установленное значение от номинального - устройство переключает питание микрокомпьютера и дополнительных устройств на работу от платы батарейного модуля (аккумулятора (АКБ), обеспечивая стабилизированное питание. После восстановления номинального напряжения в бортовой сети, производится возврат к питанию от бортовой сети и автоматическая зарядка АКБ. Во всех режимах работы обеспечивается защита как самого устройства, так и микрокомпьютера и дополнительных устройств от различных неблагоприятных воздействий. Питание микрокомпьютера и дополнительных устройств обеспечивается от модуля питания с помощью двух или более преобразователей питания. При этом перегрузка и короткое замыкание в цепи питания дополнительных устройств за счет использования отдельного независимого преобразователя питания микрокомпьютера, не приводит к прекращению питания микрокомпьютера, а перегрузка и короткое замыкание в цепи питания микрокомпьютера за счет использования отдельного независимого преобразователя питания дополнительных устройств, не приводит к прекращению питания дополнительных устройств. Например, видеорегистратор, подключенный к устройству, будет продолжать функционирование, даже в случае отказа питания в цепи микрокомпьютера за счет независимого питания в цепи видеорегистратора. При наличии двух или более дополнительных устройств, требующих независимое питание, могут быть использованы несколько преобразователей питания дополнительных устройств. Таким образом, решается задача обеспечения параметров питания высокопроизводительных бортовых микрокомпьютеров и дополнительных устройств во всем возможном диапазоне напряжений бортовой сети.
Источники информации:
1. Патент РФ №197654.
2. Патент РФ №65307.
3. Патент РФ №2502169.
4. Патент РФ №2520180 – ПРОТОТИП.