Модуль распределения электропитания

Заявляемый в качестве полезной модели модуль распределения электропитания относится к электронной коммутационной технике и предназначен для определения различия тока заряда емкостной нагрузки от тока короткого замыкания.
Известен модуль распределения электропитания постоянного тока состоящий из силовой шины питания и контроллера управления полупроводниковым ключом, который обеспечивает подключение нагрузки к шине питания (патент US 20110221404).
Недостатком данного технического решения является невысокая надежность.
Обусловлено это тем, что у известного модуля распределения электропитания большое время определения ситуации: короткое замыкание или большая емкостная нагрузка. Емкостная нагрузка возникает из-за того, что при коммутации силовым ключом напряжения питания на емкостную нагрузку (у блоков питания электронной техники входная емкость может составлять несколько тысяч микрофарад) возникает бросок тока, превышающий рабочий ток в десятки раз. При этом время его спада может составлять сотни миллисекунд, что может привести или к ложному срабатыванию защиты или повышению вероятности выхода из строя электронного силового ключа.
Задачей полезной модели является увеличение надежности работы модуля распределения электропитания.
Техническим результатом является снижение потребляемой мощности и повышение быстродействия элементов защиты.
Достигается это за счет того, что в состав каждого канала коммутации силового ключа модуля распределения электропитания (МРЭП) введена схема быстрого определения наличия емкостной нагрузки.
Также достигается за счет того, что модуль распределения электропитания содержит датчик выходного и входного напряжения, датчик тока, датчик температуры, электронный силовой ключ, соединенный информационной шиной управления с микропроцессором и силовым ключом коммутации. Так же введена схема контроля подключения нагрузки, состоящая из: источника питания, датчика тока, ключа, резистора, диода, которая подключена к выходу силового ключа.
Заявляемый в качестве полезной модели модуль распределения электропитания поясняется чертежами.
На фиг. 1 приведена блок-схема модуля распределения электропитания, состоящая из следующих узлов:
1 - электронный силовой ключ
2 - датчик тока;
3 - датчик напряжения на входе ключа;
4 - датчика температуры силового ключа;
5 - схемы управления и аппаратной защиты от короткого замыкания;
6 - датчик напряжения на выходе ключа;
7 - схема контроля отсутствия короткого замыкания (КЗ) при емкостной нагрузке и схема контроля подключения нагрузки к электронному силовому ключу (без его включения);
8 - микропроцессор основной МП-1;
9 - микропроцессор дублирующий МП-2;
10 - элементы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 11, 12, 13, 14, 15 со 2-го по 8-й канал.
На фиг. 2 приведена блок- схема (7) контроля подключения нагрузки к ключу (без его включения) и контроля отсутствия КЗ цепи нагрузок состоящей из следующих узлов:
11 - гальванически развязанный источник питания напряжения +5 В;
12 - датчик тока;
13 - ключ для коммутации тестирующего напряжения;
14 - резистор;
15 - диод;
Модуль распределения электропитания работает следующим образом.
В модуле МРЭП микропроцессор основной МП-1(8) и микропроцессор дублирующий МП-2(9) при подаче питающего напряжения выполняют тестовую программу контроля аппаратуры.
По окончанию программы контроля микропроцессоры основной МП-1(8) и дублирующий МП-2(9) передают результаты через интерфейсы CAN-1 и CAN-2.
При возникновении ошибок при выполнении тестовой программы дальнейшая работа модуля блокируется.
Управление и контроль за работой каналов в модуле распределения электропитания осуществляют микропроцессоры основной МП-1(8) и дублирующий МП-2(9) по соответствующим программам.
При поступлении по интерфейсам CAN-1 и/или CAN-2 команд управления электронными ключами всех каналов, микропроцессоры основной МП-1(8) и дублирующий МП-2(9) реализуют алгоритм включения / выключения каждого канала, в зависимости от типа нагрузок (резистивной, индуктивной или емкостной) подключенных к выходам электронных силовых ключей.
При возникновении аварийных перегрузок в каждом канале выполнение защитных функций троируется: программно - микропроцессором основным МП-1(8), микропроцессором дублирующим МП-2(9) и схемой управления и аппаратной защиты от короткого замыкания (5).
Такое распределение защитных функций между программной и аппаратной частью модуля распределения электропитания позволяет оптимизировать количество электрорадиоизделий (ЭРИ), снизить потребляемую мощность, повысить быстродействие и надежность работы элементов защиты.
При коммутации электронным силовым ключом (1) напряжения +27 В на емкостную нагрузку в цепи происходит скачек тока превышающий в несколько раз допустимый рабочий ток. Для предотвращения ложного срабатывания схемы управления и аппаратной защиты от короткого замыкания (5), используется схема контроля отсутствия короткого замыкания в цепи нагрузки (7).
Микропроцессор основной МП-1(8) и микропроцессор дублирующий МП-2(9) анализируют информацию поступающую с датчика тока (12) и блокируют работу схемы аппаратной защиты на 1-3 мс.
Если напряжение на нагрузке начинает быстро расти, то при достижении величины порядка ЗВ диод (15) запирается, а датчик тока (12) выдает информацию в микропроцессор основной МП-1(8) и в микропроцессор дублирующий МП-2(9) об отсутствии тока в цепи датчика тока (12). Этим определяется наличие большой емкости и отсутствие короткого замыкания в цепи нагрузки.
Информацию о наличии напряжения на входе и выходе электронного силового ключа (1), не более чем через 80 мс после его включения, выдают датчики напряжения на входе ключа (3) и на выходе ключа (6).
Дальнейшая работа электронного силового ключа (1) определяется программой функционирования микропроцессора основного МП-1(8) или микропроцессора дублирующего МП-2(9).
В случае короткого замыкания в цепи нагрузки датчик тока (12) продолжает выдавать информацию о наличии тока и микропроцессор основной МП-1(8) или микропроцессор дублирующий МП-2(9) выдают команду на выключение электронного силового ключа(1) и снимают блокировку схемы управления и аппаратной защиты от короткого замыкания (5).
При срабатывании схемы управления и аппаратной защиты от короткого замыкания, дальнейшая работа канала блокируется, и информация об этом из модуля распределения электропитания передается через интерфейсы CAN-1, CAN-2 во внешний модуль управления.
В модулях МРЭП информация о срабатывании защиты и блокировки работы канала записывается в энергонезависимую память, входящую в состав микропроцессора основного МП-1(8) и микропроцессора дублирующего МП-2 (9). Разблокировка заблокированных каналов осуществляется только программно через интерфейсы CAN-1 или CAN-2.
Еще одну функцию выполняет схема (7) - это контроль целостности цепи подключения нагрузки к выходу электронного силового ключа (1) и датчика тока (2) (без включения электронного силового ключа).
Схема (7) работает следующим образом (см. фиг. 2)
До включения электронного силового ключа (1) (см. фиг. 1) включается ключ для коммутации тестирующего напряжения (13) и напряжение с источника питания+5 В (11) через датчик тока (12), резистор (14) и диод (15) подается на нагрузку.
Датчик тока (12) фиксирует протекание микро тока (3-:-5 мА) через цепь и тем самым определяется ее целостность.
Работа элементов 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 11, 12, 13, 14, 15 в первом канале аналогична их работе в каналах 2-:-8 (10).
Распределение защитных функций между программным микропроцессором основным МП-1(8), микропроцессором дублирующим МП-2(9) и схемы управления и аппаратной защиты от короткого замыкания (5), позволяет повысить на 15-25% надежность работы модуля распределения электропитания.
Заявляемый в качестве полезной модели модуль распределения электропитания позволяет одним микропроцессором одновременно до 16 каналов коммутации контролировать короткое замыкание или емкостную нагрузку, что позволяет уменьшить в 3 раза количество электрорадиоэлементов.
Также позволяет снизить в 2 раза потребляемую мощность и повысить на 20-45% быстродействие. Это обусловлено тем, что не требуется устанавливать в каждый канал коммутации микропроцессор с соответствующей обвязкой для обеспечения высокого быстродействия.