Многорежимный автономный преобразователь

Многорежимный автономный преобразователь (МАП) относится к области энергетики, а более конкретно к области «малой» энергетики - автономным источникам питания, преобразователям напряжения и бесперебойным источникам питания, которые могут найти широкое применение в различных отраслях хозяйственной деятельности человека, и многочисленных и разнообразных электроприборах бытовой техники, например, могут найти применение в качестве блоков питания мониторов, компьютеров, телевизоров, аудио-, видеосистем, в качестве зарядно-разрядных устройств аккумуляторов транспортных средств, в блоках питания, в навигационных радио- и световых маяках, на метеостанциях, в сварочных агрегатах, для строителей в полевых условиях, жителей регионов с частым отключением сети и владельцев торговых точек без электричества, для спасателей и пожарников при работе в задымленных помещениях, в системах отопления в виде газовых котлов, для ветрогенераторных установок и солнечных панелей, в устройствах контроля и охраны территорий и систем защиты помещений, в устройствах микроклимата и в других объектах различных предназначений.
Широкий спектр возможного использования заявленной полезной модели обусловлен эксплуатацией его в многочисленных режимах, удобством и простотой эксплуатации и высокой надежность и стабильностью при использовании в приборах в жилых, производственных, медицинских и т.п. помещениях.
Основной задачей источников питания и преобразователей, является возможность регулировки выходных параметров энергии, питающей многочисленные аппараты, отличающейся стабильными параметрами тока и напряжения. Заявляемый многорежимный автономный преобразователь (МАП), может быть использован также в качестве источника вторичного электропитания, как автономного, так и бесперебойного, а так же как источник электрогенерации от возобновляемых источников энергии, обеспечивающего заданное значение тока и напряжения.
Наиболее близким по техническому существу является многорежимный автономный преобразователь (МАП), содержащий автономный источник питания, выполненный в виде аккумуляторной батареи (АКБ), подключенный выходом ко входу содержащего транзисторы преобразователя напряжения, выход которого через фильтр подключен к первой группе входов блока коммутации, вторая группа его входов соединена с выводами питающей сети, выход блока коммутации является выходом МАП, первый микропроцессор, управляющий режимом работы МАП, первый вход которого соединен с выходом автономного источника питания непосредственно, а питающий вход - через стабилизатор, второй, третий и четвертый входы микропроцессора соединены с выходами датчика тока транзисторов преобразователя напряжения, датчика температуры транзисторов и датчика напряжения питающей сети соответственно, пятый вход соединен с выходом блока приема управляющих сигналов, выходы первого микропроцессора соединены с шинным формирователем, подключенным к управляющему входу блока коммутации и управляющему входу преобразователя (RU 24577 U1, Н02М 7/00).
Техническим результатом полезной модели является повышение точности контроля внутренних параметров МАП в процессе эксплуатации, возможность оценивать вероятные причины отказов и выхода прибора из строя, что приводит к повышению надежности его работы.
Технический результат достигается за счет того, что многорежимный автономный преобразователь (МАП), содержащий автономный источник питания, выполненный в виде аккумуляторной батареи (АКБ), подключенный выходом ко входу содержащего транзисторы преобразователя напряжения, выход которого через фильтр подключен к первой группе входов блока коммутации, вторая группа его входов соединена с выводами питающей сети, выход блока коммутации является выходом МАП, первый микропроцессор, управляющий режимом работы МАП, первый вход которого соединен с выходом автономного источника питания непосредственно, а питающий вход - через стабилизатор, второй, третий и четвертый входы микропроцессора соединены с выходами датчика тока транзисторов преобразователя напряжения, датчика температуры транзисторов и датчика напряжения питающей сети соответственно, пятый вход соединен с выходом блока приема управляющих сигналов, выходы первого микропроцессора соединены с шинным формирователем, подключенным к управляющему входу блока коммутации и управляющему входу преобразователя, снабжен вторым микропроцессорным блоком, питающий вход которого соединен через стабилизатор с выходом автономного источника питания, а входы-выходы соединены с входами-выходами первого микропроцессорного блока, второй микропроцессорный блок выполнен с функцией батарейного монитора и с возможностью записи на карту памяти и трансляции информации о внутренних параметрах МАП, вычисления максимальной емкости, которую может обеспечить АКБ с учетом старения и деградации в процессе эксплуатации, и текущей израсходованной емкости АКБ.
Микропроцессорный блок №2 (МБ №2) выполнен с функцией батарейного монитора и с возможностью записи на карту памяти (Блок памяти внутри МБ №2) и трансляции информации о всех внутренних параметрах МАП. Также МБ №2 записывает и строит графики в реальном времени по характеристикам изменений внешних нагрузок, параметрам изменений во внешней промышленной сети 220 В, изменений в аккумуляторах (АКБ) и других параметров на карту памяти, и в случае необходимости может передавать информацию в общую сеть интернет.
Сохраненный массив подобных данных за длительный период времени дает возможность наблюдать за поведением прибора в меняющихся внешних условиях, собирать статистику потребления, характер и частоту возможных перегрузок, оценивать вероятные причины отказов и выхода прибора из строя (если такое когда-то произойдет), а также позволяет правильней управлять Микропроцессорным блоком №1 (МБ №1). Все данные о приборе и о внешних процессах - скачки напряжения в сети, или от подключаемых приборов и т.п., записываются на устанавливаемую непосредственно в устройство карту памяти в виде графиков во времени, что позволяет в большинстве случаев понять причину порчи прибора (функция «черного ящика»). Микропроцессорный блок №2 осуществляет сбор информации о напряжении, тока заряда и разряда по АКБ, изменения мощности нагрузки и параметров сети 220 В во времени, а также температуры и других параметров с максимальной скоростью и точностью. Это позволяет строить графики изменений параметров в течении длительного времени и сохранять их на карте памяти и в интернет. Также позволяет вычислять как максимальную (полную реальную) емкость, которую имеет на текущее время эксплуатации АКБ с учетом его старения и деградации, так и текущую израсходованную емкость АКБ в конкретный момент времени (% от полной реальной). МБ №2 также с высокой точностью прогнозирует время до полного разряда (на текущей нагрузке) так и время до окончания заряда в зарядном режиме.
Глубокая интеграция Микропроцессорного блока №2 позволяет выполнять важную функцию дублирования опроса датчиков, а также опроса своих независимых датчиков. Кроме того, в случае неисправности основного Микропроцессорного блока №1 или других блоков, Микропроцессорный блок №2 частично берет управление на себя, в том числе может отключить трансляцию опасных напряжений на выход или предотвратить разряд аккумуляторной батареи. Все это позволяет существенно повысить надежность прибора и его безопасность для окружающих.
Устройство поясняется чертежом, на котором представлена схема заявляемого Многорежимного автономного преобразователя.
Он содержит первый микропроцессорный блок 3, автономный источник питания 1, выполненный в виде выносной аккумуляторной батареи, стабилизатор 2, фильтр 4, блок коммутации 9, датчики сетевого напряжения 6, тока 10 и температуры 5, преобразователь напряжения, состоящий из четырех полевых Транзисторов 13 с внутренними интегральными диодами и трансформатора 12, второй микропроцессорный блок 14, шинный формирователь 29.
Первый МБ 3 управляет работой схемы источника питания в соответствии с программой, находящейся в его программной памяти, и может выполнять функции измерения и сравнения сигналов посредством Блоков Измерения и Сравнения 16-19 и на основании этих данных формировать последовательности импульсов различной скважности посредством Формирователей Импульсов 20-22 и другие сигналы управления всеми компонентами схемы через Порт Управления 23. При этом выход Автономного источника 1 питания соединен с первым входом первого МБ 3 и через Стабилизатор 2 соединен со входом питания МБ 3, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам Датчика тока 10 и Датчика температуры 5, выходы МБ 3 соединены с Шинным формирователем 29, подключенным к управляющему входу Блока коммутации 9 и к затворам полевых Транзисторов 13, выводы вторичной обмотки Трансформатора 12 подключены к входам Фильтра 4, выходы которого подключены к первой группе информационных входов Блока коммутации 9, выход которого является Выходом 8, а вторая группа информационных входов соединена с выводами Питающей сети 7 и с входами Датчика сетевого напряжения 6, выход которого соединен с четвертым входом МБ 3.
Первый МБ 3 содержит внутреннюю периферию, в состав которой входит многоканальный АЦП, внутреннее опорное напряжение, таймер, ШИМ генератор и интерфейс управления. Фильтр 4 в простейшем виде состоит из сглаживающего конденсатора.
Функционирование заявленной полезной модели при работе в различных режимах происходит следующим образом.
При функционировании заявляемого Многорежимного автономного преобразователя в режиме Преобразователя постоянного напряжения он обеспечивает преобразование постоянного напряжения Автономного источника 1 питания 12-24-48-96 В и более в переменное напряжение 220 или 230 В, с частотой 50-60 Гц. При этом, при получении МБ 3 соответствующих сигналов от Датчика сетевого напряжения 6, Датчика тока 10 и от Автономного источника питания 1, МБ 3 с соответствующего выхода формирует импульсные последовательности с управляемой скважностью, поступающие через Шинный формирователь 29 на затворы Транзисторов 13 и посредством Трансформатора 12, Фильтра 4 и Блока коммутации 9 обеспечивает на Выходе 8 синусоидальную форму сигнала.
При функционировании заявляемого Многорежимного автономного преобразователя в режиме зарядного устройства он обеспечивает преобразование переменного напряжения входа Питающей сети 7 (как правило, промышленной сети 220 В) через Блок коммутации 9, Фильтр 4, Трансформатор 12 и Транзисторы 13 в постоянное напряжение 12-24-48-96 В и более формирующееся на выходах Автономного источника питания 1, для его подзарядки. При этом, при получении МБ 3 соответствующих сигналов от Датчика сетевого напряжения 6, Датчик тока 10 и от Автономного источника питания, МБ 3 с соответствующего выхода формирует импульсные последовательности с управляемой скважностью, поступающие на затворы Транзисторов 13 обеспечивает оптимальную величину протекающего тока в Автономный источник питания 1.
Также МБ 3 при помощи Блока Измерения и Сравнения 18 измеряет протекающий ток в первичной цепи Трансформатора 12 и выдает на Транзисторы 13 посредством Формирователя импульсов 22 и Шинный формирователь 29 последовательность импульсов определенной скважности ограничивающую средний ток протекающий на зарядку Автономного источника питания 1.
При функционировании заявляемого Многорежимного автономного преобразователя в режиме бесперебойного источника питания, при условии отсутствия или нестабильных параметрах напряжения на входе Сети 7, он обеспечивает преобразование постоянного напряжения Автономного источника питания 1 12-24-48-96 В и более в переменное напряжение 220 В, с частотой 50-60 Гц, в соответствии с режимом Преобразователя напряжения и через Блок коммутации 9 передает его на Выход 8. Возможен вариант, когда к Блоку коммутации 9 подключен дизель-бензиновый генератор, тогда при попадании напряжения на входе Сети 7 сначала включается режим Преобразователя напряжения и, после исчерпания ресурса Автономного источника питания 1, запускается дизель-бензиновый генератор и его напряжение подключается к Выходу 8.
МАП снабжен вторым Микропроцессорным блоком 14, который содержит Батарейный монитор 25, Блок взаимодействия с МБ 3 и управления его параметрами 26, Блок памяти для накопления статистики 27 и Блок дублирования критических функций 28.
Батарейный монитор 25 принимает информацию о напряжении, тока заряда и разряда по АКБ, а также температуры и других параметров от Блоков сравнения 16-19 и вычисляет полную и текущую емкость Автономного источника питания 1, также с высокой точностью прогнозирует время до полного разряда (на текущей нагрузке) так и время до окончания заряда в зарядном режиме. Блок памяти для накопления статистики 27 осуществляет буферную функцию для данных передаваемых наружу. Блок взаимодействия с МБ №1 и управления его параметрами 26 осуществляет коммуникацию между МБ 14 и МБ 3, а также внутреннюю коммуникацию. Посредством этого блока возможно собирать данные от МБ 3, а также управлять им.
Это дает возможность наблюдать за поведением прибора, собирать статистику потребления, возможных перегрузок. Все данные о приборе и о внешних процессах (скачки напряжения в сети, или от подключаемых приборов и т.п.) записываются и на устанавливаемую непосредственно в МБ №2 карту памяти в виде графиков во времени, что позволяет в большинстве случаев понять причину порчи прибора (функция «черного ящика»).
Блок дублирования критических функций 28 выполняет функцию дублирования опроса датчиков, а также опроса своих независимых датчиков. Кроме того, в случае неисправности основного Микропроцессорного блока №1 или других блоков, частично берет управление на себя, в том числе может отключить трансляцию опасных напряжений через Блок коммутации 9 на выход или предотвратить разряд аккумуляторной батареи независимо от МБ №1, выключая транзисторы 13.
Очевидно, что предлагаемая предпочтительная реализация является одной из возможных, различные модификации которых без изменения сущности описываемой полезной модели может найти применение в разных областях производства и жизнедеятельности человека.