СИСТЕМА И СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОДДЕРЖКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ НА НАГРУЗКЕ
SYSTEM AND METHOD TO MAINTAIN POWER SUPPLY OF LOAD

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к отключениям питания и, в частности, к системе и способу обеспечения поддержки электропитания во время отключения питания.
Отключения питания часто возникают в системах самолета вследствие, например, передачи питания между аккумулятором и первичным генератором. Такие системы, включая системы вспомогательной силовой установки (ВСУ), должны работать во время этих отключений питания. Для удовлетворения этому требованию были использованы несколько подходов. Например, для обеспечения подачи резервного питания на электронную аппаратуру управления ВСУ на такую ВСУ были установлены генераторы на постоянных магнитах (ГПМ). Подобное исполнение значительно увеличивает себестоимость, массу, сложность и схему для ВСУ.
Альтернативно, для того чтобы контролировать отключения питания в электронной аппаратуре управления ВСУ использовался управляемый срыв пламени. Управляемый срыв пламени предполагает гашение пламени в камере сгорания при отключении питания. Это делается для того, чтобы во время отключения питания устранить необходимость использования электронной аппаратуры управления ВСУ. Когда после отключения подача питания восстановлена, ВСУ вновь включает камеру сгорания и возобновляет свою работу. Применение управляемого срыва пламени требует комплексного системного подхода, что влечет за собой необходимость проведения интенсивного комплексного тестирования с целью обеспечения надежности.
Кроме этого, для обеспечения поддержки электропитания во время отключения в систему были добавлены сглаживающие конденсаторы. Как правило, напряжение на входе просто прикладывается к конденсатору и хранится до возникновения отключения питания. Во время отключения питания напряжение, накопленное в конденсаторе, используется напрямую для питания систем управления электронной аппаратуры ВСУ и других внешних нагрузок. По мере увеличения продолжительности отключения необходимо увеличивать и емкость конденсатора. Такие конденсаторы тяжелые и значительно увеличивают стоимость проектирования системы ВСУ.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Система и способ для обеспечения поддержки электропитания содержит источник питания, одну или более нагрузок, цепь с добавочным напряжением, конденсатор и цепь понижения. Цепь с добавочным напряжением повышает напряжение на входе от источника питания, конденсатор сохраняет добавочное напряжение от цепи с добавочным напряжением, а цепь понижения понижает напряжение от конденсатора. Цепь понижения передает пониженное напряжение на одну или более нагрузок, когда источник питания отсутствует.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - это блок-схема, показывающая систему поддержки электропитания в соответствие с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 - это структурная схема, показывающая способ поддержки электропитания в соответствие с вариантом настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Настоящее изобретение описывает систему и способ для обеспечения поддержки электропитания во время отключения питания. Система содержит цепь с добавочным напряжением, накопительный конденсатор и цепь понижения. Цепь с добавочным напряжением получает от первичного источника питания напряжение постоянного тока (DC) на входе. Этот первичный источник питания также используется для питания нагрузок во время нормального режима работы системы. Цепь с добавочным напряжением повышает напряжение на входе до повышенного напряжения на выходе, которое подается для заряда накопительного конденсатора во время нормального режима работы системы. Путем повышения напряжения с использованием цепи с добавочным напряжением конденсатор заряжается до более высокого напряжения, следовательно, накапливая больше энергии. В случае потери питания от первичного источника питания накопительный конденсатор разряжается через нагрузку, чтобы обеспечить поддержку электропитания для нагрузки. Цепь понижения понижает напряжение от накопительного конденсатора и подает пониженное напряжение на нагрузку.
2
Энергия, накапливаемая в конденсаторе, равна Ѕ(C)(V), где C - величина емкости накопительного конденсатора, а V - величина напряжения на накопительном конденсаторе. Во время отключения питания количество энергии, забираемое у накопительного конденсатора, зависит от нагрузки. Некоторые внешние нагрузки работают как простое сопротивление. Таким образом, чем выше напряжение на нагрузке, тем больше потребление тока и, следовательно, требуется больше энергии. Повышая напряжение от первичного источника питания с обычных 28 вольт до более высокого напряжения, и понижая напряжение на выходе, подаваемое на нагрузку во время отключения питания, можно значительно уменьшить требуемую емкость накопительного конденсатора. Следовательно, путем добавления в систему цепи с добавочным напряжением и цепи понижения напряжения необходимая емкость для обеспечения поддержки электропитания за определенное время снижается. Поскольку цепи с добавочным напряжением и цепи понижения стали сравнительно легкими, недорогими и надежными, это значительным образом снижает общий вес и стоимость системы.
Фиг. 1 - это блок-схема, показывающая систему 10 поддержки электропитания в соответствие с вариантом осуществления настоящего изобретения. Система 10 содержит первичный источник 12 питания, цепь 14 с добавочным напряжением, накопительный конденсатор 16, цепь 18 понижения, диоды 20a и 20b, нагрузки 22, выходную шину 24 добавочного напряжения, понижающую входную шину 26, понижающую выходную шину 28, цепь 30 пускового тока, регулятор 32, разрешающую шину 34 цепи с добавочным напряжением, разрешающую шину 36 цепи понижения и эталонный резистор 38. Первичный источник 12 питания - это любой источник базовой мощности, например электрогенератор, приводимый в работу двигателем самолета. Цепь 30 пускового тока ограничивает подачу пускового тока в систему 10 и представляет собой любую цепь защиты от пускового тока известного уровня техники. Накопительный конденсатор 16 - это любой накопительный конденсатор известного уровня техники, например алюминиевый оксидный конденсатор. Регулятор 32 может быть выполнен как микрорегулятор, например программируемая пользователем вентильная матрица (ППВМ).
Цепь 14 с добавочным напряжением, накопительный конденсатор 16 и цепь 18 понижения работают для обеспечения поддержки электропитания на нагрузках 22 во время нормального режима работы системы. Нормальный режим работы системы - это любое время, когда нагрузки 22 должны обеспечиваться защитой от отключения питания. Например, если система 10 - это система ВСУ, нормальный режим работы системы предполагает работу ВСУ на эксплуатационной скорости. Во время нормального режима работы системы регулятор 32 активирует цепь 14 с добавочным напряжением и цепь 18 понижения, используя разрешающую шину 34 цепи с добавочным напряжением и разрешающую шину 36 цепи понижения соответственно. Цепь 14 с добавочным напряжением повышает DC-напряжения от первичного источника 12 питания. Такое повышенное напряжение используется для заряда накопительного конденсатора 16. Цепь 14 с добавочным напряжением может выполняться в разных вариантах, все из которых известны в уровне техники. Цепь 14 с добавочным напряжением может повышать напряжение, например, от напряжения на входе 28 вольт до напряжения на выходе 48 вольт. Накопительный конденсатор 16 заряжается до напряжения на выходной шине 24 добавочного напряжения. Конденсатор остается заряженным в то время, когда первичный источник 12 питания обеспечивает систему 10 электроэнергией.
Цепь 18 понижения понижает напряжение на накопительном конденсаторе 16. Цепь 18 понижения может выполняться в разных вариантах, все из которых известны в уровне техники. Напряжение может понижаться, например, с 48 вольт до 12 вольт. Величина пониженного напряжения выбирается для подачи на нагрузки 22 функционального напряжения, снижая до минимума рассеивание мощности через нагрузки 22 во время отключения питания. Пониженное напряжение будет, как правило, меньше, чем напряжение, подаваемое первичным источником 12 питания. Поэтому диоды 20a и 20b могут использоваться к диоду или к понижающей выходной шине 28 и первичному источнику 12 питания. Во время нормального режима работы системы первичный источник 12 питания будет подавать напряжение выше, чем напряжение на понижающей выходной шине 28, на диоде 20a с прямым смещением и, следовательно, подавая базовую мощность на нагрузки 22. При отсутствии первичного источника 12 питания напряжение на понижающей выходной шине 28 будет больше, чем напряжение, подаваемое первичным источником 12 питания, диодом 20b с прямым смещением, и, следовательно, подавая напряжение на нагрузки 22 от цепи 18 понижения.
2
2
Количество времени, за которое энергия может достигнуть нагрузок 22 от накопительного конденсатора 16, основывается на энергии, накапливаемой в накопительном конденсаторе 16, и на рассеивании мощности нагрузок 22. Поскольку энергия равна мощности, умноженной на время, Ѕ(C)(V) = (P)(t), где P - это мощность, рассеянная нагрузками 22, а t - это время. Таким образом, количество времени, за которое накопительный конденсатор 16 может обеспечить энергией нагрузки 22, равно (C)(V)/(2P). Раньше цепи поддержания электропитания просто заряжали конденсатор до напряжения на входе, например, 28 вольт, а затем подавали эти 28 вольт на нагрузки во время отключения питания. В результате это дает необходимую емкость примерно 0,067 фарад для выдерживания отключения питания в течение 220 миллисекунды. Повышение напряжения таким образом, что конденсатор заряжается до 48 вольт, и понижение напряжения накопительного конденсатора 16 до 12 вольт дает в результате необходимую электрическую емкость примерно 0,0067 фарад для отключения питания в течение 220 миллисекунды. Такое снижение требуемой емкости позволяет значительно снизить массу и стоимость системы 10.
Регулятор 32 используется в сочетании с эталонным резистором 38 с целью проверки работоспособности накопительного конденсатора 16. Такую проверку можно произвести в любое время, когда для системы 10 не требуется защита от отключения питания. Если система 10 представляет собой систему ВСУ, например, проверку можно произвести во время включения ВСУ. Отдельные конденсаторы, такие как алюминиевые оксидные конденсаторы, должны подвергаться регулярным проверкам для обеспечения необходимой работоспособности. Для проверки накопительного конденсатора 16 регулятор 32 отключает цепь 14 с добавочным напряжением и цепь 18 понижения, используя разрешающую шину 34 цепи с добавочным напряжением и разрешающую шину 36 цепи понижения соответственно. Когда цепь 14 с добавочным напряжением и цепь 18 понижения отключены, накопительный конденсатор 16 будет разряжаться через эталонный резистор 38. Регулятор 32 отслеживает напряжение на эталонном резисторе 38 во время разряда накопительного конденсатора 16. Поскольку значение сопротивления эталонного резистора 38 известно, регулятор 32 может отслеживать количество времени, требуемое для понижения напряжения на эталонном резисторе 38 до заранее определенного значения. Это дает возможность регулятору 32 рассчитать действительную емкость накопительного конденсатора 16, чтобы обеспечить его надежную работоспособность.
Фиг. 2 - это структурная схема, иллюстрирующая способ 50 для обеспечения поддержки электропитания на одной или более нагрузках в соответствие с вариантом осуществления настоящего изобретения. На этапе 52 напряжение первичного источника 12 питания повышается до добавочного напряжения, которое подается на выходной шине 24 добавочного напряжения. Энергия подается на нагрузки 22 от первичного источника 12 питания. На этапе 54 накопительный конденсатор 16 заряжается до напряжения на выходной шине 24 добавочного напряжения. На этапе 56 напряжение на конденсаторе 16, подаваемое на понижающей входной шине 26, понижается до пониженного напряжения при помощи цепи 18 понижения. Это пониженное напряжение подается на понижающую выходную шину 28. Способ 50 остается на этапе 58, пока не произойдет отключение питания. На этапе 60 питание подается на нагрузки 22 от понижающей выходной шины 28.
Таким образом, настоящее изобретение рассматривает систему и способ для обеспечения поддержки электропитания во время отключения питания. Несмотря на то, что настоящее изобретение описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления, специалисты в данной области техники поймут, что изменения могут быть выполнены по форме и по существу без отступления от сущности и объёма настоящего изобретения.