CN111146849A - 一种用于舰载惯性导航装备的在线式直流不间断电源装置 - Google Patents

一种用于舰载惯性导航装备的在线式直流不间断电源装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于舰载惯性导航装备的在线式直流不间断电源装置，舰电供电模块和充电电池组件的输入端均与舰电电源连接，舰电供电模块输出舰电供电电压至控制模块，充电电池组件输出电池供电电压至控制模块；舰电供电电压的电压值高于电池供电电压的电压值；第一二极管的正极与舰电供电模块的供电输出端连接；第二二极管的正极与充电电池组件的供电输出端连接；第一二极管和第二二极管的负极均连接控制模块的供电输出端。舰电有电时，通过舰电供电模块输出供电电压，并且对电量不足的充电电池组充电，由于舰电供电电压高于电池供电电压的电压值，第二二极管反向截止可以使充电电池组输出截止；舰电没有电时，零时间切换至充电电池组供电。

Description

一种用于舰载惯性导航装备的在线式直流不间断电源装置
技术领域
本发明涉及电源技术领域，具体涉及一种用于舰载惯性导航装备的在线式直流不间断电源装置。
背景技术
现有的直流不间断电源为分立器件搭建而成，用数字信号处理器(DSP)进行控制，可靠性、测试性较差。
舰载惯性导航装备在外场部队使用中所反馈的意见里,均暴露出了目前外购的直流不间断电源装置弱化了“六性”原则，导致产品可靠性降低、无法实现舰员级维修、测试性缺失、环境适应性较差等诸多问题。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种用于舰载惯性导航装备的在线式直流不间断电源装置，解决现有的直流不间断电源可靠性、测试性较差的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于舰载惯性导航装备的在线式直流不间断电源装置，包括电源模块组件和充电电池组件，所述电源模块组件包括：舰电供电模块和控制模块；
所述舰电供电模块和所述充电电池组件的输入端均与舰电电源连接，所述舰电供电模块输出舰电供电电压至所述控制模块，所述充电电池组件输出电池供电电压至所述控制模块；所述舰电供电电压的电压值高于所述电池供电电压的电压值；
所述控制模块包括第一二极管和第二二极管；所述第一二极管的正极与所述舰电供电模块的供电输出端连接；所述第二二极管的正极与所述充电电池组件的供电输出端连接；所述第一二极管和所述第二二极管的负极均连接所述控制模块的供电输出端。
本发明的有益效果是：为了提高现有装备和后续科研项目的自主可控能力,针对我部舰载惯性导航产品的特点，以“六性”原则引领设计，本发明提供的一种用于舰载惯性导航装备的在线式直流不间断电源装置，舰电有电时，通过舰电供电模块输出供电电压，并且对电量不足的充电电池组充电，由于舰电供电电压高于电池供电电压的电压值，第二二极管反向截止可以使充电电池组输出截止；舰电没有电时，零时间切换至充电电池组供电，第一二极管反向截止防止充电电池组向舰电供电模块供电；采用模块化设计技术，单个电源模块组件的及充电电池组件均可拓展集成，可根据用户需求，配置功率输出，最大功率输出达到1800W，满足现有装备和后续科研项目的功率使用要求，效率优于以往的后备式直流不间断电源装置，提高了导航装备作战使用性。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述电源模块组件还包括电池供电模块，所述电池供电模块设置于所述充电电池组件和所述舰电电源之间，在所述充电电池组件的电量低于设定值时控制接通所述舰电电源对所述充电电池组件进行充电。
进一步，所述充电电池组件为磷酸铁锂电池。
进一步，所述电源装置还包括滤波器和外部稳压模块；
所述舰电电源经过所述滤波器滤波后连接所述电池供电模块和舰电供电模块；
所述控制模块的供电输出经过所述外部稳压模块稳压后，为惯导和显控提供供电电源。
进一步，所述舰电供电模块包括第一DC/DC模块和第二DC/DC模块；
所述第一DC/DC模块的输入端连接所述舰电电源，输出端连接所述第二DC/DC模块和所述控制模块；
所述第二DC/DC模块的输出端为外部风扇供电。
进一步，所述电源装置还包括与所述外部稳压模块和所述控制模块均连接的外部指示灯。
进一步，所述外部指示灯包括与所述控制模块连接的舰电指示灯和电池指示灯，指示所述舰电供电模块和所述充电电池组件是否处于工作状态；
所述外部指示灯还包括与所述外部稳压模块连接的惯导指示灯和显控指示灯，指示外部连接的惯导和显控是否处于工作状态。
进一步，所述控制模块和所述外部稳压模块之间设置有开关和接触器。
进一步，所述电源装置还包括箱体，各个所述电源模块组件均通过滑轨定位在各个所述箱体内，所述箱体通过减震器进行放置固定。
进一步，所述箱体内部还设有轴流风机，所述箱体顶板和底板设置有与所述轴流风机位置对应的风道。
采用上述进一步方案的有益效果是：设置指示灯，指示舰电供电模块、充电电池组件以及外部连接的惯导和显控是否处于工作状态；放置电源模块组件的箱体进行减震和散热设计。
附图说明
图1为本发明提供的一种在线式直流不间断电源装置的实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示为本发明提供的一种在线式直流不间断电源装置的实施例的结构示意图，由图1可知，该电源装置包括电源模块组件和充电电池组件，电源模块组件包括：舰电供电模块和控制模块。
舰电供电模块和充电电池组件的输入端均与舰电电源连接，舰电供电模块输出舰电供电电压至控制模块，充电电池组件输出电池供电电压至控制模块；舰电供电电压的电压值高于电池供电电压的电压值。
控制模块包括第一二极管和第二二极管；第一二极管的正极与舰电供电模块的供电输出端连接；第二二极管的正极与充电电池组件的供电输出端连接；第一二极管和第二二极管的负极均连接控制模块的供电输出端。
为了提高现有装备和后续科研项目的自主可控能力,针对我部舰载惯性导航产品的特点，以“六性”原则引领设计，本发明提供的一种用于舰载惯性导航装备的在线式直流不间断电源装置，舰电有电时，通过舰电供电模块输出供电电压，并且对电量不足的充电电池组充电，由于舰电供电电压高于电池供电电压的电压值，第二二极管反向截止可以使充电电池组输出截止；舰电没有电时，零时间切换至充电电池组供电，第一二极管反向截止防止充电电池组向舰电供电模块供电；采用模块化设计技术，单个电源模块组件的及充电电池组件均可拓展集成，可根据用户需求，配置功率输出，最大功率输出达到1800W，满足现有装备和后续科研项目的功率使用要求，效率优于以往的后备式直流不间断电源装置，提高了导航装备作战使用性。
实施例1
本发明提供的实施例1为本发明提供的一种在线式直流不间断电源装置的实施例，由图1可知，该电源装置包括电源模块组件、充电电池组件、滤波器和外部指示灯，电源模块组件包括：舰电供电模块、控制模块、电池供电模块和外部稳压模块。
舰电供电模块和充电电池组件的输入端均与舰电电源连接，舰电供电模块输出舰电供电电压至控制模块，充电电池组件输出电池供电电压至控制模块；舰电供电电压的电压值高于电池供电电压的电压值。
优选的，舰电电源经过滤波器滤波后连接电池供电模块和舰电供电模块，电池供电模块设置于充电电池组件和舰电电源之间，在充电电池组件的电量低于设定值时控制接通舰电电源对充电电池组件进行充电。
舰电电源为电压为220V±20％、频率为50Hz交流电，通过滤波器滤波。在充电电池组件电量不足时，电池供电模块为充电电池组件提供27V的充电电压，充电电池组件充电至饱和以后，充电电压自动截止。
优选的，舰电供电模块包括第一DC/DC模块和第二DC/DC模块。
第一DC/DC模块的输入端连接舰电电源，输出端连接第二DC/DC模块和控制模块。
第二DC/DC模块的输出端为外部风扇供电。
第一DC/DC模块为大功率隔离DC/DC模块，第二DC/DC模块为小功率隔离DC/DC模块，第一DC/DC模块为负载提供28V的供电电压，同时，大第一DC/DC模块的输出电压通过第二DC/DC模块为外部风扇供电。
有舰电时，舰电供电模块为显控和惯导提供稳定的直流电，同时，给外部风扇提供电源。电池供电模块为磷酸铁锂电池充电，在电池充满电时自动停止充电，同时，电池放电电路自动断开。
无舰电时，通过控制模块，零时间切换至电池供电，由磷酸铁锂电池为惯导和显控提供稳定的直流电。
控制模块包括第一二极管和第二二极管；第一二极管的正极与舰电供电模块的供电输出端连接；第二二极管的正极与充电电池组件的供电输出端连接；第一二极管和第二二极管的负极均连接控制模块的供电输出端。充电电池组件为磷酸铁锂电池。
进一步的，控制模块的供电输出经过外部稳压模块稳压后，为惯导和显控提供供电电源。控制模块和外部稳压模块之间还设置有开关和接触器。
外部指示灯与外部稳压模块和控制模块均连接，外部指示灯包括与控制模块连接的舰电指示灯和电池指示灯，指示舰电供电模块和充电电池组件是否处于工作状态。
外部指示灯还包括与外部稳压模块连接的惯导指示灯和显控指示灯，指示外部连接的惯导和显控是否处于工作状态。
有无舰电时，均有舰电、电池、惯导、显控四个指示灯指示电源装置的工作情况。四个指示灯及开关通断状态对应的电源装置工作情况如表1所示。
表1在线式直流不间断电源装置工作情况说明表
Figure BDA0002342433740000061
正常工作时，开关闭合，有舰电；开关闭合，无舰电；开关断开，有舰电；开关断开，无舰电共四种状态。四种状态对应的指示灯、风扇的工作情况及其各个测试点的电压如表2所示。
表2在线式直流不间断电源装置电气性能表
Figure BDA0002342433740000062
Figure BDA0002342433740000071
电源装置还包括箱体，各个电源模块组件均通过滑轨定位在各个箱体内，箱体通过减震器进行放置固定。
箱体结构由铝合金板焊接而成，在保证整体强度的前提下，尽可能减重，控制整机重量。箱体外表漆膜颜色符合HJB37A-2000，采用中绿灰BGOl(GB/T3181)。箱体面板通过锁扣锁紧，维修、调试时可方便工作人员开箱操作。箱体入风口与出风口均使用百叶窗防滴式设计，避免因滴水引起电气设备短路。
减振器选用GSG型钢丝绳减振器，该系列减振器广泛应用于船舶、航空、航天、车载、电子、机械等行业，具有非线性刚度、高阻尼、低频率等优异特性。
机箱整体质量约为32kg，综合考虑机箱安装方式及其振动环境要求，依据GSG系列钢丝绳减振器选型手册选用四组额定载荷为15kg的GSG-15型减振器。该型减振器已在各电源、显控机箱上成功应用。
电源模块组件通过滑轨定位，侧板及面板的螺钉孔紧固，具有良好的维修特性。
箱体内部还设有轴流风机，箱体顶板和底板设置有与轴流风机位置对应的风道。
选用轴流风机作为模块散热元件，通过模块顶板、底板设置的风道进行散热，此种散热设计的优点在于保证机箱整体良好散热的前提下可防止水滴直接进入模块内部。
本发明提供的一种在线式直流不间断电源装置的机箱散热设计，使用ICEPAK热力学仿真软件对简化机箱进行仿真分析，电源箱内电源模块额定电流下发热功率约为185W，从仿真结果可以看出，电源模块组件在额定电流工作情况下温升约为23℃左右，滤波器和接触器温升约为17℃左右。
其中，电源模块最大工作温度应小于85℃，在外部环境温度最大为50℃时电源模块温升约为73℃，满足其散热要求。
滤波器正常工作环境温度范围为-20～80℃，接触器正常工作环境温度范围为-10～70℃，远高于电源箱正常工作温度，故不需对其进行主动散热。
本发明提供的一种在线式直流不间断电源装置，技术性能指标：
1)输入：单相AC220V±20％50Hz；2)输出：直流电压24V±1V；3)输出功率为300W时，电池维持时间不小于30分钟4)转换时间：零转换时间；5)指示灯：舰电指示灯、电池指示灯、惯导指示灯、显控指示灯；6)报警功能：使用电池供电时，蜂鸣器报警；
环境条件:1)工作温度：-10——50℃。2)存储温度：-40——70℃。3)相对湿度：≤95％。
抗冲击、振动性能：满足GJB4000-2000《舰船通用规范》关于舰载设备抗机械振动环境适应性的规定要求。不选配抗冲击隔离装置时，惯性装置能适应20g，11msec的冲击环境。选配抗冲击隔离装置时，能通过GJB150.18-1986《军用装备实验室环境试验方法冲击试验》的规定进行，抗冲击设计谱如表3所示。
表3抗冲击设计谱
Figure BDA0002342433740000091
电磁兼容性:满足GJB151B《军用设备和分***电磁发射和敏感度要求》关于舰用电子设备的要求。工作磁场≤5Gauss；存储磁场≤30Gauss。
噪声：按GJB763.3-1989《舰船噪声限值和测量方法》规定的C类设备要求进行考核。
空气辐射噪声≤60dB。
物理特性：1)重量：≤35Kg。2)外形尺寸：≤350(长)×295(宽)×410(高)(单位：mm)
本发明提供的一种在线式直流不间断电源装置，926激光惯导失去外电后，可自动切换至内部蓄电池供电，切换时间：0S，即切换过程中，输出电压始终为24V(±1V)，供电时间≥30min。已成功应用于926ZY,927，570项目，均已完成所有鉴定试验。另外还有2个国际军贸项目已经明确确定使用此直流不间断电源装置。随着每年交付海军的导航装备数量日益增加，高质量易维护的直流不间断电源装置具有极大的应用推广价值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于舰载惯性导航装备的在线式直流不间断电源装置，其特征在于，所述电源装置包括电源模块组件和充电电池组件，所述电源模块组件包括：舰电供电模块和控制模块；
所述舰电供电模块和所述充电电池组件的输入端均与舰电电源连接，所述舰电供电模块输出舰电供电电压至所述控制模块，所述充电电池组件输出电池供电电压至所述控制模块；所述舰电供电电压的电压值高于所述电池供电电压的电压值；
所述控制模块包括第一二极管和第二二极管；所述第一二极管的正极与所述舰电供电模块的供电输出端连接；所述第二二极管的正极与所述充电电池组件的供电输出端连接；所述第一二极管和所述第二二极管的负极均连接所述控制模块的供电输出端。
2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述电源模块组件还包括电池供电模块，所述电池供电模块设置于所述充电电池组件和所述舰电电源之间，在所述充电电池组件的电量低于设定值时控制接通所述舰电电源对所述充电电池组件进行充电。
3.根据权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于，所述充电电池组件为磷酸铁锂电池。
4.根据权利要求2所述的电源装置，其特征在于，所述电源装置还包括滤波器；所述电源模块组件还包括：外部稳压模块；
所述舰电电源经过所述滤波器滤波后连接所述电池供电模块和舰电供电模块；
所述控制模块的供电输出经过所述外部稳压模块稳压后，为惯导和显控提供供电电源。
5.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述舰电供电模块包括第一DC/DC模块和第二DC/DC模块；
所述第一DC/DC模块的输入端连接所述舰电电源，输出端连接所述第二DC/DC模块和所述控制模块；
所述第二DC/DC模块的输出端为外部风扇供电。
6.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述电源装置还包括与所述外部稳压模块和所述控制模块均连接的外部指示灯。
7.根据权利要求6所述的电源装置，其特征在于，所述外部指示灯包括与所述控制模块连接的舰电指示灯和电池指示灯，指示所述舰电供电模块和所述充电电池组件是否处于工作状态；
所述外部指示灯还包括与所述外部稳压模块连接的惯导指示灯和显控指示灯，指示外部连接的惯导和显控是否处于工作状态。
8.根据权利要求4所述的电源装置，其特征在于，所述控制模块和所述外部稳压模块之间设置有开关和接触器。
9.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述电源装置还包括箱体，各个所述电源模块组件均通过滑轨定位在各个所述箱体内，所述箱体通过减震器进行放置固定。
10.根据权利要求9所述的电源装置，其特征在于，所述箱体内部还设有轴流风机，所述箱体顶板和底板设置有与所述轴流风机位置对应的风道。
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