RU2814592C1

RU2814592C1 - Power distribution device

Info

Publication number: RU2814592C1
Application number: RU2023115039A
Authority: RU
Inventors: Борис Алексеевич Воронин; Денис Аркадьевич Комаров; Олег Игоревич Кузнецов; Игорь Анатольевич Разумов; Александр Иванович Рысин; Павел Федорович Рябов
Original assignee: Акционерное общество "Ульяновское конструкторское бюро приборостроения" (АО "УКБП")
Filing date: 2023-06-07
Publication date: 2024-03-01

Abstract

FIELD: power electronics.

SUBSTANCE: power distribution device contains two independent switching channels made on the basis of a backplane, each connected to its own input and output protection and filtering modules and contains a power supply unit for switching modules connected to the processor module and switching and discrimination modules, a power unit for the processor module, connected to the processor module and the module for receiving discrete signals, a module for receiving discrete signals, as well as a processor module and N switching and discrimination modules connected by serial interface channels, each switching and discrimination module contains a computing node and an electronic key containing two thermal fuses for current control load and controlled break of the switching circuit.

EFFECT: improved safety of vehicle operation by increasing testability and ensuring load current control.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области силовой электроники и может быть использовано в составе бортового радиоэлектронного оборудования летательных аппаратов и наземной техники в качестве управляемого устройства распределения электропитания бортовых потребителей.The invention relates to the field of power electronics and can be used as part of on-board radio-electronic equipment of aircraft and ground vehicles as a controlled device for distributing power to on-board consumers.

Современные тенденции развития авиационной и наземной техники направленны на повышение безопасности эксплуатации транспортных средств, что ведет к расширению и усложнению поставленных перед ними задач. Так как рост числа и мощности бортовых потребителей электроэнергии, повышает требования к надежности и качеству их электропитания, контроль и своевременное выявление отклонений показателей работы системы электропитания является одним из основополагающих факторов безопасности эксплуатации транспортных средств.Modern trends in the development of aviation and ground equipment are aimed at increasing the safety of operation of vehicles, which leads to the expansion and complication of the tasks assigned to them. Since the increase in the number and power of on-board electricity consumers increases the requirements for the reliability and quality of their power supply, monitoring and timely detection of deviations in the performance of the power supply system is one of the fundamental factors for the safety of vehicle operation.

Известно изобретение - система распределения электропитания, описанная в патенте №RU 2334335, от 16.05.2006 г., МПК H02J 1/00? которая содержит блок питания, подключенные к его выходным шинам коммутаторы цепей питания приборов и блок управления коммутаторами, дополнительные коммутаторы, подключенные к выходным шинам блока питания, которые через первый и второй резисторы с одинаковыми номиналами соединены с первым входом контрольно-измерительного прибора и корпусом («землей») изделия, а через третий и четвертый резисторы с одинаковыми номиналами - со вторым входом контрольно-измерительного прибора, имитатор сопротивления изоляции входами подключен к выходам дополнительных коммутаторов, а общей точкой подключен к корпусу («земле») изделия, при этом имитатор выполнен в виде дополнительных резисторов, первые выводы которых соединены с его входами, а вторые выводы соединены с его общей точкой.The invention is known - a power distribution system described in patent No. RU 2334335, dated May 16, 2006, IPC H02J 1/00? which contains a power supply, switches of device power circuits connected to its output buses and a switch control unit, additional switches connected to the output buses of the power supply, which are connected through the first and second resistors with the same ratings to the first input of the instrument and the housing (“ ground") of the product, and through the third and fourth resistors with the same ratings - with the second input of the control and measuring device, the insulation resistance simulator is connected by its inputs to the outputs of additional switches, and by a common point is connected to the body (“ground”) of the product, while the simulator is made in the form of additional resistors, the first terminals of which are connected to its inputs, and the second terminals are connected to its common point.

Недостатками представленного аналога является низкая эффективность защиты потребителей от короткого замыкания в нагрузке и отсутствие возможности детектирования явления электрической дуги.The disadvantages of the presented analogue are the low efficiency of protecting consumers from short circuits in the load and the inability to detect the phenomenon of an electric arc.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является устройство, описанное в патенте № CN 112564076, от 03.01.2020 г., МПК B64D 47/00 - «Схема распределения питания и коммутации сигналов, предназначенная для вертолета». Устройство содержит схему защиты и схему включения и распределения питания, а также источник питания, электрически соединенный с цепью включения и распределения питания системы через цепь защиты. Схема защиты содержит фильтр источника питания, ограничитель перенапряжения, схему защиты от перегрузки по току и схему защиты от реверса, которые соединены последовательно.The closest analogue, adopted as a prototype, is the device described in patent No. CN 112564076, dated 01/03/2020, IPC B64D 47/00 - “Power distribution and signal switching circuit intended for a helicopter.” The device contains a protection circuit and a power switching and distribution circuit, as well as a power source electrically connected to the system power switching and distribution circuit through a protection circuit. The protection circuit contains a power supply filter, an overvoltage suppressor, an overcurrent protection circuit and a reverse protection circuit, which are connected in series.

Недостатком прототипа является ограниченная способность контроля технического состояния потребителей при распределении электропитания.The disadvantage of the prototype is the limited ability to monitor the technical condition of consumers during power distribution.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение возможностей выявления перегрузки по току потребителей электроэнергии.The problem to be solved by this invention is to increase the ability to detect overcurrent of electricity consumers.

Технический результат заключается в повышении безопасности эксплуатации транспортных средств, за счет повышения контролепригодности и обеспечения контроля тока нагрузки.The technical result is to increase the safety of vehicle operation by increasing testability and ensuring load current control.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство распределения электропитания содержит два независимых канала коммутации, выполненных на базе объединительной платы, каждая из которых соединена со своим входным и выходным модулем защиты и фильтрации и содержащая узел питания модулей коммутации, соединенный с процессорным модулем и модулями коммутации и дискриминации, узел питания модуля процессора, соединенный с процессорным модулем и модулем приема дискретных сигналов, модуль приема дискретных сигналов, а также соединенные каналами последовательного интерфейса модуль процессора и N модулей коммутации и дискриминации, причем каждый модуль коммутации и дискриминации содержит вычислительный узел и электронный ключ, содержащий два термопредохранителя, для контроля тока нагрузки и управляемого разрыва коммутационной цепи.The specified technical result is achieved due to the fact that the power distribution device contains two independent switching channels made on the basis of a backplane, each of which is connected to its own input and output protection and filtering modules and contains a power supply unit for switching modules connected to the processor module and modules switching and discrimination, a power unit of the processor module connected to the processor module and a module for receiving discrete signals, a module for receiving discrete signals, as well as a processor module and N switching and discrimination modules connected by serial interface channels, each switching and discrimination module contains a computing unit and an electronic a key containing two thermal fuses for monitoring the load current and controlled breaking of the switching circuit.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства распределения электропитания, где:In fig. 1 shows a block diagram of a power distribution device, where:

1 - устройство распределения электропитания;1 - power distribution device;

2 - входной модуль защиты и фильтрации;2 - input protection and filtration module;

3 - объединительная плата;3 - backplane;

4 - узел питания модулей коммутации;4 - power supply unit for switching modules;

5 - узел питания модуля процессора;5 - power supply unit of the processor module;

6 - модуль приема дискретных сигналов;6 - module for receiving discrete signals;

7 - модуль процессора;7 - processor module;

8 - модуль коммутации и дискриминации;8 - switching and discrimination module;

9 - выходной модуль защиты и фильтрации;9 - output protection and filtration module;

10 - источники электропитания;10 - power supplies;

11 - бортовое оборудование потребителей.11 - on-board equipment of consumers.

Устройство распределения электропитания выполнено в виде моноблока и имеет два идентичных рабочих канала коммутации, при этом каждый канал коммутации содержит объединительную плату 3, каждая из которых соединена со своим входным модулем защиты и фильтрации 2 и выходным модулем защиты и фильтрации 9.The power distribution device is made in the form of a monoblock and has two identical working switching channels, with each switching channel containing a backplane 3, each of which is connected to its own input protection and filtering module 2 and output protection and filtering module 9.

На объединительной плате 3 расположены узел питания модулей коммутации 4, соединенный с процессорным модулем 7, посредством двунаправленного последовательного интерфейса передачи данных, и модулями коммутации и дискриминации 8, узел питания модуля процессора 5, соединенный с процессорным модулем 7, модулем приема дискретных сигналов 6, а также с узлом питания модуля процессора 5 второго канала, модуль приема дискретных сигналов 6, а также соединенные двумя каналами последовательного интерфейса модуль процессора 7 и N модулей коммутации и дискриминации 8.On the backplane 3 there is a power supply unit for switching modules 4, connected to the processor module 7, via a bidirectional serial data transfer interface, and switching and discrimination modules 8, a power unit for the processor module 5, connected to the processor module 7, a discrete signal receiving module 6, and also with the power supply unit of the processor module 5 of the second channel, the module for receiving discrete signals 6, as well as the processor module 7 and N switching and discrimination modules 8 connected by two serial interface channels.

Устройство распределения электропитания работает следующим образом.The power distribution device operates as follows.

Перед началом работы все коммутируемые каналы разомкнуты, входные шины электропитания от источников 10 в устройстве 1 подключены к узлу питания модулей коммутации 4 и узлу питания модуля процессора 5. После подачи напряжения на шинах электропитания от источников 10 на устройство 1, средствами встроенного контроля узла питания модулей коммутации 4 и узла питания модуля процессора 5 каждого канала коммутации проводится самодиагностика и в случае обнаружения неисправности, питающие напряжения для модулей коммутации 8 и модуля процессора 7 не выдаются. При этом, в случае исправности узла питания модуля процессора 5 соседнего канала, питание модуля процессора 7 осуществляется от узла питания модуля процессора 5 соседнего канала. Для контроля исправности второго канала модули процессора 7 каждого канала связаны между собой по последовательному интерфейсу.Before starting work, all switched channels are open, the input power buses from sources 10 in device 1 are connected to the power supply unit of switching modules 4 and the power unit of the processor module 5. After applying voltage on the power supply buses from sources 10 to device 1, by means of built-in control of the power supply unit of the modules switching 4 and the power supply unit of the processor module 5 of each switching channel are self-diagnosis and if a malfunction is detected, the supply voltages for the switching modules 8 and the processor module 7 are not issued. In this case, if the power supply unit of the processor module 5 of the adjacent channel is in good condition, the power supply of the processor module 7 is supplied from the power supply unit of the processor module 5 of the adjacent channel. To monitor the health of the second channel, the processor modules 7 of each channel are connected to each other via a serial interface.

При получении устройством распределения электропитания 1 команды от внешнего оборудования 11 на выдачу сигнала, входной модуль защиты и фильтрации 2, схемотехнически выполняет предварительную фильтрацию команды и защиту входов модуля процессора 7 от воздействия переходных процессов, вызванных молнией и HIRF, и транслирует ее в модуль процессора 7 или, при поступлении прямых команд управления, в модуль приема дискретных сигналов 6. Модулем процессора 7 проверяется возможность выдачи данной команды по отсутствию признака блокировки и в случае установления возможности выдачи посылает управляющую команду в модуль коммутации и дискриминации 8 на замыкание электронного ключа 14. При поступлении прямых команд управления модуль приема дискретных сигналов 6 посылает управляющую команду в модуль коммутации и дискриминации 8 на замыкание электронного ключа и по последовательному интерфейсу цифрового кода в модуль процессора 7. При замкнутом состоянии электронного ключа 14 модуля коммутации и дискриминации 8 электропитание через выходной модуль защиты и фильтрации 9 подается для запитки подключенных потребителей из состава бортового оборудования 11.When the power distribution device 1 receives a command from external equipment 11 to issue a signal, the input protection and filtering module 2 circuitry performs preliminary filtering of the command and protects the inputs of the processor module 7 from the effects of transients caused by lightning and HIRF, and transmits it to the processor module 7 or, upon receipt of direct control commands, to the discrete signal receiving module 6. The processor module 7 checks the possibility of issuing this command based on the absence of a blocking sign and, if it is possible to issue it, sends a control command to the switching and discrimination module 8 to close the electronic key 14. Upon receipt direct control commands, the module for receiving discrete signals 6 sends a control command to the switching and discrimination module 8 to close the electronic key and via the serial digital code interface to the processor module 7. When the electronic key 14 of the switching and discrimination module 8 is closed, power is supplied through the output protection and filtering module 9 is supplied to power connected consumers from the on-board equipment 11.

После открытия электронного ключа 14, модуль коммутации и дискриминации 8 осуществляет контроль текущего значения тока в нагрузке и времени его действия и при их превышении осуществляет разрыв цепи.After opening the electronic key 14, the switching and discrimination module 8 monitors the current value of the current in the load and its duration and, if they are exceeded, breaks the circuit.

На фиг. 2 представлена блок-схема модуля коммутации и дискриминации 8, где:In fig. 2 shows a block diagram of the switching and discrimination module 8, where:

8 - модуль коммутации и дискриминации8 - switching and discrimination module

12 - узел вычислительный;12 - computing node;

13 - узел измерения и дискриминации;13 - measurement and discrimination unit;

14 - электронный ключ;14 - electronic key;

15 - узел управления коммутацией;15 - switching control unit;

16 - узел управления теомопредохранителями.16 - control unit for thermal fuses.

Модуль коммутации и дискриминации 8 содержит узел вычислительный 12, выполненный на базе микроконтроллера и узел управления коммутацией 15, соединенный вместе с электронным ключом 14 и узлом измерения и дискриминации 13 с узлом управления термопредохранителями 16. Узел вычислительный 12 также соединен с узлом управления термопредохранителями 16.The switching and discrimination module 8 contains a computing unit 12, made on the basis of a microcontroller and a switching control unit 15, connected together with an electronic key 14 and a measurement and discrimination unit 13 with a thermal fuse control unit 16. The computing unit 12 is also connected to a thermal fuse control unit 16.

Для разрыва силовой цепи в случае отказа электронного ключа 14 в замкнутом состоянии, в его составе предусмотрены два последовательно включенных термопредохранителя.To break the power circuit in the event of failure of the electronic key 14 in the closed state, it contains two thermal fuses connected in series.

Контроль текущего значения тока в нагрузке и времени его действия модулем коммутации и дискриминации 8 осуществляется следующим образом.Monitoring of the current value of the current in the load and its duration by the switching and discrimination module 8 is carried out as follows.

После получения управляющей команды от модуля процессора 7 или команды прямого управления от модуля приема дискретных сигналов 6 на замыкание электронного ключа 14, узел вычислительный 12 формирует и передает в узел управления коммутацией 15 команду на замыкание электронного ключа 14, при этом значение показателя тока фиксируется двумя независимыми трактами измерения в узле измерения и дискриминации 13 и путем подачи напряжения, пропорционального значению тока в коммутируемой цепи, передаются на входы узла вычислительного 12. В случае отсутствия/невозможности контроля тока нагрузки, команда на включение электронного ключа 14 модулем процессора 7 не выдается.After receiving a control command from the processor module 7 or a direct control command from the discrete signal receiving module 6 to close the electronic key 14, the computing node 12 generates and transmits to the switching control node 15 a command to close the electronic key 14, while the value of the current indicator is fixed by two independent measurement paths in the measurement and discrimination node 13 and by applying a voltage proportional to the value of the current in the switched circuit are transmitted to the inputs of the computing node 12. In the absence/impossibility of controlling the load current, the command to turn on the electronic key 14 is not issued by the processor module 7.

В случае превышения током в нагрузке допустимой области значений, обозначенной на фиг. 3, узел вычислительный 12 формирует команды для узла управления коммутацией 15 на размыкание электронного ключа 14 и снимает запрет на нагрев термопредохранителя.If the current in the load exceeds the permissible range of values indicated in Fig. 3, the computing node 12 generates commands for the switching control node 15 to open the electronic key 14 and remove the ban on heating the thermal fuse.

В схеме коммутации электронного ключа 14 предусмотрены два термопредохранителя, которые разрушаются в случае отказа электронного ключа 14 в замкнутом состоянии. Для управления нагревом термопредохранителей в узле управления термопредохранителями 16 реализовано две схемы управления нагревом. При снятии исправности узла вычислительного 12 или отсутствии подтверждения команды на включение электронного ключа от узла вычислительного 12 включается нагрев первого термопредохранителя. При снятии команды на запрет разрушения от узла вычислительного 12 включается нагрев второго термопредохранителя. Разрушение термопредохранителей необратимо.The switching circuit of the electronic key 14 has two thermal fuses, which are destroyed if the electronic key 14 fails in the closed state. To control the heating of thermal fuses, two heating control circuits are implemented in the thermal fuse control unit 16. When the computing node 12 is faulty or the command to turn on the electronic key from the computing node 12 is not confirmed, the heating of the first thermal fuse is turned on. When the command to prohibit destruction is removed from the computing node 12, the heating of the second thermal fuse is turned on. The destruction of thermal fuses is irreversible.

При размыкании электронного ключа 14 по наличию перегрузки по току или короткому замыканию, повторная выдача команды управления возможна только после устранения причины перегрузки по току или короткого замыкания подачей модулем процессора 7 команды разблокировки.When the electronic key 14 is opened due to an overcurrent or short circuit, re-issuing a control command is possible only after eliminating the cause of the overcurrent or short circuit by issuing an unlock command by the processor module 7.

Таким образом, осуществляя контроль тока нагрузки с помощью модулей коммутации и дискриминации, а также наличием узла питания модулей коммутации и узла питания модулей процессора, обеспечивающих самоконтроль работоспособности, обеспечивается возможность коммутации электропитания потребителей с функцией защиты от перегрузки по току и короткого замыкания в нагрузке, тем самым повышая безопасность эксплуатации транспортных средств.Thus, by monitoring the load current using switching and discrimination modules, as well as the presence of a power supply unit for switching modules and a power unit for processor modules that provide self-monitoring of performance, it is possible to switch the power supply of consumers with the function of protection against overcurrent and short circuit in the load, thereby thereby increasing the safety of vehicle operation.

Claims

Устройство распределения электропитания, характеризующееся тем, что содержит два независимых канала коммутации, выполненных на базе объединительной платы, каждая из которых соединена со своим входным и выходным модулем защиты и фильтрации и содержит узел питания модулей коммутации, соединенный с процессорным модулем и модулями коммутации и дискриминации, узел питания модуля процессора, соединенный с процессорным модулем и модулем приема дискретных сигналов, модуль приема дискретных сигналов, а также соединенные каналами последовательного интерфейса модуль процессора и N модулей коммутации и дискриминации, причем каждый модуль коммутации и дискриминации содержит вычислительный узел и электронный ключ, содержащий два термопредохранителя, для контроля тока нагрузки и управляемого разрыва коммутационной цепи.A power distribution device, characterized in that it contains two independent switching channels made on the basis of a backplane, each of which is connected to its own input and output protection and filtering modules and contains a power supply unit for switching modules connected to a processor module and switching and discrimination modules, a processor module power supply unit connected to the processor module and a discrete signal receiving module, a discrete signal receiving module, as well as a processor module and N switching and discrimination modules connected by serial interface channels, each switching and discrimination module contains a computing node and an electronic key containing two thermal fuse, to control the load current and controlled break of the switching circuit.