Блок нагрузочный

Блок нагрузочный относится области радиоэлектронной аппаратуры и предназначен для проверки работоспособности модулей вторичных источников питания с возможностью отображения значений напряжения и тока по двум каналам, изменения полярности питания проверяемого модуля. Технический результат, заключающийся в сокращении времени контроля, отладки и испытаний, а также в расширении функциональных возможностей устройства путем проверки работоспособности модулей вторичных источников питания достигается тем, что в устройство, содержащее преобразователи напряжений и нагрузки, введены индикаторы токов и напряжений МВИП, индикаторы состояния нагрузок, кнопки управления, микроконтроллер, генератор, инвертор полярности, схема сопряжения и коммутатор нагрузок. 1 н.з. и 3 з.п. ф-лы, 2 илл.

Полезная модель относится к области радиоэлектронной аппаратуры, предназначена для проверки работоспособности модулей вторичных источников питания (далее - МВИП) и может найти применение в технологических средствах отладки и контроля источников питания.

Известно устройство для контроля и сигнализации о неисправностях по меньшей мере двух источников питания (см. патент РФ 687441, МПК 2 G05F 1/58, опубл. 25.09.1979 г. по заявке 2471935/24-07 от 28.03.1977 г. на изобретение «Устройство для контроля и сигнализации о неисправностях по меньшей мере двух вторичных источников питания», патентообладатель Киевский ордена Трудового Красного Знамени завод вычислительных и управляющих машин). Известное устройство содержит два датчика повышенного напряжения, два датчика пониженного напряжения, две суммирующие логические схемы И-НЕ, два блока индикации, исполнительный элемент, элемент памяти, источник электропитания, электронный узел блокировки, две клеммы, два контролируемых канала. В общем случае максимальное число каналов определяется числом входов логических схем блоков индикации и исполнительного элемента. Если же требуемое число контролируемых каналов будет больше числа входов логических схем И-НЕ блоков индикации и входов исполнительного элемента, устройство может быть выполнено по «древовидной схеме» с введением дополнительных логических элементов, что, в свою очередь, приведет к усложнению схемы и, как следствие, к усложнению конструкции устройства. Устройство работает в четырех режимах: в режиме «включения» устройства, в режиме «слежения», т.е. когда на выходе контролируемых вторичных источников питания (далее - ВИП) установлены номинальные напряжения, в режиме «аварий», когда выходное напряжение одного датчика и ВИП вышло за допустимый предел, и в режиме «хранения адреса» аварийного ВИП.

Признаки аналога, совпадающие с признаками заявляемого технического решения, следующие: два блока индикации.

Причинами, препятствующими достижению заявляемого технического результата, являются: сложность конструкции (схемного решения), отсутствие возможности подключения различных нагрузок к тестируемому источнику питания, отсутствие возможности изменения полярности питания тестируемого источника питания.

Известна система контроля источников питания (см. патент РФ 1262455, МПК 4 G05B 23/02, опубл. 07.10.1986 г. по заявке 3868164 от 15.03.1985 г. на изобретение «Система контроля источников питания», патентообладатель ПРЕДПРИЯТИЕ П/Я М-5343). Известное устройство содержит программатор, переключатель напряжений, регулятор тока нагрузки, магазин настроечных элементов, табло, регистратор результатов, три аналого-цифровых преобразователя, причем, программатор, в свою очередь, содержит управляющую вычислительную машину, устройство ввода, пульт оператора, устройство согласования, устройство выбора режима, узел дешифрации, регистры кодов управления, трансформатор, переключатель, оптотиристоры, узел управления переключателем, элементы НЕ-И. Система работает в двух режимах: «Контроль» и «Настройка». В режиме «Контроль» система обеспечивает автоматический контроль электрических параметров проверяемого источника питания, а именно: уровня выходного напряжения, пульсаций выходного напряжения, коэффициента стабилизации при изменении напряжения сети на +10%, коэффициента стабилизации при изменении тока нагрузки от 0 до максимума, работоспособности после короткого замыкания, порога срабатывания схемы защиты по току, порогов срабатывания схемы защиты по напряжению. В режиме «Настройка» система обеспечивает автоматический контроль тех же параметров и осуществляет дополнительные операции: автоматическую установку уровня выходного напряжения с помощью регулирующего элемента, автоматический подбор значений двух резисторов в схеме защиты по напряжению с выдачей значений подобранных резисторов на табло. Продолжительность одного цикла работы в режиме «Контроль» составляет 30 с, а продолжительность одного цикла работы в режиме «Настройка» - 70 с. Контроль системы осуществляется контролем заведомо исправного источника питания в обоих режимах работы.

Признаки аналога, совпадающие с признаками заявляемого технического решения, следующие: регулятор тока нагрузки, функции которого в заявляемом устройстве выполняют коммутатор нагрузок и нагрузки, первый и второй аналого-цифровые преобразователи (АЦП), функции которых в заявляемой полезной модели выполняют АЦП микроконтроллера (МК), устройство ввода, функции которого в заявляемом устройстве выполняют кнопки управления, пульт оператора, функции которого также выполняют кнопки управления, табло, функции которого выполняют индикаторы токов и напряжений модуля вторичного источника питания и индикаторы состояния нагрузок. Причинами, препятствующими достижению заявляемого технического результата, являются: сложность конструкции (схемного решения) из-за большого количества элементов, отсутствия возможности изменения полярности питания тестируемого источника питания, отсутствие возможности одновременного контроля двух каналов проверяемого источника питания.

Известно устройство контроля источника питания (см. авторское свидетельство СССР 1515117, МПК 4 G01R 19/165, опубл. 15.10.1989 г. по заявке 4258379 от 05.06.1987 г. на изобретение «Устройство контроля источника питания», патентообладатели Научно-производственное объединение «Казавтотранстехника», Институт повышения квалификации руководящих работников и специалистов автомобильной промышленности). Известное устройство содержит три компаратора, датчик тока нагрузки, два управляемых генератора, элемент ИЛИ, элемент И-НЕ и индикатор. Устройство позволяет при помощи одного светодиода контролировать три уровня напряжения (меньше, норма, больше) и два уровня тока (норма, больше).

Признаками аналога, совпадающими с признаками заявляемого технического решения, являются датчик тока нагрузки, функции которого может выполнять один из составляющих коммутатора нагрузок и индикатор.

Причинами, препятствующими достижению заявляемого технического результата, являются отсутствие возможности индикации токов и напряжений на выходах тестируемого изделия, отсутствие возможности подключения различных нагрузок к тестируемому источнику питания, отсутствие возможности изменения полярности питания тестируемого источника питания.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является устройство для контроля ВИП (см. патент РФ 2127015, МПК 6 Н02Н 3/24, G01R 19/165, опубл. 27.02.1999 г. по заявке 96124036/09 от 20.12.1996 г. на изобретение «Устройство для контроля вторичного источника питания», патентообладатель Открытое акционерное общество «Российские железные дороги»). Известное устройство содержит первый и второй источники питания, подключенные к шинам питающего напряжения, нагрузку, подключенную параллельно выходу второго источника питания, компаратор, вход которого соединен с входом первого источника питания, первый пороговый элемент, выход которого подключен к входу первого исполнительного блока, при этом компаратор запитывается от первого источника питания, последовательно соединенные элемент И, второй исполнительный блок и элемент ИЛИ, выход которого является выходом устройства, при этом выходы первого и второго источников питания подключены к входам соответственно первого и второго пороговых элементов, выход второго порогового элемента подключен к другому входу элемента И, а выход первого исполнительного блока подключен к первому входу элемента ИЛИ, при этом второй пороговый элемент и элемент И запитываются от первого источника питания, а первый пороговый элемент запитывается от второго источника питания.

Признаки ближайшего аналога, совпадающие с признаками заявляемого технического решения: первый и второй исполнительные блоки (их функции выполняет МК), нагрузка.

Причинами, препятствующими достижению заявляемого технического результата, являются: отсутствие возможности индикации токов и напряжений на выходах тестируемого изделия, отсутствие возможности изменения полярности питания тестируемого источника питания.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в повышении быстродействия и расширении функциональных возможностей устройства.

Технический результат, обеспечиваемый при реализации заявляемого технического решения, заключается в сокращении времени контроля, отладки и испытаний за счет одновременного контроля и индикации напряжений и токов по двум каналам проверяемого источника питания и расширении функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности инверсии полярности питания проверяемого изделия, и достигается тем, что в блок нагрузочный, содержащий преобразователи напряжений и нагрузки, введены: индикаторы токов и напряжений МВИП, индикаторы состояния нагрузок, микроконтроллер, генератор, инвертор полярности, схема сопряжения, коммутатор нагрузок, кнопки управления, причем индикаторы токов и напряжений МВИП и индикаторы состояния нагрузок своими входами, а кнопки управления своими выходами, соединены с первым и вторым выходами и первым входом МК, который соответственно своим вторым входом соединен с генератором, а третьим выходом - с инвертором полярности. Третий вход МК соединен с выходом линейного преобразователя напряжения. Линейный преобразователь напряжения своим входом соединен с выходом преобразователя напряжения, вход которого соединен с источником питания и вторым входом инвертора полярности, а так же с входом линейного преобразователя напряжения. Четвертый вход МК соединен с выходом линейного преобразователя напряжения и с первым входом схемы сопряжения, выход которой соединен с пятым входом МК. Четвертый выход МК соединен с первым входом коммутатора нагрузок, выходы которого соединены с входами нагрузок, выходы которых соединены с источниками питания и вторым и третьим входами схемы сопряжения.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен пример реализации блока нагрузочного на структурном уровне, на фиг.2 - пример реализации на уровне схемы электрической принципиальной, на которой выделены группы электрорадиоизделий (далее - ЭРИ) соответствующие узлам блока нагрузочного, представленным на фиг.1. На фиг.1 и фиг.2 приняты следующие обозначения: 1 - индикаторы токов и напряжений МВИП, 2 - индикаторы состояния нагрузок, 3 - кнопки управления, 4 - МК, 5 - генератор, 6 - инвертор полярности, 7 - второй преобразователь напряжения 7 В в 5 В, 8 - первый преобразователь напряжения 24 В в 7 В, 9 - третий преобразователь напряжения 7 В в 5 В, 10 - схема сопряжения, 11 - коммутатор нагрузок, 12 - нагрузки.

На фиг.1 и фиг.2 узлы и блоки устройства взаимосвязаны между собой следующим образом.

Индикаторы токов и напряжений МВИП 1 и индикаторы состояния нагрузок 2 своими входами, а кнопки управления 3 своими выходами, соединены с первым и вторым выходами и первым входом МК 4, который соответственно своим вторым входом соединен с генератором 5, а третьим выходом - с инвертором полярности 6. Третий вход МК 4 соединен с выходом линейного преобразователя напряжения 7. Линейный преобразователь напряжения 7 своим входом соединен с выходом импульсного преобразователя напряжения 8, вход которого соединен с источником питания и вторым входом инвертора полярности 6, а так же с входом линейного преобразователя напряжения 9. Четвертый вход МК 4 соединен с выходом линейного преобразователя напряжения 9 и с первым входом схемы сопряжения 10, выход которой соединен с пятым входом МК 4. Четвертый выход МК 4 соединен с входом коммутатора нагрузок 11, выходы которого соединены с входами нагрузок 12, выходы которых соединены с источниками питания и со вторым и третьим входами схемы сопряжения 10.

Устройство работает следующим образом.

Преобразователь 8 напряжения 24 В в 7 В импульсного типа, выполненный на базе микросхемы DA4 типа LM2675M-ADJ/NOPB (см. фиг.2), обеспечивает преобразование первичного напряжения питания 24 В в промежуточное значение 7 В, поступающее на второй и третий преобразователи напряжения 7 В в 5 В, например, линейного типа. Линейные преобразователи 7, 9 напряжения 7 В в 5 В, выполненные на базе микросхем преобразование промежуточного напряжения 7 В в напряжения 5 В, необходимые для питания внутренних схем блока нагрузочного. Одно из напряжений используется для питания цифровых схем, а второе - для аналоговых схем блока нагрузочного. Инвертор полярности 6 выполнен на базе реле К1 типа О-1462037-9 (см. фиг.2) и предназначен для реализации функции формирования инверсного напряжения питания тестируемого МВИП и управляется МК 4. Нагрузки 12 включают в себя набор резисторов (R11, R12, R16, R17, R19-R24) различного номинала, например, 2,7 Ом (R11, R16, R19, R21), 100 Ом (R17, R22), 300 Ом (R12, R20, R24) и 3,9 Ом (R23) (см. фиг.2 позиция 12), которые могут поочередно подключаться к выходам тестируемого МВИП с помощью коммутатора нагрузок 11, образуя при этом 4 нагрузки из расчета по 2 нагрузки на каждый из двух каналов и обеспечивая токи нагрузки от 0 до 1 А. Коммутатор нагрузок 11 включает в себя набор полевых транзисторов VT4-VT7 типа IRF7413A и VT8-VT9 типа IRL3705N (см. фиг.2) и управляется МК 4 (см. выше). Схема сопряжения 10 выполнена на базе микросхемы DA5 типа AD8608AR (см. фиг.2) и предназначена для согласования уровней выходных напряжений тестируемого МВИП с диапазоном входного сигнала аналого-цифрового преобразователя МК 4. Индикаторы токов и напряжений МВИП 1 включают в себя набор транзисторов VT11-VT18 типа IRLML6402 и VT19-VT30 типа IRLML2402 (см. фиг.2), выполнены на основе встроенных семисегментных светодиодных индикаторов типа SA05-11SRWA. Индикаторы токов и напряжений МВИП 1 и состояния нагрузок 2 предназначены для визуального отображения значений токов и напряжений на выходах тестируемого МВИП. Индикаторы состояния нагрузок 2 выполнены на одиночных светодиодах VD3-VD11 типа L934ID и предназначены для визуального контроля нагрузки, подключаемой к выходу тестируемого МВИП. Кнопки управления 3 выполнены на кнопках типа TS-A4PS-130 (см. фиг.2), предназначены для формирования команд подключений различных нагрузок к выходам тестируемого МВИП и команды формирования инверсии полярности. Генератор 5 выполнен на основе микросхемы DD1 типа SG-8002JF4M-PHM (см. фиг.2), предназначен для формирования тактовых импульсов, необходимых для работы МК 4. МК 4 выполнен на основе микросхемы DD2 типа MB90F497GPFM (см. фиг.2), предназначен для хранения и выполнения управляющей программы. МК 4 обеспечивает сбор информации от кнопок управления 3, вычисление значений выходных токов и напряжений МВИП, отображение информации на индикаторах 1 и 2, управление схемами коммутатора нагрузок 11 и инвертором полярности 6.

К входам питания 5 В и 9 В подключается МВИП, который подлежит проверке.

Первый выход МК4 предназначен для формирования сигналов управления индикаторов токов и напряжения МВИП 1. Второй выход МК 4 предназначен для формирования сигналов управления индикаторов состояния нагрузок 2. Первый вход МК 4 предназначен для ввода сигналов состояния кнопок управления 3. Второй вход МК 4 предназначен для подключения сигнала генератора 5. Четвертый выход МК 4 5V-1, 5V-2, 9V-1, 9V-2 предназначен для формирования сигналов управления коммутатора нагрузок 11 на затворы транзисторов VT4, VT5, VT6, VT7 соответственно (фиг.2, поз.11.1), первый выход коммутатора нагрузок 11 предназначен для переключения нагрузок 12 в канале 5 В, второй выход коммутатора нагрузок 11 (9V_VIP) предназначен для переключения нагрузок 12 в канале 9 В (см. фиг.2 поз.11.2), первый вход нагрузок 12 (5V_1) предназначен для подключения/отключения сопротивлений нагрузок 12 к цепи канала 5 В (с выходом транзистора VT4 на цепь резисторов R21 и R16 и с выходом VT5 на резисторы R17 и R22), второй вход нагрузок 12 (9V_1) предназначен для подключения/отключения сопротивления нагрузок 12 к цепи канала 9 В, третий вход нагрузок 12 (9V_VIP) предназначен для подключения выхода 9 В тестируемого МВИП (9V в 9V_VIP), четвертый вход нагрузок 12 (5V_VIP) предназначен для подключения выхода 5 В тестируемого МВИП (5V в 5V_VIP). Пятый вход МК 4 предназначен для ввода аналоговых сигналов, поступающих с выходов схемы сопряжения 10, первый вход схемы сопряжения 10 предназначен для подключения питания 5 В, необходимого для питания элементов схемы сопряжения 10, второй вход схемы сопряжения 10 предназначен для ввода напряжений и токов от нагрузок канала 9 В, третий вход схемы сопряжения 10 предназначен для ввода напряжений и токов от нагрузок канала 5 В. Третий вход МК 4 предназначен для подключения питания 5 В цифровой части микроконтроллера 4. Четвертый вход предназначен для подключения питания встроенного АЦП МК4. Третий выход МК 4 предназначен для формирования сигнала управления инвертора полярности 6, вход инвертора полярности 6 предназначен для подключения внешнего источника питания (18-30В), выход инвертора полярности 6 предназначен для подачи напряжения питания на проверяемый МВИП.

1. Блок нагрузочный, содержащий преобразователи напряжений и нагрузки, отличающийся тем, что в него введены индикаторы токов и напряжений модуля вторичного источника питания, индикаторы состояния нагрузок, кнопки управления, микроконтроллер, генератор, инвертор полярности, схема сопряжения, коммутатор нагрузок, причем индикаторы токов и напряжений и индикаторы состояния нагрузок своими входами, а кнопки управления своими выходами соединены с первым и вторым выходами и первым входом микроконтроллера, который своим вторым входом соединен с генератором, а третьим выходом - с инвертором полярности, вход которого соединен с шиной питания и входом первого преобразователя напряжения, выход которого соединен с входами второго и третьего преобразователей напряжения, причем выходы второго и третьего преобразователей напряжений соединены соответственно с третьим и четвертым входами микроконтроллера, выход третьего преобразователя напряжения соединен с входом схемы сопряжения, два входа которой соединены с выходами тестируемого изделия, а выход соединен с входом микроконтроллера, выход которого соединен с входом коммутатора нагрузок, выходы которого соединены с входами нагрузок.

2. Блок нагрузочный по п.1, отличающийся тем, что в качестве первого преобразователя напряжения использован импульсный преобразователь напряжения из 24 В в 7 В.

3. Блок нагрузочный по п.1, отличающийся тем, что в качестве второго и третьего преобразователей напряжения использованы линейные преобразователи напряжения из 7 В в 5 В.

4. Блок нагрузочный по п.1, отличающийся тем, что в качестве генератора использован тактовый генератор.