Импульсный источник вторичного стабилизированного электропитания беспилотного летательного аппарата

Авторы патента:


 

Полезная модель относится к радиотехнике, а именно к импульсным источникам вторичного электропитания, например для усилителей мощности беспилотного летательного аппарата (БПЛА) и может быть использована в радиосвязи, радиолокации и других областях техники.

Сущность полезной модели заключается в том, что в импульсном источнике вторичного стабилизированного электропитания беспилотного летательного аппарата (БПЛА), содержащий ШИМ-контроллер с выпрямителем напряжения питания (ВНП) и фильтром напряжения питания (ФНП), силовой ключ (СК), изолирующий силовой трансформатор (ИСТ), состоящий из сердечника, первичной обмотки (ПО), вторичной обмотки (ВО) и первичной обмотки обратной связи (ПООС), выходной выпрямитель напряжения (ВВН), а также первичный фильтр входного напряжения (ПФВхН) и первичный фильтр выходного напряжения (ПФВыхН) в виде конденсаторов, в состав введены вторичный фильтр входного напряжения (ВФВхН) в виде двух параллельно установленных конденсаторов и двух одиночных дросселей между ними, установленных параллельно друг другу, вторичный фильтр выходного напряжения (ВФВыхН) в виде двух параллельно установленных конденсаторов и сдвоенного дросселя между ними, источник опорного напряжения (ИОН) и оптрон в виде светодиода (СД) и, находящегося с ним в оптическом контакте, фототранзистора (ФТ), двуханодный стабилитрон (ДАС) и многооборотный потенциометр (МОП), ПФВхН дополнительно снабжен вторым конденсатором, установленным параллельно первому и сдвоенным дросселем, установленным между первым и вторым конденсаторами, а выходной ПФВыхН - вторым конденсатором, установленным параллельно первому и одиночным дросселем, установленным между первым и вторым конденсаторами, ИСТ снабжен вторичной обмоткой обратной связи (ВООС) с изолирующим конденсатором (ИК), а в качестве ВВН применен диод Шоттки, при этом ко входам ПФВхН подключена бортовая сеть электропитания БПЛА, а к его выходам - входы ВФВхН, ко второму выходу которого подключен первый вход СК, а к первому выходу ВФВхН и выходу СК подключены, соответственно первый и второй входы ПО ИСТ, первый выход ВО ИСТ, через ВВН подключен к первому входу ПФВыхН, а второй выход ВО ИСТ - ко второму входу ПФВыхН, первый и второй выходы которого подключены ко входам ВФВыхН, а выходы последнего - к потребителям БПЛА, к выходу ВВН подключены первый выход ВООС, вход ДАС, вход МОП и вход СД оптрона, выход которого подключен к первому входу ИОН, ко второму входу ИОН подключены второй выход ВООС ИСТ через ИК и первый выход МОП, а ко второму выходу ПФВыхН подключены выход ДАС, второй выход МОП и выход ИОН, кроме того, выходы ПООБС ИСТ подключены ко входам ВНП, выходы которого подключены ко входам ФНП, третий выход последнего подключен ко входу ФТ оптрона, а его выход - к третьему входу ШИМ-контроллера, первый и второй выходы ФНП подключены, соответственно к первому и второму входам ШИМ-контроллера, а выход последнего подключен ко второму входу СК.

Технический результат заключается в повышении стабильности путем введения защиты от помех и уменьшения пульсации выходного напряжения электропитания потребителей в составе БПЛА.

Полезная модель относится к радиотехнике, а именно к импульсным источникам вторичного электропитания, например для усилителей мощности беспилотного летательного аппарата (БПЛА) и может быть использована в радиосвязи, радиолокации и других областях техники.

За прототип выбран стабилизированный импульсный источник вторичного электропитания питания по патенту РФ 2210851, 2001 г., МПК7 H02M 3/335, опубл. 20.08.2003 г.

Устройство-прототип содержит ШИМ-контроллер с выпрямителем напряжения питания и фильтром напряжения питания, транзистор (силовой ключ* - название в заявляемом устройстве), трансформатор (изолирующий силовой трансформатор*), выходной выпрямитель напряжения в виде диода, а также входной и выходной фильтры напряжения в виде конденсаторов.

Устройство-прототип позволяет стабилизировать выходное напряжение, но имеет недостатки:

- недостаточная защищенность бортовой сети (БС) БПЛА от электромагнитных помех, создаваемых импульсным источником вторичного стабилизированного электропитания (ИИВСЭП);

- недостаточная защищенность ИИВСЭП от синфазных помех, создаваемых питающей БС БПЛА;

- недостаточная защищенность потребителей (составных частей) БПЛА от помех, создаваемых ИИВСЭП;

- высокая пульсация выходного напряжения из-за невозможности полной компенсации изменений выходного напряжения при изменении нагрузки потребителей.

Решаемой задачей является повышение стабильности путем введения защиты от помех и уменьшения пульсации выходного напряжения электропитания потребителей в составе БПЛА.

Сущность полезной модели заключается в том, что в импульсном источнике вторичного стабилизированного электропитания беспилотного летательного аппарата (БПЛА), содержащий ШИМ-контроллер с выпрямителем напряжения питания (ВНП) и фильтром напряжения питания (ФНП), силовой ключ (СК), изолирующий силовой трансформатор (ИСТ), состоящий из сердечника, первичной обмотки (ПО), вторичной обмотки (ВО) и первичной обмотки обратной связи (ПООС), выходной выпрямитель напряжения (ВВН), а также первичный фильтр входного напряжения (ПФВхН) и первичный фильтр выходного напряжения (ПФВыхН) в виде конденсаторов, в состав введены вторичный фильтр входного напряжения (ВФВхН) в виде двух параллельно установленных конденсаторов и двух одиночных дросселей между ними, установленных параллельно друг другу, вторичный фильтр выходного напряжения (ВФВыхН) в виде двух параллельно установленных конденсаторов и сдвоенного дросселя между ними, источник опорного напряжения (ИОН) и оптрон в виде светодиода (СД) и, находящегося с ним в оптическом контакте, фототранзистора (ФТ), двуханодный стабилитрон (ДАС) и многооборотный потенциометр (МОП), ПФВхН дополнительно снабжен вторым конденсатором, установленным параллельно первому и сдвоенным дросселем, установленным между первым и вторым конденсаторами, а выходной ПФВыхН - вторым конденсатором, установленным параллельно первому и одиночным дросселем, установленным между первым и вторым конденсаторами, ИСТ снабжен вторичной обмоткой обратной связи (ВООС) с изолирующим конденсатором (ИК), а в качестве ВВН применен диод Шоттки, при этом ко входам ПФВхН подключена бортовая сеть электропитания БПЛА, а к его выходам - входы ВФВхН, ко второму выходу которого подключен первый вход СК, а к первому выходу ВФВхН и выходу СК подключены, соответственно первый и второй входы ПО ИСТ, первый выход ВО ИСТ, через ВВН подключен к первому входу ПФВыхН, а второй выход ВО ИСТ - ко второму входу ПФВыхН, первый и второй выходы которого подключены ко входам ВФВыхН, а выходы последнего - к потребителям БПЛА, к выходу ВВН подключены первый выход ВООС, вход ДАС, вход МОП и вход СД оптрона, выход которого подключен к первому входу ИОН, ко второму входу ИОН подключены второй выход ВООС ИСТ через ИК и первый выход МОП, а ко второму выходу ПФВыхН подключены выход ДАС, второй выход МОП и выход ИОН, кроме того, выходы ПООБС ИСТ подключены ко входам ВНП, выходы которого подключены ко входам ФНП, третий выход последнего подключен ко входу ФТ оптрона, а его выход - к третьему входу ШИМ-контроллера, первый и второй выходы ФНП подключены, соответственно к первому и второму входам ШИМ-контроллера, а выход последнего подключен ко второму входу СК.

Диод Шоттки - полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении, назван в честь немецкого физика Вальтера Шоттки. Диоды Шоттки используют переход металл-полупроводник в качестве барьера Шоттки (вместо p-n перехода, как у обычных диодов) и имеют большее быстродействие по сравнению с обычными диодами, применяются для уменьшения пульсации напряжения и повышения КПД.

ШИМ-контроллер - контроллер широтно-импульсной модуляции (Свободная энциклопедия Википедия).

Сущность полезной модели поясняется структурной схемой, где:

1 - первичный фильтр входного напряжения (ПФВхН);

2, 4, 6, 9, 20, 22, 24 и 26 - конденсаторы;

3 и 25 - сдвоенные дроссели (СД);

5 - вторичный фильтр входного напряжения (ВФВхН);

7, 8 и 21 - одиночные дроссели (ОД);

10 - силовой ключ (СК);

11 - изолирующий силовой трансформатор (ИСТ);

12 - первичная обмотка (ПО) ИСТ;

13 - вторичная обмотка (ВО) ИСТ;

14 - первичная обмотка обратной связи (ПООС) ИСТ;

15 - выпрямитель напряжения питания (ВНП);

16 - фильтр напряжения питания (ФНП);

17 - ШИМ-контроллер;

18 - выходной выпрямитель напряжения (ВВН);

19 - первичный фильтр выходного напряжения (ПФВыхН);

23 - вторичный фильтр выходного напряжения (ВФВыхН);

27 - вторичная обмотка обратной связи (ВООС) ИСТ;

28 - изолирующий конденсатор (ИК);

29 - оптрон;

30 - фототранзистор (ФТ);

31 - светодиод (СД);

32 - источник опорного напряжения (ИОН);

33 - двуханодный стабилитрон (ДАС);

34 - многооборотный потенциометр (МОП).

Заявляемый импульсный источник вторичного стабилизированного электропитания (ИИВСЭП) БПЛА работает следующим образом.

Электропитание от бортовой сети (БС, на схеме не показана) поступает на входы** (**) на схеме не обозначены) ПФВхН 1 и, соответственно на конденсатор 2, на СД 3 и далее на конденсатор 4, со входов** ПФВхН 1 напряжение поступает на входы** ВФВхН 5 и, соответственно на конденсатор 6, на ОД 7 и 8 и далее на конденсатор 9, при этом ПФВхН 1 обеспечивает защиту от синфазных помех, создаваемых питающей БС, посредством упомянутых СД 3 и конденсаторов 2 и 4 на его входе и выходе, а ВФВхН 5 - защиту БС БПЛА от электромагнитных помех, создаваемых ИИВСЭП посредством ОД 7 и 8 и конденсаторов 6 и 9 на их входах и выходах, со второго выхода ВФВхН 5 напряжение через первый вход и выход СК 10 поступает на второй вход ПО 12 ИСТ 11, а с первого выхода ВФВхН 5 - на первый вход ПО 12 ИСТ 11, при открытии СК 10 ток в ПО 12 линейно увеличивается, а в ВО 13 происходит накопление энергии, при закрытии СК 10 магнитный поток в сердечнике** ИСТ 11 уменьшается, что вызывает токи в ВО 13 и в ПООС 14, далее напряжение с первого выхода ВО 13 через ВВН 18, где производится выпрямление напряжения посредством диода Шоттки**, поступает на первый вход ПФВыхН 19 и, соответственно на конденсаторы 20 и 22, а со второго выхода ВО 13 - на второй вход ПФВыхН 19 и, соответственно на конденсатор 20, ОД 21 и конденсатор 22, с первого и второго выходов ПФВыхН 19 напряжение поступает на входы** ВФВыхН 23 и, соответственно на конденсатор 24, СД 25 и конденсатор 26, при этом ПФВыхН 19 и ВФВыхН 23 обеспечивают защиту потребителей БПЛА от электромагнитных помех, создаваемых самим ИИВСЭП, посредством ОД 21 и конденсаторов 20 и 22, и СД 25 и конденсаторов 24 и 26, с выхода ВВН 18 напряжение поступает на вход СД 31 оптрона 29, а с выхода СД 31 - на первый вход ИОН 32, где формируется стабильное опорное напряжение относительно выходов** ИИВСЭП (выходов** ВФВыхН 23), одновременно с выхода ВВН 18 напряжение поступает на вход ДАС 33, который осуществляет защиту от кратковременных превышений выходного напряжения на ВВН 18 в момент переходных процессов (включения или выключения питания источника), причем ДАС 33 рассчитан на напряжение пробоя несколько выше выходного напряжения, при превышении напряжения пробоя на ДАС 33, он открывается и через него протекает ток, тем самым не давая вырасти напряжению на выходе ВВН 18 выше чем напряжение пробоя ДАС 33, далее напряжение с выхода ВВН 18, а также со второго выхода ВООС 27 через ИК 28 и МОП 34, предназначенный для точной регулировки опорного напряжения и, соответственно, выходного напряжения ИИВСЭП, поступает на второй вход ИОН 32, предназначенного для уменьшения пульсаций напряжения, затем с выхода** ИОН 32 напряжение поступает на второй выход выходного ПФВыхН 19, причем при уменьшении (увеличении) напряжения на первом выходе ВВН 18, которое может быть вызвано изменением нагрузки потребителей (на схеме не показаны), ток, проходящий через СД 31 оптрона 29 уменьшается (увеличивается), при этом СД 31 светится менее (более) интенсивно, затем излучение (фотопоток) от СД 31 поступает на ФТ 30, при этом менее интенсивное излучение СД 31 вызывает не полное открытие ФТ 30, что уменьшает проходящий через него ток и напряжение на выходе, а более интенсивное излучение СД 31 - более полное открытие ФТ 30, что, соответственно, увеличивает проходящий через него ток и напряжение на выходе, затем, измененное интенсивностью излучения СД 31 напряжение с выхода** ФТ 30 поступает на третий управляющий вход ШИМ-контроллера 17, а с выхода последнего - на второй вход СК 10, напряжение с ПООС 14 ИСТ 11 поступает на входы** ВНП 15, где происходит выпрямление этого напряжения, с выходов** ВНП 15 напряжение поступает на входы ФНП 16, с первого и второго выходов которого напряжение поступает соответственно на первый и второй входы питания ШИМ-контроллера 17 (описание см. ниже), с третьего выхода ФНП 16 напряжение питания поступает на вход** ФТ 30 оптрона 29, при этом увеличение напряжения на выходе ВВН 18, и соответственно, на входе** ФТ 30, посредством излучения от СД 31, уменьшает ширину импульса на выходе** ШИМ-контроллера 17 и, соответственно, уменьшает энергию, передаваемую от бортовой сети БПЛА через ИИВСЭП потребителям БПЛА, а уменьшение напряжения на первом выходе ВВН 18, и соответственно, на входе** ФТ 30, посредством излучения от СД 31, увеличивает ширину импульса на выходе ШИМ-контроллера 17, и, соответственно, увеличивает энергию, передаваемую от бортовой сети БПЛА через ИИВСЭП потребителям (на схеме не показаны) БПЛА, причем дополнительное снижение пульсации выходного напряжения, т.е. компенсация его изменений (стабилизация) при изменении нагрузки потребителей, обеспечивается применением в качестве ВВН 18 диода Шоттки. После чего, окончательно стабилизированное вторичное напряжение питания с выходов ВФВыхН 23 поступает потребителям из состава БПЛА.

ШИМ-контроллер (контроллер широтно-импульсной модуляции) 17 представляет собой интегрированную микросхему для ИВЭП, которая преобразует ток на входе управления в рабочем цикле в ток на выходе с открытым стоком силового высоковольтного М08ЕЕТ транзистора (на схеме не показан), при увеличении (уменьшении) тока нагрузки ШИМ-контроллер 17 увеличивает (уменьшает) время открытого состояния силового ключа и компенсирует тем самым изменение вторичного напряжения на выходах ИИВСЭП.

Кроме того, ШИМ-контроллер 17 обеспечивает ограничение тока, компенсацию схемы петли управления, автоматический перезапуск и температурную защиту, а также плавный пуск в течение 5 мс, ограничение пиковых токов и напряжений во время запуска, уменьшает или устраняет выходные выбросы, использует высокую частоту коммутации (300 кГц), что позволяет использовать небольшие размеры трансформатора, и пропуск импульсов ШИМ работы при малой нагрузке, что минимизирует энергопотребление в режиме холостого хода (обычно входной ток <10 мА).

Технический результат от использования полезной модели и совокупность отличительных признаков для его достижения:

- повышение защищенности БС БПЛА от электромагнитных помех, создаваемых ИИВСЭП, введением ВФВхН;

- повышение защищенности ИИВСЭП от синфазных помех, создаваемых питающей БС БПЛА, снабжением ПФВхН дополнительным конденсатором и сдвоенным дросселем и установкой на его входе и выходе основного и дополнительного конденсаторов;

- повышение защищенности потребителей (составных частей) БПЛА от помех, создаваемых ИИВСЭП, введением ВФВыхН и снабжением ПФВыхН дополнительным конденсатором и одиночным дросселем и установкой на его входе и выходе основного и дополнительного конденсаторов;

- снижение пульсации выходного напряжения путем обеспечения полной компенсации изменений выходного напряжения при изменении нагрузки потребителей, введением ИОН, оптрона и ИК в цепи с ВООС и применением ДАС и МОП для ИОН а также применением в качестве выходного выпрямителя напряжения диода Шоттки.

Представленные описание и структурная схема заявляемого импульсного источника вторичного стабилизированного электропитания БПЛА позволяют, используя известные в приборостроении материалы, технологии и покупные радиоэлектронные изделия, изготовить его промышленным способом и использовать в радиосвязи, радиолокации и других областях техники, для питания различных устройств, например усилителя мощности БПЛА.

Импульсный источник вторичного стабилизированного электропитания беспилотного летательного аппарата (БПЛА), содержащий ШИМ-контроллер с выпрямителем напряжения питания (ВНП) и фильтром напряжения питания (ФНП), силовой ключ (СК), изолирующий силовой трансформатор (ИСТ), состоящий из сердечника, первичной обмотки (ПО), вторичной обмотки (ВО) и первичной обмотки обратной связи (ПООС), выходной выпрямитель напряжения (ВВН), а также первичный фильтр входного напряжения (ПФВхН) и первичный фильтр выходного напряжения (ПФВыхН) в виде конденсаторов, отличающийся тем, что в состав введены вторичный фильтр входного напряжения (ВФВхН) в виде двух параллельно установленных конденсаторов и двух одиночных дросселей между ними, установленных параллельно друг другу, вторичный фильтр выходного напряжения (ВФВыхН) в виде двух параллельно установленных конденсаторов и сдвоенного дросселя между ними, источник опорного напряжения (ИОН) и оптрон в виде светодиода (СД) и находящегося с ним в оптическом контакте, фототранзистора (ФТ), двуханодный стабилитрон (ДАС) и многооборотный потенциометр (МОП), ПФВхН дополнительно снабжен вторым конденсатором, установленным параллельно первому и СД, установленным между первым и вторым конденсаторами, а выходной ПФВыхН - вторым конденсатором, установленным параллельно первому и ОД, установленным между первым и вторым конденсаторами, ИСТ снабжен вторичной обмоткой обратной связи (ВООС) с изолирующим конденсатором (ИК), а в качестве ВВН применен диод Шоттки, при этом ко входам ПФВхН подключена бортовая сеть электропитания БПЛА, а к его выходам - входы ВФВхН, ко второму выходу которого подключен первый вход СК, а к первому выходу ВФВхН и выходу СК подключены соответственно первый и второй входы ПО ИСТ, первый выход ВО ИСТ, через ВВН подключен к первому входу ПФВыхН, а второй выход ВО ИСТ - ко второму входу ПФВыхН, первый и второй выходы которого подключены ко входам ВФВыхН, а выходы последнего - к потребителям БПЛА, к выходу ВВН подключены первый выход ВООС, вход ДАС, вход МОП и вход СД оптрона, выход которого подключен к первому входу ИОН, ко второму входу ИОН подключены второй выход ВООС ИСТ через ИК и первый выход МОП, а ко второму выходу ПФВыхН подключены выход ДАС, второй выход МОП и выход ИОН, кроме того, выходы ПООС ИСТ подключены ко входам ВНП, выходы которого подключены ко входам ФНП, третий выход последнего подключен ко входу ФТ оптрона, а его выход - к третьему входу ШИМ-контроллера, первый и второй выходы ФНП подключены соответственно к первому и второму входам ШИМ-контроллера, а выход последнего подключен ко второму входу СК.



 

Похожие патенты:
Наверх