Блок питания БПСМ-30В/15А
 

 

Содержание

1Назначение 2Некоторые конструктивные особенности 3Инвертор 4В СМИ

Назначение

Блок питания типа БПСМ-30В/15А предназначен для использования в качестве вторичного источника электропитания устройств железнодорожной автоматики взамен блоков БПС-30В/10А и БПС-80, а также для общепромышленного применения.
БПСМ имеет следующие настройки по назначению:

• — БПСМ-30В/15А-12 предназначен для эксплуатации в панелях питания электрической централизации, имеющих 12 аккумуляторов в составе резервной батареи, в качестве источника стабилизированного напряжения;
• — БПСМ-30В/15А-14 предназначен для эксплуатации в панелях питания электрической централизации, имеющих 14 аккумуляторов в составе резервной батареи, в качестве источника стабилизированного напряжения;
• — БПСМ-30В/15А-Т предназначен для эксплуатации в панелях питания электрической централизации в качестве источника стабилизированного тока.

Некоторые конструктивные особенности

Общий вид и габаритные размеры блока приведен на рис. 97.
Электропитание БПСМ осуществляется от однофазной цепи переменного тока напряжением 220 В ± 10 % частотой (50 ± 1) Гц с диапазоном допустимых рабочих значений напряжения от 160 до 260 В.
Блоки типа БПСМ-30В/15А-12 и БПСМ-30В/15А-14 работают в режиме стабилизации напряжения (режим СН). Значение и диапазон плавного регулирования выходного напряжения в режиме СН, при:
а) отсутствии внешних управляющих приведены в табл. 162.
б) при наличии внешнего сигнала дистанционного управления «включение повышенного напряжения», (12 ± 1 В), приведены в табл. 163;
в) при наличии внешнего сигнала дистанционного управления «включение пониженного напряжения», (12 ± 1)В, значения выходного напряжения (диапазон регулирования отсутствует) приведены в табл. 164.
Блоки БПСМ-30В/15А-12 и БПСМ-30В/15А-14 переходят в режим ограничения тока нагрузки при токе от 15 до 15,5 А. Блок допускает длительную работу в режиме ограничения тока, а при снижении выходного тока до значения менее (15,0^0,5) А автоматически переходит в режим стабилизации напряжения.
Суммарная нестабильность выходного напряжения блока в режиме СН, при изменении входного напряжения и тока нагрузки в допустимых пределах не более ± 1 %. Нестабильность выходного напряжения в режиме СН при изменении входного напряжения в допустимых пределах и токе нагрузки 0,05 А не более ± 0,5 %.
Величина пульсаций выходного напряжения блока от пика до пика в режиме СН при изменении входного напряжения и тока нагрузки в случае резистивной нагрузки — не более 150 мВ.
Для работы в режиме СН блок (кроме БПСМ-30В/15А-Т) имеет обратную связь (далее ОС) от нагрузки. При отсутствии ОС выходное напряжение на нагрузке не превышает 31 В для БПСМ-30В/15А-12, 36 В для БПСМ-30В/15А-14.
Блок типа БПСМ-30В/15А-Т работает в режиме стабилизации тока (режим СТ) и включается/выключается при подаче/снятии сигнала ДУ (дистанционное управление) напряжением (12 ± 1)В от внешнего источника постоянного тока на соответствующие контакты разъема. Значение стабилизированного выходного тока равно (10,0 ± 0,3) А.
Напряжение на выходе блока БПСМ-30В/15А-Т при увеличении сопротивления нагрузки не превышает 36,0 В.
Нестабильность выходного тока для блока БПСМ-30В/15А-Т при изменении входного напряжения в допустимых пределах не более ± 2 %.
Нестабильность выходного напряжения блоков БПСМ-30В/15А-12 (14) в режиме СН и нестабильность выходного тока БПСМ-30В/15А-Т в режиме СТ при изменении температуры окружающей среды в допустимых пределах не превышает ± 2 %.

Блок имеет электронные блокировки, обеспечивающие защиту нагрузки и пожаробезопасность блока, при которых происходит отключение блока и вырабатывается сигнал «авария источника питания» (далее АИП) высокого уровня, от:
— аварийного повышения напряжения до значения более: для БПСМ-30В/15А-12 — (34+0,5) В, для БПСМ-30В/15А-14 (Т) — (36+0,5) В. При этом гаснет индикатор РАБОТА НОРМ;
— повышения температуры на радиаторе внутри блока до значения более 110 °C ± 2 °C. При этом гаснет индикатор РАБОТА НОРМ;
— сигнал АИП вырабатывается также при отказе блока.
На лицевой панели блоков находится индикатор для отображения наличия напряжения на выходе блока.
На лицевой панели блоков находится индикатор для отображения наличия выходного тока блока.
Мощность, потребляемая блоком, не более 520 Вт для БПСМ-30В/15А-12 и 600 Вт для БПСМ-30В/15А-14 и БПСМ-30В/15А-Т. Коэффициент полезного действия при номинальном напряжении питания и токе нагрузки 15 А: не менее 88 %.
Переход от одной модификации блока к другой осуществляется путем перепрограммирования контроллера блока.

Охлаждение блока естественное (воздушная конвекция). Масса блока не более 3,8 кг.
БПСМ отличается от ранее выпускаемых блоков БПС-30В/10А и БПС-80 повышенной нагрузочной способностью — до 15А, повышенным КПД — порядка 91 %, применением современной элементной базы (радиоэлементы рассчитаны на работу при температуре +105 °С).
Электрическое сопротивление изоляции между гальванически изолированными группами цепей электрической схемы, объединенными вместе (согласно таблице 165) должно быть не менее:

• — в нормальных климатических условиях по ГОСТ 15150-69 — 200 МОм;
• — при воздействии повышенной рабочей температуры среды — 40 МОм;
• — при воздействии верхнего значения относительной влажности воздуха — 10 МОм.

Испытательное напряжение мегаомметра — 0,5 кВ.
Время выдержки при воздействии испытательного напряжения — 1 мин.
Допускаемая погрешность измерения сопротивления изоляции ± 10 %.
Электрическая изоляция между выводами электрической схемы, объединенными вместе (согласно таблице 165) должна выдерживать без пробоя и явлений разрядного характера (поверхностного перекрытия изоляции) испытательные напряжения (согласно таблице 166) переменного тока частотой 50 Гц от источника мощностью не менее 0,5 кВА в течение 1 мин в нормальных климатических условиях по ГОСТ 15150-69. Допускаемая погрешность измерения испытательного напряжения — ± 5 %.

Электрическая схема и перечень элементов

Электрическое сопротивление изоляции между гальванически изолированными группами цепей, указанных в табл. 165 не менее значений, указанных в табл. 166.
Средняя наработка на отказ блока То не менее 40 000ч.
Средний срок службы до списания блока Тсл.ср.сп. не менее 20 лет.
Функциональное назначение и обозначение контактов разъема ХР1 БПСМ приведены в табл. 167.
Структурная схема блока питания представлена на рис. 98 и является единой для всех блоков питания: БПСМ-30В/15А-12, БПСМ-30В/15А-14 и БПСМ-30В/15А-Т.
Назначение и состав основных функциональных узлов:

• А1 — плата силовая:
• А 1.1 — фильтр сетевой, предназначен для подавления кондуктивных синфазных помех от источника в сеть, из сети и сетевых импульсных перенапряжений.
• А 1.2 — корректор коэффициента мощности, состоящий из входного выпрямителя со сглаживающим конденсатором, повышающего преобразователя и накопительного конденсатора. Предназначен для улучшения гармонического состава потребляемого тока.
  
• А 1.3 — мостовой инвертор управляемый ШИМ контроллером с фазовым сдвигом. Преобразует постоянное напряжение 385 В в переменное напряжение, поступающее на первичную обмотку силового трансформатора.
• А 1.4 -синхронный выпрямитель с LC фильтром. Выпрямитель предназначен для преобразования переменного напряжения в импульсное напряжение одной полярности. Фильтр выходной — для получения сглаженного выходного напряжения.
• А 1.5 — выходной каскад. Содержит выходной защитный ключ, токовый шунт, выходной синфазный фильтр с синфазным дросселем снабженным дополнительными обмотками для получения отрицательной обратной связи по напряжению.
• А 1.6 — вспомогательный источник питания (ВИП), предназначен для получении вспомогательных напряжений, питающих различные функциональные узлы БПСМ.
• А2 — контроллер ККМ.
• А3 — ШИМ контроллер с фазовым сдвигом и микроконтроллерное устройство.
• А4 — вводное устройство. Предназначено для задания блоку необходимых параметров.
• А5 — устройство индикации. Это двухстрочный светодиодный дисплей предназначен для отображения различной информации во время регулировки блока и эксплуатации.

Фильтр сетевой. Фильтр сетевой состоит из синфазного дросселя L1, конденсаторов C10, С22 и 4-х конденсаторов С14, С15 и С20, С21, которые совместно с синфазным дросселем L1 образуют входной синфазный фильтр, предназначенный для подавления кондук-тивных высокочастотных синфазных помех от блока в сеть и от сети в блок, а также от высоковольтных импульсных перенапряжений за счет подключения к выходам фильтра варистора RU1 и разрядника F1.
Корректор коэффициента мощности (ККМ). Сетевое напряжение после фильтра сетевого поступает на выпрямительный мост VD7. На конденсаторе С26 выделяется однополупериодное напряжение частотой 100Гц и амплитудой 310В, при номинальном напряжения сети питания 220 В. С26 «убирает» из этого напряжения высокочастотную составляющую. ККМ преобразует переменное однополупериод-ное напряжение в постоянное напряжение 385 ± 5 В, являясь при этом предварительным стабилизатором напряжения для остальной части схемы и приближая огибающую среднего потребляемого тока к форме входного напряжения, увеличивая тем самым коэффициент мощности и улучшая гармонический состав потребляемого тока. Это напряжение подается на вспомогательный источник питания и через предохранитель FU2 на силовой инвертор, управляемый контроллером ШИМ с фазовым сдвигом.

Вспомогательный источник питания (ВИП). Представляет собой обратноходовый преобразователь, управляемый микросхемой (МС) DA5. ВИП вырабатывает следующие напряжения +15 V, +12 V, +3,3 V, -12 V, +15 V, +12 VK.
Контроллер ККМ. Предназначен для управления силовой частью ККМ. Выполнен в виде отдельного устройства, установленного на плате силовой. Основой является МС DA3 UC2854BDW с управлением по среднему току. Контроллер ККМ выполняет вспомогательные функции необходимые для работы блока. С помощью делителя R1^R5 и МС DA1-преобразователя напряжение-частота (ПНЧ) осуществляет контроль входного напряжения. Компаратор МС DA2 (выводы 8, 9, 14) дает разрешение на запуск таймера при достижении входным сетевым напряжением значения 95 ± 5 В и выключает его при снижении значения входного напряжения до 85 ± 5 В. Таймер реализован на МС DA2 (выводы 10, 11, 13), дает выдержку времени между срабатыванием компаратора и включением реле KV1 и контроллера ККМ. Таймер реализованный на МС DA2 (выводы 6, 7, 1) дает выдержку времени между началом работы ККМ и началом работы ШИМ контроллера, при условии что напряжение на выходе ККМ не ниже 340 В. Реализация проверки этого условия осуществлена на МС DA2 (выводы 4, 5, 2).

Контроллер ШИМ с фазовым сдвигом и микроконтроллерное устройство. Контроллер ШИМ с фазовым сдвигом реализован на МС DA20 UCC28950PW, который включает в себя схему управления синхронным выпрямителем. Время плавного старта задается величиной суммарной емкости конденсаторов С148, С149. На вход усилителей рассогласования (УР) МС DA16 (выводы 9, 10, 8) и DA16 (выводы 13, 12, 14) с выходов 12-ти разрядных ЦАП микроконтроллерного устройства поступают входные задающие сигналы, пропорциональные заданным напряжению UZ и току IZ, а также сигналы отрицательных обратных связей по напряжению +UOOC и току +IOOC. С помощью дифференциального приемника, реализованном на МС DA14 (выводы 13, 12, 14), формируется сигнал отрицательной обратной связи по напряжению, а так же осуществляется привязка его к местной «земле». При этом при напряжении +UOC равном 40,95 В на выводе 8 МС DA14 формируется сигнал +UOOC, равный 3 В. Для защиты выхода от перенапряжения при обрыве обратной связи, к цепи +UOC1 подсоединена цепь +U01 источника через диоды VD33, VD34 и резистор R185. При обрыве обратной связи диоды VD33, VD34 открываются и к инвертирующему входу дифференциального приемника подсоединяется выход +U01 источника, при этом напряжение на выходе блока увеличивается на двойное падение напряжения на диоде, компенсируя тем самым падение напряжения на защитном диоде на выходе блока, включенном последовательно с нагрузкой. Аналогично к сигналу -UOC1 подсоединен выход -U источника через диод VD32 и резистор R184. При обрыве обратной связи диод VD32 открывается и к неинвертирующему входу дифференциального приемника подсоединяется выход -U источника, при этом напряжение на выходе блока уменьшается на одинарное падение напряжения на диоде. Таким образом, при обрыве обоих цепей обратной связи напряжение на нагрузке остается близким к тому, что выдавал блок при целостности цепей обратной связи. Сигналы +I и -I снимаемые с измерительных шунтов RS1—RS5 поступают на дифференциальный приемник, реализованный на МС DA13 (выводы 2, 3, 6). При этом формируется сигнал отрицательной обратной связи по току, а так же осуществляется привязка его к местной «земле». При этом, при выходном токе 20,475А, напряжение сигнала отрицательной обратной связи по току, формируемое на эмиттере транзистора VT24, равно 3 В.
В зависимости от соотношения этих сигналов УР переходит либо в режим стабилизации по току, либо в режим стабилизации по напряжению. Принудительное выключение контроллера ШИМ осуществляется сигналом OFF_PWM, который поступает из контроллера ККМ.

Микроконтроллерное устройство (МКУ) осуществляет следующие функции:
1) Задание значения стабилизируемого напряжения осуществляется установкой уровня сигнала UZ с соответствующего выхода 12-и разрядного ЦАП микроконтроллерного устройства;
2) Задание значения стабилизируемого тока осуществляется установкой уровня сигнала IZ с соответствующего выхода 12-и разрядного ЦАП микроконтроллерного устройства;
3) Принимает входные команды, работает с задающим устройством, с индикаторным устройством, формирует внешний сигнал АИП в систему диагностики. Узел приема входных команд имеет гальванические развязки на оптронах V12, V13, V14, расположенных на плате силовой. VI2 принимает команду
— «повышенное напряжение U>», VI3 — «пониженное напряжение U<», V14 принимает команду ДУ — вкл./выкл. источника.
Узел имеет гальванически развязанный выход АИП (авария источника питания), на опто-реле KV2. При подсоединении к контакту А7 вилки ХР1 внешнего источника питания постоянного тока напряжением до 30 В через ограничительный резистор (ток коллектора фототранзистора не должен превышать 50 мА), узел вырабатывает сигнал АИП «высокого уровня».
— при аварии источника питания — сигнал АИП высокого уровня, (24 В) появляющийся при превышении допустимого значения любого из 2 параметров: 1)Т>, 2)U>;

Инвертор

Формирователь на трансформаторах TV1, TV2 осуществляет гальваническую развязку сигналов OUTA, OUTB, OUTC, OUTD управления мостовым преобразователем, управляющих транзисторами инвертора. Инвертор представляет собой мостовой преобразователь, управляемый методом фазового сдвига, преобразующий постоянное напряжение 385 В с выхода ККМ в прямоугольные импульсы разной полярности ± 385 В и подающий их на первичную обмотку силового трансформатора TV4.

Синхронный выпрямитель со сглаживающим LC фильтром, служит для получения однополярного выходного напряжения, a LC фильтр для сглаживания пульсаций выходного напряжения.
Выходной каскад состоит из выходного ключа, токового шунта, фильтра выходного. Выходной ключ служит для защиты системы питания от короткого замыкания в случае выхода из строя элементов синхронного выпрямителя. Токовый шунт служит для контроля выходного тока. Выходной синфазный фильтр служит для подавления кондуктивных высокочастотных синфазных помех от блока в нагрузку. Элементы фильтра — синфазный дроссель L8, конденсаторы С112, С113, С114, С116, С117, С119.
Вводное устройство представляет собой клавиатуру с четырьмя тактовыми кнопками. Служит для задания режимов работы блока, а также для задания режимов отображения информации.
Индикаторное устройство. Представляет собой двухстрочный светодиодный дисплей. Служит для отображения следующей информации во время регулировки и эксплуатации блока:

• 1) Выходное напряжение блока;
• 2) Выходной ток блока;
• 3) Индикаторное устройство служит также для ввода номера исполнения, калибровочных данных во время заводской настройки, а также других параметров.
• На плате силовой находятся светодиоды, индицирующие следующие состояния блока:
• 1) светодиод зеленого цвета HL8 — «СЕТЬ НОРМ», индицирует, что действующее значение напряжения сети находится в пределах 160^253 В. Светодиод медленно мигает (период Т = 1,2 с) — действующее значение напряжения сети <160 В. Светодиод быстро мигает (период Т = 0,64 с) — действующее значение напряжения сети >253 В. Управляется от МКУ.
• 2) светодиод зеленого цвета HL4 «РАБОТА НОРМ», индицирует нормальную работу блока. Управляется от МКУ.
• 3) светодиод красного цвета HL2 — «АВАРИЯ». Управляется от МКУ.
• Возникает в следующих случаях: а) ошибка инициализации периферии контроллера; б) авария выходного защитного ключа; в) перегрев выше 110 °C; г) напряжение на нагрузке выше 34+0,5 В для БПС-30В/10А-12 и 36+0,5 В для БПС-30В/10А-14(Т);
• 4) светодиод желтого цвета HL5 — «U>». Управляется от внешней команды «включение повышенного напряжения», поступает в МКУ.
• 5) светодиод желтого цвета HL6 — «U<». Управляется от внешней команды «включение пониженного напряжения», поступает в МКУ.
• 6) светодиод желтого цвета HL8 — «Стабилизация тока». Управляется от МС DA12 (выводы 6, 7, 1), поступает в МКУ.

На корпусе БПСМ устанавливается заводская табличка с нанесенными на нее данными об изделии:

• — товарный знак предприятия-изготовителя;
• — заводской номер;
• — год выпуска.

Блоки питания БПСМ-30В/15А изготавливаются c 2013 года ООО ЭТЗ «ГЭКСАР», г. Саратов.

В СМИ