BRPI0706653A2 - sistema de distribuição de energia modular e métodos - Google Patents

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Abstract

SISTEMA DE DISTRIBUIçãO DE ENERGIA MODULAR E MéTODOS. A presente invenção refere-se a um sistema de distribuição de energia modular que compreende um chassi; e uma placa principal que inclui uma entrada de energia, e uma pluralidade de localizações de conexão de módulo. Uma pluralidade de módulos está montada dentro do chassi, cada módulo montado em uma das localizações de conexão de módulo. Cada módulo inclui: (i) um diodo OR-ing; (ii) um dispositivo de proteção de circuito; (iii) um microprocessador que controla o dispositivo de proteção de circuito; e (iv) uma localização de conexão de saída de energia. Uma chave de opção de circuito está localizada sobre cada módulo para ajustar os limites de corrente para cada módulo. Um módulo de controle está provido conectado à placa principal.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DEDISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA MODULAR E MÉTODOS".
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção refere-se a um painel de distribuição deenergia com módulos de elementos de circuito.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
Os painéis de circuito elétrico tais como os painéis de distribui-ção de energia tipicamente incluem um número de diferentes elementos decircuito tais como os suportes de fusível e os fusíveis, os disjuntores, os co-nectores de entrada e saída e os LEDs de sinal de alarme. Por segurança eoutras razões, os circuitos elétricos de painéis de distribuição de energia es-tão fechados dentro de uma estrutura de alojamento. Portanto, os elementosde circuito acima listados tem sido tipicamente inseridos em furos que forampré-cortados ou pré-puncionados na estrutura de alojamento, usualmenteem um painel dianteiro ou traseiro da estrutura de alojamento.
Estes painéis de circuito anteriores são fixos e uma vez que osfuros são formados no alojamento, o tipo e a disposição dos componentessão limitados. De modo a fabricar diferentes painéis de circuito fixo dos sis-temas anteriores, um fabricante de painel de circuito puncionaria diferentespadrões de furos nos painéis dianteiros e traseiros da estrutura de alojamen-to de modo a acomodar as diferentes disposições de elementos de circuito.Um tempo e custo de reusinagem significativos estão envolvidos para ofere-cer diferentes painéis fixos. A montagem dos elementos de circuito é tam-bém difícil quando os elementos são inseridos através de furos. Uma solu-ção está descrita e mostrada na Patente U.S. Número 6.456.203.
Além disso, tais painéis tem fiações entre as conexões de entra-da e saída, e as localizações de fusíveis e/ou disjuntores. Em alguns painéis,conexões de energia redundantes estão providas, controladas por um diodoOR-ing que inclui um dissipador de calor. Estas características podem ocu-par um espaço significativo dentro do painel.
Existe uma necessidade continuada para painéis de distribuiçãode energia aperfeiçoados.SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Um sistema de distribuição de energia modular compreende umchassi; e uma placa principal que inclui uma entrada de energia, e uma plu-ralidade de localizações de conexão de módulo. Uma pluralidade de módu-Ios está montada dentro do chassi, cada módulo montado em uma das loca-lizações de conexão de módulo. Cada módulo inclui: (i) um diodo OR-ing; (ii)um dispositivo de proteção de circuito; (iii) um microprocessador que contro-la o dispositivo de proteção de circuito; e (iv) uma localização de conexão desaída de energia. Uma chave de opção de circuito está localizada sobre ca-da módulo para ajustar os limites de corrente para cada módulo. Um módulode controle de sistema está provido conectado à placa principal.
Um sistema de distribuição de energia modular compreende umchassi que tem uma frente aberta e um interior; e uma placa principal posi-cionada oposta à frente aberta, e que inclui uma entrada de energia, e umapluralidade de localizações de conexão de módulo. Uma pluralidade de mó-dulos está montada no interior do chassi, cada módulo montado em uma daslocalizações de conexão de módulo. Cada módulo inclui: (i) um conector tra-seiro; (ii) um corpo principal; (iii) um dispositivo de proteção de circuito; (iv)um painel dianteiro; e (v) uma localização de conexão de saída de energiasobre o painel dianteiro.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Figura 1 é uma vista lateral esquemática de uma modalidade deum painel de distribuição de energia, com um módulo parcialmente inseridono chassi.
Figura 2 é uma vista lateral esquemática de outra modalidade deum painel de distribuição de energia, com um módulo parcialmente inseridono chassi.
Figura 3 é uma vista de topo esquemática do painel de distribui-ção de energia da figura 1.
Figura 4 é uma vista de topo esquemática de uma modalidadealternativa do painel de distribuição de energia.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDASReferindo às figuras 1 e 2, sistemas de distribuição de energia10, 110 estão mostrados. Os sistemas de distribuição de energia 10, 110são projetos modulares que incluem um chassi 12 e módulos de circuito re-movíveis 14, 114. Cada módulo de circuito 14, 114 inclui disjuntor eletrônico16, 116 para proteção de circuito, e um conjunto de porta 18, 118 para emitira distribuição de energia.
O chassi 12 inclui um topo 34 e um fundo 36. Uma placa princi-pal 38, tal como uma placa de circuito impresso, provê a ínterconexão entreos módulos 14, 114 e o conector de entrada de energia 26. De preferência,um segundo conector de entrada de energia redundante 27 está provido (vi-de Figura 3).
Os módulos 14, 114 são recebidos dentro do chassi 12 atravésde uma abertura dianteira 20. Os módulos 14, 114 podem ser removidosatravés da abertura dianteira 20 conforme desejado para reparar, substituirou manter os módulos. Os módulos 14, 114 podem ser engatados ou de ou-tro modo presos no chassi 12, conforme desejado.
Os módulos 14, 114 são similares em muitos aspectos para dis-tribuir e monitorar a energia nos sistemas 10, 110. Os módulos 14, 114 cadaum inclui uma placa de circuito impresso 42 com um circuito para conectar aenergia de entrada com a energia de saída. Os módulos 14, 114 diferem nasdisposições para as saídas de energia nos conjuntos de porta 18, 118. Omódulo 10 inclui um único conector de saída de energia 72, tal como um co-nector de alta potência que inclui um conector DB9-2W2; enquanto que omódulo 110 inclui uma pluralidade de conectores de saída de energia 172separados, tais como conectores de potência mais baixa que incluem termi-nais de parafuso.
Os disjuntores eletrônicos 16, 116 fazem parte de módulos decircuito ativo 14, 114 para substituir os fusíveis e disjuntores discretos utili-zados nos painéis de distribuição de energia da técnica anterior. O usuáriofinal adiciona, remove, ou aprimora as portas no sistema de distribuição deenergia conforme requerido adicionando ou removendo os módulos de cir-cuito 14,114.Cada módulo de circuito 14, 114 pode ser utilizado como um dis-juntor de 1A, 2A, 10A, etc. pelo ajuste das chaves de opções de limite decorrente 22. Por exemplo, chaves DIP de 2 posições poderiam ser utilizadas.
Os painéis da técnica anterior com fusíveis e disjuntores discretos tem umúnico valor de desarme. Uma lógica de controle 24 que inclui um microcon-trolador 28 monitora a corrente de saída através de sensores de corrente 30,130. Se a corrente de saída exceder os limites ajustados pelas chaves deopção 22, o microcontrolador 28 desligará ("desarmará") um dispositivo dedisjuntor 32, o qual é de preferência um dispositivo de estado sólido. O limitede corrente ajustado pelas chaves de opção 22 pode também ser superadoatravés de uma interface dé software de um terminal remoto através de ummódulo de controle 40 (vide figuras 3 e 4). O microprocessador 28 está emrede com um processador externo através do módulo de controle 40. Se umdispositivo de disjuntor 32 for desarmado devido à detecção de uma condi-ção de sobrecorrente, o microcontrolador 28 periodicamente reabilitará odispositivo de disjuntor 32 para ver se a falha ainda existe. Isto pode eliminaruma visita de serviço se a sobrecorrente foi causada por uma condição tran-siente momentânea.
O microcontrolador 28 provê um controle sobre o dispositivo dedisjuntor 32. Isto elimina as desconexões causadas por transientes de fonteou de carga. O microcontrolador 28 pode também ajustar um ponto de de-sarme de disjuntor com base no monitoramento de carga ao longo do tempo.O microcontrolador 28 está também equipado com um arquivo de históricoque registra várias condições locais para os módulos de circuito 14, 114 in-dividuais. Estas informações estão acessíveis através do módulo de controle 40.
O microprocessador 28 pode incluir um algoritmo de controle dedesarme dependente de carga. Esta opção permite que o microprocessador28 ajuste o ponto de desarme de disjuntor para uma dada carga com baseem um algoritmo de aprendizado. O microprocessador 28 monitora a corren-te que sai ao longo do tempo (pode ser um período de tempo selecionávelpelo usuário). O microprocessador 28 está configurado para calcular umamargem de erro, então utilizar o novo valor para criar um valor de desarmepara cada módulo de circuito 14, 114. Por exemplo, um módulo de circuito14 é utilizado em um circuito de 30 A. No entanto, tipicamente o circuito so-mente consome uma carga de 27 A. O microprocessador 28 reconhece acarga de 27 A pelo monitoramento da carga de corrente ao longo do tempo,então adiciona uma margem de erro (por exemplo, 1% - 5%) para criar umvalor de desarme dependente de carga. Portanto, o circuito desarmará antesque 30 A nem seja consumido. Tal sistema impede uma sobrefusão, e equi-pamentos danificados.
Uma desconexão de baixa voltagem (LVD) está localizada nosmódulos de circuito 14, 114. As condições de subvoltagem são monitoradaspelo microcontrolador 28 com um sensor de subvoltagem 46. Se a voltagemcair abaixo do nível recomendado, o microcontrolador 28 desligará o disposi-tivo de disjuntor 32 para desconectar a carga. O mesmo processo ocorreráse uma condição de sobrevoltagem ocorrer. As condições de sobrevoltagemsão monitoradas pelo microcontrolador 28 com um sensor de sobrevoltagem 48.
Para suportar as aplicações redundantes (dupla alimentação), osdiodos OR-ing 54 estão localizados nos módulos de circuito 14, 114. Os pai-néis de distribuição de energia da técnica anterior que utilizavam os diodosOR-ring colocavam-nos nos circuitos de entrada os quais requeriam diodos edissipadores de calor muito grandes e criavam um único ponto de falha parao sistema. A disposição dos sistemas 10, 110 permite que o calor dissipadopelos diodos OR-ing 54 seja uniformemente distribuído no chassi 12 impe-dindo um ponto quente localizado. A disposição notada também reduz o ta-manho dos diodos e de seus respectivos dissipadores de calor, e elimina oponto único de falha comum nos painéis de distribuição de energia da técni-ca anterior. Os módulos de circuito 14, 114 podem também incluir um sensorde temperatura 50 para monitorar as condições de alta temperatura.
Um indicador de LED 62 sobre cada módulo de circuito 14, 114provê um status visual de voltagem de entrada e de saída, de corrente desaída, de temperatura, de condições de sobre / subvoltagem, e de desarmede disjuntor. Uma chave de reinicialização local 68 está também provida pa-ra reinicializar o dispositivo de disjuntor 32 após uma condição de desarmeter ocorrido.
No módulo de circuito 14, toda entrada e saída para o disjuntoreletrônico 16 é através de um conector de alta corrente 18 para impedir umcontato acidental pelo pessoal de serviço. O módulo de serviço 14 inclui umconector dianteiro 72, e um conector traseiro 76. O conector dianteiro 72 co-necta a um conector de cabo 82 e um cabo 86 para a energia de saída. Oconector traseiro 76 conecta no conector de placa principal de chassi 84 pa-ra emitir a energia para o módulo 14. O conector de alta energia tambémimpede as inversões de polaridade.
Os conectores dianteiros 172 do módulo de circuito 114 cada umconecta a um conector de saída de energia 182 e um cabo 186. O conectorde saída de energia 182 pode ser uma conexão de borne para parafuso parao conector dianteiro 172.
Os sistemas 10, 110 eliminam a fiação interna normalmente re-querida nos painéis de distribuição de energia da técnica anterior. Toda aenergia e a sinalização estão confinadas nas trilhas de PCB, planos, e bar-ras condutoras, o que aperfeiçoa a confiabilidade e reduz o custo de monta-gem. O chassi 12 é um componente passivo que pode ser reconfigurado emuma variedade de aplicações. Os sistemas 10, 110 também reduzem o nú-mero de conexões e a perda térmica associada com cada conexão.
Todos os módulos de circuito 14, 114 dentro do chassi 12 comu-nicam-se com o módulo de controle 40. O módulo de controle 40 provê a-cesso aos sistemas 10, 110 através de uma conexão serial ou de rede deIaptop para as informações de status e alarme. O módulo de controle 40também provê sinais de alarme externos comuns nas aplicações de Telco. Oacesso ao módulo de controle 40 é através de um conector dianteiro 56, ouatravés de um conector traseiro 58 na parte de trás da placa principal 38.
O chassi 12 na figura 3 tem os conectores de energia de entradatraseiros 26, 27, e os módulos de circuito 14 acessíveis pela frente. Umchassi modificado 112 no sistema 10' como mostrado na Figura 4 inclui osconectores de energia de entrada 126, 127 acessíveis pela frente.
Os módulos de circuito 14, 114 e o módulo de controle 40 podem ser providos com placas de face dianteiras 86 para proteger as caracte-rísticas de circuito internas. Furos de ventilação 88 podem ser adicionadosatravés das placas de face dianteiras 86, para permitir um fluxo de ar atravésdos sistemas 10, 10', 110 para o resfriamento dos componentes de sistema.
Os painéis acima notados incluem disposições modulares paraos circuitos individuais ou em grupo. Módulos adicionais podem ser acres-centados conforme os circuitos adicionais são acrescentados ao sistema.Pela utilização de OR-ings localizados, menores diodos e menores dissipa-dores de calor podem ser utilizados. Vantagens adicionais surgem dos com-ponentes localizados associados com cada módulo. Especificamente, comelementos de desconexão de baixa voltagem localizados, não existe neces-sidade de grandes contactores de desconexão de baixa voltagem associa-dos com um painel dedicado. Os indicadores LED locais mostram os indica-dores para cada módulo permitindo um diagnóstico aperfeiçoado.

Claims (17)

1. Sistema de distribuição de energia modular, que compreende:(a) um chassi;(b) uma placa principal, que inclui:(i) uma entrada de energia;(ii) uma pluralidade de localizações de conexão de módulo;(c) uma pluralidade de módulos montada dentro do chassi, cadamódulo montado em uma das localizações de conexão de módulo, cadamódulo incluindo:(i) um diodo OR-ing;(ii) um dispositivo de proteção de circuito;(iii) um microprocessador que controla o dispositivo de proteçãode circuito; e(iv) uma localização de conexão de saída de energia.
2. Sistema de distribuição de energia modular de acordo com areivindicação 1, ainda compreendendo uma chave de opção de circuito loca-lizada sobre cada módulo.
3. Sistema de distribuição de energia modular de acordo com areivindicação 1, ainda compreendendo uma entrada de energia redundanteconectada na placa principal.
4. Sistema de distribuição de energia modular de acordo com areivindicação 1, ainda compreendendo um módulo de controle montado den-tro do chassi.
5. Sistema de distribuição de energia modular de acordo com areivindicação 1, em que o dispositivo de proteção de circuito inclui um dispo-sitivo de disjuntor de estado sólido.
6. Sistema de distribuição de energia modular de acordo com areivindicação 1, em que cada módulo inclui:(a) um sensor de sobrevoltagem;(b) um sensor de subvoltagem; e(c) um sensor de temperatura.
7. Sistema de distribuição de energia modular de acordo com areivindicação 1, ainda compreendendo um dispositivo de controle de desar-me dependente de carga.
8. sistema de distribuição de energia modular, que compreende:(a) um chassi que tem uma frente aberta e um interior;(b) uma placa principal posicionada oposta à frente aberta, queinclui:(i) uma entrada de energia;(ii) uma pluralidade de localizações de conexão de módulo;(c) uma pluralidade de módulos montada no interior do chassi,cada módulo montado em uma das localizações de conexão de módulo, ca-da módulo incluindo:(i) um conector traseiro para conectar na placa principal e rece-ber a energia de entrada da entrada de energia;(ii) um corpo principal que inclui uma traseira e uma frente, o co-nector traseiro localizado na traseira do corpo principal;(iii) um dispositivo de proteção de circuito sobre o corpo principalconectado no conector traseiro;(iv) um painel dianteiro localizado na frente do corpo principal; e(v) uma localização de conexão de saída de energia localizadasobre o painel dianteiro conectada no dispositivo de proteção de circuito.
9. Sistema de distribuição de energia modular de acordo com areivindicação 8, ainda compreendendo um microprocessador que controla odispositivo de proteção de circuito e uma chave de opção de circuito locali-zada sobre cada módulo.
10. Sistema de distribuição de energia modular de acordo com areivindicação 8, ainda compreendendo uma entrada de energia redundanteconectada na placa principal.
11. Sistema de distribuição de energia modular de acordo com areivindicação 8, ainda compreendendo um módulo de controle montado den-tro do chassi.
12. Sistema de distribuição de energia modular de acordo com areivindicação 8, em que o dispositivo de proteção de circuito inclui um dispo-sitivo de disjuntor de estado sólido.
13. Sistema de distribuição de energia modular de acordo com areivindicação 8, em que cada módulo inclui:(a) um sensor de sobrevoltagem;(b) um sensor de subvoltagem; e(c) um sensor de temperatura.
14. Sistema de distribuição de energia modular de acordo com areivindicação 8, ainda compreendendo um dispositivo de controle de desar-me dependente de carga.
15. Sistema de distribuição de energia modular de acordo com areivindicação 8, em que a entrada de energia está localizada sobre uma su-perfície que faceia para trás da placa principal.
16. Sistema de distribuição de energia modular de acordo com areivindicação 8, em que a entrada de energia inclui um conector de energiade entrada acessível pela frente localizado adjacente à frente aberta.
17. Método para a montagem de um sistema de distribuição deenergia, que compreende:(a) prover um chassi que tem uma frente aberta, e uma placaprincipal traseira;(b) selecionar uma pluralidade de módulos;(c) montar cada módulo no chassi, em que:(i) cada módulo desliza para dentro de uma frente aberta dochassi;(ii) cada módulo conecta na placa principal para prover cadamódulo com energia de entrada;(iii) cada módulo inclui um dispositivo de proteção de circuito;(iv) cada módulo provê uma energia de saída ao longo de umpainel dianteiro de cada módulo, protegida pelo dispositivo de proteção decircuito de cada módulo.
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