В лаборатории факультета электронной техники кафедры промышленной электроники разработчика ТУСУРа при участии руководителя клуба подводного плавания «Наяда-ТУСУР», спелео-дайвера, работают над созданием эффективного, сверх компактного, «умного» канистрового света. Параметры разработки превосходят аналоги в 5-10 раз, а некоторые решения разрабатываются впервые.
В ТУСУРе разрабатывают инновационное устройство для костюма дайвера при погружении в арктические воды / ©ic.pics.livejournal.com
Для работы под водой, в пещерах, на опасных техногенных объектах и в Арктике необходимы качественный мощный источник света и тепла. При этом предъявляются чрезвычайно высокие требования к надежности оборудования: от него напрямую зависит жизнь людей. В настоящий момент дайверами используется так называемый канистровый свет.
Внутри герметичной канистры, которая крепится на поясе, располагаются крупная аккумуляторная сборка, силовые преобразователи с параметрами нагрузки, зарядные платы, платы защиты и контроля. Осветитель соединяется гибким проводом с канистрой и крепится в удобном месте. Благодаря двум выходам возможен и электро-подогрев одежды, и свет: в ледяной воде и для Арктики актуально и то и другое.
Однако у существующих приборов есть ряд недостатков: невысокая мощность источника света, отсутствие дублирования источника энергии, небольшой диапазон рабочих температур, и при этом – высокая стоимость. У водолазов, спасателей, исследователей Арктики бывает необходимость проникнуть вдаль, вглубь объекта, на сотни метров на большую глубину в ледяной воде. Отказ электроники (света или подогрева) приведет к нештатной ситуации.
Совместная работа дайверов и разработчиков ТУСУРа помогла найти решение. В канистре возможно использовать первый канал как осветитель, второй — для электро-подогрева костюма человека в ледяной воде. В электронике и схемотехнике нет режимов, которые сразу отключат осветитель, либо подогрев в нештатной работе, так как это может привезти к гибели. Ученым удалось реализовать линейное плавное снижение тока нагрузки до допустимых пределов.
Команде, работающей над новым канистровым светом, удалось добиться яркости, равной мощности пяти автомобильных фар дальнего света с преобразователем в спичечном коробке с двойным независимым питанием. Его обеспечивает разработанный двухфазный синхронный преобразователь с мягкой коммутацией на частотах в 2МГц.
Он работает как источник тока на одну нагрузку и не допускает перетоков энергии при разном заряде двух отдельных аккумуляторных сборок (разное входное напряжение) без использования диодов. Например, если разрядится одна аккумуляторная сборка (подогрев), то свет продолжит работать.
Важно, что надежность прибора можно контролировать в режиме реального времени. Это достигается благодаря тому, что схема контроля, защиты, балансировки аккумуляторов собирает, записывает и передает по воздуху всю возможную информацию одновременно с каждого из 14 аккумуляторов как при заряде, так и рабочем разряде. Благодаря этому в режиме реального времени или после можно проанализировать как деградирует сборка, ее реальную емкость и время работы. Это также позволяет сделать погружения более безопасными.
Еще одна успешно решенная в ходе разработки задача – предотвращение замерзания аккумуляторов в условиях низких температур Арктики и подледных погружений. «Существующие аналоги необходимо держать в тепле до самого момента погружения, что не всегда возможно в реальных условиях. Были случаи, когда зимой собрали снаряжение и начинается спуск, но аккумуляторы успели в сумке промерзнуть и не работали», – рассказывает о важности этого элемента разработки руководитель клуба подводного плавания «Наяда-ТУСУР» Кирилл Бородин.
В канистровом свете, разработкой которого занимается команда ТУСУРа, замерзание аккумуляторов не допускается благодаря встроенному подогреву, доводящему внутренность канистры до 0 градусов. После включения света или обогрева аккумуляторы разогреваются, и внутри канистры с электроникой устанавливается температура, комфортная для всех элементов. Благодаря этому прибор сможет работать в широком диапазоне температур: от -40 до +60 градусов. Все параметры будут настраиваться, графики загружаться с обычного смартфона.
В настоящий момент созданы и исследованы математические модели силового преобразователя, на моделях отработаны режимы перегрузки, холостого хода, коммутации, защит. Разработаны печатные платы, проработан и промоделирован конструктив корпуса для работы на глубине до одного километра. Готов полный пакет конструкторской документации на прототип.
Результатом разработки станет сверх компактный, живучий, климатически защищенный, мощный осветитель на 240Вт/480Вт с честным двойным дублированием, самодиагностикой, встроенной платой заряда, балансира и защиты. Он будет востребован армией, МЧС, водолазами, дайверами, спелеологами и другими специалистами, которым приходится работать в экстремальных условиях.
