Устройство защиты от импульсных коммутационных перенапряжений

Изобретение предназначено для повышения надежности работы бортовой радиоэлектронной аппаратуры путем защиты ее от импульсных коммутационных перенапряжений (ИКП) большой энергии, возникающих в сетях электроснабжения постоянного тока из-за переходных процессов при нормальных и аварийных коммутациях потребителей. Технический результат заключается в обеспечении непрерывного питания защищаемого потребителя при возникновении ИКП. Устройство защиты содержит высоковольтный электронный ключ на IGBT-модуле, работающий во время воздействия ИКП в режиме понижающего релейного стабилизатора напряжения, при этом энергия мощных помех частично передается на выходной фильтр устройства и используется для питания потребителя. Устройство отключает потребителя при длительном превышении напряжения питающей сети выше установленного значения, а также защищает сеть от перегрузок по току в момент включения потребителя и при аварийных замыканиях. 3 ил.

 

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для защиты радиоэлектронной аппаратуры от импульсных коммутационных перенапряжений (ИКП) большой энергии, возникающих в сетях питания постоянного тока из-за переходных процессов при нормальных и аварийных коммутациях потребителей.

Известен коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току [1], содержащий электронный ключ и датчик тока с элементами управления, отключающий потребителя от сети питания при наличии перегрузки по току как в переходном, так и в установившемся режимах.

Наиболее близким по технической сущности является устройство защиты радиоэлектронной аппаратуры от импульсных перенапряжений [2], содержащее коммутатор на быстродействующих запираемых тиристорах с дросселями на входе и выходе, отключающий потребителя от сети питания на время воздействия ИКП, при этом энергия мощной помехи гасилась специальной разрядной цепью.

Недостатком известных устройств является перебой в системе питания потребителя.

Целью настоящего изобретения является обеспечение непрерывности питания защищаемого потребителя при возникновении ИКП и уменьшение массогабаритных характеристик устройства защиты.

Указанная цель достигается установкой в цепь питания потребителя мощного высоковольтного электронного ключа на IGBT-модуле, работающего при возникновении ИКП в режиме понижающего релейного стабилизатора напряжения, при этом энергия мощной помехи частично передается на выходной фильтр устройства защиты и используется для питания потребителя.

Устройство (фиг.1) состоит из силового ключа 1 на IGBT-модуле с разрядным диодом, датчика тока Холла 2, выходного LC-фильтра 3. Работой силового ключа управляет устройство управления модулем (УУМ) 4, на входы которого поступают сигналы с датчика тока 2 и с устройства контроля напряжения (УКН) 5.

Устройство работает следующим образом. После подачи входного напряжения U_вх выходит на режим "служебный источник питания" и в момент времени t₀ (фиг.2), когда все питающие напряжения достигнут номинального значения, замыкается силовой ключ, через дроссель выходного фильтра начинает протекать ток нагрузки и ток заряда конденсаторов выходного фильтра. Выходное напряжение датчика тока, поступающее на УУМ, пропорционально текущему значению тока дросселя. При достижении тока заданного уровня I_{L макс} срабатывает компаратор в УУМ и силовой ключ выключается, после чего ток дросселя начинает линейно спадать и при уменьшении до порога отпускания компаратора I_{L мин} ключ снова замыкается. Процесс повторяется периодически до полного заряда конденсаторов выходного фильтра. Амплитуда импульсов тока коллектора силового модуля равна амплитуде импульсов тока дросселя, поскольку ток дросселя - это сумма токов коллектора и разрядного диода. Таким образом, ток коллектора силового модуля не превышает заданного значения при включении устройства, при воздействии ИКП и при аварийных замыканиях в цепи потребителя.

При номинальном значении напряжения бортовой сети силовой ключ открыт и со входа на выход устройства защиты протекает постоянный ток I_н, определяемый сопротивлением нагрузки.

Возникающее в системе электроснабжения перенапряжение П_имп накладывается на напряжение питающей сети U_{вх. ном} и суммируется с ним. При этом возрастает ток дросселя (момент t₀ на фиг.3) и устройство переходит в режим работы релейного стабилизатора. На временном интервале t₀-t₁ силовой ключ периодически открывается и передает часть энергии помехи в выходной фильтр и в нагрузку. К концу интервала выходное напряжение U_вых достигает своего максимального значения U_{вых. макс}, которое не превышает допускаемого перенапряжения на входе потребителя, и компаратор, входящий в состав УКН, останавливает работу релейного стабилизатора. На временном интервале t₁-t₂ силовой ключ закрыт, конденсатор выходного фильтра разряжается через сопротивление нагрузки. В момент времени t₂, когда ток нагрузки снизится до своего номинального значения, силовой ключ открывается и устройство переходит в дежурный режим. УКН также отключает потребителя при длительном аварийном превышении напряжения питающей сети выше заданного значения.

Тип используемого силового модуля определяет нагрузочную способность устройства защиты, ее быстродействие и накладывает ограничение на выбор рабочей частоты релейного стабилизатора, которая зависит от параметров выходного LC-фильтра и влияет на массогабаритные характеристики устройства в целом.

Таким образом, предложенное устройство позволяет обеспечить непрерывность питания потребителя, защищает его от перенапряжений, а сеть - от перегрузок по току. При этом энергия мощных помех не рассеивается в тепло, а используется для питания потребителя.

Литература

1. Патент РФ 2208291, 7 Н03К 17/08. Коммутатор напряжения с защитой по току. Леденев Г.Я., Федосов А.А. БИПМ. 2003, №19.

2. Большанин В.П., Козлов К.В., Жаркова С.В. Способ защиты РЭА от импульсных перенапряжений. // Системы автономного электроснабжения и электромеханические устройства: Сб. науч. трудов НПО "Полюс". / Под ред. П.В.Голубева и А.И.Чернышева. Томск, 1992. - Т.1. Аппаратура управления и преобразования энергии. - С.163-166.

Устройство защиты радиоэлектронной аппаратуры от импульсных коммутационных перенапряжений, содержащее в цепи питания защищаемого потребителя последовательно соединенные мощный высоковольтный электронный ключ и датчик тока, отличающееся тем, что в него дополнительно введены выходной LC-фильтр, а также соединенное с ключом устройство управления, один вход которого подключен к выходу датчика тока, а второй - к выходу устройства контроля напряжения, входы которого соединены соответственно со входом и выходом устройства защиты.