Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току



Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току

 


Владельцы патента RU 2542952:

Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" (RU)

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в источниках питания с защитой от перегрузки по току, преимущественно в системах управления космических аппаратов. Технический результат заключается в уменьшении массы и габаритов. Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току содержит электронный коммутатор с МОП структурой, который подает питание в блок нагрузки. Подключенный к общей точке коммутатора и блока нагрузки электронный ключ и релейный элемент с гистерезисом управляют с помощью первого и второго элементов И включением и выключением питания блока нагрузки. При наличии перегрузки по току осуществляется отключение питания от блока нагрузки. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в коммутируемых источниках питания с защитой от перегрузки по току, преимущественно в системах управления космических аппаратов.

Известен коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току [1], содержащий электронный ключ, первый и второй релейные элементы, датчик тока, триггер, блок нагрузки, операционный усилитель, задатчик напряжения, транзистор.

Недостаток известного устройства состоит в его сложности и в использовании датчика тока (шунта). При коммутации больших токов на шунте выделяется значительная мощность, что приводит к увеличению массы и габаритов коммутатора напряжения за счет установки металлического отводящего тепло от шунта элемента, рассчитанного на отвод тепла большой мощности.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току, описанный в [2]. Известный коммутатор напряжения содержит последовательно соединенные датчик тока, электронный коммутатор и блок нагрузки, а также релейный элемент, триггер.

Недостаток известного устройства состоит в том, что он использует датчик тока для реализации своей основной функции. При коммутации больших токов в цепях их протекания возникают значительные помехи. Для получения достоверного уровня срабатывания релейного элемента необходимо, чтобы уровень полезного сигнала превышал уровень сигнала помехи. Для этого требуется увеличивать омическое сопротивление датчика тока, а это приводит к значительному увеличению на нем рассеиваемой мощности и, как следствие, к увеличению массы и габаритов. Для достоверного срабатывания релейного элемента, выключающего коммутатор при возникновении тока перегрузки, величина полезного входного сигнала релейного элемента должна быть на уровне 100-300 мВ. Так при коммутации тока I H = 50   А и при сопротивлении датчика тока (шунта) r ш = 4  мОм тепловыделение шунта составит 10 Вт. Для отвода такого тепла от шунта требуется значительный по массе и габаритам металлический элемент, что увеличивает массу и габариты коммутатора напряжения.

Задача изобретения - снижение массы и габаритов коммутатора напряжения. Эта задача достигается тем, что коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току, содержит входную шину, первый элемент И, релейный элемент с гистерезисом, инверсный выход которого соединен с первым входом первого элемента И, и последовательно соединенные электронный коммутатор и блок нагрузки, при этом электронный коммутатор выполнен в виде электронного ключа с МОП структурой, а в коммутатор напряжения дополнительно введены второй элемент И и электронный ключ, сигнальный вход которого соединен с общей точкой блока нагрузки и электронного коммутатора, выход электронного ключа соединен с входом релейного элемента с гистерезисом, инверсный выход которого подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с входной шиной и вторым входом первого элемента И, выход второго элемента И соединен с входом управления электронного ключа, выход первого элемента И соединен с входом управления электронного коммутатора.

На фиг.1 приведена блок-схема коммутатора напряжения с защитой от перегрузки по току. На этой схеме: 1 - входная шина, 2 - первый элемент И, 3 - электронный коммутатор, 4 - блок нагрузки, 5 - второй элемент И, 6 - электронный ключ, 7 - релейный элемент с гистерезисом.

Входная шина 1 соединена с вторыми входами первого 2 и второго 5 элементов И, первые входы которых подключены к инверсному выходу релейного элемента с гистерезисом 7. Электронный коммутатор 3 и блок нагрузки 4 соединены последовательно, при этом их общая точка подключена к сигнальному входу электронного ключа 6, выход которого соединен с входом релейного элемента с гистерезисом 7. Выход первого элемента И 2 соединен с входом управления электронного коммутатора 3, выход второго элемента И 5 соединен с входом управления электронного ключа 6.

Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току работает следующим образом. В качестве электронного коммутатора 3 используется электронный ключ (транзистор) с МОП структурой. Особенностью такого элемента является возможность коммутировать большие токи, при этом при коммутации различных токов омическое сопротивление открытого элемента (транзистора) практически не зависит от величины тока и составляет незначительную величину (единицы мОм). В этом случае падение напряжения на открытом (включенном) элементе будет линейно зависеть от величины коммутируемого тока.

В общем случае падение напряжения U К на открытом электронном коммутаторе 3 можно представить в виде

U К = r К I Н           (1)

где I Н - коммутируемый ток нагрузки, r К - сопротивление электронного коммутатора 3 в открытом (включенном) состоянии.

Будем предполагать, что электронный коммутатор 3 находится в открытом (включенном) состоянии, если на его вход управления подается положительный сигнал U2 с выхода первого элемента И 2 (U2=1), и в закрытом (выключенном) состоянии, если U2=0. Считаем также, что в исходном состоянии сигнал на инверсном выходе релейного элемента с гистерезисом 7 U7=1. В этом случае при сигнале на входной шине 1 UВХ=1 электронный коммутатор 3 находится в открытом (включенном) состоянии, при UВХ =0 электронный коммутатор 3 находится в закрытом (выключенном) состоянии. Как следует из структурной схемы фиг.1 электронный ключ 6 функционирует синхронно с электронным коммутатором 3 (электронный ключ 6 открыт, если сигнал с выхода второго элемента И 5 U5=1, электронный ключ 6 закрыт, если сигнал U5=0, и его выходной сигнал U6=0).

Пусть уровень срабатывания релейного элемента с гистерезисом 7 выбран равным UП. Это означает, что при падении напряжения на коммутаторе 3 UК=UП произойдет срабатывание релейного элемента с гистерезисом 7 (гистерезис релейного элемента 7 выбран равным UП). Выходной сигнал релейного элемента 7 U7=0 и выходные сигналы первого 2 и второго 5 элементов И будут равны соответственно U2=0 и U5=0. Эти сигналы выключают электронный коммутатор 3 и электронный ключ 6. Электронный коммутатор 3 снимает напряжение с блока нагрузки 4.

Напряжение UП выбирается из условия заданного тока IН, при котором необходимо отключать напряжение с блока нагрузки 4, и известного сопротивления электронного коммутатора 3 rК в соответствии с (1). Если, например, rК=4 мОм и ток отключения IН =50 А, то UП выбирается равным 0,2 В. Если ток нагрузки IН превысит значение 50 А, то электронный коммутатор 3 отключит напряжение от блока нагрузки 4. При отключении питания от блока нагрузки выключается также и электронный ключ 6, который снимает входное напряжение с релейного элемента с гистерезисом 7 (U6=0), что позволяет релейному элементу 7 находиться в выключенном состоянии.

По сравнению с известным коммутатором напряжения [2] предлагаемое изобретение имеет меньшие массу и габариты за счет снятия требований по отводу тепла с датчика тока, который в предлагаемой схеме отсутствует. В известной схеме при использовании датчика тока с rш=4 мОм при токе 50А рассеивается мощность 10 Вт.

Для отвода тепла в 10 Вт требуется металлическая отводящая поверхность площадью 2 дм2. При допустимом перегреве на датчике тока в 30°C по сравнению с температурой окружающей среды потребуется теплоотвод с теплоотводящей поверхностью 100×200 мм. При использовании в качестве теплоотвода алюминиевой пластины толщиной 5 мм масса теплоотвода составит 250 г, что для одного коммутатора является значительной величиной. При использовании электронных коммутаторов в системах управления, например, космических аппаратов дополнительная масса является существенным недостатком.

Предлагаемая совокупность признаков в рассмотренных авторами решениях не встречалась для решения поставленной задачи и не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критериям "новизна" и "изобретательский уровень". В качестве элементов для реализации устройства могут быть использованы логические элементы И, например, серии 564, стандартные релейные элементы, электронные коммутаторы с МОП структурой, например, типа 2П7161 Б, электронные ключи серии 564.

Литература

1. Патент РФ №2258302, кл. H03K 17/08, 2005 г.

2. Патент РФ №2208291, кл. H03K 17/08, 2003 г.

Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току, содержащий входную шину, первый элемент И, релейный элемент с гистерезисом, инверсный выход которого соединен с первым входом первого элемента И, и последовательно соединенные электронный коммутатор и блок нагрузки, отличающийся тем, что электронный коммутатор выполнен в виде электронного ключа с МОП структурой, а, кроме того, в коммутатор напряжения дополнительно введены второй элемент И и электронный ключ, сигнальный вход которого соединен с общей точкой блока нагрузки и электронного коммутатора, выход электронного ключа соединен с входом релейного элемента с гистерезисом, инверсный выход которого подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с входной шиной и вторым входом первого элемента И, выход второго элемента И соединен с выходом управления электронного ключа, выход первого элемента И соединен с входом управления электронного коммутатора.



 

Похожие патенты:

Предлагаемое изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в коммутируемых источниках питания с защитой от перегрузки по току. Достигаемый технический результат - уменьшение времени срабатывания защиты при перегрузке по току и защиты нагрузки от выходного напряжения при его значениях ниже допустимых.

Изобретение относится к области формирования выходных сигналов высокочастотных КМОП микросхем и защиты выходов от электростатических разрядов. Техническим результатом является повышение быстродействия формирователя импульсов.

Использование: в области электротехники. Технический результат - уменьшение энергопотребления.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в увеличении реактивного импеданса устройства защиты на высоких частотах.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в источниках питания с защитой от перегрузки по току без использования датчика тока, преимущественно в системах управления космических аппаратов.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в источниках питания с защитой от перегрузки по току без использования датчика тока, преимущественно в системах управления космических аппаратов.

Изобретение относится к силовой электронике. Его использование в импульсных регуляторах и инверторах напряжения позволяет обеспечить технический результат - значительное снижение динамические потерь в силовых ключах схемы.

Изобретение относится к силовой электронике. Его использование в импульсных регуляторах и инверторах напряжения позволяет обеспечить значительное снижение динамических потерь в силовых ключах схемы.

Изобретение относится к электронике интегральных микросхем (ИС) и может быть использовано в составе радиоэлектронной аппаратуры наземного, морского и аэрокосмического базирования.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в разработке формирователя энергии с целью обеспечения мощного импульса тока (напряжения), способного уменьшить коммутационные всплески и резонансные колебания тока (напряжения) в нагрузке, повышении надежности работы ключей и других устройств, физически связанных с данным формирователем энергии, заданного ограничения импульса тока нагрузки.

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано в системах управления ракетоносителя, в системах управления разгонным блоком для контроля прохождения команд в коммутационных системах. Техническим результатом является повышение надежности работы коммутирующего устройства. Устройство содержит первый и второй КМДП-ключи, пороговый элемент, D-триггер, диод, токозадающий резистор, вторичный источник питания, развязывающий диод. 1 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных устройствах автоматики, в том числе в информационно-управляющих системах, в качестве силового транзисторного ключа с защитой от короткого замыкания. Технический результат заключается в повышении надежности работы транзисторного ключа. Технический результат достигается за счет того, что транзисторный ключ с защитой от короткого замыкания содержит нагрузку, полупроводниковый ключ, схему выключения полупроводникового ключа, элемент ИЛИ-НЕ, элемент ИЛИ, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой резисторы, n-p-n- и p-n-p-транзисторы, релейный элемент, задатчик порога срабатывания релейного элемента, диод, первую и вторую шины питания, общую шину. Схема выключения полупроводникового ключа содержит p-n-p- и n-p-n-транзисторы, первый, второй, третий и четвертый резисторы и инвертор. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу коммутации от работающего в диодном режиме биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT) (Т1) с обратной проводимостью на работающий в IGBT-режиме IGBT (Т2) с обратной проводимостью. Технический результат заключается в обеспечении наименьшей чувствительности к временам запаздывания с плохо установленными допусками за счет того, что работающий в диодном режиме первый IGBT (Т1) отключается, как только начинает протекать ток во втором IGBT (Т2), работающем в определенном режиме. Технический результат достигается за счет включения работающего в диодном режиме IGBT (Т1) по прошествии предопределенного временного интервала (ΔT1) после смены управляющего сигнала (S*T1) этого IGBT (Т1) на состояние выключения, после чего происходит включение работающего в IGBT-режиме IGBT (Т2) по прошествии предопределенного временного интервала (ΔТ3) после смены управляющего сигнала (S*T2) этого IGBT (Т2) на состояние включения, причем этот временной интервал (ΔТ3) существенно больше, чем временной интервал (ΔT1) работающего в диодном режиме IGBT (Т1), после чего происходит отключение работающего в диодном режиме IGBT (Т1), как только начинает протекать ток в работающем в IGBT-режиме IGBT (Т2) с обратной проводимостью. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к полупроводниковой промышленности, в частности к интегральным микросхемам, и может быть использовано для защиты выходов высокочастотных металлооксидных полупроводниковых (МОП) микросхем от электростатических разрядов. Техническим результатом является повышение быстродействия выходного каскада. Выходной каскад с устройством защиты от электростатических разрядов (ЭСР) дополнительно содержит два логических элемента ИЛИ-НЕ и И-НЕ, два выходных транзистора, два управляющих транзистора, причем один из них управляющий n-канальный транзистор истоком подключен к выходной шине, затвором - к шине земли, а стоком - к затвору выходного p-канального транзистора, в свою очередь, другой управляющий p-канальный транзистор истоком подключен к выходной шине, затвором - к шине питания, а стоком - к затвору выходного n-канального транзистора, а также затвор ключевого n-канального транзистора соединен с входом логического элемента И-НЕ, а затвор ключевого p-канального транзистора соединен с входом логического элемента ИЛИ-НЕ. 1 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение точности коммутации в условиях изменения температуры при снижении массы и габаритов коммутатора. Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току содержит элемент И, последовательно соединенные электронный коммутатор и блок нагрузки и дополнительно введенные генератор тока, терморезистор, задатчик тока, блок сравнения и блок определения фактического значения коммутируемого тока, включающий блок хранения заданных значений, сравнивающее устройство, блок умножения, сумматор и блок деления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электронной техники. Техническим результатом является повышение надежности, снижение потерь и улучшение динамических показателей, таких как уровень перенапряжения и интервал переходного процесса, при деструктивных воздействиях и в момент подключения светодиодов. Это достигается тем, что в излучающем устройстве, подключаемом к источнику электрической энергии, содержащем преобразователь электрической энергии, включающий выпрямитель с емкостным фильтром, стабилизатор напряжения, блок защиты с параллельным силовым ключом и катушкой индуктивности, соединенные последовательно, и параллельно-последовательные цепочки излучающих элементов, новым является то, что силовой ключ с катушкой индуктивности подключены последовательно ко всем светоизлучающим элементам, а алгоритм управления обеспечивает защиту устройства от всех деструктивных воздействий. Алгоритм управления силовым ключом заключается в том, что на интервале включения ограничивается максимальный коэффициент заполнения импульсов на уровне 0,5, а после выхода на установившийся режим работы сигнал управления формируется методом широтно-импульсной модуляции. 7 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в питающемся от сети электрическом двигателе электроинструмента. Техническим результатом является обеспечение двустороннего отсоединения от сети питающихся от нее электроинструментов и контроля эксплуатационной надежности выключателей. В каждом сетевом выводе (a, b) электродвигателя расположен выключатель (1, 3). Выключатели (1, 3) соединены с электронным блоком (4) управления посредством линий (20, 21) управления. Электронный блок (4) управления на соответствующем шаге управления приводит один из выключателей (1, 3) в проводящее состояние, запирая другой выключатель, регистрирует рабочий параметр электродвигателя (2), сравнивает его с заданным значением. При отклонении рабочего параметра от заданного значения электронный блок (4) управления распознает неисправность выключателей (1, 3). 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройствам электронной коммутации, а именно схемному устройству для переключения тока в зависимости от заданного сигнала переключения. Достигаемый технический результат - снижение потерь переключения в полупроводниковом силовом переключателе. При переключении тока (Ic) с помощью схемы (42) управления генерируется управляющее напряжение на управляющем входе (50) полупроводникового силового переключателя (44). Программируемое устройство (56) схемы (42) управления задает значение параметра переключения, при этом конкретное значение параметра переключения может изменяться во время работы схемы (42) управления. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 11 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение быстрых и надежных процессов переключения в комбинации с хорошим демпфированием перенапряжений. Устройство содержит два противоположно последовательно включенных гибридных переключателя (100), содержащих параллельное соединение неуправляемого зависимого от направления тока переключателя (12) и управляемого переключателя (18), причем внутренняя точка соединения между гибридными переключателями образует третий вывод. Два переключателя (100) с одним первым и одним вторым выводом могут вводиться в первый провод сети постоянного напряжения. Устройство содержит два поляризованных демпфирующих звена (200), которые выполнены с возможностью приема энергии только в одной полярности приложенного клеммного напряжения, причем первое подключено к первому выводу последовательно включенных гибридных переключателей и может соединяться с вторым проводом сети постоянного напряжения и/или потенциалом земли, а второе - ко второму выводу последовательно включенных переключателей (100) и может соединяться с вторым проводом сети постоянного напряжения и/или потенциалом земли. Устройство содержит также генератор (300) импульсов тока, который в ответ на команду управления формирует однополярный импульс тока, направляемый через третий вывод и поляризованные демпфирующие звенья (200), так что направление тока в одном из гибридных переключателей (100) может кратковременно реверсироваться. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 21 ил.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в схемном устройстве с полупроводниковым переключателем. Техническим результатом является создание устройства переключения, с помощью которого ток может переключаться и при относительно больших мощностях. Устройство имеет последовательное соединение (80) из по меньшей мере двух полупроводниковых переключателей (44, 78), из которых каждый через свой управляющий вход (50) соединен с соответствующей схемой (42, 82) управления. Режим переключения по меньшей мере одной схемы (42, 82) управления устанавливается посредством по меньшей мере одного цифрового параметра переключения. Значение параметра переключения (K1(1)*Uzk, K2(1)*Uzk, K1(n)*Uzk, K2(n)*Uzk) может изменяться, так что режим переключения может устанавливаться в процессе работы, то есть между двумя процессами переключения. 17 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх