Управляемый ключевой электронный коммутатор

Изобретение относится к электронной коммутационной технике применительно для обеспечения коммутации силовых энергетических цепей постоянного тока с защитой от перегрузки и использования их в качестве интерфейсных линий передачи информации. Технический результат заключается в повышении быстродействия защиты при недопустимых перегрузках по току, управляемого посредством создания коммутатора с дистанционным управлением, реализованного на полевом транзисторе с минимальным сопротивлением в открытом состоянии, используемого в качестве силового ключа, и обеспечении качества защиты за счет применения токового датчика и быстродействующей схемы защиты, работающей в режиме триггера по состоянию перегрузки, позволяющего удерживать ключ после возникновения перегрузки по току в отключенном состоянии до снятия управляющего сигнала и обеспечения повторного включения. 2 ил.

 

Изобретение относится к электронной коммутационной технике применительно к автоматике СУО ЛА и НК для обеспечения коммутации силовых энергетических цепей постоянного тока с защитой от перегрузки.

Для защиты силовых цепей от перегрузки по току широко применяются плавкие предохранители (ВП, ВПБ), предохранительные устройства защиты релейного типа (автоматы защиты типа АЗК, АЗРГК) и электронные предохранители с узким значением величины рабочего напряжения и пропускаемого тока.

Известно техническое решение, патент №2185016 RU «Устройство для коммутации и токовой защиты цепей постоянного тока».

Недостатком данного изобретения является то, что длительность включения-отключения занимает большое время на срабатывание (отключение) разрывных механических контактов (более 0,1 мс), которые приводят к отказу электронных полупроводниковых приборов в устройствах, т.к. имеют более высокие временные требования к перегрузке по току (не более 10 мкс).

В качестве прототипа выбрано техническое решение, а.с. № SU 1429099. Ключевой регулятор напряжения с защитой от перегрузки по току, содержащий силовой транзистор, силовой трансформатор, узел пропорционального токового управления с согласующим трансформатором, который имеет обмотку положительной обратной связи по току и последовательно соединенные выходную и вольтодобавочную обмотки, и узел защиты от перегрузок по току, состоящий из резисторного датчика тока, токоограничительного резистора, ключа, выполненного на комплементарной паре транзисторов, трех диодов, накопительного конденсатора и вспомогательной обмотки в составе силового трансформатора, первичная обмотка которого, переход коллектор - эмиттер силового транзистора и обмотка положительной обратной связи по току согласующего трансформатора включены последовательно между входными клеммами, база силового транзистора подключена к общему выводу выходной и вольтодобавочной обмоток согласующего трансформатора, выход ключа подключен через первый диод к другому выводу вольтодобавочной обмотки согласующего трансформатора и через резистор и второй диод - к одному из выводов накопительного конденсатора и третьего диода. Другие выводы, которые по отдельности подключены к вспомогательной обмотке силового трансформатора, причем указанный другой вывод накопительного конденсатора соединен с общим выводом ключа и выводов датчика тока, который другим выводом через токоограничительный резистор соединен с входом ключа.

Недостатком прототипа являются низкие токи коммутации, относительно невысокое быстродействие, обусловленное низкой частотой преобразования генератора на силовом транзисторе как источника радиопомех, отсутствие дистанционного контроля за работой устройства при включении/отключении и перегрузках по току с возможностью изменения порога при работе в цикле.

Технической задачей изобретения является обеспечение работы коммутационного устройства внешнего управления с высоким быстродействием защиты при недопустимых перегрузках по току.

Техническим результатом является создание коммутатора с дистанционным управлением на полевом транзисторе с минимальным сопротивлением в открытом состоянии, используемого в качестве силового ключа с обеспечением качества защиты за счет применения токового датчика и быстродействующей схемы защиты, работающей в режиме триггера по состоянию перегрузки, позволяющего удерживать транзисторный ключ после возникновения перегрузки по току в отключенном состоянии до снятия управляющего сигнала и обеспечения повторного включения.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый управляемый ключевой электронный коммутатор содержит:

пороговый усилитель на транзисторе VT1 с программно изменяемым измерительным резистором-шунтом R-ш, подключенным в цепи между базой и эмиттером порогового усилителя, где эмиттер транзистора и первый верхний вывод резистора-шунта R-ш являются входом устройства,

силовой ключ, организованный на транзисторе VT3, подключен истоком к выводу базы VT1 и второму выводу резистора - шунта R-ш порогового усилителя, затвор транзистора VT3 подключен к средней точке резистивного делителя R4, R5 и катоду диода VD1, верхний вывод резистора R1 подключен к верхнему уровню питания, выходом устройства является сток транзистора VT3,

узел начальной установки на транзисторе VT2, управляющий вход которого подключен к нижнему выводу выхода управляющей входной микросхемы D1, делителю C1, R1, R2 и базе транзистора VT1, где эмиттер транзистора VT1 подключен к нижнему уровню питающего напряжения, а коллектор - к нижнему выводу резистора R3 и верхнему выводу входа верхнего канала микросхемы D2. Крайние выводы делителя С1 и R2 подключены к цепям питающего напряжения,

высокочастотный триггер, организованный на микросхеме D2, в которой вывод входа верхнего канала подключен к нижнему выводу резистора R3 и коллектору транзистора VT2, нижний вывод входа верхнего канала подключен к верхнему выводу входа второго канала, а нижний вывод второго канала подключен к нижнему уровню питающего напряжения, выход верхнего вывода первого канала подключен к верхнему уровню питающего напряжения, нижний вывод выхода первого канала подключен к коллектору транзистора VT1, верхнему выводу резистора R3 и аноду диода VD1, оба вывода выходов второго канала подключены к входу внешней управляющей ЦВМ,

устройство управления, состоящее из управляющей входной микросхемы D1, нижний вывод выхода которой подключен к нижнему выводу резистора R5, а верхний вывод к нижнему уровню входного питания.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена функциональная схема заявляемого устройства, а на фиг. 2 - структурная схема.

Устройство содержит:

пороговый усилитель 1 на транзисторе VT1 с программно изменяемым измерительным резистором-шунтом R-ш, подключенным в цепи между базой и эмиттером порогового усилителя 1, где эмиттер транзистора и первый верхний вывод резистора-шунта R-ш являются входом устройства;

силовой ключ 2, организованный на полевом транзисторе VT3, подключен истоком к выводу базы VT1 и второму выводу резистора-шунта R-ш порогового усилителя 1, выходом устройства является сток транзистора VT3, затвор транзистора VT3 подключен к резистивному делителю R4, R5 и катоду диода VD1;

узел начальной установки 4, организованный на транзисторе VT2, эмиттер которого подключен к нижнему уровню питающего напряжения, а коллектор - к нижнему выводу резистора R3 и верхнему выводу входа микросхемы D2, управление которой осуществляется нижним выходным выводом управляющей входной микросхемы D1 посредством делителя С1, R1, R2, где нижний вывод делителя микросхемы D1 подключены к цепям питания низкого уровня, а верхний вывод конденсатора С1 к цепям питания верхнего уровня, нижний вывод конденсатора соединен с верхним выводом резистора R1;

триггер 5, организованный на микросхеме D2, в которой верхний вход верхнего канала подключен к нижнему выводу резистора R3 и коллектору транзистора VT2, нижний вывод верхнего канала подключен к верхнему выводу нижнего канала, а нижний вывод нижнего канала подключен к нижнему уровню питающего напряжения, при этом верхний вывод выхода верхнего канала подключен к верхнему уровню питающего напряжения, а нижний вывод выхода первого канала подключен к верхнему выводу резистора R3,

устройство управления 3, состоящее из управляющей входной микросхемы D1, нижний вывод которой подключен к нижнему выводу резистора R5, а верхний вывод D1 - к нижнему уровню питающей сети. Входы «Вкл из ЦВМ» и выходы «Вых в ЦВМ» подключены к внешнему управляющему устройству.

Устройство работает следующим образом.

На вход «Вход +27В» порогового усилителя 1 подается постоянное напряжение +27В, которое на выход «Выход +27В» силового ключа 2 может быть подано только при наличии сигнала разрешения по управляющему сигналу «Вкл из ЦВМ» и установкой выбранной величины R-ш порогового ограничителя (по необходимому току нагрузки величиной резистора-шунта).

До подачи разрешающего сигнала включения внешнего управления узел начальной установки (организованный на VT2) удерживает силовой транзистор в закрытом состоянии и в момент включения устанавливает триггер 5, организованный на микросхеме D2, в исходное, отключенное состояние выходных цепей за счет энергии цепи R1C1. После подачи разрешающего сигнала «Вкл из ЦВМ» через замкнутые выходные контакты управляющей входной микросхемы D1 транзистор VT2 узла начальной установки 4 запирается и включается питание резистивного делителя R4, R5 устройства управления 3, средняя точка которого и открывает силовой транзистор VT3. При этом и на выходе силового узла 2 и устройства в целом появляется напряжение «Выход+27 В» с допустимыми токами нагрузки и удерживается во включенном состоянии до снятия внешнего входного управляющего сигнала или момента превышения тока в нагрузке порогового усилителя 1. При возникновении превышающих токов в нагрузке порогового усилителя 1 и достижении на датчике тока порогового напряжения на резисторе R-ш приблизительно 0,7В и более открывается транзистор VT1 порогового усилителя 1. При этом достигается следующее условие:

U пор = I макс × R-ш ≈ 0,7 В,

где U пор - пороговое напряжение включения защиты;

R-ш - величина сопротивления резистора-шунта;

I макс - максимальный рабочий ток.

Величина максимального выходного рабочего тока определяется выражением:

I макс = 0,7 В / R-ш.

Открытый транзистор VT1 порогового устройства 1 своим током коллектора, проходящим через верхний и нижний входные контакты (входные диоды) микросхемы D2, замыкает выходные группы контактов триггера 5 и, посредством цепи обратной связи (резистора R3), записывает входные контакты микросхемы D2 триггера 5 и удерживает его в этом состоянии. В результате триггер 5 переводится в аварийное состояние перегрузки, при этом замкнутая нижняя группа выходных контактов триггера 5 формирует внешний сигнал «Вых в ЦВМ» для обработки и контроля. Одновременно триггер 5 в аварийном состоянии посредством закороченных выходов верхнего канала микросхемы D2 транслирует уровень верхнего питающего напряжения через диод VD1 на затвор транзистора VT3, шунтируя резистор R4 резистивного делителя R4, R5 устройства управления 3, и запирает этим транзистор VT3 силового ключа 2 до момента снятия сигнала управления «Вход из ЦВМ» на D1. Повторное включение устройства осуществляется снятием, а затем повторным формированием сигнала «Вкл из ЦВМ» на D1, с возможным изменением величины R-ш допустимого тока в нагрузке.

Управляемый ключевой электронный коммутатор, характеризующийся тем, что содержит: пороговый усилитель на транзисторе VT1 с программно изменяемым измерительным резистором-шунтом R-ш, подключенным в цепи между базой и эмиттером транзистора порогового усилителя, где эмиттер транзистора и первый верхний вывод резистора-шунта R-ш являются входом устройства; силовой ключ, организованный на полевом транзисторе VT3, подключенный истоком к выводу базы VT1 и второму выводу резистора-шунта R-ш порогового усилителя, причем выходом устройства является сток транзистора VT3, затвор транзистора VT3 подключен к резистивному делителю R4, R5 и катоду диода VD1, а средняя точка - к затвору управляющего силового транзистора VT3; узел начальной установки, состоящей из транзистора VT2 и делителя, организованного C1, R1, R2, управляющим входом которой является нижний вывод управляющей входной микросхемы D1, при этом эмиттер транзистора VT2 подключен к нижнему уровню питающего напряжения, а коллектор - к нижнему выводу резистора R3 и верхнему выводу входа верхнего канала микросхемы D2, а крайние выводы делителя С1 и R2 подключены к цепям питающего напряжения; триггер, организованный на микросхеме D2, в которой вход верхнего канала подключен к нижнему выводу резистора R3 и коллектору транзистора VT2, нижний вывод входа верхнего канала подключен к верхнему выводу входа второго канала, а нижний вывод входа второго канала подключен к нижнему уровню питающего напряжения, а выход верхнего вывода первого канала подключен к верхнему уровню питающего напряжения, нижний вывод выхода первого канала подключен к коллектору транзистора VT1, верхнему выводу резистора R3 и аноду диода VD1, оба вывода выходов второго канала подключены к входу внешней управляющей ЦВМ; и устройство управления, состоящее из управляющей входной микросхемы D1, нижний вывод выхода которой подключен к нижнему выводу резистора R5, а верхний вывод выхода - к нижнему уровню питающего напряжения.



 

Похожие патенты:

Cхемное устройство для емкостного детектора скрытых объектов относится к области. емкостных измерительных средств - детекторов.

Изобретение относится к цифровому интерфейсу связи. Интерфейсная схема обеспечивает связь устройства с проводной парой.

Использование: для защиты вторичных источников питания электронных коммутаторов от токовых перегрузок. Сущность изобретения заключается в том, что коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току содержит последовательно соединенные датчик тока, электронный ключ, блок нагрузки, а также управляющий транзистор, цепь отрицательной обратной связи по току ключа и цепь положительной обратной связи по падению напряжения на ключе, в цепь положительной обратной связи по падению напряжения на ключе дополнительно введен элемент задержки, предотвращающий ее срабатывание в течение заданного интервала времени.

Приводится выключатель для участка передачи постоянного тока высокого напряжения, содержащий вакуумный силовой выключатель (3) для отключения участка передачи и силовой выключатель (5) с газовой изоляцией для отключения участка передачи, причем силовой выключатель (5) с газовой изоляцией включен последовательно с вакуумным силовым выключателем (3).

Группа изобретений относится к переключающим устройствам. Технический результат - создание средств переключения, обеспечивающих то, что отдельные ветви оборудования распределения энергии надежно подключаются или отключаются.

Изобретение относится к коммутационной технике. Технический результат - обеспечение коммутации двунаправленных сигналов, повышение быстродействия и увеличение надежности.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть применено в коммутационных устройствах. Технический результат заключается в повышении надежности силового ключа.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах преобразования и распределения электроэнергии. Технический результат заключается в повышении надежности резервирования в системах бесперебойного питания с параллельной работой за счет сокращения до нуля времени резервирования.

Изобретение относится к реверсивным полупроводниковым коммутаторам, работающим на индуктивную нагрузку. Технический результат заключается в повышении надежности устройства и уменьшении расхода электрической энергии.

Изобретение относится к области коммутационных сред для вычислительных систем и может быть использовано как составная часть высокоскоростного последовательного мультиканального приемопередатчика.

Изобретение относится к области электроники. Технический результат заключается в снижении потерь и уменьшении размеров высокочастотного переключателя. Указанный технический результат достигается благодаря тому, что разработан высокочастотный переключатель, содержащий: каскодную схему переключения, включающую в себя по меньшей мере два транзистора (VT1, VT2), источник (U1) неизменяемого вспомогательного напряжения, источник (U2) управляющего сигнала и дополнительный транзистор (VT3), имеющий тип проводимости, противоположный типу проводимости транзисторов (VT1, VT2) каскодной схемы переключения, причем источник (U2) управляющего сигнала выполнен с возможностью подавать управляющий сигнал на управляющий вывод первого транзистора (VT1) каскодной схемы переключения и на управляющий вывод дополнительного транзистора (VT3) для того, чтобы одновременно осуществлять управление первым транзистором (VT1) каскодной схемы переключения и дополнительным транзистором (VT3), посредством этого осуществляя управление вторым транзистором (VT2) каскодной схемы переключения. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники. Технический результат - повышение функциональной плотности и уменьшение массогабаритных параметров устройства выдачи команд. В устройстве осуществляется гальваническая развязка коммутируемых сигналов от схемы управления и между собой, а также уменьшение количества адресов в системе, за счет введения дополнительной дешифрации. Устройство содержит регистр, первый и второй дешифраторы, первое и второе буферные устройства и матрицу, построенную из оптронов, каждый из которых содержит светодиод и ключ. 1 ил.

Изобретение относится к области обеспечения авторизованного доступа к управлению агрегатами автомобиля. Рукоятка переключения передач (3) в автомобиле содержит датчики магнитного поля (6, 7). Датчики магнитного поля (6, 7) определяют магнитное поле, порождаемое электрическим полем, которое подводится к сиденью (2) водителя (1) источником электрического поля (5). Достигается определение присутствия водителя (1) на сиденье водителя (2). 15 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к коммутационной технике и может быть использовано для подключения антенн к радиопередатчикам. Предложено сопряжение переключателя антенн с переключателем сигналов от датчиков тока, установленных в основаниях антенн, и использование сигналов от указанных датчиков для настройки антенно-согласующих устройств радиопередатчиков с целью повышения отдаваемой ими мощности в антенну. Технический результат, наблюдаемый при реализации заявленного решения, направлен на повышение мощности, отдаваемой широкополосным радиопередатчиком в антенну. 2 ил.

Изобретение относится к схеме защиты для полупроводникового переключающего элемента. Технический результат заключается в уменьшении риска выхода из строя полупроводникового переключающего элемента вследствие пробоя, вызванного перенапряжением. В схеме защиты для каждого из множества полупроводниковых переключающих элементов 50, соединенных последовательно, между коллектором и эмиттером полупроводникового переключающего элемента 50 подключается последовательная цепь, состоящая из лавинных элементов D1~D5, резистора R4 и лавинного элемента D6. Конденсатор С1 и резистор R1 соединяются параллельно между обоими выводами лавинного элемента D4, а конденсатор С2 и резистор R2 соединяются параллельно между обоими выводами лавинного элемента D5. Между общей точкой соединения резистора R4 и лавинного элемента D6 и затвором полупроводникового переключающего элемента 50 подключается последовательная цепь, состоящая из резистора R5, параллельной цепи, состоящей из конденсатора С3 и резистора R6, и последовательного компонента, включающего стабилитроны ZD1 и ZD2, соединенные в обратной полярности по отношению друг к другу. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для питания ускорителей, плазмотронов, лазеров и т.д. Технический результат - повышение надежности работы. Индуктивно-импульсный генератор содержит повышающий трансформатор, катушку индуктивности, имеющую от 1.1 до 2 раз большую индуктивность и от 1.1 до 2 раз большую добротность, чем индуктивность и добротность первичной обмотки повышающего трансформатора, первый источник постоянного тока, ветвь с последовательно включенными вторичной обмоткой импульсного трансформатора и с вентилем так, что плюсовой зажим первого источника постоянного тока подключен к аноду тиристора и к катоду вентиля, катод тиристора подключен к входным зажимам первичной обмотки повышающего трансформатора и катушки индуктивности, коммутатор, второй источник постоянного тока. 4 ил.

Изобретение относится к электронной коммутационной технике применительно для обеспечения коммутации силовых энергетических цепей постоянного тока с защитой от перегрузки и использования их в качестве интерфейсных линий передачи информации. Технический результат заключается в повышении быстродействия защиты при недопустимых перегрузках по току, управляемого посредством создания коммутатора с дистанционным управлением, реализованного на полевом транзисторе с минимальным сопротивлением в открытом состоянии, используемого в качестве силового ключа, и обеспечении качества защиты за счет применения токового датчика и быстродействующей схемы защиты, работающей в режиме триггера по состоянию перегрузки, позволяющего удерживать ключ после возникновения перегрузки по току в отключенном состоянии до снятия управляющего сигнала и обеспечения повторного включения. 2 ил.

Наверх