BRPI1105402A2

BRPI1105402A2 - Circuito de comutação e método de teste de um circuito de comutação

Info

Publication number: BRPI1105402A2
Application number: BRPI1105402-6A
Authority: BR
Inventors: Peter Michael Tyler; John Oliver Collins
Original assignee: Ge Aviation Systems Limited
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2019-03-26
Also published as: CN102608526A; GB201021453D0; JP2012147655A; GB2486493B; GB2486493A; FR2969427B1; JP6018377B2; CA2762475C; DE102011056541A1; CA2762475A1; FR2969427A1; CN102608526B; DE102011056541B4

Abstract

circuito de comutação para conexao a uma carga e a uma fonte de tensão, método de teste de um circuito de comutação e circuito de comutação.é descrito um circuito de comutação (1) para conexão a uma carga e a uma fonte de tensão (2) que compreende um ou mais dispositivos de comutação (6, 7, ..., n) para ligar e desligar a potência em relação à carga, em que o dispositivo de pulldown (4) coloca a carga em curto-circuito isolando-a assim da fonte de tensão, e um controlador (3) é operável enquanto a fonte é isolada da carga para ativar pelo menos um dos dispositivos de comutação em um momento, sendo que uma corrente atravessa o ou cada dispositivo de comutação ativado e é mensurável para testar se o ou cada dispositivo de comutação ativado está operando corretamente.

Description

Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se a circuitos de comutação e métodos de teste dos mesmos.

Antecedentes da Invenção [002] Frequentemente, os circuitos de comutação incluem diversos dispositivos de comutação conectados em paralelo um com o outro através dos quais a capacidade de corrente do circuito de comutação é a soma das capacidades de cada dispositivo de comutação. Isso é particularmente útil para aplicações nas quais a potência exigida pela carga excede a capacidade de um único dispositivo de comutação. Um exemplo de tais circuitos de comutação é encontrado em sistemas de distribuição de potência de aeronaves, nos quais, por exemplo, 8 dispositivos de comutação de estado sólido podem ser fornecidos em paralelo. Geralmente, os dispositivos de comutação podem falhar abertos ou fechados. Cada dispositivo de comutação tem um acionador que pode ser a causa da falha. Se um ou mais dentre os dispositivos de comutação falhar abertos, os outros podem atuar como comutadores reservas, mas podem ser potencialmente submetidos à sobrecarga de corrente. Se um ou mais dentre os dispositivos de comutação falhar fechado, não seria possível desligar o circuito de comutação e seria prontamente aparente que ocorreu tal falha. Se falhar aberto, a falha pode ser indetectável. Os dispositivos de comutação de estado sólido são tipicamente testados no estágio de fabricação, mas é desejável ser possível testá-los em serviço para assegurar que os mesmos permanecem completamente funcionais. Isso também é conhecido como teste incorporado (BIT).

Descrição da Invenção [003] A presente invenção fornece um circuito de comutação para conexão a uma carga e a uma fonte de tensão, que compreende um ou mais

2/7 dispositivos de comutação para ligar e desligar a potência em relação à carga, um dispositivo de pulldown para colocar a carga em curto-circuito isolando-a assim da fonte de tensão e um controlador operável enquanto a carga está em curto-circuito para ativar pelo menos um dos dispositivos de comutação em um momento, sendo que a corrente atravessa o ou cada dispositivo de comutação ativado e é mensurável para testar se o ou cada dispositivo de comutação ativado está operando corretamente.

[004] Vantajosamente, o dispositivo de pulldown permite que os dispositivos de comutação sejam testados sem a carga, de modo que o teste possa ser executado antes ou após a instalação do circuito de comutação.

[005] Adicionalmente, a presente invenção fornece um método de teste de um circuito de comutação que conecta uma carga a uma fonte de tensão, em que o circuito de comutação inclui um ou mais dispositivos de comutação, o método compreende colocar a carga em curto-circuito através da ativação de um dispositivo de pulldown, ativar um ou mais dentre os dispositivos de comutação, medir a corrente através do ou cada dispositivo de comutação ativado e determinar a partir do sinal de corrente medido se os dispositivos de comutação ativados estão operando corretamente.

Breve Descrição dos Desenhos [006] As realizações da presente invenção serão descritas agora, apenas a título de exemplo, com referência aos desenhos em anexo, nos quais:

A Figura 1 mostra esquematicamente um circuito que inclui um circuito de comutação que exemplifica a presente invenção; e

Figura 2 é um gráfico de corrente versus tempo durante um procedimento de teste executado no circuito da Figura 1.

Descrição de Realizações da Invenção [007] A Figura 1 ilustra um exemplo de um circuito que compreende um circuito de comutação 1 conectado a uma fonte de tensão 2. O

3/7 circuito tem uma saída 5 que está conectada a uma carga 15. O circuito pode, por exemplo, ser fornecido em uma aeronave de tal modo que a fonte de tensão 2 possa ser fornecida por um gerador e a carga 15 possa ser um componente na aeronave, como para ativar uma aba de trem de aterrissagem ou o chassi ou um componente dentro da aeronave como instrumentação ou entretenimento durante o voo. O circuito de comutação 1 pode compreender um dispositivo de comutação individual 6, ou uma pluralidade de dispositivos de comutação 6, 7, n. Os dispositivos de comutação estão conectados em paralelo. Os dispositivos de comutação podem compreender, cada um, qualquer dispositivo de comutação de estado sólido adequado como um transistor de efeito de campo. O circuito de comutação 1 é usado para conectar a fonte de potência 2 à carga 15. A fonte de tensão 2 e sua fiação ou cabeamento associado terão uma indutância inerente 11. Da mesma forma, a carga e sua fiação e cabeamento associado terão uma indutância inerente 14.

[008] O circuito de comutação inclui adicionalmente um controlador 3 que está conectado a cada um dentre os dispositivos de comutação 6, 7, n através de linhas de controle respectivas 8,9,10. O controlador 3 também está conectado a um dispositivo de pulldown 4 através de uma linha de controle suspensa 12. O dispositivo de pulldown 4 está adicionalmente conectado à saída de carga 5 e à linha de retorno de potência

13. Quando o dispositivo de pulldown 4 é fechado, isso desliga a carga do circuito de comutação, e desvia a corrente através do pulldown 4. O dispositivo de pulldown, também denominado como circuito de pulldown ou simplesmente um pulldown, pode incluir qualquer comutador apropriado, incluindo comutadores eletrônicos, eletromecânicos e mecânicos.

[009] O circuito de comutação 1 pode compreender um controlador de potência de estado sólido (SSPC), que pode compreender um ou uma pluralidade de dispositivos semicondutores conectados. Se o mesmo

4/7 compreende uma pluralidade de dispositivos semicondutores paralelamente conectados, cada dispositivo pode ser ligado ou desligado sequencialmente de modo que cada um dentre a pluralidade de dispositivos possa ser testado individualmente. Podem-se prever outras sequências de teste, como ativação de mais de um dispositivo de comutação de uma vez. A ativação individual dos dispositivos de comutação permite isolamento de falha para um comutador individual. A sequência de teste pode ser executada em qualquer tempo conveniente, como entre voos. A sequência de teste também poderia ser executada em voo durante os momentos nos quais a carga 15 não for exigida.

[010] Cada um dos dispositivos de comutação 6, 7, ..., n inclui um limitador de corrente respectivo 61, 71,..., n1. Os limitadores de corrente restringem a corrente que atravessa os dispositivos de comutação na ordem de cinco a dez vezes a corrente de operação máxima normal a fim de evitar dano aos dispositivos de comutação. Alternativamente, um único limitador de corrente para todos os dispositivos de comutação poderia ser fornecido. Em uma alternativa adicional, um corte severo de corrente poderia ser fornecido para desligar os dispositivos de comutação quando o limite de corte for excedido.

[011] O circuito de pulldown é ativado sempre que qualquer um dos dispositivos de comutação for ativado para a rotina de teste BIT. Cada dispositivo de comutação e seu conjunto de circuito de acionamento pode ser completamente testado através do uso do controlador 3 para ativar um dispositivo em um momento enquanto verifica simultaneamente que a corrente que flui através disto e através do dispositivo de pulldown está dentre dos limites corretos. O conjunto de circuito que mede a corrente não é mostrado na Figura 1. Em uma realização particular, o tempo mínimo no qual cada dispositivo de comutação é ativado é escolhido para ser pelo menos o tempo exigido para a corrente se tornar relativamente constante a fim de permitir

5/7 medição consistente desta corrente em relação à precisão exigida pelo sistema BIT. O tempo no qual cada dispositivo de comutação é ativado depende, em geral, na indutância total máxima 11 no cabo de fonte de potência de entrada. No entanto, o sistema pode ser operado em escalas de tempo mais curtas, se for desejado.

[012] O dispositivo de pulldown é projetado de modo que, quando drena a corrente de um único dispositivo de comutação principal durante o teste BIT, a tensão desenvolvida na saída 5 em relação à carga é desprezível quando comparada à tensão de saída normal quando o sistema está ligado. Isso assegura que a carga não seja submetida à tensão significativa quando o sistema deveria estar desligado. Isso é alcançado através do uso de um dispositivo de pulldown 4 que tem uma impedância menor que cada dispositivo de comutação, de preferência, muito menor. Na prática, quando os limitadores de correntes 61, 71, ..., n1 estão em operação, os dispositivos de comutação 6, 7, ..., n têm uma impedância eficaz maior que o dispositivo de pulldown 1. Durante operação normal do sistema, espera-se, geralmente, que o controlador 3 que ativa os dispositivos de comutação 6, 7, ..., n ligue e desligue todos os dispositivos de comutação simultaneamente.

[013] As realizações da invenção se aplicam não apenas aos sistemas de CC, mas também aos sistemas de CA. Neste caso, a fonte de tensão 2 seria uma tensão alternada. Os dispositivos de comutação seriam comutadores de CA (opcionalmente com limitadores de correntes de CA) e o circuito de pulldown seria capaz de drenar correntes de CA. Em uma realização de CC, o dispositivo de pulldown compreende um transistor de efeito de campo (FET) ou um transistor bipolar, ou um transistor bipolar de porta isolada por exemplo. Outros tipos de dispositivo de comutação podem ser usados. Em uma realização de CA, o dispositivo de pulldown pode compreender um triac ou um relé de estado sólido, por exemplo.

6/7 [014] A Figura 2 ilustra a corrente de saída através de um dispositivo de comutação quando um procedimento de teste é realizado. Apenas um pico é mostrado, mas, em uma realização exemplificadora, oito dispositivos de comutação são fornecidos de modo que o teste resultasse em uma corrente de entrada total da fonte de tensão 2 que mostra 8 pulsos sequenciais como o único mostrado na Figura 2. A operação correta de cada dispositivo de comutação 6, 7, ..., n pode ser determinada através da verificação se a amplitude de cada pulso de corrente individual está dentro dos limites corretos.

[015] O procedimento de teste começa ao colocar a carga em curto-circuito através da ativação do dispositivo de pulldown 4. O dispositivo de pulldown permanecerá, em geral, ligado ao longo da duração do teste BIT. O primeiro dispositivo de comutação 6 é fechado em cerca de 250 ps no exemplo mostrado, e a corrente através do dispositivo de comutação 6 aumenta rapidamente ao previsto pela fonte 2, neste exemplo, aproximadamente 100 Amps. O primeiro dispositivo de comutação 6 é, então, aberto e um curto período de tempo depois, o segundo dispositivo de comutação 7 é fechado e a corrente através do segundo dispositivo de comutação 7 é medida. Esse procedimento é repetido em sequência até que todos os dispositivos de comutação tenham sido testados. Diferenças nos perfis de corrente em relação àqueles mostrados Figura 2 podem indicar uma falha com o dispositivo de comutação correspondente.

[016] Vantajosamente, as realizações da invenção permitem avaliação individual da operação dos dispositivos de comutação. Um simples teste BIT que verifica apenas a operação do controlador de potência de estado sólido geral, não seria capaz, normalmente, de detectar um dispositivo falho que ficou preso no estado de circuito aberto. Uma vantagem técnica desta invenção é que não detecta apenas falhas de dispositivo único falhas, mas

7/7 também pode verificar a corrente que limita o desempenho de cada dispositivo individualmente. A invenção pode, portanto, fornece cobertura BIT completa durante operação em serviço.

[017] Em uma realização alternativa, os dispositivos de comutação não têm um controle de limite de corrente. Neste caso, a indutância da fonte de potência 2 e a indutância do cabo 11 podem ser invocadas em combinação com circuito de corte de corrente rápido para evitar que a corrente se eleve a níveis perigosos durante o pulso de teste. Em outras palavras, o controlador 3, nesta realização, operaria para ativar a sequência de abertura e fechamento dos dispositivos de comutação rápido o suficiente para evitar sobrecarga de corrente.

Claims

Reivindicações

1. CIRCUITO DE COMUTAÇÃO (1), para conexão a uma carga (15) e a uma fonte de tensão (2), caracterizado pelo fato de que compreende um ou mais dispositivos de comutação (6, 7, n) para ligar e desligar a potência em relação à carga (15), um dispositivo de pulldown (4) para colocar a carga (15) em curto-circuito isolando-a assim da fonte de tensão (2) e um controlador (3) operável enquanto a carga (15) é colocada em curto para ativar pelo menos um dos dispositivos de comutação (6, 7, ..., n) em um momento, sendo que uma corrente atravessa o ou cada dispositivo de comutação (6, 7, ..., n) ativado e é mensurável para testar se o ou cada dispositivo de comutação ativado (6, 7, ..., n) está operando corretamente.
2. CIRCUITO DE COMUTAÇÃO (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de pulldown (4) inclui um comutador disposto em paralelo à carga (15) e o fechamento do comutador coloca a carga (15) em curto.
3. CIRCUITO DE COMUTAÇÃO (1), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de pulldown (4) inclui um comutador eletrônico, eletromecânico e/ou mecânico, incluindo qualquer um ou mais dentre um transistor de efeito de campo, um transistor bipolar, um transistor bipolar de porta isolada, um triac e um relé de estado sólido.
4. CIRCUITO DE COMUTAÇÃO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o ou cada dispositivo de comutação (6, 7, ..., n) é ativado individualmente.
5. CIRCUITO DE COMUTAÇÃO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, um limitador de corrente para a restrição da corrente através do ou de cada dispositivo de comutação (6, 7, ..., n).

2/3
6. CIRCUITO DE COMUTAÇÃO (1), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o ou cada dispositivo de comutação (6, 7, n) tem um limitador de corrente disposto no mesmo.
7. CIRCUITO DE COMUTAÇÃO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a indutância do sistema é usada para restringir a corrente através do ou de cada dispositivo de comutação (6, 7, ..., n).
8. CIRCUITO DE COMUTAÇÃO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a impedância do dispositivo de pulldown (4) é menor que a impedância do ou de cada dispositivo de comutação (6, 7, ..., n).
9. CIRCUITO DE COMUTAÇÃO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que uma tensão de saída do circuito de comutação (1) sob condições de teste é desprezível comparada àquela tensão de saída (5) em condições normais de operação.
10. CIRCUITO DE COMUTAÇÃO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o circuito é capaz de se conectar a uma fonte de tensão (2) de CA ou CC.
11. CIRCUITO DE COMUTAÇÃO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações, caracterizado pelo fato de que o ou cada dispositivo de comutação (6, 7, ..., n) compreende um dispositivo de comutação de estado sólido.
12. MÉTODO DE TESTE DE UM CIRCUITO DE COMUTAÇÃO (1), caracterizado pelo fato de que conecta uma carga (15) a uma fonte de tensão (2), em que o circuito de comutação (1) inclui um ou mais dispositivos de comutação (6, 7, ..., n), sendo que o método compreende colocar a carga (15) em curto-circuito através da ativação de um dispositivo de pulldown (4), ativar um ou mais dentre os dispositivos de comutação (6, 7, ...,

3/3

n), medir a corrente através do ou de cada dispositivo de comutação (6, 7,

n) que está ativado e determinar a partir do sinal de corrente medido se os dispositivos de comutação (6, 7, n) ativados estão operando corretamente.
13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que os dispositivos de comutação (6, 7, ..., n) são ativados sequencialmente um após o outro.
14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o um ou mais dispositivos de comutação (6, 7, ..., n) são ativados para um período de tempo suficiente para que a corrente que flui através do mesmo se torne substancialmente constante.
15. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, restringir a corrente que atravessa cada dispositivo de comutação (6, 7, ..., n).