CN202043087U

CN202043087U - 一种用于高轨平台的加热器用安全开关

Info

Publication number: CN202043087U
Application number: CN2011200653885U
Authority: CN
Inventors: 高亚方; 谭小野; 王宇鹏; 邓晓彬
Original assignee: Beijing Satellite Manufacturing Factory Co Ltd
Current assignee: Beijing Satellite Manufacturing Factory Co Ltd
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2021-03-14

Abstract

一种用于高轨平台的加热器用安全开关，包括二极管D1～D2、稳压管D3、稳压管D6、肖特基二极管D4～D5、电阻R1～R8、电阻Rs1、电阻Rs2、三极管Q1、可控硅Q2、PNP管Q3、P沟道功率MOS管Q4～Q7和电容C1。本实用新型使用并联P沟道功率MOS管作为电路的开关器件，具有短路及过流保护功能，无需外部电源实现短路及过流保护后的开关状态的保持，适合于电感或电阻性负载；本实用新型通过5V控制信号使得R2R4通过母线侧电源的分压来驱动并联P沟道功率MOS管，无需使用外部电源；本实用新型无需外部供电实现了保护功能及保护状态的锁定，故障点消失可以对保护状态恢复；本实用新型PMOS管的并联减小了开关的损耗，提高了开关的带载能力。

Description

一种用于高轨平台的加热器用安全开关

技术领域

本实用新型涉及一种安全开关，特别是涉及一种用于高轨平台的加热器用安全开关，属于电子设备技术领域。

背景技术

随着航天技术的飞速发展，对航天器电源系统供配电的安全性、可靠性及长寿命的要求越来越高，航天器配电控制上国内还是以使用继电器为主，其主要特点是隔离效果比较好，但是缺点也是比较明显的，如抗力学性能、开关次数限制、易出现接点粘连(通常是过流或故障条件下)等不利来因素给航天器的可靠性、安全性及长寿命带来极为不利的影响。

近年来，固态限流类开关在欧美航天器上使用越来越广泛，通过固态开关来管理和保护电路负载的方式已逐渐得到推广应用。这主要是由于MOS管及微组装技术的发展。现在的固态限流开关失效可靠性高、尺寸小。固态开关提供了更快的开关速度，比起电磁继电器来说又不易受振动的影响。性能也不会随使用期限而有明显变化。

实用新型内容

本实用新型技术解决的问题是：克服现有技术的不足，提供一种可取代目前星上传统的熔断器和机械继电器产品、不会出现继电器接点粘连现象、没有开关次数的限制、抗力学性能要大大优于机械继电器、其短路及过流保护特性可以对危及母线安全的短路及过流故障进行快速有效的切除以保证母线的安全、并具有可恢复性的用于高轨平台的加热器用安全开关。

本实用新型的技术解决方案是：一种用于高轨平台的加热器用安全开关，包括二极管D1～D2、稳压管D3、稳压管D6、肖特基二极管D4～D5、电阻R1～R8、电阻Rs1、电阻Rs2、三极管Q1、可控硅Q2、PNP管Q3、P沟道功率MOS管Q4～Q7和电容C1，二极管D1和二极管D2的阴极与电阻R1的I端连接，电阻R1的II端与电阻R2的I端及三极管Q1基极相连，R2的II端和三极管Q1发射极与控制地相连，三极管Q1的集电极与电阻R3的I端相连，电阻R3的II端分别与电阻R4的I端、电阻R6的I端、可控硅Q2的阴极、稳压管D3的阳极和电容C1的I端相连，电源输入分别与电阻Rs1的I端、电阻Rs2的I端、PNP管Q3的发射极和可控硅Q2的阳极相连，PNP管Q3的基极分别与电阻Rs1的II端、电阻Rs2的II端、电阻R6的II端、稳压管D3的阴极、电容C1的II端和P沟道功率MOS管Q4～Q7的源极相连，PNP管Q3的集电极与电阻R5的II端连接，电阻R5的I端与可控硅Q2的控制极相连，电阻R4的II端与P沟道功率MOS管Q4～Q7的栅极相连，P沟道功率MOS管Q4～Q7的漏极与负载、电阻R7的I端和肖特基二极管D4的阴极相连，肖特基二极管D5的阴极与肖特基二极管D4的阳极相连，肖特基二极管D5的阳极接回线，稳压管D6的阳极和电阻R8的II端接回线，稳压管D6的阴极分别与电阻R7的II端、R8的I端和遥测相连，控制地与回线相连。

本实用新型与现有技术相比有益效果为：

(1)本实用新型使用并联P沟道功率MOS管作为电路的开关器件，具有短路及过流保护功能，无需外部电源实现短路及过流保护后的开关状态的保持，适合于电感或电阻性负载；

(2)本实用新型通过5V控制信号使得R2R4通过母线侧电源的分压来驱动并联P沟道功率MOS管，无需使用外部电源；

(3)本实用新型无需外部供电实现了保护功能及保护状态的锁定，故障点消失可以对保护状态恢复；

(4)本实用新型PMOS管的并联减小了开关的损耗，提高了开关的带载能力；

(5)本实用新型使用并联P沟道功率MOS管作为电路的开关器件，适于用于电源侧开关使用；

(6)本实用新型的开通及关断状态通过电阻R7、R8分压值来反映，稳压管D6用于保护下一级的信号电路不会出现过压信号；

(7)本实用新型在过流及短路条件下通过Rs1Rs2上的电压驱动三极管Q3并最终通过可控硅Q2的导通使得并联的功率MOS管栅极电压大于-1V，从而关断功率MOS管实现过流及短路保护；

(8)本实用新型在过流及短路保护后，通过可控硅Q2、R2、Q1回路续流保持对功率MOS管的关断锁定状态，锁定电路无需单独配置电源及逻辑器件；

(9)本实用新型适宜于电感或电阻性负载，在功率MOS管的关断时，通过串联二极管D4、D5对电感性负载续流，同时消除电感性负载的反向电动势，避免功率MOS管由于反向应力而损坏；

(10)本实用新型真实反映开关的实际工作状态，并能结合输入电平判断出开关断开属于正常断开还是保护断开；

(11)本实用新型采用简单的电路结构实现了逻辑严谨的控制功能，实现同样的功能所用的元器件最少、功耗小，因而体积小、可靠性更高。

附图说明

图1为本实用新型电原理图。

具体实施方式

安全开关特征在于使用功率MOS管这样的半导体固态开关器件代替机械触点作为电路的开关器件，具有短路及过流保护功能，无需外部电源实现短路及过流保护后的开关状态的保持。

本实用新型如图1所示，一种用于高轨平台的加热器用安全开关，包括二极管D1～D2、稳压管D3、稳压管D6、肖特基二极管D4～D5、电阻R1～R8、电阻Rs1、电阻Rs2、三极管Q1、可控硅Q2、PNP管Q3、P沟道功率MOS管Q4～Q7和电容C1，二极管D1和二极管D2的阴极与电阻R1的I端连接，电阻R1的II端与电阻R2的I端及三极管Q1基极相连，R2的II端和三极管Q1发射极与控制地相连，三极管Q1的集电极与电阻R3的I端相连，电阻R3的II端分别与电阻R4的I端、电阻R6的I端、可控硅Q2的阴极、稳压管D3的阳极和电容C1的I端相连，100V电源输入分别与电阻Rs1的I端、电阻Rs2的I端、PNP管Q3的发射极和可控硅Q2的阳极相连，PNP管Q3的基极分别与电阻Rs1的II端、电阻Rs2的II端、电阻R6的II端、稳压管D3的阴极、电容C1的II端和P沟道功率MOS管Q4～Q7的源极相连，PNP管Q3的集电极与电阻R5的II端连接，电阻R5的I端与可控硅Q2的控制极相连，电阻R4的II端与P沟道功率MOS管Q4～Q7的栅极相连，P沟道功率MOS管Q4～Q7的漏极与负载、电阻R7的I端和肖特基二极管D4的阴极相连，肖特基二极管D5的阴极与肖特基二极管D4的阳极相连，肖特基二极管D5的阳极接100V回线，稳压管D6的阳极和电阻R8的II端接100V回线，稳压管D6的阴极分别与电阻R7的II端、R8的I端和遥测相连，控制地与回线相连，遥测输出表征开关状态。

本实用新型通过外部控制信号5V电平输入到二极管D1或D2经电阻R1使得NPN三极管Q1导通，接通R3R5回路，P沟道MOS管的栅极得到100V经R3R6回路分压的栅极电压为-12V，使得PMOS管Q4～Q7导通，关断时取消外部输入电平，栅极失去R3R6回路分压，PMOS管Q4～Q7关断。

负载侧过流及短路时，取样电阻Rs1Rs2产生的电压使得PNP管Q3导通，可控硅Q2栅极获得驱动，使得可控硅Q2导通，造成PMOS管Q4～Q7栅极电压差降到小于1V，PMOS管Q4～Q7关断，可控硅Q2栅极失去驱动电压，这时可控硅Q2回路(Q2R3Q1回路)大于2mA维持电流(回路中为了保证大于维持电流，将可控硅Q2回路工作电流保持在了3mA)，Q2始终保持开通状态，使得PMOS管Q1栅极电压差被锁定为小于1V，即PMOS管Q4～Q7保持关断状态，这样过流及短路故障得以可靠切除。图中D4、D5用于开关断开后对负载回路进行续流，起到消除反电动势的作用，R7、R8得到的分压值用于反映开关的工作状态，D6用于保护下一级信号电路不会有过压信号出现，D3用于对P沟道MOS管驱动电压钳位，C1起到使PMOS管Q4～Q7缓慢开通的作用。

图1中电阻值的范围如下：

R1＝(1±10％)*4.7kΩ，R2＝(1±10％)*10kΩ，

R3＝(1±10％)*39kΩ，R4＝(1±10％)*47Ω，

R5＝(1±10％)*100Ω，R6＝(1±10％)*5.6kΩ，

R7＝(1±10％)*910kΩ，R8＝(1±10％)*51kΩ，

Rs1＝Rs2＝(1±10％)*140mΩ。

本实用新型未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims

1.一种用于高轨平台的加热器用安全开关，其特征在于：包括二极管D1～D2、稳压管D3、稳压管D6、肖特基二极管D4～D5、电阻R1～R8、电阻Rs1、电阻Rs2、三极管Q1、可控硅Q2、PNP管Q3、P沟道功率MOS管Q4～Q7和电容C1，二极管D1和二极管D2的阴极与电阻R1的I端连接，电阻R1的II端与电阻R2的I端及三极管Q1基极相连，R2的II端和三极管Q1发射极与控制地相连，三极管Q1的集电极与电阻R3的I端相连，电阻R3的II端分别与电阻R4的I端、电阻R6的I端、可控硅Q2的阴极、稳压管D3的阳极和电容C1的I端相连，电源输入分别与电阻Rs1的I端、电阻Rs2的I端、PNP管Q3的发射极和可控硅Q2的阳极相连，PNP管Q3的基极分别与电阻Rs1的II端、电阻Rs2的II端、电阻R6的II端、稳压管D3的阴极、电容C1的II端和P沟道功率MOS管Q4～Q7的源极相连，PNP管Q3的集电极与电阻R5的II端连接，电阻R5的I端与可控硅Q2的控制极相连，电阻R4的II端与P沟道功率MOS管Q4～Q7的栅极相连，P沟道功率MOS管Q4～Q7的漏极与负载、电阻R7的I端和肖特基二极管D4的阴极相连，肖特基二极管D5的阴极与肖特基二极管D4的阳极相连，肖特基二极管D5的阳极接回线，稳压管D6的阳极和电阻R8的II端接回线，稳压管D6的阴极分别与电阻R7的II端、R8的I端和遥测相连，控制地与回线相连。