RU143748U1 - FAST KEY KEY PROTECTION DEVICE - Google Patents

FAST KEY KEY PROTECTION DEVICE Download PDF

Info

Publication number
RU143748U1
RU143748U1 RU2014104904/07U RU2014104904U RU143748U1 RU 143748 U1 RU143748 U1 RU 143748U1 RU 2014104904/07 U RU2014104904/07 U RU 2014104904/07U RU 2014104904 U RU2014104904 U RU 2014104904U RU 143748 U1 RU143748 U1 RU 143748U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
power switch
current
key
current sensor
output
Prior art date
Application number
RU2014104904/07U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Юрьевич Гончаров
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "АЕДОН"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "АЕДОН" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "АЕДОН"
Priority to RU2014104904/07U priority Critical patent/RU143748U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU143748U1 publication Critical patent/RU143748U1/en

Links

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Устройство быстродействующей защиты силового ключа, содержащее силовой ключ и датчик тока, включенные в цепи первичной обмотки разделительного трансформатора; устройство управления, подключенное к выходу датчика тока, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок коммутации, подключенный между устройством управления и управляющим входом силового ключа, причем блок коммутации также подключен к выходу датчика тока.A high-speed power switch protection device comprising a power switch and a current sensor included in a primary circuit of an isolation transformer; a control device connected to the output of the current sensor, characterized in that it further comprises a switching unit connected between the control device and the control input of the power switch, and the switching unit is also connected to the output of the current sensor.

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в импульсных источниках вторичного электропитания (ИВЭ) в качестве схемы быстродействующей защиты силового ключа ИВЭ в режиме короткого замыкания (КЗ).The utility model relates to electrical engineering and can be used in pulsed sources of secondary power supply (RES) as a circuit for the quick protection of the power switch of the RES in a short circuit mode (short circuit).

Уровень техникиState of the art

При подключении преобразователя к импульсной нагрузке, например к энергоемкой процессорной системе, имеющей колебания нагрузки с частотой значительно большей рабочей частоты преобразователя возможен резкий наброс или сброс нагрузки, что может привести к значительным броскам выходного напряжения преобразователя, приводящим к сбоям процессорных систем. Что бы избежать подобных явлений, рядом с энергоемкими потребителями устанавливаются накопительные емкости, достигающие значений нескольких сотен тысяч микрофарад, что в свою очередь требует от преобразователя кратковременную работу в режиме КЗ при включении энергоемких потребителей, т.е. появляются специальные требования к преобразователям.When the converter is connected to a pulsed load, for example, to an energy-intensive processor system that has load fluctuations with a frequency much higher than the working frequency of the converter, a sharp surge or load shedding is possible, which can lead to significant surges in the output voltage of the converter, leading to processor system failures. To avoid such phenomena, storage capacities are installed near energy-intensive consumers, reaching values of several hundred thousand microfarads, which in turn requires a short-term operation in the short-circuit mode when power-consuming consumers are turned on, i.e. special requirements for converters appear.

Одним из таких требований является защита силового ключа от выбросов входного тока в режиме кратковременного КЗ.One of these requirements is to protect the power switch from input current spikes in the short-circuit mode.

Известно устройство (патент US 6760203 «Switching power supply with overcurrent protection» с датой приоритета от 27.06.2002 г., МПК H02M 3/335, H02M 3/28) в котором помимо стандартной реализации управления затвором силового транзистора по сигналам обратной связи реализуется схема отключения управляющей микросхемы при обнаружении перегрузки по току с последующим перезапуском управляющей микросхемы. Ток, протекающий через ключевой транзистор 5, заряжает конденсатор 11, который открывает транзистор 12 и таким образом способствует снижению уровня напряжения питания микросхемы с последующим ее отключением.A device is known (patent US 6760203 "Switching power supply with overcurrent protection" with a priority date of June 27, 2002, IPC H02M 3/335, H02M 3/28) in which, in addition to the standard implementation of the gate control of the power transistor by feedback signals, a circuit is implemented shutdown of the control chip when overcurrent is detected, followed by a restart of the control chip. The current flowing through the key transistor 5 charges the capacitor 11, which opens the transistor 12 and thus helps to reduce the voltage level of the microcircuit with its subsequent shutdown.

К недостаткам данного устройства относится отсутствие возможности ограничивать ток, протекающий через ключевой транзистор 5, в режиме короткого замыкания в каждом такте преобразования.The disadvantages of this device include the inability to limit the current flowing through the key transistor 5 in the short circuit mode in each conversion cycle.

Известно устройство (патент US 7015680 «Current-limiting circuitry», дата приоритета 10.06.2004 г., МПК G05F 3/04, G05F 1/569, G05F 1/565), в котором при превышении критического значения тока в нагрузке 290, протекающего через резистор RS2, производится аварийное отключение управляющего вывода затвора транзистора Q282 в каждом такте преобразования.A device is known (patent US 7015680 "Current-limiting circuitry", priority date 06/10/2004, IPC G05F 3/04, G05F 1/569, G05F 1/565), in which when the critical value of the current in the load 290 flowing is exceeded through the resistor RS2, a shutdown of the control output of the gate of the transistor Q282 is performed in each conversion cycle.

К недостаткам данного устройства относится наличие у микросхемы управления 200 специального дополнительного токового входа, что в реальных микросхемах управления PWM встречается крайне редко.The disadvantages of this device include the presence of a special additional current input on the control chip 200, which is extremely rare in real PWM control chips.

Известно устройство (патент CN 202888788 «Overcurrent protection circuit and switching power supply», дата приоритета 08.11.2012 г., МПК H02H 7/12, H02H 3/08), в котором при превышении током критического значения, напряжение на резисторе увеличивается до значения напряжения пробоя диода Z1, производится открытие транзистора Q1 и на вход управляющей микросхемы ICEN поступает сигнал отключения.A device is known (patent CN 202888788 "Overcurrent protection circuit and switching power supply", priority date 11/08/2012, IPC H02H 7/12, H02H 3/08), in which when the current exceeds a critical value, the voltage across the resistor increases to a value the breakdown voltage of the diode Z1, the transistor Q1 is opened and a trip signal is received at the input of the control microcircuit ICEN.

К недостаткам данного устройства относится отсутствие возможности ограничивать ток в режиме короткого замыкания в каждом такте преобразования.The disadvantages of this device include the inability to limit the current in the short circuit mode in each conversion cycle.

Известно устройство (заявка на полезную модель RU 2013138954 «Устройство с быстродействующей обратной связью», дата приоритета 20.08.2013 г., МПК H02M 3/335, H03K 17/689), в котором производится формирование в каждом такте преобразования быстродействующей суммарной ОС по входному току и выходному напряжению для уменьшения длительности переходных процессов при набросе/сбросе нагрузки, а также уменьшение амплитуды пульсации выходного напряжения при сохранении высокой точности стабилизации выходного напряжения.A device is known (application for utility model RU 2013138954 “Device with high-speed feedback”, priority date 08/08/2013, IPC H02M 3/335, H03K 17/689), in which the conversion of a high-speed total OS by input current and output voltage to reduce the duration of transients during load surge / discharge, as well as reducing the amplitude of the ripple of the output voltage while maintaining high accuracy of stabilization of the output voltage.

К недостаткам устройства относится отсутствие возможности кратковременной работы в режиме КЗ, требующимся, например, при работе источника питания на значительную реактивную нагрузку.The disadvantages of the device include the lack of the possibility of short-term operation in the short circuit mode, required, for example, when the power source is operating at a significant reactive load.

Данное устройство выбрано в качестве прототипа.This device is selected as a prototype.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. 1 приведена схема заявляемого устройства быстродействующей защиты силового ключа.In FIG. 1 is a diagram of the inventive device high-speed protection of the power key.

На фиг. 2 приведены временные диаграммы работы устройства быстродействующей защиты силового ключа в обычном режиме и режиме короткого замыкания:In FIG. 2 shows the timing diagrams of the operation of the high-speed power switch protection device in the normal mode and short circuit mode:

а) до введения ограничения входного тока в каждом такте преобразования через драйвер (1.4);a) before the introduction of a limitation of the input current in each conversion cycle through the driver (1.4);

б) после введения ограничения входного тока в каждом такте преобразования через драйвер (1.4).b) after the introduction of a limitation of the input current in each conversion step through the driver (1.4).

На фиг. 3 и 4 приведены возможные варианты реализации устройства быстродействующей защиты силового ключа.In FIG. Figures 3 and 4 show possible implementations of a high-speed power key protection device.

На фиг. 5 приведены графики зависимости выходного напряжения от выходного тока с устройством защиты силового ключа и без него.In FIG. Figure 5 shows graphs of the dependence of the output voltage on the output current with and without a power switch protection device.

На фиг. 6 и 7 приведены осциллограммы напряжений сток-исток силового транзистора и на резисторе датчика тока в режиме короткого замыкания без устройства защиты силового ключа и с ним соответственно.In FIG. Figures 6 and 7 show the waveforms of the voltage of the drain-source of the power transistor and on the resistor of the current sensor in the short circuit mode without the power switch protection device and with it, respectively.

Сущность полезной моделиUtility Model Essence

Технический результат, ускоренное отключение силового ключа в режиме КЗ, достигается за счет того, что сигнал обратной связи по току поступает на блок коммутации, минуя устройство управления (ШИМ-контроллер), и при достижении определенного порогового значения отключает силовой ключ от цепи управления.The technical result, accelerated disconnection of the power switch in the short circuit mode, is achieved due to the fact that the current feedback signal is supplied to the switching unit bypassing the control device (PWM controller), and when a certain threshold value is reached, it disconnects the power switch from the control circuit.

Устройство быстродействующей защиты силового ключа (фиг. 1) содержит: силовой ключ (1.1) и датчик тока (1.3), включенные в цепи первичной обмотки разделительного трансформатора (1); устройство управления (1.2), подключенное к выходу датчика тока (1.3) отличающееся тем, что дополнительно содержит блок коммутации (1.4), подключенный между устройством управления (1.2) и управляющим входом силового ключа (1.1), причем блок коммутации (1.4) также подключен к выходу датчика тока (1.3).The high-speed power switch protection device (Fig. 1) contains: a power switch (1.1) and a current sensor (1.3) included in the primary circuit of the isolation transformer (1); a control device (1.2) connected to the output of the current sensor (1.3) characterized in that it further comprises a switching unit (1.4) connected between the control device (1.2) and the control input of the power switch (1.1), and the switching unit (1.4) is also connected to the output of the current sensor (1.3).

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство быстродействующей защиты силового ключа отличается наличием блока коммутации, включенным между устройством управления и управляющим выводом силового ключа и имеющим вывод, соединенный с выходом датчика тока. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию «новизна».Comparative analysis with the prototype shows that the inventive high-speed power key protection device is characterized by the presence of a switching unit, connected between the control device and the control output of the power key and having an output connected to the output of the current sensor. Thus, the claimed device meets the criterion of "novelty."

Устройство реализует быстродействующую защиту силового ключа в каждом такте преобразования от перегрузки по току при кратковременной работе ИВЭ в режиме КЗ, например, при работе на реактивную нагрузку. Это достигается за счет ускоренного выключения силового ключа (1.1) путем подачи сигнала обратной связи датчика тока (1.3) не только на устройство управления (1.2), но и на блок коммутации (1.4), который отключает силовой ключ (1.1) раньше устройства управления (1.2). При этом исключаются внутренние задержки устройства управления (ШИМ-контроллера), влияющие на время задержки выключения силового ключа в каждом такте преобразования.The device implements high-speed protection of the power switch in each conversion cycle from overcurrent during short-term operation of the power supply in short-circuit mode, for example, when working on a reactive load. This is achieved due to the accelerated shutdown of the power switch (1.1) by supplying the feedback signal of the current sensor (1.3) not only to the control device (1.2), but also to the switching unit (1.4), which disconnects the power switch (1.1) before the control device ( 1.2). This eliminates the internal delays of the control device (PWM controller), affecting the delay time for turning off the power switch in each conversion cycle.

Такая быстродействующая защита с ограничением импульсного тока силового ключа позволяет уменьшить его пиковую импульсную мощность, избежать перегрева кристалла транзистора, тем самым повышая его надежность.Such a high-speed protection with limited pulse current of the power switch allows to reduce its peak pulse power, to avoid overheating of the transistor crystal, thereby increasing its reliability.

Временные диаграммы работы ИВЭ до и после введения ограничения входного тока в каждом такте преобразования приведены на фиг. 2а и 2б соответственно, где: I0 - порог срабатывания защиты по току в устройстве управления (ШИМ-контроллере), I1 - ток через силовой ключ в режиме короткого замыкания, I2 - ток через силовой ключ в штатном режиме, tзад - время задержки срабатывания защиты по току.Timing diagrams of the operation of the IVE before and after the introduction of the input current limitation in each conversion cycle are shown in FIG. 2a and 2b, respectively, where: I 0 - current protection threshold in the control device (PWM controller), I 1 - current through the power switch in short circuit mode, I 2 - current through the power switch in normal mode, t ass - current protection delay time.

Временные диаграммы (фиг. 2а, 2б) поясняют, что использование быстродействующей защиты силового ключа (1.1) приводит к резкому уменьшению тока I1 через силовой ключ в каждом такте преобразования в режиме короткого замыкания и не влияет на работу ИВЭ в штатном режиме (ток I2 через силовой ключ).Timing diagrams (Fig. 2a, 2b) explain that the use of high-speed protection of the power switch (1.1) leads to a sharp decrease in the current I 1 through the power switch in each conversion cycle in the short circuit mode and does not affect the operation of the power supply in normal mode (current I 2 through a power switch).

Пример возможной реализации устройства быстродействующей защиты силового ключа с исполнением блока коммутации на микросхеме, например микросхеме драйвера LM5112SD, и использованием в качестве датчика тока (1.3) токового трансформатора (трансформатор Т1, диод VD1, резисторы R4, R5) или резистивного датчика (резистор R4) приведен на фиг. 3 и 4 соответственно.An example of a possible implementation of a high-speed power key protection device with the execution of a switching unit on a microcircuit, for example, an LM5112SD driver microcircuit, and using a current transformer (transformer T1, diode VD1, resistors R4, R5) or a resistive sensor (resistor R4) as a current sensor (1.3) shown in FIG. 3 and 4, respectively.

Сигнал с датчика тока поступает на вход обратной связи по току (CS) микросхемы ШИМ-контроллера (PWM) через интегрирующую цепочку (резистор R1, конденсатор C1), служащую для подавления импульсных помех и на дополнительный инверсный вход микросхемы драйвера INB через делитель напряжения на резисторах R2, R3 и фильтрующий конденсатор C2.The signal from the current sensor is fed to the current feedback input (CS) of the PWM controller microcircuit (PWM) through the integrating circuit (resistor R1, capacitor C1), which serves to suppress pulsed noise and to the additional inverse input of the INB driver chip through the voltage divider across the resistors R2, R3 and filter capacitor C2.

В нормальном состоянии, когда уровень сигнала с датчика тока на входе INB меньше порогового значения, драйвер функционирует в рабочем режиме. В случае превышения порогового значения напряжения на входе INB на выходе микросхемы драйвера формируется сигнал выключения силового транзистора и соответственно закрывается силовой транзистор VT1. При этом коэффициент деления (делитель R2, R3) подбирается таким образом, чтобы с одной стороны обеспечить быстрое выключение силового транзистора, а с другой стороны обеспечить достаточное время для реакции ШИМ-контроллера на превышение входного тока.In the normal state, when the signal level from the current sensor at the INB input is less than the threshold value, the driver operates in the operating mode. If the threshold value of the voltage at the input INB is exceeded, the output signal of the power transistor is formed at the output of the driver microcircuit and, accordingly, the power transistor VT1 closes. In this case, the division coefficient (divider R2, R3) is selected in such a way as to ensure the fast turn-off of the power transistor on the one hand and, on the other hand, to provide sufficient time for the PWM controller to respond to an excess of the input current.

Экспериментальная проверка подтвердила эффективность заявленного устройства защиты силового ключа. Так, например, для 100 Вт модуля, с реализацией устройства защиты силового ключа в соответствии с фиг. 3, при входном напряжении 75 В ток короткого замыкания на выходе после введения устройства защиты силового ключа уменьшился с 86 А до 38 А, т.е. в 2,3 раза (фиг. 5) и соответственно импульсный ток через силовой транзистор уменьшился в 2,2 раза. Уменьшение импульсного тока через силовой транзистор приводит к снижению перегрева кристалла транзистора и тем самым к повышению его надежности. Диаграммы напряжений на датчике тока и сток-исток транзистора VT1 до и после использования устройства защиты силового ключа приведены на фиг. 6 и 7 соответственно.An experimental verification confirmed the effectiveness of the claimed power key protection device. So, for example, for a 100 W module, with the implementation of a power switch protection device in accordance with FIG. 3, at an input voltage of 75 V, the output short-circuit current after the introduction of the power switch protection device decreased from 86 A to 38 A, i.e. 2.3 times (Fig. 5) and, accordingly, the pulsed current through the power transistor decreased 2.2 times. A decrease in the pulse current through the power transistor leads to a decrease in the overheating of the crystal of the transistor and thereby to increase its reliability. The voltage diagrams of the current sensor and drain-source of the transistor VT1 before and after using the power switch protection device are shown in FIG. 6 and 7, respectively.

Предлагаемое устройство быстродействующей защиты силового ключа изготавливается из стандартных элементов, которые серийно выпускаются промышленностью. Оно собирается типовыми монтажными операциями с помощью стандартного оборудования и не требует регулировки, что особенно важно при серийном производстве. Поэтому предлагаемое устройство удовлетворяет критерию «промышленная применимость».The proposed device high-speed protection of the power switch is made of standard elements that are commercially available from industry. It is assembled by typical installation operations using standard equipment and does not require adjustment, which is especially important in serial production. Therefore, the proposed device meets the criterion of "industrial applicability".

Claims (1)

Устройство быстродействующей защиты силового ключа, содержащее силовой ключ и датчик тока, включенные в цепи первичной обмотки разделительного трансформатора; устройство управления, подключенное к выходу датчика тока, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок коммутации, подключенный между устройством управления и управляющим входом силового ключа, причем блок коммутации также подключен к выходу датчика тока.
Figure 00000001
A high-speed power switch protection device comprising a power switch and a current sensor included in a primary circuit of an isolation transformer; a control device connected to the output of the current sensor, characterized in that it further comprises a switching unit connected between the control device and the control input of the power switch, and the switching unit is also connected to the output of the current sensor.
Figure 00000001
RU2014104904/07U 2014-02-11 2014-02-11 FAST KEY KEY PROTECTION DEVICE RU143748U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014104904/07U RU143748U1 (en) 2014-02-11 2014-02-11 FAST KEY KEY PROTECTION DEVICE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014104904/07U RU143748U1 (en) 2014-02-11 2014-02-11 FAST KEY KEY PROTECTION DEVICE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU143748U1 true RU143748U1 (en) 2014-07-27

Family

ID=51265049

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014104904/07U RU143748U1 (en) 2014-02-11 2014-02-11 FAST KEY KEY PROTECTION DEVICE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU143748U1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU169306U1 (en) * 2016-06-06 2017-03-14 Акционерное общество "Протон" (АО "Протон") TRANSFORMER SYNCHRONOUS DRIVER IC
RU169307U1 (en) * 2016-06-06 2017-03-14 Акционерное общество "Протон" (АО "Протон") IC FOR TRANSFORMER DRIVER WITH DISABLED OUTPUT
RU199329U1 (en) * 2020-04-21 2020-08-28 Общество с ограниченной ответственностью "Александер Электрик источники электропитания" Pulse converter with overcurrent protection

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU169306U1 (en) * 2016-06-06 2017-03-14 Акционерное общество "Протон" (АО "Протон") TRANSFORMER SYNCHRONOUS DRIVER IC
RU169307U1 (en) * 2016-06-06 2017-03-14 Акционерное общество "Протон" (АО "Протон") IC FOR TRANSFORMER DRIVER WITH DISABLED OUTPUT
RU199329U1 (en) * 2020-04-21 2020-08-28 Общество с ограниченной ответственностью "Александер Электрик источники электропитания" Pulse converter with overcurrent protection

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105577153B (en) Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips
US9099929B2 (en) Power converting device and synchronous rectifier control circuit
TWI448029B (en) A system and method for protecting a power conversion system under open circuit and / or short circuit conditions
US9257830B2 (en) Semiconductor device
US9923365B2 (en) Short-circuit protection circuit for voltage sampling resistor of primary side converter
US8432139B2 (en) DC-DC converter
US9431891B2 (en) Systems and methods for two-level protection of power conversion systems
RU143748U1 (en) FAST KEY KEY PROTECTION DEVICE
WO2016060541A1 (en) Overvoltage protection
JP6520102B2 (en) Semiconductor device and current limiting method
CN104143818A (en) Device for preventing current limiting circuit from being adjusted excessively
EP2475099A2 (en) Limiting current circuit that has output short circuit protection
JP2015159471A (en) Level down circuit and high side short circuit protection circuit
US10411461B2 (en) Protection circuit for brushless DC motor, and control device
RU94084U1 (en) DRIVER FOR IGBT TRANSISTOR
RU141793U1 (en) START-UP AND PROTECTION DEVICE FOR VOLTAGE CONVERTER
US20140198423A1 (en) Current limiter circuit for control and protection of mosfet
AU2015201523B2 (en) Residual current protection device
JP5369703B2 (en) Semiconductor integrated circuit for regulator
RU168337U1 (en) ELECTRONIC INTEGRAL RELAY WITH TRANSFORMER DISCHARGE AND OVERLOAD PROTECTION
RU2599190C2 (en) Voltage switch with overcurrent protection
RU183388U1 (en) HIGH VOLTAGE AND CURRENT PROTECTION SYSTEM PERFORMED BY THE SOLID-SWITCH OF THE SWITCHING DEVICE
JP5750326B2 (en) Electronic device protection circuit
RU109882U1 (en) VOLTAGE PROTECTION DEVICE
RU149858U1 (en) VOLTAGE RETURN CONVERTER WITH PROTECTIVE CIRCUIT DURING INPUT VOLTAGE

Legal Events

Date Code Title Description
PD9K Change of name of utility model owner
PC91 Official registration of the transfer of exclusive right (utility model)

Effective date: 20200121

MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20200212