RU146838U1 - VOLTAGE SWITCH PROTECTED FROM CURRENT OVERCURRENT - Google Patents
VOLTAGE SWITCH PROTECTED FROM CURRENT OVERCURRENT Download PDFInfo
- Publication number
- RU146838U1 RU146838U1 RU2013152371/08U RU2013152371U RU146838U1 RU 146838 U1 RU146838 U1 RU 146838U1 RU 2013152371/08 U RU2013152371/08 U RU 2013152371/08U RU 2013152371 U RU2013152371 U RU 2013152371U RU 146838 U1 RU146838 U1 RU 146838U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- implemented
- voltage
- key
- voltage switch
- switch according
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electronic Switches (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
1. Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току, содержащий 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, отличающийся тем, что в цепь положительной обратной связи по падению напряжения на ключе дополнительно введен элемент задержки, предотвращающий срабатывание защиты по падению напряжения на открытом ключе в течение заданного интервала времени.2. Коммутатор напряжения по п.1, отличающийся тем, что электронный ключ реализован на биполярном транзисторе.3. Коммутатор напряжения по п.1, отличающийся тем, что электронный ключ реализован на полевом транзисторе с p-n переходом.4. Коммутатор напряжения по п.1, отличающийся тем, что электронный ключ реализован на полевом транзисторе с изолированным затвором.5. Коммутатор напряжения по п.1, отличающийся тем, что электронный ключ реализован на биполярном транзисторе с изолированным затвором.6. Коммутатор напряжения по п.1, отличающийся тем, что элемент задержки реализован в виде интегрирующего RC звена.7. Коммутатор напряжения по п.1, отличающийся тем, что элемент задержки реализован с использованием одновибратора или таймера.1. The voltage switch with overcurrent protection, containing a series-connected current sensor, an electronic switch, a load unit, as well as a control transistor, a negative current feedback circuit of the key and a positive feedback circuit for the voltage drop across the key, characterized in that a delay element is additionally introduced into the positive feedback circuit for the voltage drop across the key, which prevents the protection against voltage drop on the open key during the specified time interval. 2. The voltage switch according to claim 1, characterized in that the electronic switch is implemented on a bipolar transistor. The voltage switch according to claim 1, characterized in that the electronic switch is implemented on a field effect transistor with a pn junction. The voltage switch according to claim 1, characterized in that the electronic switch is implemented on a field effect transistor with an insulated gate. The voltage switch according to claim 1, characterized in that the electronic switch is implemented on an insulated gate bipolar transistor. The voltage switch according to claim 1, characterized in that the delay element is implemented as an integrating RC link. The voltage switch according to claim 1, characterized in that the delay element is implemented using a single vibrator or timer.
Description
Защита вторичных источников питания, электронных коммутаторов и коммутируемых ими нагрузок от токовых перегрузок, вызванных флюктуациями напряжения источника питания, неисправностью соединительных линий и характером самих нагрузок, обычно решается введением различных быстродействующих электронных схем защиты. Емкостной или двигательный характер нагрузки приводит к появлению кратковременных бросков тока в момент включения, что требует усложнения схемы защиты.The protection of secondary power supplies, electronic switches and the loads commuted by them against current overloads caused by fluctuations in the voltage of the power supply, malfunction of the connecting lines and the nature of the loads themselves is usually solved by introducing various high-speed electronic protection circuits. The capacitive or motor nature of the load leads to the appearance of short-term inrush currents at the moment of switching on, which requires complication of the protection circuit.
Известны решения, такие как патент РФ №2208291, где реализована двухуровневая защита по току с ограничением допустимого времени действия пускового тока (переходного процесса) после подачи сигнала отпирания ключа. Использование пороговых элементов, обычно реализуемых как компараторы, позволяет иметь низкое падение напряжения на датчике тока и соответственно мощность, рассеиваемую на нем. Данная защита является триггерной и полностью разрывает цепь нагрузки; сбрасывается она только подачей сигнала выключения. Недостатками являются относительно сложное техническое решение и полное отключение нагрузки при кратковременных бросках тока, превышающих заданный уровень, что может нарушить функционирование системы, где используется данная схема защиты, как например, в схеме управления вагона метрополитена это может приводить к передаче ложных сигналов при возможных перегрузках и коротких замыканиях в цепях управления.Known solutions, such as RF patent No. 2208291, where two-level current protection is implemented with a limitation of the admissible starting current (transient) action time after the key is unlocked. The use of threshold elements, usually implemented as comparators, allows you to have a low voltage drop on the current sensor and, accordingly, the power dissipated on it. This protection is trigger and completely breaks the load circuit; it is reset only by giving off signal. The disadvantages are the relatively complicated technical solution and the complete disconnection of the load during short-term inrush currents exceeding a predetermined level, which can disrupt the operation of the system where this protection scheme is used, for example, in the control circuit of a subway car this can lead to the transmission of false signals in case of possible overloads and short circuits in control circuits.
Другие известные решения, такие как патент США №7262948, вместо полного отключения нагрузки используют перевод ключа в режим стабилизации тока. Поскольку такой режим приводит к увеличению рассеиваемой на ключе мощности, для ее ограничения значение тока делается зависимым от падения напряжения на нем. Недостатками этого решения является значительное падение напряжения на резисторах, используемых как датчики тока ключа, и отсутствие триггерной защиты в виде полного отключения нагрузки при длительных перегрузках.Other well-known solutions, such as US patent No. 7262948, instead of completely disconnecting the load, use the key switch to current stabilization mode. Since this mode leads to an increase in the power dissipated on the key, to limit it, the current value is made dependent on the voltage drop across it. The disadvantages of this solution are a significant voltage drop across the resistors used as key current sensors, and the absence of trigger protection in the form of a complete disconnection of the load during prolonged overloads.
Известны другие решения, как например патент РФ №2023344, где простыми техническими средствами достигается защита ключа и нагрузки от бросков тока. В известном решении цепь отрицательной обратной связи по току ключа помимо управляющего транзистора 3, общего для обеих цепей обратной связи, содержит датчик тока 4 и диод 5, а цепь положительной обратной связи по падению напряжения на ключе содержит дифференцирующую RC цепочку из резистора 7, зашунтированного диодом 8. и конденсатора 6. При переводе электронного ключа 1 в режим ограничения тока цепью отрицательной обратной связи по току ключа происходит немедленное срабатывание цепи положительной обратной связи по падению напряжения на ключе, и нагрузка обесточивается.Other solutions are known, such as, for example, RF patent No. 2023344, where, by simple technical means, protection of the key and load against inrush currents is achieved. In the known solution, the negative current feedback circuit of the key, in addition to the
Это решение имеет один порог тока защиты, что не позволяет различать кратковременные броски тока переходного процесса от значения тока в установившемся режиме. Срабатывание защиты вызывает полное отключение нагрузки на заданное время, после чего устройство автоматически включает нагрузку. Такой подход приводит к отключению нагрузки даже при кратковременных бросках тока. При сохранении причины перегрузки, такой как короткое замыкание, эта схема будет периодически подвергать ключ и нагрузку действию перегрузочного тока на время срабатывания защиты, что в ряде случаев нежелательно. Кроме того, данное решение требует значительного падения напряжения на резисторе, выполняющем функции датчика тока, что приводит к значительной мощности, рассеиваемой на нем.This solution has one protection current threshold, which makes it impossible to distinguish between transient transient current surges and steady-state current values. The operation of the protection causes a complete disconnection of the load for a given time, after which the device automatically turns on the load. This approach leads to load shedding even with short-term inrush currents. While maintaining the cause of the overload, such as a short circuit, this circuit will periodically expose the key and the load to the overload current for the duration of the protection operation, which in some cases is undesirable. In addition, this solution requires a significant voltage drop across the resistor, which acts as a current sensor, which leads to significant power dissipated on it.
Задача предлагаемого коммутатора напряжения состоит в том, чтобы при кратковременных бросках тока нагрузки обеспечить предотвращение ее полного отключения, что позволяет сохранить нормальное функционирование нагрузки.The objective of the proposed voltage switch is that for short-term inrush currents of the load to prevent its complete disconnection, which allows to maintain the normal functioning of the load.
Указанная задача решена тем, что в коммутаторе напряжения с защитой от перегрузки по току, содержащем 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 срабатывание защиты по падению напряжения на открытом ключе в течение заданного интервала времени.This problem is solved in that in the voltage switch with overcurrent protection, containing a series-connected current sensor, an electronic switch, a load unit, as well as a control transistor, a negative current feedback circuit of the switch and a positive feedback circuit for voltage drop across the switch , a delay element is additionally introduced into the circuit for positive feedback on the voltage drop across the key, which prevents the protection against voltage drop on the open key during the specified time interval Yeni.
Благодаря этому при кратковременных бросках тока нагрузки электронный ключ переводится в режим ограничения тока, предотвращая тем самым ее полное отключение, что позволяет сохранить нормальное функционирование нагрузки.Due to this, during short-term inrush currents of the load, the electronic switch is switched to the current limiting mode, thereby preventing its complete shutdown, which allows maintaining the normal functioning of the load.
Электронный ключ может быть реализован на биполярном транзисторе, полевом транзисторе с p-n переходом, полевом транзисторе с изолированным затвором или биполярном транзисторе с изолированным затвором.The electronic key can be implemented on a bipolar transistor, a field effect transistor with a pn junction, a field effect transistor with an insulated gate or a bipolar transistor with an insulated gate.
В предпочтительном варианте элемент задержки реализован в виде интегрирующего RC звена. Однако он может быть реализован и другими средствами, например с использованием одновибратора или таймера.In a preferred embodiment, the delay element is implemented as an integrating RC link. However, it can be implemented by other means, for example, using a single vibrator or timer.
Далее полезная модель описана на примере ее практической реализации со ссылками на фиг., на которой представлена схема предлагаемого коммутатора напряжения.Further, the utility model is described by the example of its practical implementation with reference to Fig., Which shows a diagram of the proposed voltage switch.
Электронный ключ с защитой от перегрузки содержит вход управления 1,An electronic key with overload protection contains a
первый логический элемент И-НЕ 2, первый вход которого соединен с входом управления.the first logical element AND-
элемент задержки в виде интегрирующего RC звена 3, вход которой соединен с выходом первого логического элемента И-НЕ 2,a delay element in the form of an integrating
второй логический элемент И-НЕ 4, первый вход которого соединен с входом управления 1, а второй - с выходом элемента задержки в виде интегрирующего RC звена 3,the second logical element AND-NOT 4, the first input of which is connected to the
управляющий транзистор 5, затвор которого соединен с выходом второго элемента И-НЕ 4, сток, через резистор 6, соединен с положительным полюсом источника питания 7, а исток подключен к отрицательному полюсу источника питания 7, к которому подключены также нулевой провод интегрирующего RC звена 3 и первый вывод нагрузки 11,a
электронный ключ 9 в виде полевого транзистора, сток которого соединен с положительной силовой шиной 8, а затвор - со стоком управляющего транзистора 5,an
датчик тока 10, включенный между истоком силового транзистора 9 и первым выводом нагрузки 11, второй вывод которой соединен с отрицательной силовой шиной 12,a
операционный усилитель 13, инвертирующий вход которого соединен с истоком силового транзистора, неинвертирующий вход соединен с источником опорного напряжения 14, а выход, через диод 15, соединен с затвором силового транзистора,
формирователь логического уровня 16, включенный между стоком силового транзистора 9 и вторым входом первого логического элемента 2.a
Таким образом, цепь отрицательной обратной связи по току ключа содержит датчик тока ключа 10, источник опорного уровня 14, операционный усилитель 13 и диод 15, соединяющий выход операционного усилителя с затвором электронного ключа 9. Цепь положительной обратной связи по падению напряжения на ключе содержит формирователь логического уровня 16, логический элемент И-НЕ 2, элемент задержки в виде интегрирующего RC звена 3, логический элемент И-НЕ 4 и управляющий транзистор 5.Thus, the negative current feedback circuit of the key contains a current sensor of the
При переводе электронного ключа 9 в режим ограничения тока цепью отрицательной обратной связи по току ключа срабатывание цепи положительной обратной связи по падению напряжения на ключе происходит с задержкой, определяемой параметрами RC звена 3, во время которой электронный ключ находится в режиме ограничения тока. Таким образом, обеспечивается непрерывность тока в нагрузке при кратковременных перенапряжениях и ограничение времени нахождения ключа в активном режиме, где он рассеивает значительную мощность. Более подробно работа устройства описана ниже.When transferring the
В исходном (выключенном) состоянии на входе управления 1 присутствует низкий логический уровень (уровень логического нуля), который порождает высокий логический уровень (уровень логической единицы) на выходе второго логического элемента И-НЕ 4, обуславливающий открытое состояние управляющего транзистора 5. Управляющий транзистор 5 шунтирует цепь затвора электронного ключа 9, закрывая его и отключая нагрузку 11 от силовой шины 12. На выходе операционного усилителя 13, на инвертирующий вход которого с датчика тока подано нулевое напряжение соответствующее нулевому току ключа и нагрузки, а на неинвертирующий вход - положительное опорное напряжение от источника 14, присутствует положительное напряжение ограничения. Диод 15 закрыт и на работу электронного ключа не влияет. На первый вход первого логического элемента И-НЕ 2 с входа управления 1 поступает низкий логический уровень, на второй его вход со стока закрытого силового транзистора 9 через формирователь логического уровня 16 поступает высокий логический уровень. На выходе первого логического элемента И-НЕ 2, на выходе элемента задержки (интегрирующего RC звена) 3 и на втором входе второго логического элемента И-НЕ 4 присутствует уровень логической единицы.In the initial (off) state, at the
При подаче на вход управления 1 сигнала включения в виде высокого логического уровня, этот высокий уровень поступает на первые входы обоих логических элементов И-НЕ. Их выходы приходят в состояние низкого логического уровня. Управляющий транзистор 5 закрывается и на затвор ключа 9, через резистор 6 поступает напряжение вызывающее его открытие. Силовой транзистор 9 открывается, подключая нагрузку 11 к отрицательной силовой шине 12. Напряжение на выходе интегрирующего RC звена 3 и втором входе второго логического элемента И-НЕ 4 начинает падать, однако, в течение некоторого интервала, определяемого постоянной времени интегрирующего RC звена, на них обеспечивается высокий логический уровень. За это время электронный ключ 9 успевает включиться и его напряжение сток-исток падает ниже входного порога преобразователя уровней 15. На втором входе первого логического элемента И-НЕ 2 устанавливается низкий логический уровень. Высокий логический уровень, установившийся на выходе первого логического элемента И-НЕ 2, останавливает падение напряжения на выходе интегрирующего RC звена 3.When applied to the
При токе нагрузки, не превышающем заданный порог, определяемый какWhen the load current does not exceed a predetermined threshold, defined as
Iпор=Uоп/Rдт,Ipor = Uop / Rdt,
Где:Where:
Iпор - ток порога срабатывания защиты;Ipor is the protection threshold;
Uоп - опорное напряжение;Uop - reference voltage;
Rдт - сопротивление датчика тока, схема коммутатора может находиться в стационарном включенном состоянии неопределенно долгое время.Rdt is the resistance of the current sensor, the switch circuit can be in a stationary on state for an indefinite period of time.
При превышении током нагрузки указанного порога схема коммутатора переходит в состояние ограничения тока следующим образом. При падении напряжения на датчике тока 10, превышающем уровень, заданный источником опорного напряжения 14, напряжение на выходе операционного усилителя 13 начинает падать, диод 15 открывается, замыкая цепь отрицательной обратной связи по току ключа, стабилизирующей ток нагрузки на уровне Iпор. Это приводит к понижению напряжения на затворе электронного ключа 9, при этом падение напряжения на ключе 9 возрастает, приводя к появлению уровня логической единицы на выходе формирователя логического уровня 16. Этот единичный логический уровень при логической единице на входе управления коммутатором 1 приводит к появлению низкого уровня на выходе элемента И-НЕ 2, соединенным со входом интегрирующего RC звена 3. Данное состояние схемы транзисторного коммутатора является кратковременным. Длительность нахождения схемы коммутатора в данном состоянии определяется задержкой появления низкого логического уровня на выходе интегрирующего RC звена 3. Значение задержки зависит как от постоянной времени звена, так и от напряжений выходных логических уровней элемента И-НЕ 2 и входного порогового уровня элемента И-НЕ 4.If the load current exceeds the specified threshold, the switch circuit enters the current limit state as follows. When the voltage drop at the
После этой задержки на выходе элемента И-НЕ 4 появляется высокий логический уровень, что приводит к открыванию управляющего транзистора 5 и полному запиранию электронного ключа 9, отключая нагрузку 11 от силовой шины 12. Схема транзисторного коммутатора переходит в защитное состояние. При снятии управляющего сигнала и установлении уровня логического нуля на входе управления 1, при условии отсутствия тока перегрузки, схема коммутатора возвращается в выключенное состояние.After this delay, a high logic level appears at the output of the AND-NOT 4 element, which leads to the opening of the
Во время задержки электронный ключ находится в режиме стабилизации тока нагрузки, при снижении тока ключа ниже порогового уровня во время действия задержки схема возвращается в исходное включенное состояние, полностью отпирая электронный ключ.During the delay, the electronic key is in the mode of stabilizing the load current, when the key current decreases below the threshold level during the delay, the circuit returns to its original on state, unlocking the electronic key completely.
Таким образом, предлагаемый коммутатор с защитой от перегрузки сглаживает кратковременные броски тока, ограничивая их на заданном уровне, без полного отключения нагрузки.Thus, the proposed switch with overload protection smooths short-term inrush currents, limiting them at a given level, without completely disconnecting the load.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013152371/08U RU146838U1 (en) | 2013-11-25 | 2013-11-25 | VOLTAGE SWITCH PROTECTED FROM CURRENT OVERCURRENT |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013152371/08U RU146838U1 (en) | 2013-11-25 | 2013-11-25 | VOLTAGE SWITCH PROTECTED FROM CURRENT OVERCURRENT |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU146838U1 true RU146838U1 (en) | 2014-10-20 |
Family
ID=53384004
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013152371/08U RU146838U1 (en) | 2013-11-25 | 2013-11-25 | VOLTAGE SWITCH PROTECTED FROM CURRENT OVERCURRENT |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU146838U1 (en) |
-
2013
- 2013-11-25 RU RU2013152371/08U patent/RU146838U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20180294646A1 (en) | Inrush control with multiple switches | |
US10044180B2 (en) | Electronic circuit breaker for an electrical load in an on-board electrical system of a motor vehicle | |
US9083181B2 (en) | Over-current protection circuit for light source driving module and related backlight module | |
US20170288662A1 (en) | System and Method for a High-Side Power Switch | |
US8541987B2 (en) | Low loss discharge circuits for EMI filter capacitors | |
US9461466B2 (en) | Overvoltage protection device | |
GB2509987A (en) | A desaturation detection circuit for use between a power switching device and the desaturation detection input of an optocoupler | |
US9985447B2 (en) | Battery device | |
CN106100008B (en) | Battery device and method for manufacturing battery device | |
US8547146B1 (en) | Overcurrent based power control and circuit reset | |
US8300373B2 (en) | Voltage triggered transient blocking unit | |
CN105990825B (en) | Overvoltage protection device | |
RU2599190C2 (en) | Voltage switch with overcurrent protection | |
AU2015201523B2 (en) | Residual current protection device | |
JP2015159471A (en) | Level down circuit and high side short circuit protection circuit | |
RU146838U1 (en) | VOLTAGE SWITCH PROTECTED FROM CURRENT OVERCURRENT | |
WO2018069123A1 (en) | A circuit protection arrangement | |
RU2360358C1 (en) | Electronic relay with transformer isolation and protection from current overload | |
KR102252366B1 (en) | Battery state monitoring circuit and battery device | |
RU2502169C1 (en) | Device for protection of electronic instruments against high peak voltages in on-board network of transport vehicle | |
RU2542950C1 (en) | Overcurrent protection device | |
RU183388U1 (en) | HIGH VOLTAGE AND CURRENT PROTECTION SYSTEM PERFORMED BY THE SOLID-SWITCH OF THE SWITCHING DEVICE | |
US9819257B2 (en) | DC-to-DC converter input node short protection | |
CN101197565A (en) | Solid relay with overflow protection | |
RU109882U1 (en) | VOLTAGE PROTECTION DEVICE |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MG1K | Anticipatory lapse of a utility model patent in case of granting an identical utility model |
Ref document number: 2013152181 Country of ref document: RU Effective date: 20161010 |