RU180211U1 - Электронное реле с гальванической развязкой и резервированием - Google Patents

Электронное реле с гальванической развязкой и резервированием Download PDF

Info

Publication number
RU180211U1
RU180211U1 RU2017144371U RU2017144371U RU180211U1 RU 180211 U1 RU180211 U1 RU 180211U1 RU 2017144371 U RU2017144371 U RU 2017144371U RU 2017144371 U RU2017144371 U RU 2017144371U RU 180211 U1 RU180211 U1 RU 180211U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
relay
output
transistors
control circuit
control
Prior art date
Application number
RU2017144371U
Other languages
English (en)
Inventor
Дмитрий Александрович Платонов
Ирина Николаевна Трощий
Original Assignee
Акционерное Общество "Специальное Конструкторско-Технологическое Бюро По Релейной Технике" (Ао "Сктб Рт")
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 Акционерное Общество "Специальное Конструкторско-Технологическое Бюро По Релейной Технике" (Ао "Сктб Рт") filed Critical Акционерное Общество "Специальное Конструкторско-Технологическое Бюро По Релейной Технике" (Ао "Сктб Рт")
Priority to RU2017144371U priority Critical patent/RU180211U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU180211U1 publication Critical patent/RU180211U1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/70—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices having only two electrodes and exhibiting negative resistance
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/20—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits characterised by logic function, e.g. AND, OR, NOR, NOT circuits
    • H03K19/23—Majority or minority circuits, i.e. giving output having the state of the majority or the minority of the inputs

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области электронной техники и может быть использована в коммутационных устройствах для коммутации цепи постоянного тока, в том числе с управлением от микроконтроллеров. Техническим результатом является повышение надежности электронного реле. Для достижения, указанного выше технического результата, предложено электронное реле с гальванической развязкой и мажоритарным резервированием, в котором схема управления состоит из трех независимых гальванически развязанных цепей управления, подключенных к выходному каскаду из шести ключевых элементов, выполненных на базе DMOП транзисторов со встроенным каналом, при этом каждая из цепей управления имеет один вход, два выхода и управляет двумя из шести ключевых элементов выходного каскада, обеспечивая необходимое резервирование по входам и общему выходу реле. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к области электронной техники и может быть использована в коммутационных устройствах для коммутации цепи постоянного тока, в том числе с управлением от микроконтроллеров.
Известен коммутатор CD20CDY (фирма-изготовитель Teledyne Relays (США)), с возможностью мажоритарного включения входов управления и оптоэлектронной гальванической развязкой, [1].
В этом коммутаторе при наличии резервирования входов управления отсутствует резервирование ключевых элементов на выходе коммутатора.
Известен резервированный ключ, выполненный по схеме два из трех на шести ключевых элементах (см. «Теория и практические методы радиоэлектронной аппаратуры», В.В. Белецкий - Москва, издательство «Энергия», 1977, с. 156, рис. 3-9, в.), [2].
Этот ключ может быть использован для резервирования входов управления различных ключевых элементов, но в нем отсутствует возможность коммутации больших токов.
Известны различные типы электронных реле с гальванической развязкой входа управления, применяемые для коммутации цепи постоянного тока.
Известно оптоэлектронное реле, содержащее светодиод и оптически связанную с ним матрицу последовательно включенных фотодиодов, коммутирующее устройство, устройство разряда, выводы которого подключены к выводам матрицы последовательно соединенных фотодиодов, входу коммутирующего устройства, выходы которого являются выходами оптоэлектронного реле, а так же оптически связанное со светодиодом устройство ускорения разряда, выполненное на n-МОП и р-МОП транзисторах, первом и втором фотодиодах и конденсаторе [3].
Недостатками данного технического решения являются отсутствие резервирования элементов на входе и выходе реле, что не обеспечивает задачу повышения надежности в аппаратуре специального назначения, а также низкая радиационная стойкость и стойкость к космическому излучению из-за применения фотодиодов.
Известно электронное переключающее реле с трансформаторной развязкой, выбранное за прототип, содержащее гальванически развязанный вход управления, генератор импульсов, импульсный трансформатор, выпрямительные диоды, резисторы разряда, ключевые элементы, выполненные на базе DМОП транзисторов, выходы реле [4].
Отсутствие резервирования элементов на входе и выходе коммутатора, снижает надежность реле, что препятствует его использованию в аппаратуре специального назначения.
Технический результат заявляемой полезной модели - повышение надежности электронного реле за счет мажоритарного резервирования входов управления и ключевых элементов на выходе реле и применения гальванической развязки по каждому из входов управления.
Для достижения, указанного выше технического результата, предложено электронное реле с гальванической развязкой и резервированием, в котором схема управления состоит из трех независимых гальванически развязанных цепей управления, каждая из которых имеет один вход и два выхода, подключенных к выходному каскаду из шести ключевых элементов, выполненных на базе DMOП транзисторов со встроенным каналом, управляет двумя из шести ключевых элементов выходного каскада, обеспечивая необходимое резервирование по общему выходу реле.
На фиг. 1 представлена структурная схема электронного реле с гальванической развязкой и резервированием.
На этой схеме:
А. В, С - входы управления реле;
AU, BU, CU - цепи управления с гальванической развязкой;
KA - выходной каскад ключевых элементов, выполненных на базе DMOП транзисторов;
VT1-VT6 - DMOП транзисторы выходного каскада KA;
Uo1 - первый вывод выхода реле;
Uo2 - второй вывод выхода реле;
Uупр - напряжение управления реле;
Iвх - входной ток цепи управления реле;
Iком - коммутируемый ток на выходе реле.
На фиг. 2 представлен вариант цепи управления с гальванической трансформаторной развязкой, где:
UZ - генератор прямоугольных импульсов;
TV - импульсный трансформатор;
VD1, VD2 - первый и второй импульсный выпрямительный диод;
R1, R2 - первый и второй резистор разряда.
Электронное реле с гальванической развязкой и резервированием (Фиг. 1) содержит три идентичных входа управления А, В, С с соответствующими гальванически развязанными цепями управления AU, BU, CU с выходами, подключенными к выходному каскаду KA ключевых элементов, выполненных на базе DMOП транзисторов (VT1-VT6) со встроенным каналом. Первый выход цепи управления AU подключен к затвору VT1, второй - к затвору VT3. Первый выход цепи управления BU подключен к затвору VT4, второй - к затвору VT5. Первый выход цепи управления CU подключен к затвору VT6, второй - к затвору VT2. Стоки DМОП транзисторов VT1, VT3 и VT5 соединены между собой и с первым выводом выхода реле Uo1, сток VT2 соединен с истоком VT1, сток VT4 соединен с истоком VT3, сток VT6 соединен с истоком VT5, истоки DМОП транзисторов VT2, VT4 и VT6 соединены между собой и со вторым выводом выхода реле Uo2.
Электронное реле с гальванической развязкой и резервированием работает следующим образом. При подаче на входы управления реле А, В, С напряжения управления Uупр реле выполняет логическую функцию:
Figure 00000001
где:
Fвых - логическое состояние выхода;
а - логическое состояние входа А;
b - логическое состояние входа В;
с - логическое состояние входа С.
Схема управления реле состоит из трех идентичных цепей управления с гальванической развязкой, каждая из которых имеет один вход и два выхода.
Выходной каскад KA состоит из шести DMOП транзисторов VT1-VT6 и представляет собой три параллельных вертикальных канала, обеспечивающих необходимую избыточность для тройного резервирования как по входу, так и по выходу реле: первый канал - последовательно соединенные VT1 и VT2, второй канал - последовательно соединенные VT3 и VT4, третий канал - последовательно соединенные VT5 и VT6.
При подаче напряжения управления Uупр на вход управления А, с первого и второго выходов цепи управления AU поступает разрешающий сигнал на затворы и открывает транзисторы VT1, VT3. При подаче напряжения управления Uупр на вход управления В, с первого и второго выходов цепи управления BU поступает разрешающий сигнал на затворы и открывает транзисторы VT4, VT5. При подаче напряжения управления Uупр на вход управления С с первого и второго выходов цепи управления CU поступает разрешающий сигнал на затворы и открывает транзисторы VT6, VT2. Но при этом ни один вертикальный канал не включен и выход реле не пропускает коммутируемый ток Iком (реле не включено, Fвых=1). Для включения хотя бы одного вертикального канала необходимо включение минимум двух входов управления реле.
В таблице 1 приведена логика подключения транзисторов выходного каскада и формирование из них работающего вертикального канала для включения реле (когда логическое состояние выхода реле Fвых=0).
Figure 00000002
Например, при подаче напряжения управления Uупр на входы А, В (логическое состояние = 1) сигналы разрешения поступают на затворы DMOП транзисторов VT1, VT3, VT4 и VT5. При этом включается второй вертикальный канал с транзисторами VT3, VT4, через который идет коммутируемый ток Iком.
Аналогично открываются и остальные вертикальные каналы: при подаче управляющего напряжения на входы управления А и С открывается первый вертикальный канал с транзисторами VT1, VT2, при подаче управляющего напряжения на входы управления В и С открывается третий вертикальный канал с транзисторами VT5, VT6, по функции 1.
Таким образом, обеспечивается мажоритарный закон включения реле (2 из 3-х).
В полезной модели приведено техническое решение с применением цепи управления с гальванической трансформаторной развязкой.
Представленный на Фиг. 2 вариант исполнения цепи управления с гальванической трансформаторной развязкой имеет на входе генератор прямоугольных импульсов UZ, выполненный на логических микросхемах с повышенной нагрузочной способностью. При подаче на вход напряжения управления Uупр, генератор формирует прямоугольные импульсы, которые поступают на первичную обмотку импульсного трансформатора TV. На первой и второй вторичных обмотках импульсного трансформатора формируются прямоугольные импульсы, которые выпрямляются соответственно импульсными выпрямительными диодами VD1, VD2. При этом включены оба выхода цепи управления, сигналы с которых поступают на затворы двух из шести DMOП транзисторов выходного каскада KA.
Напряжение с выходов цепей управления фильтруется входными емкостями DMOП транзисторов, и на затворы DMOП транзисторов подается постоянное напряжение, открывающее DМОП транзисторы. При выключении напряжения управления Uупр, входная емкость DMOП транзисторов разряжается через резисторы разряда R1, R2 соответственно, и DMOП транзисторы закрываются.
Примером конкретного исполнения электронного реле с гальванической трансформаторной развязкой электрических цепей и резервированием может служить реле слаботочное низкочастотное статическое РСК16-10, предназначенное для коммутации электрических цепей постоянного напряжения до 50 В и постоянного тока до 6 А.
В качестве элементов для реализации реле могут быть использованы логические элементы серии 1526, 1564, полевые DMOП транзисторы 2П771А, 2П7169Б, 2П7161Б, импульсные трансформаторы ТИИ3, ТИИ4 из серийно выпускаемых АО «Мстатор» (г. Боровичи Новгородской обл.). В качестве импульсных диодов может быть выбрана диодная матрица 2Д918Б или 2Д907Б.
При значении напряжении управления реле 5 В, напряжение на затворах DМОП транзисторов составляет 9-10 В. Коэффициент трансформации импульсного трансформатора ≈2 выбран с учетом падения напряжения на вторичных обмотках и на диодах, а также с учетом величины тока протекающего через резистор разряда.
Выбор частоты генератора прямоугольных импульсов UZ выполнен исходя из минимального значения пульсаций напряжения на затворе DMOП транзистора. Так как входная емкость полевого транзистора 2П7169А 3500 пФ, то частота генератора прямоугольных импульсов UZ должна быть больше 100 кГц, чтобы пульсации напряжения на затворе составляли не более 0,1%. Материал импульсного трансформатора позволяет работать с частотами от 30 до 300 кГц. Частота импульсов генератора прямоугольных импульсов выбрана порядка 160 кГц. Резисторы разряда R1, R2 определяют время выключения DMOП транзисторов, и их значение выбрано 16 кОм.
В данной модели могут быть применены и другие известные цепи управления с гальванической развязкой, например, с гальванической развязкой на последовательно или параллельно соединенных оптопарах.
В случае применения технического решения с гальванической развязкой на оптопарах могут быть использованы фотовольтаические оптопары на интегральных микросхемах 759ПП1Н1. Но при этом необходимо иметь в виду, что поскольку импульсный трансформатор TV может формировать на вторичной обмотке импульсный ток более 50 мА, то входная емкость подключенного DMOП транзистора зарядится намного быстрее (на 2-3 порядка), чем при использовании оптопары в качестве источника тока заряда, у которой максимальный выходной ток составляет 100 мкА. Поэтому при необходимости высокого быстродействия реле следует преимущественно использовать входные цепи с трансформаторной гальванической развязкой. Кроме того, предлагаемое техническое решение с применением цепи управления с трансформаторной гальванической развязкой позволяет повысить устойчивость реле к радиационному и космическому излучению и улучшить динамические характеристики реле.
Вместе с тем элементы реле могут иметь непринципиальные отличия.
Литература:
1. http://www.teledynemicrowave.com
2. «Теория и практические методы радиоэлектронной аппаратуры» В.В. Белецкий - Москва, издательство «Энергия», 1977, с. 156, рис. 3-9.
3. Патент RU 2163417 С1.
4. Патент RU 2375816.

Claims (1)

  1. Электронное переключающее реле с трансформаторной развязкой, содержащее схему управления с гальванически развязанным входом управления, генератор импульсов, импульсный трансформатор, выпрямительные диоды, резисторы разряда, ключевые элементы, выполненные на базе DMOП транзисторов, выходы реле, отличающееся тем, что в реле применено мажоритарное резервирование, при котором схема управления содержит три входа управления с тремя идентичными независимыми гальванически развязанными цепями управления и выходной каскад из шести ключевых элементов с одним общим выходом, где каждая цепь управления управляет двумя из шести ключевых элементов выходного каскада, выполненных на базе DMOП транзисторов со встроенным каналом, причем первый выход первой цепи управления подключен к затвору VT1, второй - к затвору VT3, первый выход второй цепи управления подключен к затвору VT4, второй - к затвору VT5, первый выход третьей цепи управления подключен к затвору VT6, второй - к затвору VT2, стоки DMOП транзисторов VT1, VT3 и VT5 соединены между собой и с первым выводом выхода реле Uo1, сток VT2 соединен с истоком VT1, сток VT4 соединен с истоком VT3, сток VT6 соединен с истоком VT5, истоки DMOП транзисторов VT2, VT4 и VT6 соединены между собой и со вторым выводом выхода реле Uo2.
RU2017144371U 2017-12-18 2017-12-18 Электронное реле с гальванической развязкой и резервированием RU180211U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017144371U RU180211U1 (ru) 2017-12-18 2017-12-18 Электронное реле с гальванической развязкой и резервированием

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017144371U RU180211U1 (ru) 2017-12-18 2017-12-18 Электронное реле с гальванической развязкой и резервированием

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU180211U1 true RU180211U1 (ru) 2018-06-06

Family

ID=62561036

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017144371U RU180211U1 (ru) 2017-12-18 2017-12-18 Электронное реле с гальванической развязкой и резервированием

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU180211U1 (ru)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4438356A (en) * 1982-03-24 1984-03-20 International Rectifier Corporation Solid state relay circuit employing MOSFET power switching devices
EP0226395B1 (en) * 1985-12-04 1994-07-27 Nec Corporation Solid state relay having a thyristor discharge circuit
US5399913A (en) * 1992-09-02 1995-03-21 Exide Elecronics Corp. Gate-drive circuit
RU74021U1 (ru) * 2008-02-01 2008-06-10 Открытое акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро по релейной технике" (ОАО "СКТБ РТ") Электронное реле с гальванической развязкой
RU79359U1 (ru) * 2008-08-04 2008-12-27 Открытое акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро по релейной технике" (ОАО "СКТБ РТ") Электронное реле с трансформаторной развязкой и с защитой от перегрузки по току
RU2360358C1 (ru) * 2008-07-03 2009-06-27 Открытое акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро по релейной технике" (ОАО "СКТБ РТ") Электронное реле с трансформаторной развязкой и с защитой от перегрузки по току
RU84174U1 (ru) * 2009-03-10 2009-06-27 Открытое акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро по релейной технике" (ОАО "СКТБ РТ") Электронное реле с гальванической развязкой с входом управления
RU2375816C1 (ru) * 2008-11-14 2009-12-10 Открытое акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро по релейной технике" (ОАО "СКТБ РТ") Электронное переключающее реле с трансформаторной развязкой
RU2380828C1 (ru) * 2008-12-19 2010-01-27 Открытое акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро по релейной технике" (ОАО "СКТБ РТ") Электронное реле с трансформаторной развязкой и с защитой от перегрузки по току и перегрева электронного ключа
RU2397611C1 (ru) * 2009-06-05 2010-08-20 Открытое акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро по релейной технике" (ОАО "СКТБ РТ") Двухпозиционное двустабильное реле

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4438356A (en) * 1982-03-24 1984-03-20 International Rectifier Corporation Solid state relay circuit employing MOSFET power switching devices
EP0226395B1 (en) * 1985-12-04 1994-07-27 Nec Corporation Solid state relay having a thyristor discharge circuit
US5399913A (en) * 1992-09-02 1995-03-21 Exide Elecronics Corp. Gate-drive circuit
RU74021U1 (ru) * 2008-02-01 2008-06-10 Открытое акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро по релейной технике" (ОАО "СКТБ РТ") Электронное реле с гальванической развязкой
RU2360358C1 (ru) * 2008-07-03 2009-06-27 Открытое акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро по релейной технике" (ОАО "СКТБ РТ") Электронное реле с трансформаторной развязкой и с защитой от перегрузки по току
RU79359U1 (ru) * 2008-08-04 2008-12-27 Открытое акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро по релейной технике" (ОАО "СКТБ РТ") Электронное реле с трансформаторной развязкой и с защитой от перегрузки по току
RU2375816C1 (ru) * 2008-11-14 2009-12-10 Открытое акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро по релейной технике" (ОАО "СКТБ РТ") Электронное переключающее реле с трансформаторной развязкой
RU2380828C1 (ru) * 2008-12-19 2010-01-27 Открытое акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро по релейной технике" (ОАО "СКТБ РТ") Электронное реле с трансформаторной развязкой и с защитой от перегрузки по току и перегрева электронного ключа
RU84174U1 (ru) * 2009-03-10 2009-06-27 Открытое акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро по релейной технике" (ОАО "СКТБ РТ") Электронное реле с гальванической развязкой с входом управления
RU2397611C1 (ru) * 2009-06-05 2010-08-20 Открытое акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро по релейной технике" (ОАО "СКТБ РТ") Двухпозиционное двустабильное реле

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RU 2380828 C1, 27.01.20010. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Stacked switched capacitor energy buffer architecture
DE102015114371B4 (de) System und verfahren für einen schalter mit einem selbstleitenden transistor und einem selbstsperrenden transistor
WO2011005424A1 (en) Low voltage drop closed loop unidirectional electronic valve
CN205792282U (zh) 整流电路
US10250157B2 (en) Synchronous rectification circuit and switching power supply thereof
EP3223417A1 (en) Three-port convertor having integrated magnetic and zero-port current ripple
US9294081B2 (en) System and method for breakdown protection for switching output driver
RU180211U1 (ru) Электронное реле с гальванической развязкой и резервированием
TW201337499A (zh) 電荷幫浦
RU74021U1 (ru) Электронное реле с гальванической развязкой
CN106559063A (zh) 半导体装置与使用了它的逆变器、转换器及功率转换装置
US3681674A (en) D.c. to d.c. converter
CN101515799B (zh) 用于单电压供电cmos的自动检测输入电路
CN108964219B (zh) 高容量电容组预充电电路
Jain et al. Interleaved DC to DC buck converter for low power application
US20120112663A1 (en) Light-emitting diode control circuit
US20170264189A1 (en) Apparatus for charge recycling
US3295047A (en) High voltage power supply
Yamauchi et al. Optimal design to maximize efficiency of single-inductor multiple-output buck converters in discontinuous conduction mode for IoT applications
DE102015012413A1 (de) Überbrückungsvorrichtung für mindestens ein Photovoltaikmodul
KR101013153B1 (ko) 단일 인덕터 직류 전압 변환 회로
DE102015112244A1 (de) Gleichrichter mit hilfsspannungsausgang
JPWO2019065049A1 (ja) 電源ｉｃ
US20070109826A1 (en) Lus semiconductor and synchronous rectifier circuits
CN115981404B (zh) 一种降压稳压电路、稳压器、电源管理器及嵌入式系统

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20201219