RU218650U1

RU218650U1 - Redundant power switch

Info

Publication number: RU218650U1
Application number: RU2023103966U
Authority: RU
Inventors: Юрий Николаевич Цыбин
Original assignee: Юрий Николаевич Цыбин
Filing date: 2023-02-20
Publication date: 2023-06-05

Abstract

Резервированный коммутатор напряжения питания относится к области электронной техники и может быть использован в схемах, где требуется коммутация напряжения на нагрузку первичного источника питания с гальванической развязкой от двух выходных шин устройства в выключенном состоянии. Комплект, состоящий из двух устройств, может быть использован в резервированных системах управления, в частности космическими аппаратами, где требуется обеспечение функционирования хотя бы одного резерва системы с холодным резервированием при допустимости отказа любого одного элемента в тракте какого-либо резерва. Техническим результатом является упрощение устройства, которое обеспечивает как уменьшение номенклатуры комплектующих изделий, так и более однородную структурную организацию резервированного коммутатора напряжения питания. Кроме того, стандартизован способ управления устройством - от источника входного напряжения питания, повышена технологичность и расширены функциональные возможности. В частности, возможна реализация в микросборке с использованием кристаллов одной ИМС 1НТ251 и четырех кристаллов силовых КМОП транзисторов. Технический результат обеспечивается заменой типа КМОП транзисторов в шинах питания на противоположный, относительно прототипа. Это с учетом введенной обратной связи позволило перенести элементы управления КМОП транзисторами с выхода устройства-прототипа на входные шины согласно стандартизованному в практике способу. При этом замена динамического режима работы узла управления силовыми КМОП транзисторами устройства-прототипа на узел управления в статическом режиме позволила снизить излучение помех и энергопотребление. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

The redundant power supply switch belongs to the field of electronic engineering and can be used in circuits where it is required to switch the voltage to the load of the primary power source with galvanic isolation from the two output buses of the device in the off state. A set consisting of two devices can be used in redundant control systems, in particular, spacecraft, where it is required to ensure the operation of at least one redundant system with cold redundancy, with the admissibility of failure of any one element in the path of any redundant. The technical result is a simplification of the device, which provides both a reduction in the range of components and a more uniform structural organization of the redundant power supply switch. In addition, the method of controlling the device is standardized - from the source of the input voltage supply, the manufacturability is improved and the functionality is expanded. In particular, it is possible to implement it in a microassembly using one 1NT251 IC chip and four power CMOS transistor chips. The technical result is provided by replacing the type of CMOS transistors in the power buses with the opposite one, relative to the prototype. This, taking into account the introduced feedback, made it possible to transfer the control elements of CMOS transistors from the output of the prototype device to the input buses according to a method standardized in practice. At the same time, the replacement of the dynamic mode of operation of the control unit for the power CMOS transistors of the prototype device with the control unit in the static mode made it possible to reduce the emission of interference and power consumption. 3 w.p. f-ly, 3 ill.

Description

Область техникиTechnical field

Резервированный коммутатор напряжения питания относится к области электронной техники и может быть использован в схемах, где требуется коммутация напряжения первичного источника питания на нагрузку с гальванической развязкой от двух выходных шин устройства в выключенном состоянии. Представлен вариант устройства для резервированных систем. Например, комплект из двух устройств может быть использован в резервированных системах управления нагрузкой, в частности в космических аппаратах, где требуется обеспечение функционирования хотя бы одного резерва системы с холодным резервированием при допустимости отказа любого одного элемента в тракте какого-либо резерва.The redundant power supply switch belongs to the field of electronic engineering and can be used in circuits where it is required to switch the voltage of the primary power source to the load with galvanic isolation from the two output buses of the device in the off state. A variant of the device for redundant systems is presented. For example, a set of two devices can be used in redundant load control systems, in particular in spacecraft, where it is required to ensure the operation of at least one redundant system with cold redundancy, with the admissibility of failure of any one element in the path of any redundant.

Уровень техникиState of the art

Известен коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току [1]. В рамках рассмотрения его части в качестве аналога согласно цели и объема решаемых задач предлагаемым техническим решением коммутатор напряжения содержит вход включения коммутатора напряжения, вход выключения коммутатора напряжения, триггер, электронный ключ, блок нагрузки, две шины напряжения питания. Способ коммутации напряжения на нагрузке при этом заключается в том, что для включения устройства импульсный сигнал включения преобразуют в сигнал постоянного уровня с помощью RS триггера. Этим сигналом постоянного уровня открывают электронный ключ, который устанавливают между одной входной шиной питания и блоком нагрузки. Другой вывод блока нагрузки соединяют с другой входной шиной питания. Для выключения устройства импульсным сигналом выключения устанавливают RS триггер в исходное состояние, которое обеспечивает выключенное состояние коммутатора.Known voltage switch with overcurrent protection [1]. As part of considering its part as an analogue, according to the purpose and scope of the tasks to be solved, the proposed technical solution contains a voltage switch on input, a voltage switch off input, a trigger, an electronic key, a load unit, two supply voltage buses. The method of switching the voltage on the load in this case consists in the fact that to turn on the device, the turn-on pulse signal is converted into a constant level signal using an RS trigger. This constant level signal opens an electronic key, which is installed between one input power bus and the load unit. The other output of the load block is connected to another input power bus. To turn off the device with a shutdown pulse signal, the RS flip-flop is set to its initial state, which ensures the switched off state.

Коммутатор напряжения обеспечивает подключение блока нагрузки по импульсным сигналам на входах включения и выключения коммутатора напряжения.The voltage switch ensures the connection of the load unit by pulse signals at the inputs for switching on and off the voltage switch.

Недостаток коммутатора напряжения состоит в том, что он не обеспечивает полную гальваническую развязку блока нагрузки от шин напряжения питания при поступлении импульсного сигнала на вход выключения коммутатора напряжения. Другим недостатком этого коммутатора является низкая надежность вследствие потери работоспособности при отказе любого элемента коммутатора напряжения. Кроме того, для обеспечения работоспособности коммутатора напряжения необходим, например, дополнительный источник питания элементов управления электронным ключом, или элементы управления постоянно подключены к первичному источнику питания, что также является недостатком устройства.The disadvantage of the voltage switch is that it does not provide complete galvanic isolation of the load unit from the supply voltage buses when a pulse signal is received at the switch off input of the voltage switch. Another disadvantage of this switch is low reliability due to loss of operability in case of failure of any element of the voltage switch. In addition, to ensure the operability of the voltage switch, for example, an additional power supply for the control elements of the electronic key is required, or the control elements are permanently connected to the primary power source, which is also a disadvantage of the device.

ПрототипPrototype

Из известных аналогов наиболее близкими по технической сущности является коммутатор напряжения питания, представленный в патенте [2]. Коммутатор напряжения питания содержит шину выключения, а также последовательно соединенные первую входную шину напряжения питания, цепь коммутации первого силового ключа, первую выходную шину, последовательно соединенные вторую входную шину напряжения питания, цепь коммутации второго силового ключа, вторую выходную шину, элемент аналогового ИЛИ, один вход которого соединен с первой выходной шиной, а второй - с шиной включения. Кроме того устройство содержит два резистора, блок умножения напряжения, при чем в первой шине напряжения питания в качестве силового ключа используют первый КМОП транзистор одного типа проводимости, в другой шине напряжения питания в качестве силового ключа используют второй КМОП транзистор другого типа проводимости, между затвором и истоком КМОП транзисторов включены соответственно первый и второй резисторы, затвор первого КМОП транзистора соединен с первым выходом блока умножения выходного напряжения, затвор второго КМОП транзистора соединен с вторым выходом блока умножения выходного напряжения, общий вывод которого соединен с второй выходной шиной, вход выключения блока умножения выходного напряжения соединен с шиной выключения коммутатора напряжения питания, выход элемента аналогового ИЛИ соединен с входом напряжения питания блока умножения выходного напряжения. Также коммутатор напряжения питания содержит вторую шину выключения, два диода, третий и четвертый резисторы, третий и четвертый силовые ключи, при чем между первой входной шиной напряжения питания и выводом цепи коммутации первого силового ключа введена цепь коммутации третьего силового ключа, в качестве которого используют третий КМОП транзистор с типом проводимости первого КМОП транзистора, между второй входной шиной напряжения питания и выводом цепи коммутации второго силового ключа введена цепь коммутации четвертого силового ключа, в качестве которого используют четвертый КМОП транзистор с типом проводимости второго КМОП транзистора, между затвором и истоком третьего и четвертого КМОП транзисторов включены соответственно третий и четвертый резисторы, затвор третьего КМОП транзистора соединен с катодом первого диода, анод которого соединен с затвором первого КМОП транзистора, затвор четвертого КМОП транзистора соединен с анодом второго диода, катод которого соединен с затвором второго КМОП транзистора, второй вход выключения блока умножения выходного напряжения соединен с второй шиной выключения коммутатора напряжения питания.Of the known analogues, the closest in technical essence is the supply voltage switch presented in the patent [2]. The supply voltage switch contains a shutdown bus, as well as a first supply voltage input bus connected in series, a switching circuit of the first power switch, a first output bus, a second supply voltage input bus connected in series, a switching circuit of the second power switch, a second output bus, an analog OR element, one the input of which is connected to the first output bus, and the second - to the enable bus. In addition, the device contains two resistors, a voltage multiplication unit, wherein in the first supply voltage bus, the first CMOS transistor of one type of conductivity is used as a power switch, in the other supply voltage bus, a second CMOS transistor of a different conductivity type is used as a power switch, between the gate and the source of the CMOS transistors are connected respectively to the first and second resistors, the gate of the first CMOS transistor is connected to the first output of the output voltage multiplication unit, the gate of the second CMOS transistor is connected to the second output of the output voltage multiplication unit, the common terminal of which is connected to the second output bus, the shutdown input of the output voltage multiplication unit voltage switch is connected to the shutdown bus of the supply voltage switch, the output of the analog OR element is connected to the supply voltage input of the output voltage multiplication unit. Also, the supply voltage switch contains a second shutdown bus, two diodes, a third and fourth resistors, a third and fourth power switches, and between the first input supply voltage bus and the output of the switching circuit of the first power switch, a switching circuit of the third power switch is introduced, which is used as the third A CMOS transistor with the conductivity type of the first CMOS transistor, between the second input bus of the supply voltage and the output of the switching circuit of the second power switch, a switching circuit of the fourth power switch is introduced, which is used as the fourth CMOS transistor with the conductivity type of the second CMOS transistor, between the gate and source of the third and fourth The third and fourth resistors of the CMOS transistors are turned on, respectively, the gate of the third CMOS transistor is connected to the cathode of the first diode, the anode of which is connected to the gate of the first CMOS transistor, the gate of the fourth CMOS transistor is connected to the anode of the second diode, the cathode of which is connected to the gate of the second CMOS transistor, the second turn-off input the output voltage multiplication unit is connected to the second shutdown bus of the supply voltage switch.

Устройство обеспечило повышение технологичности, которое заключается в возможности изготовления устройства с использованием бескорпусной элементной базы силовых ключей в виде кристаллов. Это позволяет изготавливать малогабаритный вариант коммутатора напряжения питания, например, в виде микросборки.The device provided an increase in manufacturability, which consists in the possibility of manufacturing a device using an unpackaged element base of power keys in the form of crystals. This makes it possible to manufacture a small-sized version of the supply voltage switch, for example, in the form of a microassembly.

Недостатком устройства являются связи управляющих цепей силовых КМОП транзисторов через умножитель напряжения со стороны выходных шин коммутатора напряжения питания. Вследствие чего управление включением, выключением коммутатора напряжения должно осуществляться или через импульсные трансформаторы напряжения или формирователь сигналов управления в виде гальванически завязанных ключей должен иметь отдельный от основного (коммутируемого) источник питания. И то и другое усложняет использование коммутатора напряжения питания. Другим недостатком является наличие умножителя напряжения, усложняющее коммутатор напряжения питания. Кроме того, умножитель напряжения прототипа - динамическое устройство. Это ведет к повышенному энергопотреблению устройства, а также к излучению помех.The disadvantage of the device is the connection of the control circuits of the power CMOS transistors through the voltage multiplier on the side of the output busbars of the supply voltage switch. As a result, the switching on and off of the voltage switch must be controlled either through pulse voltage transformers or the control signal generator in the form of galvanically tied keys must have a separate power source from the main (switched) one. Both complicate the use of a power supply switch. Another disadvantage is the presence of a voltage multiplier, which complicates the supply voltage switch. In addition, the prototype voltage multiplier is a dynamic device. This leads to increased power consumption of the device, as well as to the emission of interference.

Цель полезной моделиPurpose of the utility model

Целью полезной модели является упрощение, уменьшение номенклатуры комплектующих изделий, стандартизация способа управления, повышение технологичности, снижение излучения помех, расширение функциональных возможностей, которое заключаются в возможности управления коммутатором напряжения питания как с использованием импульсных трансформаторов, так и с формирователем сигналов управления в виде гальванически завязанных с основным источником питания ключей.The purpose of the utility model is to simplify, reduce the range of components, standardize the control method, improve manufacturability, reduce interference radiation, expand functionality, which consists in the ability to control the supply voltage switch both using pulse transformers and with a control signal generator in the form of galvanically tied with the main power supply of the keys.

Сущность полезной моделиThe essence of the utility model

Устройство иллюстрируется фиг. 1 - схема одного варианта резервированного коммутатора напряжения питания, фиг. 2 - схема другого варианта резервированного коммутатора напряжения питания, фиг. 3 - иллюстрация системы управления устройствами в составе резервированной рабочей системы. На фиг. 1 резервированный коммутатор напряжения питания содержит последовательно соединенные плюсовую входную шину 1, силовую цепь КМОП транзистора 2 p-типа, силовую цепь КМОП транзистора 3 p-типа, плюсовую выходную шину 4. Минусовая входная шина 5 последовательно соединена с силовой цепью КМОП транзистора 6 n-типа, силовой цепью КМОП транзистора 7 n-типа, минусовой выходной шиной 8. Между затвором и истоком КМОП транзистора 2, КМОП транзистора 3, КМОП транзистора 6 и КМОП транзистора 7 включены соответственно резисторы 9, 10, 11 и 12. Затвор КМОП транзистора 2 соединен с катодом диода 13, анод которого соединен с затвором КМОП транзистора 3, затвор КМОП транзистора 6 соединен с анодом диода 14, катод которого соединен с затвором КМОП транзистора 7. Минусовая входная шина 5 соединена через ключ 15 с входом шунтирования ключа 16 силовая цепь которого включена между затвором КМОП транзистора 2 и входом силовой цепи ключа 17, силовой выход которого соединен с затвором КМОП транзистора 6. Минусовая входная шина 5 соединена через ключ 18 с входом шунтирования ключа 17. Первая шина выключения 19 соединена с входом управления ключа 15. Шина включения 20 соединена с первым входом включения ключа 16 и с первым входом включения ключа 17. Вторая шина выключения 21 соединена с входом управления ключа 18. Вторые входы включения ключей 16 и 17 соединены с первым выводом элемента обратной связи (ОС) 22, второй вывод которого соединен с плюсовой выходной шиной 4.The device is illustrated in Fig. 1 is a diagram of one variant of a redundant power supply switch, FIG. 2 is a diagram of another version of the redundant power supply switch, FIG. 3 is an illustration of a device management system in a redundant operating system. In FIG. 1 redundant power supply switch contains a positive input bus 1, a power circuit of a p-type CMOS transistor 2, a power circuit of a p-type CMOS transistor 3, a positive output bus 4 connected in series. The negative input bus 5 is connected in series with the power circuit of the CMOS transistor 6 n- type, the power circuit of the CMOS transistor 7 n-type, negative output bus 8. Between the gate and the source of the CMOS transistor 2, CMOS transistor 3, CMOS transistor 6 and CMOS transistor 7, resistors 9, 10, 11 and 12 are respectively connected. The gate of the CMOS transistor 2 is connected to the cathode of diode 13, the anode of which is connected to the gate of CMOS transistor 3, the gate of CMOS transistor 6 is connected to the anode of diode 14, the cathode of which is connected to the gate of CMOS transistor 7. is connected between the gate of the CMOS transistor 2 and the input of the power circuit of the switch 17, the power output of which is connected to the gate of the CMOS transistor 6. 20 is connected to the first turn-on input of the key 16 and to the first turn-on input of the key 17. The second turn-off bus 21 is connected to the control input of the key 18. The second turn-on inputs of the keys 16 and 17 are connected to the first output of the feedback element (OS) 22, the second output of which is connected with positive output bus 4.

По фиг. 1 элемент ОС диодного типа, катод которого является первым выводом элемента ОС, анод которого является вторым выводом элемента ОС. По фиг. 2 элемент ОС оптронного типа, первый и второй выводы которого являются выводами фоточувствительной коммутируемой цепи элемента ОС - выводы VT_св, цепь управления включена между выходными шинами 4 и 8 устройства.According to FIG. 1 diode-type OS element, the cathode of which is the first output of the OS element, the anode of which is the second output of the OS element. According to FIG. 2 OS element of optocoupler type, the first and second outputs of which are the outputs of the photosensitive switched circuit of the OS element - outputs VT _St , the control circuit is connected between the output buses 4 and 8 of the device.

На фиг. 3 представлены резервированный коммутатор напряжения питания 23 первого резерва, резервированный коммутатор напряжения питания 24 второго резерва, электронный прибор 25, первый резерв 26 электронного прибора 25, второй резерв 27 электронного прибора 25, общая (например, нерезервированная) нагрузка 28, система управления и первичного питания 29, блок телеметрии 30. Цифровые обозначения входных и выходных шин резервированных коммутаторов напряжения питания 23 и 24 соответствуют цифровым обозначениям фиг. 1, 2.In FIG. Figure 3 shows the redundant power supply switch 23 of the first reserve, the redundant power supply switch 24 of the second reserve, the electronic device 25, the first reserve 26 of the electronic device 25, the second reserve 27 of the electronic device 25, the total (for example, non-redundant) load 28, the control and primary power supply system 29, telemetry unit 30. The numerical designations of the input and output buses of the redundant supply voltage switches 23 and 24 correspond to the digital designations of FIG. 12.

Работа резервированного коммутатора напряжения питания в режиме включения осуществляется следующим образом. Исходное состояние -транзисторы VT₁₆ ключа 16 и VT₁₇ ключа 17 закрыты. Соответственно КМОП транзисторы 2, 3, 6 и 7 также закрыты.The operation of the redundant power supply switch in the switching mode is as follows. Initial state -transistors VT ₁₆ key 16 and VT ₁₇ key 17 are closed. Accordingly, CMOS transistors 2, 3, 6 and 7 are also closed.

При формировании импульса включения положительной полярности на шине включения 20 открываются транзисторы VT₁₆ ключа 16 и VT₁₇ ключа 17. Амплитуда импульса напряжения включения U_вкл ≥ 0,5U_вх. При примерно равном, как правило, пороговом напряжении U_пор КМОП транзисторов 2, 3, 6 и 7 величины резисторов 9 и 11 также примерно равны, также примерно равны и величины резисторов R₁₆ и R₁₇ ключей 16 и 17. Их расчет осуществляется обычным путем согласно закону Ома с учетом паспортных данных U_пор, U_вх и допустимой (выбранной) величины тока i_16,17 через ключи 16 и 17. При этом основное условие открытого состояния КМОП транзисторов 2, 3, 6 и 7 заключается в соотношении U_R9≈U_R10≥U_-пор, U_R11≈U_R12≥U_+пор, где U_-пор, U_+пор - пороговые значения модуля напряжений для КМОП транзисторов 2, 3 плюсовой и транзисторов 6, 7 минусовой шин соответственно. Они могут несколько отличаться, но не обязательно.When a positive polarity turn-on pulse is formed on _the turn-on bus 20, transistors VT ₁₆ key 16 and VT ₁₇ key ₁₇ open. With approximately equal, as a rule, threshold voltage U _then CMOS transistors 2, 3, 6 and 7, the values of resistors 9 and 11 are also approximately equal, and the values \u200b\u200bof resistors R ₁₆ and R ₁₇ of keys 16 and 17 are also approximately equal. Their calculation is carried out in the usual way according to Ohm's law, taking into account the passport data U _then , U _in and the permissible (selected) current value i _16.17 through keys 16 and 17. In this case, the main condition for the open state of CMOS transistors 2, 3, 6 and 7 is the ratio U _R9 ≈ U _R10 ≥U _-thr , U _R11 ≈U _R12 ≥U _+thr , where U _-thr , U _+thr - threshold values of the voltage modulus for CMOS transistors 2, 3 positive and transistors 6, 7 negative tires, respectively. They may be slightly different, but not necessarily.

При протекании тока i_16,17 между истоком и затвором КМОП транзисторов 2, 3, 6 и 7 формируются напряжения |U_зи|≥|U_-пор|, |U_зи|≥|U_+пор|. КМОП транзисторы 2, 3, 6, 7 открываются и на выходных шинах 4 и 8 появляется напряжение U_вых ≈ U_вх. При этом выходное напряжение с шины 4 через элемент ОС 22 поступает на вторые входы включения ключей 16 и 17. Длительность импульса включения должна быть больше длительности переходного процесса формирования U_вых. Таким образом по окончании импульса включения открытое состояние КМОП транзисторов 2, 3, 6, 7 поддерживается постоянным напряжением U_вых триггерной структуры посредством элемента ОС 22.When current i _16.17 flows between the source and gate of CMOS transistors 2, 3, 6 and 7, voltages |U _zi |≥|U _-thor |, |U _zi |≥|U _+thor |. CMOS transistors 2, 3, 6, 7 open and voltage appears on the output buses 4 and 8 U _out ≈ U _in . In this case, the output voltage from the bus 4 through the OS element 22 is supplied to the second inputs of switching on the keys 16 and 17. The duration of the switching pulse must be greater than the duration of the transient formation process U _out . Thus, at the end of the turn-on pulse, the open state of the CMOS transistors 2, 3, 6, 7 is maintained by a constant voltage U _{out of} the trigger structure through the OS element 22.

Выключение резервированного коммутатора напряжения питания осуществляется импульсом напряжения положительной полярности, поступающим на любую шину выключения 19 или 21. При этом открывается транзистор VT₁₅ ключа 15 или транзистор VT₁₈ ключа 18. Соответственно шунтируется сигнал базы транзистора VT₁₆ ключа 16 или транзистора VT₁₇ ключа 17. Транзистор VT₁₆ или транзистор VT₁₇ закрывается и i_16,17=0. Напряжение U_зи КМОП транзисторов 2, 3, 6, 7 становится равным нулю, транзисторы закрываются и U_вых=0. Длительность импульса выключения должна быть больше длительности переходного процесса спада U_вых.The redundant power supply switch is turned off by a positive voltage pulse supplied to any shutdown bus 19 or 21. This opens the transistor VT ₁₅ key 15 or the transistor VT ₁₈ key 18. Accordingly, the base signal of the transistor VT ₁₆ key 16 or the transistor VT ₁₇ key 17 is shunted. Transistor VT ₁₆ or transistor VT ₁₇ closes and i _16.17 = 0. Voltage U _zi CMOS transistors 2, 3, 6, 7 becomes equal to zero, the transistors are closed and U _o =0. The duration of the turn-off pulse must be greater than the duration of the transient decay U _o .

Работа резервированного коммутатора напряжения питания по фиг. 1, 2 в составе резервированной системы по фиг. 3 осуществляется следующим образом. Подача напряжения питания от системы управления 29 на плюсовую и минусовую входные шины 1 и 5 осуществляется одновременно для каждого резервированного коммутатора напряжения питания 23 и 24. При этом их ключи 16 и 17 находятся в закрытом состоянии, ток через резисторы 9 и 11 отсутствует и цепи коммутации КМОП транзисторов 2, 3, 6, 7 разомкнуты. Соответственно первый резерв 26 и второй резерв 27 электронного прибора 25 обесточены.The operation of the redundant power supply switch according to FIG. 1, 2 as part of the redundant system of FIG. 3 is carried out as follows. The supply voltage from the control system 29 to the positive and negative input buses 1 and 5 is carried out simultaneously for each redundant supply voltage switch 23 and 24. At the same time, their keys 16 and 17 are in the closed state, there is no current through resistors 9 and 11 and the switching circuit CMOS transistors 2, 3, 6, 7 are open. Accordingly, the first reserve 26 and the second reserve 27 of the electronic device 25 are de-energized.

При подаче сигнала от системы управления 29 на шину включения 20 резервированного коммутатора напряжения питания 23 первого резерва 26 в виде импульса положительного напряжения относительно минусовой входной шины 5 через резисторы 9, 11 протекает ток i_16,17≠0 заданной величины. Соответственно появляется напряжение U_ЗИ и силовые цепи коммутации КМОП транзисторов 2, 3, 6, 7 переходят в замкнутое состояние, и на выходных шинах 4, 8 появляется напряжение U_вых питания первого резерва 26 электронного прибора 25. По окончании импульса сигнала включения открытое состояние КМОП транзисторов 2, 3, 6, 7 резервированного коммутатора 23 первого резерва поддерживается постоянным напряжением U_вых по цепи элемента ОС 22. Данное включенное состояние резервированного коммутатора напряжения питания 23 сохраняется до поступления сигналов выключения на его шины выключения 19 и 21. Первый (включенный) резерв 26 электронного прибора 25 при этом отрабатывает алгоритм функционирования нагрузки 28 (например, поворот вала) по алгоритму сигналов системы управления 29.When a signal is applied from the control system 29 to the enable bus 20 of the redundant supply voltage switch 23 of the first reserve 26 in the form of a positive voltage pulse relative to the negative input bus 5, current i _16.17 ≠0 of the specified value flows through resistors 9, 11. Accordingly, the voltage _U appears and the power switching circuits of the CMOS transistors 2, 3, 6, 7 go into the closed state, and the output buses 4, 8 receive the voltage U _{out of the power} supply of the first reserve 26 of the electronic device 25. At the end of the turn-on signal pulse, the open state of the CMOS transistors 2, 3, 6, 7 of the redundant switch 23 of the first reserve is maintained by a constant voltage U _out through the circuit of the OS element 22. This on state of the redundant switch of the supply voltage 23 is maintained until the shutdown signals are received on its shutdown buses 19 and 21. The first (on) reserve 26 of the electronic device 25 at the same time fulfills the algorithm for the functioning of the load 28 (for example, the rotation of the shaft) according to the algorithm of the signals of the control system 29.

При наличии напряжения на первом (втором) резерве 26 (27) электронного прибора 25 в случае обнаружения системой управления 29 в некоторый момент времени по данным алгоритмического анализа информации блока телеметрии 30 нештатной работы нагрузки 28 система управления 29 формирует сигналы в виде импульсов положительного напряжения, которые одновременно поступают по двум линиям на первую и вторую шины выключения 19 и 21 относительно минусовой входной шины 5, например, включенного резервированного коммутатора напряжения 23 (24) первого (второго) резерва 26 (27). При этом n-p-n транзисторы VT₁₅ ключа 15 и VT₁₈ ключа 18 при их исправном состоянии открываются и шунтируют ток управления ключей 16 и 17 от цепи ОС 22, КМОП транзисторы 2, 3, 6, 7 закрываются.In the presence of voltage on the first (second) reserve 26 (27) of the electronic device 25 in the event that the control system 29 detects at some point in time, according to the algorithmic analysis of information from the telemetry unit 30, abnormal operation of the load 28, the control system 29 generates signals in the form of positive voltage pulses, which are simultaneously fed through two lines to the first and second shutdown buses 19 and 21 relative to the negative input bus 5, for example, the included redundant voltage switch 23 (24) of the first (second) reserve 26 (27). At the same time, npn transistors VT ₁₅ of key 15 and VT ₁₈ of key 18, when they are in good condition, open and shunt the control current of keys 16 and 17 from the OS circuit 22, CMOS transistors 2, 3, 6, 7 close.

В случае одной допустимой неисправности цепи выключения, например, какого-либо из транзисторов VT₁₅, … VT₁₈, ток цепи резисторов 9 и 11 прекращается за счет открытия одного из оставшихся в исправном состоянии другого - шунтирующего транзистора VT₁₅ или VT₁₈, или закрытия в другом случае одного из оставшихся в исправном состоянии транзистора VT₁₆ или VT₁₇. Соответственно КМОП транзисторы 2, 3, 6, 7 включенного резервированного коммутатора напряжения 23 (24) первого (второго) резерва 26 (27) размыкаются и первый (второй) резерв 26 (27) электронного прибора 25 обесточивается при одной любой неисправности резервированного коммутатора напряжения питания.In the event of one permissible malfunction of the shutdown circuit, for example, any of the transistors VT ₁₅ , ... VT ₁₈ , the current of the circuit of resistors 9 and 11 is stopped by opening one of the others remaining in good condition - the shunt transistor VT ₁₅ or VT ₁₈ , or closing in another case, one of the transistors remaining in good condition VT ₁₆ or VT ₁₇ . Accordingly, CMOS transistors 2, 3, 6, 7 of the included redundant voltage switch 23 (24) of the first (second) reserve 26 (27) open and the first (second) reserve 26 (27) of the electronic device 25 is de-energized with any one fault of the redundant power supply switch .

Описанный процесс выключения резервированного коммутатора напряжения 23 первого резерва 26 системы может произойти в любой момент времени как вследствие отказа первого резерва 26, так и при отказе резервированного коммутатора напряжения питания 23, в том числе непосредственно после подачи сигнала включения на шину включения 20 этого резерва.The described process of turning off the redundant voltage switch 23 of the first reserve 26 of the system can occur at any time, both as a result of the failure of the first reserve 26, and in the event of a failure of the redundant supply voltage switch 23, including immediately after the turn-on signal is applied to the turn-on bus 20 of this reserve.

Для обеспечения функционирования нагрузки 28 с обнаруженным системой управления 29 отказом по данным блока телеметрии 30 в первом резерве 26 или в резервированном коммутаторе напряжения питания 23 система управления 29 выключает резервированный коммутатор напряжения 23 и затем подает сигнал на шину включения 20 резервированного коммутатора напряжения питания 24, который, как описано, выше для резервированного коммутатора напряжения питания 23, обеспечивает напряжением питания второй резерв 27 электронного прибора 25. При этом обеспечивается требование функционирования нагрузки 28 при одной неисправности электронного прибора 25, частью которого являются резервированные коммутаторы напряжения питания 23 и 24 - фиг. 3.To ensure the operation of the load 28 with a failure detected by the control system 29 according to the data of the telemetry unit 30 in the first reserve 26 or in the redundant supply voltage switch 23, the control system 29 turns off the redundant voltage switch 23 and then sends a signal to the enable bus 20 of the redundant supply voltage switch 24, which , as described above for the redundant supply voltage switch 23, provides the second reserve 27 of the electronic device 25 with the supply voltage. This ensures the requirement for the operation of the load 28 with one malfunction of the electronic device 25, of which the redundant supply voltage switches 23 and 24 are part - FIG. 3.

Аналогично осуществляется переключение функционирования электронного прибора 25 с второго резерва 27 на первый 26. Также переключение резервов электронного прибора 25 возможно по тестовому требованию системы управления 29 при отсутствии признаков несоответствия алгоритма функционирования нагрузки 28.Similarly, the operation of the electronic device 25 is switched from the second reserve 27 to the first 26. Also, the switching of the reserves of the electronic device 25 is possible at the test requirement of the control system 29 in the absence of signs of inconsistency in the algorithm of the load 28 functioning.

Технический результатTechnical result

Техническим результатом является упрощение устройства. Например, для его реализации требуется три диода вместо восьми по прототипу и т.д. При этом достигается уменьшение номенклатуры комплектующих изделий, а также обеспечивается более однородная структурная организация резервированного коммутатора напряжения питания. Кроме того, стандартизован способ управления устройством - от источника входного напряжения питания, который широко используется промышленностью во вторичных источниках питания, стабилизаторах напряжения, коммутаторах напряжения питания, устройствах защиты и т.д. При этом в п. 1 формулы полезной модели представлен упрощенный вариант устройства с потенциальным управлением: наличие напряжение на шине включения - включено, отсутствие напряжения - отключено.The technical result is to simplify the device. For example, its implementation requires three diodes instead of eight according to the prototype, etc. At the same time, a reduction in the range of components is achieved, and a more uniform structural organization of the redundant power supply switch is also provided. In addition, the control method of the device is standardized - from the input power supply voltage source, which is widely used by the industry in secondary power supplies, voltage stabilizers, power supply switches, protection devices, etc. At the same time, in claim 1 of the formula of the utility model, a simplified version of the device with potential control is presented: the presence of voltage on the turn-on bus is on, the absence of voltage is off.

Повышена технологичность за счет упрощения реализации устройства, например - в виде микросборки или ИМС типа система на кристалле. В частности, возможна реализация в микросборке с использованием кристаллов одной ИМС 1НТ251 и четырех кристаллов силовых КМОП транзисторов.Manufacturability has been improved by simplifying the implementation of the device, for example, in the form of a microassembly or an IC of the system-on-a-chip type. In particular, it is possible to implement it in a microassembly using one 1NT251 IC chip and four power CMOS transistor chips.

Устройство обеспечивает расширение функциональных возможностей - управление как с использованием трансформаторов, так и без них с гальванически завязанными сигналами управления. Снижено излучение помех и энергопотребление за счет замены динамического режима работы узла управления силовыми КМОП транзисторами на узел управления в статическом режиме.The device provides an extension of functionality - control both with the use of transformers and without them with galvanically tied control signals. Reduced interference emission and power consumption due to the replacement of the dynamic mode of operation of the power CMOS transistor control unit with the control unit in static mode.

Надежность функционирования нагрузки ЭП при подаче напряжения питания на какой-либо резерв ЭП без отказа его элементов обеспечивается одним из двух резервированных коммутаторов напряжения питания в каждом резерве ЭП за счет системы управления. Данная структурная организация (фиг.1, 2 фиг. 3) обеспечивает выполнение требования минимизации количества элементов устройства при сохранении работоспособности резервированного ЭП 25 с отказом одного любого элемента.The reliability of the EP load operation when the supply voltage is applied to any EP reserve without failure of its elements is ensured by one of the two redundant supply voltage switches in each EP reserve due to the control system. This structural organization (Fig.1, 2 Fig. 3) ensures the fulfillment of the requirement to minimize the number of elements of the device while maintaining the operability of the redundant EP 25 with the failure of any one element.

Источники информацииInformation sources

1. Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току. Патент RU 2208292, МПК НО3К 17/08, 2003 г.1. Voltage switch with overcurrent protection. Patent RU 2208292, IPC NO3K 17/08, 2003

2. Коммутатор напряжения питания. Патент RU 213260 - фиг. 2, МПК НОЗК 17/687, 2022 г.2. Supply voltage switch. Patent RU 213260 - Fig. 2, IPC NOZK 17/687, 2022

Claims

1. The redundant power supply switch contains a positive input bus, a power circuit of the first CMOS transistor, a power circuit of the second CMOS transistor, a positive output bus, and a negative input bus connected in series with the power circuit of the third CMOS transistor, the power circuit of the fourth CMOS transistor, and a negative output bus. , between the gate and the source of the first CMOS transistor, the second CMOS transistor, the third CMOS transistor and the fourth CMOS transistor, the first, second, third and fourth resistors are connected, respectively, the gate of the first CMOS transistor is connected to the cathode of the first diode, the anode of which is connected to the gate of the second CMOS transistor, the gate of the third CMOS transistor is connected to the anode of the second diode, the cathode of which is connected to the gate of the fourth CMOS transistor, and the device contains a turn-on bus, characterized in that the first and second CMOS p-type transistors, the third and fourth n-type CMOS transistors, the source of the first The CMOS transistor is connected to the positive input bus, the drain of the second CMOS transistor is connected to the positive output bus, the source of the third CMOS transistor is connected to the negative input bus, the drain of the fourth CMOS transistor is connected to the negative output bus, and two switches are introduced into it, and the power circuit of the first the switch is connected between the gate of the first CMOS transistor and the input of the power circuit of the second switch, the power output of which is connected to the gate of the third CMOS transistor, the device enable bus is connected to the enable inputs of the first and second switches.

2. The redundant supply voltage switch according to claim 1, containing the first and second shutdown buses, characterized in that it contains the third and fourth keys and a feedback element, and the negative input bus is connected through the third key to the shunt input of the first key, the negative input the bus is connected through the fourth key to the bypass input of the second key, the first shutdown bus is connected to the control input of the third key, the second shutdown bus is connected to the control input of the fourth key, the second enable inputs of the first and second keys are connected to the first output of the feedback element, the second output of which is connected with positive output.

3. The redundant supply voltage switch according to claim 2, characterized in that the feedback element is of the diode type, the cathode of which is the first output of the feedback element, the anode of the series circuit of which is the second output of the feedback element.

4. The redundant supply voltage switch according to claim 2, characterized in that the feedback element is of the optocoupler type, the first and second terminals of which are the terminals of the serial photosensitive switched circuit of the feedback element, and the third and fourth terminals of the feedback element are the serial LED control circuit, which is included between the output buses of the device.