RU2256281C2

RU2256281C2 - Solid-state load controller

Info

Publication number: RU2256281C2
Application number: RU2003114126/09A
Authority: RU
Inventors: С.Л. Селезнёв (RU); С.Л. Селезнёв; В.В. Лапин (RU); В.В. Лапин; С.В. Ершов (RU); С.В. Ершов; П.В. Дмитриев (RU); П.В. Дмитриев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Прибор"
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2005-07-10

Abstract

FIELD: electronic switching engineering; switching dc power systems.

SUBSTANCE: proposed controller has buffer 1, electrical isolation unit 2, control and protection unit 3, voltage conversion unit 4, switch 5, and load identification unit 6. Controller is used for on-line monitoring of load current present condition.

EFFECT: enlarged functional capabilities and application range of controller.

2 cl, 1 dwg

Description

Твердотельный контроллер нагрузки относится к электронной коммутационной технике и может быть использован для коммутации силовых энергетических сетей постоянного тока.Solid state load controller refers to electronic switching technology and can be used for switching power DC power networks.

Известен твердотельный контроллер нагрузки, содержащий узел гальванической развязки, преобразователь напряжения DC/DC, узел управления и защиты и коммутатор (SPECIFICATIONS ARE SUBJECT TO CHANGE WITHOUT NOTICE, ф. TELEDYNE RELAYS, 2000, page 122).A known solid-state load controller containing a galvanic isolation unit, a DC / DC voltage converter, a control and protection unit and a switch (SPECIFICATIONS ARE SUBJECT TO CHANGE WITHOUT NOTICE, F. TELEDYNE RELAYS, 2000, page 122).

Недостатками такого контроллера являются ограниченные функциональные возможности и низкая надежность.The disadvantages of this controller are limited functionality and low reliability.

Известен твердотельный контроллер, содержащий буфер, узел гальванической развязки, узел управления и защиты, узел преобразования напряжения, вход которого подключен к источнику питания, а выход соединен со вторым входом узла управления и защиты, коммутатор, вход и второй выход которого соединены соответственно с первым выходом и третьим входом узла управления и защиты, а первый выход является выходом устройства, второй и третий выходы и первый вход узла управления и защиты соединены соответственно с четвертым и третьим входом и первым выходом узла гальванической развязки, второй и третий выходы и первый вход узла гальванической развязки соединены соответственно с вторым и третьим входами и первым выходом буфера, второй и третий выходы которого являются выходами состояния устройства, а первый вход - входом управления устройства (ENGINEERING DATA SHEET, ф. LEACH INTERNATIONAL, North America, Volume V - Solid State Power Controller, page 20, date of issue: 10/98).A known solid-state controller containing a buffer, a galvanic isolation unit, a control and protection unit, a voltage conversion unit, the input of which is connected to a power source, and the output is connected to the second input of the control and protection unit, a switch, an input and a second output of which are connected respectively to the first output and the third input of the control and protection unit, and the first output is the output of the device, the second and third outputs and the first input of the control and protection unit are connected respectively to the fourth and third input and the first During the galvanic isolation unit, the second and third outputs and the first input of the galvanic isolation unit are connected respectively to the second and third inputs and the first output of the buffer, the second and third outputs of which are the device status outputs, and the first input is the device control input (ENGINEERING DATA SHEET, ф . LEACH INTERNATIONAL, North America, Volume V - Solid State Power Controller, page 20, date of issue: 10/98).

Известный контроллер наиболее близок по сущности к заявляемому изобретению и выбран в качестве ближайшего аналога (прототипа).The known controller is closest in essence to the claimed invention and is selected as the closest analogue (prototype).

Недостатком известного контроллера являются ограниченные функциональные возможности и область применения, обусловленные невозможностью контроля текущего состояния тока нагрузки.A disadvantage of the known controller is the limited functionality and scope, due to the inability to control the current state of the load current.

Задачей заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей и области применения устройства за счет обеспечения оперативного контроля текущего состояния тока нагрузки.The task of the invention is to expand the functionality and scope of the device by providing operational control of the current state of the load current.

Для решения поставленной задачи в твердотельный контроллер нагрузки, содержащий буфер, узел гальванической развязки, узел управления и защиты, узел преобразования напряжения, вход которого подключен к источнику питания, а выход соединен со вторым входом узла управления и защиты, коммутатор, вход которого соединен с первым выходом узла управления и защиты, а первый выход является выходом устройства, второй выход и первый вход узла управления и защиты соединены соответственно с четвертым входом и первым выходом узла гальванической развязки, второй и третий выходы и первый вход узла гальванической развязки соединены соответственно с вторым и третьим входами и первым выходом буфера, второй и третий выходы которого являются выходами состояния устройства, а первый вход - входом управления устройства, введен узел идентификации нагрузки, причем вход узла идентификации нагрузки соединен с вторым выходом коммутатора, первый и второй выходы узла идентификации нагрузки соединены с третьими входами соответственно узла гальванической развязки и узла управления и защиты.To solve this problem, a solid-state load controller containing a buffer, a galvanic isolation unit, a control and protection unit, a voltage conversion unit, the input of which is connected to a power source, and the output is connected to the second input of the control and protection unit, a switch, the input of which is connected to the first the output of the control and protection unit, and the first output is the output of the device, the second output and the first input of the control and protection unit are connected respectively to the fourth input and the first output of the galvanic isolation unit ki, the second and third outputs and the first input of the galvanic isolation unit are connected respectively to the second and third inputs and the first output of the buffer, the second and third outputs of which are the status outputs of the device, and the first input is the control input of the device, a load identification node is introduced, and the input of the node the load identification is connected to the second output of the switch, the first and second outputs of the load identification node are connected to the third inputs of the galvanic isolation unit and the control and protection unit, respectively.

Узел идентификации нагрузки содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП), причем вход АЦП является входом, а выход - вторым выходом узла, и сдвиговый регистр, вход которого соединен с выходом АЦП, а выход является первым выходом узла.The load identification node contains an analog-to-digital converter (ADC), where the ADC input is the input and the output is the second output of the node, and the shift register, the input of which is connected to the ADC output, and the output is the first output of the node.

На чертеже представлена структурная схема твердотельного контроллера нагрузки.The drawing shows a structural diagram of a solid-state load controller.

Твердотельный контроллер нагрузки состоит из буфера 1, выполненного на базе элементов стабилизации (например, стабилитроны) и микросхем согласования уровней, узла 2 гальванической развязки, выполненного на базе оптронов, трансформаторов и т.д., узла 3 управления и защиты, который может быть реализован как на базе микросхем малого уровня интеграции, так и БИС базового матричного кристалла, узла 4 преобразования напряжения, состоящего из последовательно включенных генератора импульсов (на базе микросхем), повышающего трансформатора и выпрямителя (на базе диодов и стабилитронов), коммутатора 5, выполненного на основе силовых транзисторов, узла 6 идентификации нагрузки, который может быть построен на основе микросхем или на базовом матричном кристалле.The solid-state load controller consists of a buffer 1 made on the basis of stabilization elements (for example, zener diodes) and level matching chips, a galvanic isolation unit 2, made on the basis of optocouplers, transformers, etc., a control and protection unit 3, which can be implemented both on the basis of microcircuits of a low level of integration, and LSI of the base matrix crystal, node 4 of the voltage conversion, consisting of series-connected pulse generator (based on microcircuits), a step-up transformer and rectifier Itel (based on diodes and zener diodes), switch 5, made on the basis of power transistors, node 6 load identification, which can be built on the basis of microcircuits or on a base matrix crystal.

Твердотельный контроллер нагрузки работает следующим образом.Solid state load controller works as follows.

В узел 3 управления и защиты через буфер 1 и узел 2 гальванической развязки подается сигнал управления. При наличии сигнала управления, этот узел выдает отпирающий сигнал в коммутатор 5, что приводит к появлению выходного сигнала. Коммутатор 5 выдает в узел 6 идентификации нагрузки аналоговый сигнал, напряжение которого пропорционально величине тока нагрузки. Узел 6 идентификации нагрузки преобразует этот сигнал в цифровой код, который в последовательном виде выдается через узел 2 гальванической развязки и буфер 1 (сигнал состояния 1), что позволяет вести оперативный контроль величины тока в нагрузке. Кроме того, цифровой код из узла 6 идентификации нагрузки выдается в узел 3 управления и защиты, где он сравнивается с базовыми кодами, определяющими порог срабатывания защиты по перегрузке или короткому замыканию (к.з). При превышении током нагрузки допустимых значений, а также при перегреве силового транзистора, сразу или с заданной временной задержкой снимается отпирающий сигнал в коммутатор 5, а через узел 2 гальванической развязки и буфер 1 выдается сигнал состояния 2, сигнализирующий об аварийной ситуации.A control signal is supplied to the control and protection unit 3 through the buffer 1 and the galvanic isolation unit 2. In the presence of a control signal, this node issues a trigger signal to the switch 5, which leads to the appearance of the output signal. The switch 5 provides an analog signal to the load identification unit 6, the voltage of which is proportional to the magnitude of the load current. Node 6 identification of the load converts this signal into a digital code, which is sequentially issued through the node 2 galvanic isolation and buffer 1 (signal status 1), which allows operational monitoring of the current in the load. In addition, the digital code from the load identification unit 6 is issued to the control and protection unit 3, where it is compared with the basic codes defining the threshold for protection for overload or short circuit (short circuit). If the load current exceeds the permissible values, as well as when the power transistor overheats, the unlocking signal is removed immediately or with a specified time delay to the switch 5, and through the galvanic isolation node 2 and buffer 1, a status signal 2 is issued, which signals an emergency situation.

Таким образом, введение в устройство узла идентификации нагрузки с соответствующими связями позволило обеспечить оперативный контроль текущего состояния тока нагрузки, что расширило функциональные возможности и область применения устройства.Thus, the introduction of a load identification unit with appropriate connections into the device made it possible to provide operational control of the current state of the load current, which expanded the functionality and scope of the device.

Claims

1. Solid-state load controller containing a buffer, galvanic isolation unit, control and protection unit, voltage conversion unit, the input of which is connected to a power source, and the output is connected to the second input of the control and protection unit, a switch whose input is connected to the first output of the control unit and protection, and the first output is the device output, the second output and the first input of the control and protection unit are connected respectively to the fourth input and the first output of the galvanic isolation unit, the second and third outputs and the first the first input of the galvanic isolation node is connected respectively to the second and third inputs and the first output of the buffer, the second and third outputs of which are the status outputs of the device, and the first input is the control input of the device, characterized in that the load identification node is introduced, and the input of the load identification node is connected with the second output of the switch, the first and second outputs of the load identification node are connected to the third inputs of the galvanic isolation node and the control and protection node, respectively, the switch issues a loading unit identification analog signal whose voltage is proportional to the load current, load identification unit converts said signal into digital code, which is issued in sequential form through galvanic decoupling node and buffer.

2. The solid-state load controller according to claim 1, characterized in that the load identification node contains an analog-to-digital converter (ADC), the ADC input being an input and the output being the second output of the load identification node, and a shift register whose input is connected to the output ADC, and the output is the first output of the load identification node.