RU2304343C1 - Solid load controller - Google Patents

Solid load controller Download PDF

Info

Publication number
RU2304343C1
RU2304343C1 RU2006100122/09A RU2006100122A RU2304343C1 RU 2304343 C1 RU2304343 C1 RU 2304343C1 RU 2006100122/09 A RU2006100122/09 A RU 2006100122/09A RU 2006100122 A RU2006100122 A RU 2006100122A RU 2304343 C1 RU2304343 C1 RU 2304343C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
control
unit
voltage conversion
Prior art date
Application number
RU2006100122/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Витальевич Ершов (RU)
Сергей Витальевич Ершов
В чеслав Михайлович Киселев (RU)
Вячеслав Михайлович Киселев
Владимир Владимирович Тарасов (RU)
Владимир Владимирович Тарасов
Александр Сергеевич Сапронов (RU)
Александр Сергеевич Сапронов
Станислав Леонидович Селезнев (RU)
Станислав Леонидович Селезнев
Павел Валентинович Дмитриев (RU)
Павел Валентинович Дмитриев
Андрей Васильевич Майоров (RU)
Андрей Васильевич Майоров
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Прибор"
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 Открытое акционерное общество "Прибор" filed Critical Открытое акционерное общество "Прибор"
Priority to RU2006100122/09A priority Critical patent/RU2304343C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2304343C1 publication Critical patent/RU2304343C1/en

Links

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

FIELD: switching of DC power networks.
SUBSTANCE: the controller consists of buffer (1), galvanic decoupling assembly (2) control and protection assembly (3), voltage conversion assembly (4), switch (5) and time-delay assembly (6).
EFFECT: provided in-line monitoring of the present condition of load current, reduced power consumption, expanded field of application, simplified controller construction and, as a result, reduced cost.
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, содержащий буфер, узел гальванической развязки, узел управления и защиты, узел преобразования напряжения, первый вход которого подключен к источнику питания, а выход соединен со вторым входом узла управления и защиты, коммутатор, второй вход и второй выход которого соединены соответственно с первым выходом и первым входом узла управления и защиты, а первый вход и первый выход являются соответственно выходом и входом коммутируемой устройством цепи (цепи нагрузки), второй и третий выходы и третий вход узла управления и защиты соединены соответственно с входами и выходом узла гальванической развязки, а другие выходы и вход узла развязки соединены соответственно с входами и выходом буфера, выходы которого являются выходами состояния устройства, а 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 first 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, a second input and a second output of which are connected respectively to the first output and the first input of the control and protection unit, and the first input and the first output are respectively the output and input of the switching device circuit (load circuit), the second and third outputs and the third input of the unit and the controls and protections are connected respectively to the inputs and outputs of the galvanic isolation node, and the other outputs and inputs of the isolation node are connected respectively to the inputs and outputs of the buffer, the outputs of which are the status outputs of the device, and the input is the control input of the device (ENGINEERING DATA SHEET, F. LEACH INTERNATIONAL, North America, Volume V - Solid State Power Controller, page 20, date of issue: 10/98).

Недостатком известного контроллера является ограниченная область применения, обусловленная невозможностью самостоятельного включения после аварийного отключения.A disadvantage of the known controller is the limited scope, due to the inability to independently turn on after an emergency shutdown.

Известен твердотельный контроллер, содержащий буфер, узел гальванической развязки, узел управления и защиты, узел преобразования напряжения, узел отключения и узел идентификации, первый вход узла преобразования напряжения 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 вход и второй выход являются входом и выходом силовой цепи устройства, второй выход узла управления и защиты соединен с входом узла гальванической развязки, выход узла гальванической развязки соединен с входом буфера, выход которого является выходом состояния устройства (патент РФ №2256282, МПК 7 Н02М 3/08).A known solid-state controller containing a buffer, a galvanic isolation unit, a control and protection unit, a voltage conversion unit, a disconnection unit and an identification unit, a first input of a voltage conversion unit is connected to a power source, and an output is connected to a second input of a control and protection unit, a switch, an input which is connected to the first output of the control and protection unit, and the first input and second output are the input and output of the power circuit of the device, the second output of the control and protection unit is connected to the input of the galvanic unit isolation, the output of the galvanic isolation node is connected to the input of the buffer, the output of which is the status output of the device (RF patent No. 2256282, IPC 7 Н02М 3/08).

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 данного контроллера является невозможность управления временем отключения и повторного включения коммутатора, что может быть необходимо при работе на реактивную нагрузку (емкостную, индуктивную, моторную, ламповую), вызывающую броски тока в коммутируемой цепи при ее замыкании или размыкании, для исключения ложного срабатывания защиты от перегрузки по току. Другим недостатком контроллера является сложность и, как следствие, высокая стоимость устройства, обусловленная наличием узла идентификации нагрузки. Этот узел построен на основе аналого-цифрового преобразователя, формирующего последовательный цифровой код, пропорциональный величине тока в коммутируемой контроллером цепи нагрузки. Необходимость декодирования данного кода для определения величины тока нагрузки усложняет также и управляющую контроллером схему, а кроме того требует дополнительных затрат времени, что может быть критично при необходимости быстро обесточить цепь нагрузки в аварийной ситуации.The disadvantage of this controller is the inability to control the switch-off and switch-on times, which may be necessary when working on a reactive load (capacitive, inductive, motor, lamp), causing inrush currents in the switched circuit when it closes or opens to prevent false protection from over current. Another disadvantage of the controller is the complexity and, as a consequence, the high cost of the device due to the presence of the load identification node. This unit is built on the basis of an analog-to-digital converter that generates a serial digital code proportional to the current value in the load circuit switched by the controller. The need to decode this code to determine the magnitude of the load current also complicates the controller control circuit, and also requires additional time, which can be critical if necessary, quickly disconnect the load circuit in an emergency.

Технический результат заявляемого изобретения выражается в расширении области его применения за счет обеспечения возможности регулирования времени включения/отключения коммутатора, а также в упрощении и, как следствие, снижении стоимости.The technical result of the claimed invention is expressed in expanding its scope by providing the ability to control the on / off time of the switch, as well as in simplifying and, as a consequence, reducing the cost.

Для решения поставленной задачи в твердотельный контроллер нагрузки, содержащий буфер, узел гальванической развязки, узел управления и защиты, узел преобразования напряжения, первый вход которого подключен к внешнему источнику питания, а выход соединен с первым входом узла управления и защиты, коммутатор, второй вход которого соединен с первым выходом узла управления и защиты, а первые вход и выход являются входом и выходом силовой цепи устройства, второй выход узла управления и защиты соединен со входом узла гальванической развязки, выход узла гальванической развязки соединен со входом буфера, выход которого является выходом состояния устройства, введен узел временной задержки, вход которого соединен с выходом узла преобразования напряжения, а выход соединен со вторым входом узла управления и защиты, третий вход которого соединен со вторым выходом коммутатора, второй вход узла преобразования напряжения является входом управления устройства, а третий вход - входом сброса устройства.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 first input of which is connected to an external power source, and the output is connected to the first input of the control and protection unit, a switch, the second input of which connected to the first output of the control and protection unit, and the first input and output are the input and output of the power circuit of the device, the second output of the control and protection unit is connected to the input of the galvanic isolation unit, you One galvanic isolation node is connected to the input of the buffer, the output of which is the device status output, a time delay node is introduced, the input of which is connected to the output of the voltage conversion unit, and the output is connected to the second input of the control and protection unit, the third input of which is connected to the second output of the switch, the second input of the voltage conversion unit is the control input of the device, and the third input is the reset input of the device.

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 микросхем согласования уровней, узла 2 гальванической развязки, выполненного на базе оптронов, трансформаторов и т.д., узла 3 управления и защиты, состоящего из схемы управления выходным ключом (транзисторный усилитель тока) и схемы сравнения напряжения с эталонными значениями (на основе компараторов), который может быть реализован как на базе дискретных элементов, так и на 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, состоящего из включенных последовательно коммутируемой цепи ключа (на основе силовых транзисторов) и датчика тока (например преобразователя ток-напряжение на низкоомном резисторе), узла 6 временной задержки, который может быть построен по схеме одновибратора (как на дискретных элементах, так и на БИС базового матричного кристалла) с времязадающей RC-цепью, определяющей задержку выходного сигнала узла относительно входного.The solid-state load controller consists of a buffer 1, made on the basis of level matching chips, a galvanic isolation node 2, made on the basis of optocouplers, transformers, etc., a control and protection unit 3, consisting of an output key control circuit (current transistor amplifier) and a circuit for comparing voltage with reference values (based on comparators), which can be implemented both on the basis of discrete elements and on the LSI of the base matrix crystal, node 4 of the voltage conversion, consisting of a series of a pulse generator (based on microcircuits), a step-up transformer and a rectifier (based on diodes and zener diodes), a switch 5 consisting of a series-switched key circuit (based on power transistors) and a current sensor (for example, a current-voltage converter with a low resistance resistor) ), node 6 of the time delay, which can be constructed according to the single-vibrator scheme (both on discrete elements and on the LSI of the base matrix crystal) with a time-varying RC circuit that determines the delay of the output signal ala respect to the input node.

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

При подаче питания на первый вход и отсутствии сигнала сброса на третьем входе узла 4 преобразования напряжения запускается генератор импульсов этого узла. Для включения устройства на второй вход узла 4 преобразования напряжения подается сигнал управления. При этом разрешается преобразование формируемых генератором импульсов через трансформатор и выпрямитель в выходное постоянное напряжение, обеспечивающее питание узла 3 управления и защиты и узла 6 временной задержки, который через определенное время формирует разрешающий сигнал. При наличии данного сигнала узел 3 управления и защиты выдает отпирающий сигнал в коммутатор 5, что приводит к срабатыванию ключа, замыкающего цепь нагрузки. При этом через ключ и датчик тока протекает входящий через первый вход и выходящий через первый выход коммутатора 5 ток, величина которого определяется сопротивлением нагрузки в коммутируемой устройством цепи. Напряжение, снимаемое с датчика тока и пропорциональное току нагрузки, выдается из коммутатора 5 на схему сравнения узла 3 управления и защиты. При превышении током нагрузки максимально допустимого значения (а, соответственно, и напряжением, получаемым с датчика тока, пороговой величины) узел 3 управления и защиты выдает в узел 2 гальванической развязки соответствующий сигнал. После гальванической развязки по питанию данного сигнала он выдается из узла 2 гальванической развязки в буфер 1, где происходят его нормализация по уровням напряжения и усиление по току, и далее выдается во внешнюю схему с выхода состояния устройства. Если величина тока нагрузки не превышает максимально допустимого значения, то сигнал состояния устройства не формируется.When power is supplied to the first input and there is no reset signal at the third input of the voltage conversion unit 4, the pulse generator of this unit is started. To turn on the device, a control signal is supplied to the second input of the voltage conversion unit 4. In this case, the conversion of the pulses generated by the generator through the transformer and the rectifier into the output DC voltage is allowed, which provides power to the control and protection unit 3 and the time delay unit 6, which after a certain time forms an enable signal. In the presence of this signal, the control and protection unit 3 issues a unlocking signal to the switch 5, which leads to the operation of a key that closes the load circuit. In this case, the current entering through the first input and exiting through the first output of the switch 5 flows through the switch and the current sensor, the value of which is determined by the load resistance in the circuit switched by the device. The voltage removed from the current sensor and proportional to the load current is issued from the switch 5 to the comparison circuit of the control and protection unit 3. If the load current exceeds the maximum permissible value (and, accordingly, the voltage received from the current sensor, a threshold value), the control and protection unit 3 issues a corresponding signal to the galvanic isolation unit 2. After galvanic isolation on the power supply of this signal, it is output from the galvanic isolation node 2 to buffer 1, where it is normalized by voltage levels and current amplification, and then it is output to an external circuit from the device status output. If the load current does not exceed the maximum permissible value, then the device status signal is not generated.

Наличие сигнала на третьем входе узла 4 преобразования напряжения (входе сброса устройства) останавливает его генератор и обеспечивает переход устройства в режим хранения с обесточиванием всех его узлов и запиранием выходного ключа. Если защиты от перегрузки не требуется, вход сброса можно оставить неподключенным.The presence of a signal at the third input of the voltage conversion unit 4 (input of the device reset) stops its generator and ensures that the device switches to storage mode with all its components switched off and the output key is locked. If overload protection is not required, the reset input can be left unconnected.

Если при превышении током нагрузки предельных значений требуется размыкание коммутируемой цепи (запирание выходного ключа устройства), то выход состояния и вход сброса устройства должны быть электрически соединены между собой. При их непосредственном соединении (проводником тока) обеспечивается минимальная задержка отключения устройства, определяемая его быстродействием. После отключения устройства пропадает сигнал состояния, что автоматически приводит к разблокированию устройства (по пропаданию сигнала на входе сброса) и его повторному включению (при наличии сигнала управления на втором входе узла 4 преобразования напряжения). Таким образом, при токовой перегрузке в цепи коммутации циклически повторяются включение/отключение устройства. При этом время нахождения коммутируемой цепи под током на два порядка меньше, чем время обесточенного состояния (за счет задержки включения, обеспечиваемой узлом 6 временной задержки), что предотвращает выход из строя цепи нагрузки и коммутирующего элемента.If, when the load current exceeds the limit values, it is necessary to open the switched circuit (locking the output key of the device), then the status output and the reset input of the device must be electrically connected to each other. When they are directly connected (by a current conductor), a minimum device shutdown delay is provided, which is determined by its speed. After the device is turned off, the status signal disappears, which automatically leads to the device unlocking (by the loss of the signal at the reset input) and its re-inclusion (if there is a control signal at the second input of the voltage conversion unit 4). Thus, with current overload in the switching circuit, the device is turned on / off cyclically. At the same time, the time the switched circuit is under current is two orders of magnitude less than the time of the de-energized state (due to the turn-on delay provided by the time delay unit 6), which prevents the load circuit and the switching element from failing.

Из-за переходных процессов по включению (емкостная нагрузка) или в случае изменения величины сопротивления нагрузки (например, включение на холодную нить накала), начальные значения коммутируемого тока могут значительно (на порядок) превышать величину тока установившегося режима. В таких случаях можно увеличить задержку отключения устройства (от появления сигнала на выходе состояния до его подачи на вход сброса) до стабилизации параметров цепи нагрузки. Задержка может быть как аппаратной (на аналоговых элементах, например интегрирующие RC-цепи, или цифровых, например счетчики импульсов), так и программной (например, передача сигнала состояния устройства в микропроцессорную систему с программным отсчетом времени задержки и выдачей сигнала отключения контроллера на его вход сброса).Due to switching transients (capacitive load) or in the case of a change in the load resistance (for example, switching on a cold filament), the initial values of the switched current can significantly (by an order of magnitude) exceed the current value of the steady state. In such cases, you can increase the delay off the device (from the appearance of the signal at the status output to its supply to the reset input) to stabilize the load circuit parameters. The delay can be either hardware (on analog elements, for example, integrating RC circuits, or digital, for example, pulse counters), and program (for example, transmitting the device status signal to a microprocessor system with a software delay time countdown and issuing a controller shutdown signal to its input reset).

Таким образом, введение в устройство узла временной задержки с соответствующими связями обеспечивает возможность осуществлять оперативный контроль текущего состояния тока нагрузки и управление временем включения/отключения коммутатора устройства в цепях с различными величинами и характером нагрузки при одновременном снижении энергопотребления при переходе в режим хранения, что позволяет значительно расширить область применения контроллера, упростить и, как следствие, снизить его стоимость.Thus, the introduction of a time delay unit into the device with appropriate connections provides the possibility of real-time monitoring of the current state of the load current and control of the on / off time of the device switch in circuits with different values and nature of the load while reducing energy consumption when switching to storage mode, which allows significantly expand the scope of the controller, simplify and, as a result, reduce its cost.

Claims (1)

Твердотельный контроллер нагрузки, содержащий буфер, узел гальванической развязки, узел управления и защиты, узел преобразования напряжения, первый вход которого подключен к внешнему источнику питания, а выход соединен с первым входом узла управления и защиты, коммутатор, второй вход которого соединен с первым выходом узла управления и защиты, а первые вход и выход являются входом и выходом силовой цепи устройства, второй выход узла управления и защиты соединен со входом узла гальванической развязки, выход узла гальванической развязки соединен со входом буфера, выход которого является выходом состояния устройства, отличающийся тем, что введен узел временной задержки, вход которого соединен с выходом узла преобразования напряжения, а выход соединен со вторым входом узла управления и защиты, третий вход которого соединен со вторым выходом коммутатора, второй вход узла преобразования напряжения является входом управления устройства, а третий вход - входом сброса устройства.A solid-state load controller containing a buffer, a galvanic isolation unit, a control and protection unit, a voltage conversion unit, the first input of which is connected to an external power source, and the output is connected to the first input of the control and protection unit, a switch, the second input of which is connected to the first output of the unit control and protection, and the first input and output are the input and output of the power circuit of the device, the second output of the control and protection unit is connected to the input of the galvanic isolation node, the output of the galvanic isolation node with connected to the input of the buffer, the output of which is the status output of the device, characterized in that a time delay unit is introduced, the input of which is connected to the output of the voltage conversion unit, and the output is connected to the second input of the control and protection unit, the third input of which is connected to the second output of the switch, the second input of the voltage conversion unit is the control input of the device, and the third input is the reset input of the device.
RU2006100122/09A 2006-01-10 2006-01-10 Solid load controller RU2304343C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006100122/09A RU2304343C1 (en) 2006-01-10 2006-01-10 Solid load controller

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006100122/09A RU2304343C1 (en) 2006-01-10 2006-01-10 Solid load controller

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2304343C1 true RU2304343C1 (en) 2007-08-10

Family

ID=38510924

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006100122/09A RU2304343C1 (en) 2006-01-10 2006-01-10 Solid load controller

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2304343C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6288379B2 (en) Inrush current prevention circuit
US7193337B2 (en) System and method utilizing a solid state power controller (SSPC) for controlling an electrical load of a variable frequency three-phase power source
JP2002262544A (en) Overvoltage protection device for power supply system, ac/dc converter forming the power supply system and dc/dc converter
EP3266105A2 (en) Three input comparator
US9343901B2 (en) Power system and short-circuit protection circuit thereof
CN100541955C (en) Supply unit with overload protection
EP3082239B1 (en) Gate driver for driving inverter
RU2304343C1 (en) Solid load controller
RU2414787C1 (en) Multi-channel solid-state load controller
US5568342A (en) Apparatus and method for protecting an amplifier circuit
RU2360358C1 (en) Electronic relay with transformer isolation and protection from current overload
RU2599190C2 (en) Voltage switch with overcurrent protection
RU2256282C2 (en) Solid-state load controller
RU2208291C2 (en) Voltage switch incorporating overcurrent protective gear
US20190334518A1 (en) Universal semiconductor switch
SU762085A1 (en) Secondary power supply source
RU2370883C1 (en) Transistor key with protection against short-circuiting
US20220094296A1 (en) Embedded electronic motor disconnect
RU176111U1 (en) Power Supply
TWI835032B (en) Power supply
CN110611443B (en) Power supply system and power converter
RU2256281C2 (en) Solid-state load controller
KR100856760B1 (en) DC Power supply control circuit with multiple control inputs
RU2567218C2 (en) Electric circuit for load electric power switching and/or adjustment
JP3587056B2 (en) Overvoltage protection circuit

Legal Events

Date Code Title Description
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 22-2007 FOR TAG: (73)

QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20081010

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090111

PD4A Correction of name of patent owner
PD4A Correction of name of patent owner