RU2321164C1 - Voltage commutator with current overload protection - Google Patents

Voltage commutator with current overload protection Download PDF

Info

Publication number
RU2321164C1
RU2321164C1 RU2006141307/09A RU2006141307A RU2321164C1 RU 2321164 C1 RU2321164 C1 RU 2321164C1 RU 2006141307/09 A RU2006141307/09 A RU 2006141307/09A RU 2006141307 A RU2006141307 A RU 2006141307A RU 2321164 C1 RU2321164 C1 RU 2321164C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
voltage
switch
relay
Prior art date
Application number
RU2006141307/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталий Алексеевич Заводин (RU)
Виталий Алексеевич Заводин
Александр Анатольевич Павлов (RU)
Александр Анатольевич Павлов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро по релейной технике" (ОАО "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 Открытое акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро по релейной технике" (ОАО "СКТБ РТ") filed Critical Открытое акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро по релейной технике" (ОАО "СКТБ РТ")
Priority to RU2006141307/09A priority Critical patent/RU2321164C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2321164C1 publication Critical patent/RU2321164C1/en

Links

Abstract

FIELD: electronic engineering, possible use for commutating constant current power circuits in non-contact commutating devices, load controllers and electronic time relays.
SUBSTANCE: known voltage commutator contains current sensor, electronic switch, load block, first and second relay elements, mono-stable multi-vibrator, AND element, trigger, OR element, indicator, voltage set-point generator and operational amplifier. Introduced to the device are following components: third and fourth relay element, temperature sensor, second mono-stable multi-vibrator and galvanic decoupling unit. First and second relay elements through OR circuit or first mono-stable multi-vibrator switch the trigger and disable the electronic switch in case of current overload both in transient and stable modes. The third relay element switches the electronic key off in case of load termination. The fourth relay element, connected to output of temperature sensor, switches the electronic key on in case of its overheating.
EFFECT: expanded functional capabilities, increased reliability due to reduced power consumption, protection of overheating, responsive management of modes of operation of voltage commutator.
1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в коммутируемых источниках питания и для коммутации силовых энергетических цепей постоянного тока с защитой от перегрузки по току и перегреву электронного ключа в бесконтактных коммутирующих устройствах (БКУ), контроллерах нагрузки и электронных реле времени.The invention relates to the field of electronic technology and can be used in switched power supplies and for switching power DC power circuits with protection against overcurrent and overheating of the electronic key in contactless switching devices (BKU), load controllers and electronic timers.

Известен коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току [1], содержащий последовательно соединенные датчик тока, электронный ключ и блок нагрузки, первый и второй релейные элементы, ждущий мультивибратор (одновибратор), элемент И, триггер и элемент ИЛИ.Known voltage switch with overcurrent protection [1], containing a series-connected current sensor, an electronic switch and a load unit, the first and second relay elements, a waiting multivibrator (single vibrator), the element And, the trigger and the element OR.

Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности и область применения, невозможность контроля текущего состояния тока нагрузки, температуры электронного ключа, отсутствие индикации неправильного функционирования коммутатора напряжения: обрыва нагрузки, режима перегрузки по току, отключения блока нагрузки при перегреве электронного ключа.The disadvantages of this device are the limited functionality and scope, the inability to control the current state of the load current, the temperature of the electronic switch, the absence of an indication of incorrect operation of the voltage switch: load break, over current mode, disconnection of the load unit when the electronic switch is overheated.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току, описанный в патенте RU 2258302 [2], содержащий последовательно соединенные датчик тока, электронный ключ, блок нагрузки, эталонный резистор, транзистор и ограничительный резистор, первый и второй релейные элементы, одновибратор, элемент И, триггер и элемент ИЛИ, индикатор, задатчик напряжения и операционный усилитель.The closest technical solution to the proposed device is a voltage switch with overcurrent protection described in patent RU 2258302 [2], containing a series-connected current sensor, an electronic switch, a load unit, a reference resistor, a transistor and a limiting resistor, the first and second relay elements, one-shot, AND element, trigger and OR element, indicator, voltage regulator and operational amplifier.

Недостатками предложенного устройства также являются ограничение функциональных возможностей и области применения, кроме того, низкая надежность, обусловленная большим энергопотреблением, так как включенные последовательно с нагрузкой датчик тока, электронный ключ, эталонный резистор, транзистор и токоограничительный резистор имеют большое сопротивление в режиме насыщения электронного ключа; отсутствие защиты коммутатора от перегрева, невозможность контроля текущего состояния тока нагрузки, температуры электронного ключа и обрыва цепи блока нагрузки коммутатора.The disadvantages of the proposed device are also the limitation of functionality and scope, in addition, low reliability due to high power consumption, as a current sensor, an electronic switch, a reference resistor, a transistor and a current limiting resistor connected in series with the load have a large resistance in the electronic key saturation mode; the lack of protection of the switch from overheating, the inability to control the current state of the load current, the temperature of the electronic key and open circuit of the switch load block.

Задачей заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей, области применения и повышение надежности коммутатора напряжения за счет снижения энергопотребления, оперативного контроля тока нагрузки, температуры коммутатора и обрыва в цепи нагрузки, а также введения защиты коммутатора от перегрева электронного ключа.The objective of the invention is to expand the functionality, scope and increase the reliability of the voltage switch by reducing power consumption, operational control of the load current, switch temperature and open circuit in the load circuit, as well as the introduction of protection of the switch from overheating of the electronic key.

Для решения этой задачи в коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току, содержащий датчик тока, электронный ключ, блок нагрузки, первый и второй релейные элементы, одновибратор, элемент И, триггер, элемент ИЛИ, индикатор, задатчик напряжения и операционный усилитель (при этом датчик тока, электронный ключ и блок нагрузки соединены последовательно и подключены к источнику коммутируемого напряжения), дополнительно введены третий и четвертый релейные элементы, датчик температуры, представляющий собой двухполюсник, состоящий из кремневого транзистора VT1 р-n-р или n-р-n типа и трех последовательно соединенных резисторов R1-R3, причем, первый вывод резистора R1 подключен к положительной шине второго источника напряжения питания Е, второй вывод резистора R1 соединен с первым выводом резистора R2, выходом датчика температуры и эмиттером транзистора VT1, база которого подключена к точке соединения резисторов R1, R2, а коллектор подключен к отрицательной шине второго источника напряжения питания Е и второму выводу резистора R3, второй одновибратор и узел гальванической развязки, входы которого являются входами включения/выключения коммутатора напряжения, а выход соединен с первым входом элемента И и входом второго одновибратора. Выход второго одновибратора соединен с R-входом триггера, выход которого соединен со вторым входом элемента И, а третий вход элемента И соединен с выходом четвертого релейного элемента, при этом выход элемента И подключен к входу электронного ключа. Входы операционного усилителя подключены к датчику тока, а выход соединен с выводом коммутатора, на котором формируется напряжение, пропорциональное току нагрузки, а также с первыми входами первого, второго и третьего релейных элементов, вторые входы которых соответственно соединены с первым, вторым и третьим выходами задатчика напряжения, четвертый выход которого соединен с первым входом четвертого релейного элемента, второй вход которого соединен с выходом датчика температуры и выводом коммутатора, на котором формируется напряжение, пропорциональное температуре электронного ключа, причем, выходы первого, второго и третьего релейных элементов соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу первого одновибратора, выход его соединен с S-входом триггера, вход блока индикации соединен с выходом третьего релейного элемента и входом элемента ИЛИ.To solve this problem, a voltage switch with protection against overcurrent, containing a current sensor, an electronic switch, a load unit, the first and second relay elements, a single vibrator, an And element, a trigger, an OR element, an indicator, a voltage adjuster, and an operational amplifier ( a current sensor, an electronic switch and a load unit are connected in series and connected to a switching voltage source), an additional third and fourth relay elements are introduced, a temperature sensor, which is a two-terminal device consisting of a cross Neutral transistor VT1 pnp or npn type and three series-connected resistors R1-R3, moreover, the first terminal of the resistor R1 is connected to the positive bus of the second voltage source E, the second terminal of the resistor R1 is connected to the first terminal of the resistor R2 , the output of the temperature sensor and the emitter of the transistor VT1, the base of which is connected to the connection point of the resistors R1, R2, and the collector is connected to the negative bus of the second power supply source E and the second output of the resistor R3, the second one-shot and galvanic isolation node, input s whose inputs are on / off switch voltage, and an output connected to a first input of AND gate and input of the second monostable multivibrator. The output of the second one-shot is connected to the R-input of the trigger, the output of which is connected to the second input of the element And, and the third input of the element And is connected to the output of the fourth relay element, while the output of the element And is connected to the input of the electronic key. The inputs of the operational amplifier are connected to the current sensor, and the output is connected to the output of the switch, on which a voltage proportional to the load current is generated, as well as to the first inputs of the first, second and third relay elements, the second inputs of which are respectively connected to the first, second and third outputs of the master voltage, the fourth output of which is connected to the first input of the fourth relay element, the second input of which is connected to the output of the temperature sensor and the output of the switch, on which the voltage is formed proportional to the temperature of the electronic key, and the outputs of the first, second and third relay elements are connected to the inputs of the OR element, the output of which is connected to the input of the first one-shot, its output is connected to the S-input of the trigger, the input of the display unit is connected to the output of the third relay element and the input element OR.

На чертеже приведена блок-схема коммутатора напряжения с защитой от перегрузки по току.The drawing shows a block diagram of a voltage switch with overcurrent protection.

На чертеже: 1, 2 - входы включения/выключения коммутатора напряжения, 3 - датчик тока, 4 - электронный ключ, 5 - блок нагрузки, 6 - триггер, 7 - элемент ИЛИ, 8 - первый одновибратор, 9 - элемент И, 10 - первый релейный элемент, 11 - второй релейный элемент, 12 - третий релейный элемент, 13 - четвертый релейный элемент, 14 - операционный усилитель, 15 - задатчик напряжения, 16 - блок индикации, 17 - второй одновибратор, 18 - узел гальванической развязки, 19 - датчик температуры, 20 - вывод коммутатора, напряжение на котором пропорционально току нагрузки, 21 - вывод коммутатора, напряжение на котором пропорционально температуре электронного ключа.In the drawing: 1, 2 - voltage switch on / off inputs, 3 - current sensor, 4 - electronic switch, 5 - load block, 6 - trigger, 7 - OR element, 8 - first one-shot, 9 - I element, 10 - the first relay element, 11 - the second relay element, 12 - the third relay element, 13 - the fourth relay element, 14 - the operational amplifier, 15 - voltage regulator, 16 - display unit, 17 - the second one-shot, 18 - galvanic isolation unit, 19 - temperature sensor, 20 - switch output, the voltage at which is proportional to the load current, 21 - switch output, on the voltage on which is proportional to the temperature of the electronic key.

На чертеже приведено простейшее исполнение элементов блок-схемы. Вместе с тем, элементы предложения могут иметь непринципиальные отличия. Так, узел гальванической развязки 18 может быть выполнен как с помощью оптоэлектронного элемента, так и трансформатора. В качестве датчика тока нагрузки 3 использован безындукционный низкоомный резистор сопротивлением 1 мОм. Задатчик напряжения 15 представляет собой регулятор напряжения, например, потенциометр.The drawing shows the simplest execution of the elements of the flowchart. At the same time, the elements of the proposal may have unprincipled differences. So, the galvanic isolation node 18 can be performed using either an optoelectronic element or a transformer. A non-inductive low-resistance resistor with a resistance of 1 mOhm was used as a load current sensor 3. The voltage regulator 15 is a voltage regulator, for example, a potentiometer.

Источник напряжения питания Uп является источником энергии для блока нагрузки 5, его номинальное напряжение зависит от типа аппаратуры, в котором применяется предлагаемое устройство, и может составлять, например, 27, 60, 130 В.The power supply voltage U p is the energy source for the load unit 5, its rated voltage depends on the type of equipment in which the proposed device is used, and can be, for example, 27, 60, 130 V.

Второй источник напряжения питания Е служит для питания элементов устройства, задатчика напряжения 15 и датчика температуры 19. Его напряжение определяется типом применяемых элементов и может составлять, например, 9 В.The second voltage source E serves to power the elements of the device, the voltage regulator 15 and the temperature sensor 19. Its voltage is determined by the type of elements used and can be, for example, 9 V.

Входы включения/выключения коммутатора напряжения 1, 2 соединены с входами узла гальванической развязки 18, выход которого соединен с первым входом элемента И 9 и входом второго одновибратора 17, выход которого соединен с R-входом триггера 6, выход которого соединен со вторым входом элемента И 9, третий вход которого соединен с выходом четвертого релейного элемента 13, а выход элемента И 9 соединен со входом электронного ключа 4, входы операционного усилителя 14 подключены к датчику тока 3, а выход операционного усилителя 14 соединен с выводом коммутатора 20 и с первыми входами релейных элементов 10, 11, 12, вторые входы которых подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам задатчика напряжения 15, четвертый выход которого соединен с первым входом четвертого релейного элемента 13, второй вход которого соединен с выходом датчика температуры 19, выводом коммутатора 21, причем, выходы релейных элементов 10, 11, 12 соединены с входами элемента ИЛИ 7, выход которого подключен к входу первого одновибратора 8, а выход его соединен с S-входом триггера 6, вход блока индикации 16 соединен с выходом третьего релейного элемента 12.The on / off inputs of the voltage switch 1, 2 are connected to the inputs of the galvanic isolation unit 18, the output of which is connected to the first input of the And 9 element and the input of the second one-shot 17, the output of which is connected to the R-input of the trigger 6, the output of which is connected to the second input of the And element 9, the third input of which is connected to the output of the fourth relay element 13, and the output of the element And 9 is connected to the input of the electronic key 4, the inputs of the operational amplifier 14 are connected to the current sensor 3, and the output of the operational amplifier 14 is connected to the output of the comm tator 20 and with the first inputs of the relay elements 10, 11, 12, the second inputs of which are connected respectively to the first, second and third outputs of the voltage regulator 15, the fourth output of which is connected to the first input of the fourth relay element 13, the second input of which is connected to the output of the temperature sensor 19, the output of the switch 21, and the outputs of the relay elements 10, 11, 12 are connected to the inputs of the element OR 7, the output of which is connected to the input of the first one-shot 8, and its output is connected to the S-input of the trigger 6, the input of the display unit 16 is connected to the course of the third relay element 12.

Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току работает следующим образом.The voltage switch with overcurrent protection operates as follows.

По сигналу, подаваемому на входы включения / выключения 1, 2 коммутатора напряжения, узел гальванической развязки 18 формирует положительный сигнал, поступающий на первый вход элемента И 9, и одновременно запускает второй одновибратор 17, который переключает триггер 6 в состояние, когда на его выходе формируется положительный сигнал, поступающий на второй вход элемента И 9, и, если температура электронного ключа 4 меньше критической температуры, при которой происходит выключение электронного ключа и коммутатора, то на третий вход элемента И 9 с выхода четвертого релейного элемента 13 также поступает сигнал "логическая 1", который разрешает элементу И 9 включить электронный ключ 4.According to the signal supplied to the on / off inputs 1, 2 of the voltage switch, the galvanic isolation unit 18 generates a positive signal received at the first input of the And 9 element, and at the same time launches the second one-shot 17, which switches the trigger 6 to the state when the output is formed a positive signal arriving at the second input of the And 9 element, and if the temperature of the electronic key 4 is less than the critical temperature at which the electronic key and the switch are turned off, then at the third input of the And 9 element the output of the fourth relay element 13 also receives a signal "logical 1", which allows the element And 9 to turn on the electronic key 4.

Электронный ключ 4 подключает блок нагрузки 5 и датчик тока 3 к источнику напряжения питания Uп.An electronic switch 4 connects the load unit 5 and the current sensor 3 to a power supply source U p .

В зависимости от параметров нагрузки, тока I1 в переходном процессе, длительности переходного процесса, тока I2 в установившемся режиме, минимально возможного тока коммутации I3 и температуры электронного ключа, определяются значения порога срабатывания h1 и задержки тока t1 первого релейного элемента 10, значение порога срабатывания h2 и задержки тока t2 второго релейного элемента 11, значение порога срабатывания h3 третьего релейного элемента 12, значение порога срабатывания h4 четвертого релейного элемента 13.Depending on the load parameters, the current I 1 in the transient process, the duration of the transient process, the current I 2 in steady state, the minimum possible switching current I 3 and the temperature of the electronic key, the threshold values of h 1 and the current delay t 1 of the first relay element 10 are determined , the threshold value of h 2 and the current delay t 2 of the second relay element 11, the threshold value of h 3 of the third relay element 12, the threshold value of h 4 of the fourth relay element 13.

Значения h1, h2, h3, h4 определяют по формулам:The values of h 1 , h 2 , h 3 , h 4 are determined by the formulas:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

где:Where:

I1 - ток, в переходном процессе;I 1 - current in the transition process;

I2 - ток, в установившемся режиме;I 2 - current, in steady state;

I3 - минимально возможный ток коммутации;I 3 - minimal possible switching current;

Rш - сопротивление датчика тока 3;R W - resistance of the current sensor 3;

Кy - коэффициент усиления операционного усилителя 14;To y is the gain of the operational amplifier 14;

Е - напряжение второго источника напряжения питания, служащего для питания элементов устройства и датчика температуры 19;E is the voltage of the second power supply source, which serves to power the elements of the device and temperature sensor 19;

R1, R2, R3 - сопротивление резисторов R1, R2, R3 датчика температуры 19;R 1 , R 2 , R 3 - the resistance of the resistors R1, R2, R3 of the temperature sensor 19;

Tcvd - температурный коэффициент одного р-n перехода кремневого транзистора;T cvd is the temperature coefficient of one pn junction of a silicon transistor;

Ткр°С - критическая температура, при которой происходит выключение электронного ключа 4;T cr ° C is the critical temperature at which the electronic key 4 is turned off;

Т°С - температура окружающей среды.T ° C - ambient temperature.

С помощью задатчика напряжения 15 формируют напряжения, соответствующие порогам срабатывания h1-h4 релейных элементов.Using the voltage adjuster 15 form the voltage corresponding to the thresholds of operation h 1 -h 4 relay elements.

Рассмотрим состояние электронного ключа 4, если в момент включения ток нагрузки In лежит в пределах I3<In<I1.Consider the state of the electronic key 4, if at the moment of switching on the load current I n lies within I 3 <I n <I 1 .

В этом случае напряжение на выходе операционного усилителя 14 меньше порогов срабатывания h1, h2 релейных элементов 10, 11 и больше порога срабатывания h3 третьего релейного элемента 12. Так как выходное напряжение операционного усилителя 14 поступает на неинвертирующие входы первого и второго релейных элементов 10, 11 и на инвертирующий вход третьего релейного элемента 12, они не включаются, и электронный ключ 4 остается закрытым после его включения.In this case, the voltage at the output of the operational amplifier 14 is less than the operation thresholds h 1 , h 2 of the relay elements 10, 11 and more than the operation threshold h 3 of the third relay element 12. Since the output voltage of the operational amplifier 14 is supplied to the non-inverting inputs of the first and second relay elements 10 , 11 and to the inverting input of the third relay element 12, they are not turned on, and the electronic key 4 remains closed after it is turned on.

Если в момент включения ток In>I1, то напряжение на выходе операционного усилителя 14 превысит значение порога срабатывания h1, и произойдет включение первого релейного элемента 10, при этом выходной сигнал "логическая 1" поступает на вход элемента ИЛИ 7, который запускает первый одновибратор 8, выходной сигнал которого по S-входу переводит триггер 6 в состояние, когда на его выходе формируется сигнал "логический 0", который через элемент И 9 выключает электронный ключ 4.If at the moment of switching on the current I n > I 1 , then the voltage at the output of the operational amplifier 14 will exceed the threshold value h 1 and the first relay element 10 will turn on, while the output signal "logical 1" is input to the element OR 7, which starts the first one-shot 8, the output signal of which at the S-input translates the trigger 6 to the state when the signal "logical 0" is generated at its output, which through the And 9 element turns off the electronic key 4.

Если в процессе работы произойдет увеличение тока нагрузки In до величины I2, то в этом случае включается второй релейный элемент 11, выходной сигнал которого через элемент ИЛИ 7 запускает первый одновибратор 8 и по S-входу триггера 6 выключает его, вследствие чего выключается электронный ключ 4.If during operation an increase in the load current I n to a value of I 2 occurs, then the second relay element 11 is turned on, the output signal of which through the OR element 7 starts the first one-shot 8 and turns it off at the S-input of trigger 6, as a result of which the electronic key 4.

Если в момент включения или в процессе работы произойдет уменьшение тока нагрузки In и при этом I3≤0,1In или произойдет обрыв блока нагрузки 5, то напряжение на выходе операционного усилителя 14 станет меньше значения порога срабатывания h3, а в случае обрыва блока нагрузки 5 - может быть равно нулю. Так как напряжение порога срабатывания h3, поступающего на неинвертирующий вход третьего релейного элемента 12, становится больше напряжения с выхода операционного усилителя 14, то в этом случае включается третий релейный элемент 12, который через элемент ИЛИ 7, первый одновибратор 8, триггер 6 и элемент И 9 выключает электронный ключ 4.If, at the time of switching on or during operation, the load current I n decreases and I 3 ≤0.1I n n or the load block 5 breaks, the voltage at the output of the operational amplifier 14 will become lower than the threshold value h 3 , and in case of a break load block 5 - may be zero. Since the voltage of the response threshold h 3 supplied to the non-inverting input of the third relay element 12 becomes greater than the voltage from the output of the operational amplifier 14, in this case the third relay element 12 is turned on, which through the element OR 7, the first one-shot 8, the trigger 6 and the element And 9 turns off the electronic key 4.

Если в процессе работы коммутатора напряжения повысится температура окружающей среды или возрастет ток нагрузки In до значения, например, 0,8I1, при котором еще не срабатывает первый релейный элемент 10, то в этом случае увеличивается сопротивление насыщения электронного ключа 4, что приведет к его разогреву.If during operation of the voltage switch the ambient temperature rises or the load current I n increases to a value, for example, 0.8I 1 , at which the first relay element 10 does not trip yet, then in this case the saturation resistance of the electronic switch 4 increases, which leads to I’ll warm it up.

Датчик температуры 19 представляет собой двухполюсник, выполненный на кремневом транзисторе р-n-р или n-р-n типа и трех последовательно соединенных резисторов R1, R2, R3.The temperature sensor 19 is a two-terminal device made on a silicon transistor pnp or npn type and three series-connected resistors R1, R2, R3.

В формуле (4) первое выражение

Figure 00000006
In the formula (4), the first expression
Figure 00000006

задает значение выходного напряжения на выводе коммутатора 21 и выходе датчика температуры 19, пропорциональное температуре окружающей среды Т°С.sets the value of the output voltage at the output of the switch 21 and the output of the temperature sensor 19, proportional to the ambient temperature T ° C.

В формуле (4) выражение

Figure 00000007
In the formula (4), the expression
Figure 00000007

определяет изменение напряжения на выходе датчика температуры 19 при изменении температуры эксплуатации на 1°С.determines the change in voltage at the output of the temperature sensor 19 when the operating temperature changes by 1 ° C.

Подобрав отношение

Figure 00000008
, например, равное 9, и учитывая, что Тcvd≈2,3 мВ/град, получим, что при нагревании электронного ключа на 1°С, напряжение на выходе датчика температуры 19 уменьшается на 10 мВ.Choosing a relationship
Figure 00000008
, for example, equal to 9, and taking into account that T cvd ≈2.3 mV / deg, we get that when the electronic switch is heated by 1 ° C, the voltage at the output of the temperature sensor 19 decreases by 10 mV.

Такая схема датчика температуры 19 позволяет повысить точность срабатывания четвертого релейного элемента 13.Such a circuit of the temperature sensor 19 can improve the accuracy of the fourth relay element 13.

Пусть в процессе функционирования коммутатора напряжения температура его увеличилась, и напряжение с датчика температуры 19 достигло значения порога срабатывания h4 четвертого релейного элемента 13. В этом случае четвертый релейный элемент 13 формирует на выходе сигнал "логический 0", который поступает на вход элемента И 9 и выключает электронный ключ 4. Температура электронного ключа 4 и датчика температуры 19 уменьшается, напряжение на выходе датчика температуры увеличивается и становится больше порога срабатывания h4. При этом значении h4 четвертый релейный элемент 13 переключается и на его выходе вновь формируется положительное напряжение, которое включает электронный ключ 4. Такой режим работы четвертого релейного элемента 13 будет продолжаться до тех пор, пока не будет устранена причина повышения температуры электронного ключа.Suppose that during the operation of the voltage switch, its temperature increases, and the voltage from the temperature sensor 19 reaches a threshold value h 4 of the fourth relay element 13. In this case, the fourth relay element 13 generates a "logical 0" signal at the output that goes to the input of the And 9 element and turns off the electronic key 4. The temperature of the electronic key 4 and the temperature sensor 19 decreases, the voltage at the output of the temperature sensor increases and becomes greater than the threshold h 4 . With this value of h 4, the fourth relay element 13 switches and a positive voltage is generated at its output, which turns on the electronic switch 4. This mode of operation of the fourth relay element 13 will continue until the cause of the temperature rise of the electronic switch is eliminated.

Введение в коммутатор напряжения узла гальванической развязки 18 и второго источника напряжения питания Е расширяет функциональные возможности заявляемого устройства, так как блок нагрузки 5 можно подключать как к положительной, так и к отрицательной шине источника напряжения питания Uп.The introduction of the voltage switch node galvanic isolation 18 and the second voltage source E expands the functionality of the claimed device, since the load unit 5 can be connected to both positive and negative bus voltage source U p .

Рассмотрим процесс определения фактических параметров коммутатора напряжения и определим значения токов I1, I2, при которых происходит выключение электронного ключа 4.Consider the process of determining the actual parameters of the voltage switch and determine the values of currents I 1 , I 2 at which the electronic switch 4 is turned off.

В реальном коммутаторе напряжения ток I1 представляет собой ток перегрузки коммутатора как в переходном процессе, так и в установившемся режиме и его значение составляет (3-4)In.In a real voltage switch, the current I 1 represents the switch overload current both in the transient process and in the steady state, and its value is (3-4) I n .

Задержка выключения t1 электронного ключа 4 при токе I1 составляет (0,1-0,5) мс. Ток I1 представляет собой ток короткого замыкания и его значение составляет (6-8)In.The turn-off delay t1 of the electronic key 4 at a current of I 1 is (0.1-0.5) ms. The current I 1 represents a short circuit current and its value is (6-8) I n .

При этом задержка выключения t2 электронного ключа 4 в несколько раз меньше t1 и равна (20-40) мкс. Ток I3=0,1In.In this case, the turn-off delay t 2 of the electronic key 4 is several times less than t 1 and is equal to (20-40) μs. Current I 3 = 0.1I n .

Температура выключения электронного ключа 4 Ткр°С при его перегреве находится в интервале от 110 до 120°С. С учетом принятых определений I1, I2, I3, t1, t2, Ткр°С и их значений можно составить таблицу, определяющую характер неисправности коммутатора напряжения.The switch-off temperature of the electronic key is 4 T cr ° C during its overheating is in the range from 110 to 120 ° C. Based on the accepted definitions of I 1 , I 2 , I 3 , t 1 , t 2 , T cr ° C and their values, you can compile a table that determines the nature of the failure of the voltage switch.

ТаблицаTable № позицииItem Number Выходной сигнал операционного усилителя Uy, Выходной сигнал датчика температуры Uдт The output signal of the operational amplifier U y , The output signal of the temperature sensor U dt Контролируемый параметрControlled parameter Состояние индикатораIndicator Status Характер неисправностиNature of the fault 1one 22 33 4four 55 1one Uy<h1 U y <h 1 I1 - ток перегрузкиI 1 - overload current 00 I1<(3-4)In I 1 <(3-4) I n нормальнаяnormal работаWork 1one 22 33 4four 55 22 Uy<h2 U y <h 2 I2 - ток К3I 2 - current K3 00 I2<(6-8)In I 2 <(6-8) I n нормальнаяnormal работаWork 33 Uy>h3 U y > h 3 I3 - минимальныйI 3 - minimum 00 I3>0,1In,I 3 > 0.1 I n , ток нагрузкиload current нормальнаяnormal работаWork 4four Uдт>h4 U dt > h 4 Tкр°CT cr ° C 00 T°С<Tкр°СT ° C <T cr ° C нормальнаяnormal работаWork 55 Uy>h1 U y > h 1 I1; t≥t1 I 1 ; t≥t 1 1one I1≥(3-4)In I 1 ≥ (3-4) I n перегрузка поoverload on токуcurrent 66 Uy>h2 U y > h 2 I2; t≤t1 I 2 ; t≤t 1 1one I2≥(6-8)In короткоеI 2 ≥ (6-8) I n short замыканиеcircuit 77 U2<h3 U 2 <h 3 I3 I 3 1one I3≤0,1In I 3 ≤0,1I n обрыв нагрузкиload break 88 Uдтт<h4 U dt t <h 4 Tкр°CT cr ° C 1;01; 0 T°С≥Tкр°СT ° C≥T cr ° C перегревoverheat

Пусть в момент включения коммутатора напряжение на выходе операционного усилителя 14 и выводе коммутатора 20 будет больше порога срабатывания h3 и меньше порогов срабатывания h1 и h2 (позиции 1-3 таблицы). В этом случае ток нагрузки 0,1 In<In<I2, релейные элементы 10, 11, 12 остаются выключенными, триггер 6 находится в состоянии "логическая 1", электронный ключ 4 остается включенным, а блок индикации 16, реализованный, например светодиодом, будет находиться в выключенном состоянии (обозначим это состояние «0»). Таким образом, нахождение блока индикации 16 в выключенном состоянии после формирования сигналов согласно позициям 1-3 таблицы свидетельствует о правильной настройке релейных элементов 10, 11, 12, определяющих соответственно допустимое значение тока перегрузки In, тока короткого замыкания I2, минимально допустимого тока нагрузки, равного 0,1In, и о нормальном функционировании коммутатора.Let at the moment the switch is turned on, the voltage at the output of the operational amplifier 14 and the output of the switch 20 be greater than the response threshold h 3 and less than the response thresholds h 1 and h 2 (positions 1-3 of the table). In this case, the load current is 0.1 I n <I n <I 2 , the relay elements 10, 11, 12 remain off, the trigger 6 is in the "logical 1" state, the electronic key 4 remains on, and the display unit 16, implemented, for example, the LED will be in the off state (denote this state by “0”). Thus, the display determination unit 16 in the OFF state after formation signals according to positions 1-3 of the table indicates the correct setting of relay elements 10, 11, 12, respectively, defining a short-circuit allowable value I 2, minimum load current I n overload current, current equal to 0.1I n , and about the normal functioning of the switch.

Пусть в момент включения коммутатора напряжение на выходе операционного усилителя 14 будет больше значения порога срабатывания h1 первого релейного элемента 10, но меньше порога срабатывания h2 второго релейного элемента 11 и длительность сигнала в момент включения будет больше длительности задержки t1, тогда после формирования сигналов согласно позиции 5 таблицы, блок индикации 16 будет находиться в включенном состоянии, так как срабатывает первый релейный элемент 10, который через элемент ИЛИ 7 запускает одновибратор 8 и переводит триггер 6 в состояние, когда на его выходе формируется сигнал "логический 0", который через элемент И 9 выключает электронный ключ 4, отключая блок нагрузки 5 от источника напряжения питания Uп.Let the voltage at the output of the operational amplifier 14 be greater than the threshold value h 1 of the first relay element 10 at the moment of switching on the switch, but less than the threshold threshold h 2 of the second relay element 11 and the signal duration at the moment of switching on will be longer than the delay time t 1 , then after the formation of signals according to position 5 of the table, the display unit 16 will be in the on state, since the first relay element 10 is activated, which, through the OR element 7, starts the one-shot 8 and translates the trigger 6 to the state when a “logical 0” signal is generated at its output, which, through the And 9 element, turns off the electronic key 4, disconnecting the load unit 5 from the power supply U p .

Так как ток нагрузки In=0, то на датчике тока 3 не создается падение напряжения, и при этом на выходе операционного усилителя 14 напряжение Uy=0 становится меньше значения порога срабатывания h3 третьего релейного элемента 12. Третий релейный элемент срабатывает и своим выходным сигналом переводит блок индикации 16 во включенное состояние, индицирующее отсутствие тока в цепи нагрузки согласно позиции 7 таблицы.Since the load current is I n = 0, no voltage drop is created at the current sensor 3, and at the same time, the voltage U y = 0 at the output of the operational amplifier 14 becomes lower than the threshold value h 3 of the third relay element 12. The third relay element also triggers the output signal puts the display unit 16 in the on state, indicating the absence of current in the load circuit according to position 7 of the table.

Пусть в какой-то момент времени, например, из-за отказа, ток нагрузки In>I2, то через время t2 включится второй релейный элемент 11, который через элемент ИЛИ 7, одновибратор 8, триггер 6, элемент И 9 выключает электронный ключ 4, при этом включится третий релейный элемент 12 и своим выходным сигналом переводит индикатор 16 во включенное состояние, индицирующее отсутствие тока в цепи нагрузки, согласно позиции 6 таблицы.Suppose that at some point in time, for example, due to a failure, the load current is I n > I 2 , then after time t 2 the second relay element 11 will turn on, which, through the OR element 7, the one-shot 8, the trigger 6, the And 9 element turns off electronic key 4, the third relay element 12 will turn on and with its output signal the indicator 16 will turn on, indicating the absence of current in the load circuit, according to position 6 of the table.

Если в процессе работы произойдет нагрев электронного ключа 4 и его температура станет выше температуры Ткр°С, то включится четвертый релейный элемент 13. Его выходной сигнал "логический 0" через элемент И 9 выключает электронный ключ 4, при этом ток нагрузки In=0, падение напряжения на датчике тока 3 также станет равным нулю и выходное напряжение операционного усилителя 14 станет меньше значения порога срабатывания h3 третьего релейного элемента 12, который включится и своим выходным сигналом включит блок индикации 16, позиция 8 таблицы.If during operation the electronic switch 4 heats up and its temperature rises above the temperature T kr ° C, the fourth relay element 13 will turn on. Its output signal “logical 0” through the And 9 element switches off the electronic switch 4, and the load current I n = 0, the voltage drop at the current sensor 3 will also become zero and the output voltage of the operational amplifier 14 will become less than the threshold value h 3 of the third relay element 12, which will turn on and turn on the display unit 16, position 8 of the table with its output signal.

После выключения электронного ключа 4 температура его уменьшается, напряжение на выходе датчика температуры 19 становится меньше значения h3, и четвертый релейный элемент 13 выключается, включая тем самым электронный ключ 4, третий релейный элемент 12 выключается, включая блок индикации 16, согласно позиции 4 таблицы.After the electronic key 4 is turned off, its temperature decreases, the voltage at the output of the temperature sensor 19 becomes lower than the value of h 3 , and the fourth relay element 13 is turned off, thereby turning on the electronic key 4, the third relay element 12 is turned off, including the display unit 16, according to position 4 of the table .

Если температура электронного ключа 4 вновь повысится до Ткр°С, то процесс его выключения/включения повторится и будет продолжаться до тех пор, пока температура не нормализуется.If the temperature of the electronic key 4 again rises to T cr ° C, then the process of turning it off / on will repeat and will continue until the temperature is normalized.

Значение порогов срабатывания h1-h4 релейных элементов 10-13 можно изменить задатчиком напряжения 15 для каждого конкретного вида коммутатора напряжения в зависимости от тока нагрузки In и температуры выключения электронного ключа 4 при его перегреве, всегда сохраняя заданный запас защиты от перегрузки и перегрева.The value of the operation thresholds h 1 -h 4 of the relay elements 10-13 can be changed by the voltage adjuster 15 for each specific type of voltage switch depending on the load current I n and the switch-off temperature of the electronic switch 4 when it is overheated, always preserving the specified margin of protection against overload and overheating .

По сравнению с известным коммутатором напряжения [2] предлагаемое устройство расширяет функциональные возможности и область применения, повышает надежность за счет снижения энергопотребления, оперативного контроля тока нагрузки, температуры электронного ключа и обрыва в цепи нагрузки, а также введения защиты коммутатора от перегрева электронного ключа.Compared with the known voltage switch [2], the proposed device expands the functionality and scope, increases reliability by reducing power consumption, operational monitoring of the load current, electronic key temperature and open circuit in the load circuit, as well as introducing protection of the switch from overheating of the electronic key.

Таким образом, введение в устройство третьего и четвертого релейных элементов, датчика температуры, второго одновибратора и узла гальванической развязки, а также использование новых функциональных связей обеспечило возможность осуществления оперативного контроля текущего состояния тока нагрузки, температуры электронного ключа, расширило функциональные возможности и область применения коммутатора напряжения.Thus, the introduction of the third and fourth relay elements, a temperature sensor, a second one-shot device and a galvanic isolation unit into the device, as well as the use of new functional connections, made it possible to carry out operational control of the current state of the load current, electronic key temperature, expanded the functionality and scope of the voltage switch .

В качестве элементов для реализации устройства могут быть использованы логические элементы И, ИЛИ, одновибраторы, триггеры любых серий, стандартные релейные элементы, например, коммутаторы серии 531САЗ, электронные ключи, операционные усилители, например, серии 1467, транзисторы, регуляторы напряжения (потенциометры), светодиоды.As elements for the implementation of the device, AND, OR, one-shot logic elements, triggers of any series, standard relay elements, for example, 531CAZ series switches, electronic keys, operational amplifiers, for example, 1467 series, transistors, voltage regulators (potentiometers), can be used, LEDs

Источники информацииInformation sources

1. Патент RU 2208291 C2, кл. Н03К 17/08.1. Patent RU 2208291 C2, cl. H03K 17/08.

Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току. Дата приоритета 11.07.2001 г.Voltage switch with overcurrent protection. Priority Date 07/11/2001

2. Патент RU 2258302 C2, кл. Н03К 17/08.2. Patent RU 2258302 C2, cl. H03K 17/08.

Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току. Дата приоритета 22.07.2003 г.Voltage switch with overcurrent protection. Priority Date 07/22/2003

Claims (1)

Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току, содержащий датчик тока, электронный ключ, блок нагрузки, первый и второй релейные элементы, одновибратор, элемент И, триггер, элемент ИЛИ, индикатор, задатчик напряжения и операционный усилитель, при этом датчик тока, электронный ключ и блок нагрузки соединены последовательно и подключены к источнику коммутируемого напряжения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены третий и четвертый релейные элементы, датчик температуры, представляющий собой двухполюсник и состоящий из кремневого р-n-р или n-р-n транзистора и трех последовательно соединенных резисторов, причем первый вывод первого резистора подключен к положительной шине второго источника напряжения питания, второй вывод первого резистора соединен с первым выводом второго резистора, выходом датчика температуры и эмиттером кремневого транзистора, база которого подключена к точке соединения второго и третьего резисторов, а коллектор подключен к отрицательной шине второго источника напряжения питания и второму выводу третьего резистора, второй одновибратор и узел гальванической развязки, входы которого являются входами включения/выключения коммутатора напряжения, а выход соединен с первым входом элемента И, а также входом второго одновибратора, выход которого соединен с R-входом триггера, выход которого соединен со вторым входом элемента И, а третий вход элемента И соединен с выходом четвертого релейного элемента, а выход элемента И подключен к входу электронного ключа, входы операционного усилителя подключены к датчику тока, а выход соединен с выводом коммутатора, на котором формируется напряжение, пропорциональное току нагрузки, и с первыми входами первого, второго и третьего релейных элементов, вторые входы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами задатчика напряжения, четвертый выход которого соединен с первым входом четвертого релейного элемента, второй вход которого соединен с выходом датчика температуры и выводом коммутатора, на котором формируется напряжение, пропорциональное температуре электронного ключа, причем выходы первого, второго и третьего релейных элементов соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу первого одновибратора, а его выход соединен с S-входом триггера, вход блока индикации соединен с выходом третьего релейного элемента и входом элемента ИЛИ.A voltage switch with overcurrent protection, comprising a current sensor, an electronic switch, a load unit, first and second relay elements, a single-shot device, an AND element, a trigger, an OR element, an indicator, a voltage regulator and an operational amplifier, while the current sensor is an electronic switch and the load unit are connected in series and connected to a switching voltage source, characterized in that the third and fourth relay elements, a temperature sensor, which is a two-terminal device and consisting of a belt pnp or npn transistor and three series-connected resistors, the first output of the first resistor connected to the positive bus of the second power supply source, the second output of the first resistor connected to the first output of the second resistor, the output of the temperature sensor and silicon emitter a transistor whose base is connected to the connection point of the second and third resistors, and the collector is connected to the negative bus of the second power source and the second terminal of the third resistor, the second one-shot the ator and the galvanic isolation node, the inputs of which are the on / off inputs of the voltage switch, and the output is connected to the first input of the And element, as well as the input of the second one-shot, the output of which is connected to the R-input of the trigger, the output of which is connected to the second input of the And element, and the third input of the And element is connected to the output of the fourth relay element, and the output of the And element is connected to the input of the electronic key, the inputs of the operational amplifier are connected to the current sensor, and the output is connected to the output of the switch, on which voltage proportional to the load current and with the first inputs of the first, second and third relay elements, the second inputs of which are connected respectively to the first, second and third outputs of the voltage regulator, the fourth output of which is connected to the first input of the fourth relay element, the second input of which is connected to the output of the temperature sensor and the output of the switch, on which a voltage is generated proportional to the temperature of the electronic switch, and the outputs of the first, second and third relay elements are connected s with the inputs of the OR element, the output of which is connected to the input of the first one-shot, and its output is connected to the S-input of the trigger, the input of the display unit is connected to the output of the third relay element and the input of the OR element.
RU2006141307/09A 2006-11-23 2006-11-23 Voltage commutator with current overload protection RU2321164C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006141307/09A RU2321164C1 (en) 2006-11-23 2006-11-23 Voltage commutator with current overload protection

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006141307/09A RU2321164C1 (en) 2006-11-23 2006-11-23 Voltage commutator with current overload protection

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2321164C1 true RU2321164C1 (en) 2008-03-27

Family

ID=39366493

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006141307/09A RU2321164C1 (en) 2006-11-23 2006-11-23 Voltage commutator with current overload protection

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2321164C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2523021C1 (en) * 2013-04-17 2014-07-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Voltage switch with over current protection
RU2523024C1 (en) * 2013-04-16 2014-07-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Voltage switch with over current protection
RU2546071C1 (en) * 2013-11-07 2015-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") Current flow control device
RU2611261C1 (en) * 2015-09-30 2017-02-21 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" Adaptive switching device
RU2746556C1 (en) * 2020-04-14 2021-04-15 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт командных приборов" Redundant system power supplies optoelectronic relay
RU2796095C1 (en) * 2022-09-12 2023-05-17 Виктор Иванович Шевченко Voltage switch with overcurrent protection

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2523024C1 (en) * 2013-04-16 2014-07-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Voltage switch with over current protection
RU2523021C1 (en) * 2013-04-17 2014-07-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Voltage switch with over current protection
RU2546071C1 (en) * 2013-11-07 2015-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") Current flow control device
RU2611261C1 (en) * 2015-09-30 2017-02-21 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" Adaptive switching device
RU2815454C2 (en) * 2019-06-21 2024-03-18 Шнейдер Электрик Эндюстри Сас Electronic setting device
RU2746556C1 (en) * 2020-04-14 2021-04-15 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт командных приборов" Redundant system power supplies optoelectronic relay
RU2796095C1 (en) * 2022-09-12 2023-05-17 Виктор Иванович Шевченко Voltage switch with overcurrent protection

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5159516A (en) Overcurrent-detection circuit
RU2321164C1 (en) Voltage commutator with current overload protection
JPH04252611A (en) Static switch
US11329477B2 (en) Direct-current voltage supply circuit
CN106058797A (en) Anti-short-circuit electronic switch
CN114204924A (en) Protection circuit and load switch circuit of power switch tube
CN100553132C (en) Supply unit
US4736264A (en) Primary switched-mode power supply unit
RU63141U1 (en) VOLTAGE SWITCH PROTECTED FROM CURRENT OVERCURRENT
US7612550B2 (en) Dropper type regulator
EP2733564B1 (en) Two-wire transmitter starter circuit and two-wire transmitter including the same
RU2258302C2 (en) Voltage commutator with protection from current overload
KR101247219B1 (en) Current Limit circuit
US10164424B2 (en) High precision low-voltage output limiter
US11929666B2 (en) Gate drive circuit and power conversion device
RU2622893C1 (en) Electronic fuse
CN108736877B (en) Driving circuit
CN210899114U (en) Load switch circuit
CN112165075A (en) Overcurrent protection circuit
RU2319298C1 (en) Voltage commutator with current overload and electronic switch overheating protection
RU2628129C2 (en) Controlled key electronic switch
RU63142U1 (en) VOLTAGE SWITCH PROTECTED FROM CURRENT OVERCURRENT AND ELECTRONIC KEY OVERHEAT
US20240063784A1 (en) Switch transistor protection device and electric circuit device using the same
EP4336689A1 (en) Short-circuit detector for electronic fuse circuit
CN216646610U (en) Strong current detection circuit

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181124