RU2414787C1 - Multi-channel solid-state load controller - Google Patents
Multi-channel solid-state load controller Download PDFInfo
- Publication number
- RU2414787C1 RU2414787C1 RU2009142102/07A RU2009142102A RU2414787C1 RU 2414787 C1 RU2414787 C1 RU 2414787C1 RU 2009142102/07 A RU2009142102/07 A RU 2009142102/07A RU 2009142102 A RU2009142102 A RU 2009142102A RU 2414787 C1 RU2414787 C1 RU 2414787C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- control
- unit
- node
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Многоканальный твердотельный контроллер нагрузки относится к электронной коммутационной технике и может быть использован для коммутации силовых энергетических цепей постоянного тока.A multi-channel solid-state load controller refers to electronic switching technology and can be used to switch DC power energy circuits.
Известен 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, 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 (патент РФ №2304343, МПК Н02М 3/00).A known 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 the control and protection unit, and the first input and output are the input and output of the device power circuit, the second output of the control and protection unit is connected to the input of the galvanic isolation unit, the output of the galvanic the coupling is connected to the input of the buffer, the output of which is the status output of the device, a time delay unit, 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 conversion unit voltage is the control input of the device, and the third input is the reset input of the device (RF patent No. 2304343, IPC Н02М 3/00).
Однако известный контроллер имеет ограниченную область применения, обусловленную невозможностью управлять коммутацией нескольких независимых силовых энергетических цепей постоянного тока, а объединение нескольких таких контроллеров в многоканальный контроллер приводит к пропорциональному увеличению стоимости, габаритов и энергопотребления такого устройства.However, the known controller has a limited scope, due to the inability to control the switching of several independent power DC power circuits, and the combination of several such controllers into a multi-channel controller leads to a proportional increase in the cost, size and power consumption of such a device.
Технический результат заявляемого изобретения выражается в расширении области применения за счет обеспечения возможности управления коммутацией нескольких независимых силовых энергетических цепей постоянного тока и снижении стоимости, энергопотребления и массогабаритных характеристик в пересчете на один канал.The technical result of the claimed invention is expressed in expanding the scope by providing the ability to control the switching of several independent power DC power circuits and reducing the cost, power consumption and weight and size characteristics in terms of one channel.
Для достижения указанного технического результата в твердотельный контроллер нагрузки, содержащий буфер, узел гальванической развязки, выход которого соединен с входом буфера, узел преобразования напряжения, первый вход которого подключен к внешнему источнику питания, узел управления и защиты, коммутатор, первые вход и выход которого являются входом и выходом силовой цепи устройства, а вторые вход и выход соединены соответственно с первым выходом и третьим входом узла управления и защиты, введены (n-1) узлов управления и защиты, (n-1) коммутаторов, образуя при этом n независимых коммутационных каналов, узел разделения потенциалов и узел интерфейса, причем первые входы узла гальванической развязки, первый вход узла интерфейса и третий вход буфера подключены к внешнему источнику питания, выход узла преобразования напряжения соединен с входом узла разделения потенциалов, n выходов которого соединены со вторыми входами соответствующих узлов управления и защиты, первые входы каждого из n узлов управления и защиты соединены с соответствующими вторыми выходами узла интерфейса, а вторые выходы - с соответствующими вторыми входами узла интерфейса, первый выход которого соединен со вторым входом узла преобразования напряжения, а третьи вход и выход - соответственно со вторыми выходом и входом узла гальванической развязки, третий вход которого соединен со вторым выходом буфера, первый вход и первый выход которого являются входом и выходом цепей управления устройства.To achieve the technical result, a solid-state load controller containing a buffer, a galvanic isolation unit, the output of which is connected to the buffer input, a voltage conversion unit, the first input of which is connected to an external power source, a control and protection unit, a switch, the first input and output of which are the input and output of the device’s power circuit, and the second input and output are connected respectively to the first output and the third input of the control and protection unit, (n-1) control and protection units, (n-1) commu at the same time, forming n independent switching channels, a potential separation unit and an interface unit, the first inputs of the galvanic isolation unit, the first input of the interface unit and the third input of the buffer connected to an external power source, the output of the voltage conversion unit is connected to the input of the potential separation unit, n the outputs of which are connected to the second inputs of the respective control and protection nodes, the first inputs of each of the n control and protection nodes are connected to the corresponding second outputs of the interface node, the second outputs are with the corresponding second inputs of the interface unit, the first output of which is connected to the second input of the voltage conversion unit, and the third input and output, respectively, with the second output and input of the galvanic isolation unit, the third input of which is connected to the second output of the buffer, the first input and the first the output of which is the input and output of the device control circuits.
Узел гальванической развязки соединен с узлом интерфейса и буфером последовательным интерфейсом, например стандартизованным или разработанным для конкретного применения контроллера.The galvanic isolation node is connected to the interface node and the buffer by a serial interface, for example, standardized or developed for a specific application of the controller.
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., n узлов 3 управления и защиты, каждый из которых состоит 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 с гальванически не связанными с общим проводом схемы обмотками и выпрямителя (на базе диодов и стабилитронов), n коммутаторов 5, состоящих из включенных последовательно коммутируемой цепи ключа (на основе силовых транзисторов) и датчика тока (например, преобразователя ток-напряжение на низкоомном резисторе), узла 6 интерфейса, который может быть построен на базе дискретных логических элементов, на БИС базового матричного кристалла или на микроконтроллере, узла 7 разделения потенциалов (например, на базе дискретных развязывающих диодов, диодных сборок и т.п.).A 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., n control and protection nodes 3, each of which consists of an output key control circuit (transistor current amplifier) and circuits 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 it consists of a series-connected pulse generator (based on microcircuits), a step-up transformer with windings and a rectifier galvanically not connected to the circuit common wire (based on diodes and zener diodes), n switches 5, consisting of a series-connected key switch circuit (based on power transistors) and a current sensor (for example, a current-voltage converter on a low-resistance resistor), an interface unit 6, which can be built on the basis of discrete logic elements, on an LSI base matrix crystal or and the microcontroller, node 7 potential separation (for example, based on discrete decoupling diodes, diode assemblies, etc.).
Каждая пара, состоящая из узла 3 управления и защиты и коммутатора 5, образует независимый коммутационный канал.Each pair, consisting of a node 3 control and protection and switch 5, forms an independent switching channel.
Первый вход коммутатора 5 каждого из n каналов подключен к внешнему источнику напряжения, питающего нагрузку, а первый выход коммутатора 5 каждого из n каналов предназначен для подключения нагрузки, коммутируемой данным каналом.The first input of the switch 5 of each of the n channels is connected to an external voltage source supplying the load, and the first output of the switch 5 of each of the n channels is designed to connect the load switched by this channel.
Твердотельный контроллер нагрузки работает следующим образом.Solid state load controller works as follows.
Для начала работы контроллера на третий вход буфера 1, на первый вход узла 2 гальванической развязки, на первый вход узла 4 преобразования напряжения и на первый вход узла 6 интерфейса подается питание от внешних цепей. При этом узел 6 интерфейса подает сигнал включения с первого выхода на второй вход узла 4 преобразования напряжения. Узел 4 преобразования напряжения формирует напряжение питания, поступающее с его выхода на вход узла 7 разделения потенциалов, который разделяет это напряжение для каждого из n каналов. Разделенные напряжения с выходов узла 7 разделения потенциалов поступают на соответствующие вторые входы узлов 3 управления и защиты каждого из каналов. Разделение питающих напряжений предотвращает влияние каждого из n каналов друг на друга при их включениях/отключениях.To start the controller, the third input of buffer 1, the first input of the galvanic isolation unit 2, the first input of the voltage conversion unit 4 and the first input of the interface unit 6 are supplied with power from external circuits. In this case, the interface unit 6 supplies an enable signal from the first output to the second input of the voltage conversion unit 4. The voltage conversion unit 4 generates a supply voltage supplied from its output to the input of the potential separation unit 7, which shares this voltage for each of the n channels. Separated voltages from the outputs of the potential separation unit 7 are supplied to the corresponding second inputs of the control and protection units 3 of each channel. Separation of the supply voltage prevents the influence of each of the n channels on each other when they are turned on / off.
По внешним цепям контроллера (первый вход и первый выход буфера 1) осуществляется обмен данными, которые через буфер 1 и узел 2 гальванической развязки поступают в узел 6 интерфейса или выдаются из него. Входными данными контроллера являются команды управления и значения временных задержек отключения для каждого из n каналов; выходными данными являются сигналы состояния n каналов. Входные и выходные данные контроллера могут приниматься и передаваться по любому последовательному интерфейсу, как стандартизованному, так и разработанному для конкретного применения контроллера.On the external circuits of the controller (the first input and the first output of buffer 1), data is exchanged, which, through the buffer 1 and the galvanic isolation node 2, enter or exit the interface node 6. The controller input data are control commands and shutdown time delays for each of n channels; the output is the status signals of n channels. The input and output data of the controller can be received and transmitted via any serial interface, either standardized or developed for a specific application of the controller.
Узел 6 интерфейса осуществляет декодирование полученных данных и выдачу управляющих сигналов на соответствующие каналы (со вторых выходов на первые входы соответствующих узлов 3 управления и защиты), анализ выходов состояния каждого канала (приходящих на вторые входы со вторых выходов соответствующих узлов 3 управления и защиты) и установку времени задержки на отключение отдельных каналов.The interface unit 6 decodes the received data and provides control signals to the corresponding channels (from the second outputs to the first inputs of the corresponding control and protection nodes 3), analyzes the status outputs of each channel (coming to the second inputs from the second outputs of the corresponding control and protection nodes 3) and setting the delay time for disconnecting individual channels.
При наличии во входных данных контроллера (первый вход буфера 1) команды на включение одного из n каналов, узел 6 интерфейса выдает сигнал включения со второго выхода на первый вход соответствующего узла 3 управления и защиты, который, в свою очередь, 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 на втором выходе сигнал перегрузки. Состояние сигналов со вторых выходов узла 3 управления и защиты всех каналов передается из узла 6 интерфейса через узел 2 гальванической развязки и буфер 1 на внешние цепи контроллера (первый выход буфера 1) в виде выходных данных.If there is a command to turn on one of the n channels in the input of the controller (the first input of buffer 1), the interface unit 6 generates an enable signal from the second output to the first input of the corresponding control and protection unit 3, which, in turn, issues a trigger signal to the switch 5, which leads to the operation of the key that closes the load circuit. In this case, the current entering through the first input and leaving 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 generates an overload signal at the second output. The state of the signals from the second outputs of the control and protection unit 3 of all channels is transmitted from the interface unit 6 through the galvanic isolation unit 2 and buffer 1 to the external circuits of the controller (the first output of buffer 1) in the form of output data.
Если при превышении током нагрузки предельных значений в каком-либо из n каналов требуется максимально быстрое размыкание коммутируемой цепи (запирание коммутатора 5 канала), то во входных данных контроллера должна присутствовать соответствующая команда. При этом узлом 6 интерфейса обеспечивается минимальная задержка отключения канала (снятие сигнала включения с соответствующего первого входа узла 3 управления и защиты), ограничиваемая лишь быстродействием схемы.If, when the load current exceeds the limit values in any of the n channels, it is necessary to open the switched circuit as quickly as possible (locking the switch of channel 5), then the corresponding command should be present in the controller input. In this case, the interface unit 6 provides a minimum delay for disconnecting the channel (removing the enable signal from the corresponding first input of the control and protection unit 3), limited only by the speed of the circuit.
После отключения канала, через его выходной ключ и датчик тока перестает протекать ток нагрузки, соответственно пропадает сигнал со второго выхода узла 3 управления и защиты, что автоматически приводит к попытке повторного включения канала (повторной подачи сигнала включения на первый вход узла 3 управления и защиты). Таким образом, при токовой перегрузке в цепи коммутации циклически повторяются процессы включения/отключения канала. При этом время нахождения коммутируемой цепи под током на два порядка меньше, чем время обесточенного состояния (за счет задержки включения, обеспечиваемой узлом 6 интерфейса), что предотвращает выход из строя цепи нагрузки и коммутирующего элемента.After the channel is turned off, the load current stops flowing through its output key and the current sensor, respectively, the signal from the second output of the control and protection unit 3 disappears, which automatically leads to an attempt to re-enable the channel (re-supply of the enable signal to the first input of the control and protection unit 3) . Thus, with current overload in the switching circuit, the processes of channel on / off are cyclically repeated. 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 interface 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 какого-либо из каналов (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 данного канала до стабилизации параметров цепи нагрузки. Значения временных задержек для каждого из независимых коммутационных каналов, также как и команд на их включение, задаются во входных данных, передаваемых в контроллер от внешней управляющей системы (первый вход буфера 1).Due to switching transients (capacitive load) or in case of a change in the load resistance of any channel (for example, switching on a cold filament), the initial values of the switched current can significantly (by an order of magnitude) exceed the value of the steady-state current. In such cases, you can increase the shutdown delay of this channel to stabilize the parameters of the load circuit. The values of time delays for each of the independent switching channels, as well as commands for their inclusion, are specified in the input data transmitted to the controller from an external control system (first input of buffer 1).
Сигнал включения с первого выхода узла 6 интерфейса на второй вход узла 4 преобразования напряжения также используется для перехода многоканального контроллера в режим пониженного энергопотребления. Такой режим может быть включен, когда все управляющие сигналы со вторых выходов узла 6 интерфейса находятся в состоянии «Выключено» (ни один из каналов включать не требуется).The enable signal from the first output of the interface unit 6 to the second input of the voltage conversion unit 4 is also used to switch the multi-channel controller to a low power consumption mode. This mode can be turned on when all control signals from the second outputs of the interface node 6 are in the “Off” state (no channels need to be turned on).
Таким образом, введение в известный контроллер узла 7 разделения потенциалов, узла 6 интерфейса, (n-1) узлов 3 управления и защиты, (n-1) коммутаторов 5 с соответствующими связями обеспечило возможность реализации в контроллере нескольких независимых коммутационных каналов и управления ими, что позволило расширить область применения контроллера и снизить стоимость, энергопотребление и массогабаритные характеристики в пересчете на один канал.Thus, the introduction of a potential separation unit 7, an interface unit 6, (n-1) control and protection nodes 3, (n-1) switches 5 with appropriate connections into the known controller, made it possible to implement several independent switching channels in the controller and manage them, which allowed to expand the scope of the controller and reduce cost, power consumption and weight and size characteristics in terms of one channel.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009142102/07A RU2414787C1 (en) | 2009-11-16 | 2009-11-16 | Multi-channel solid-state load controller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009142102/07A RU2414787C1 (en) | 2009-11-16 | 2009-11-16 | Multi-channel solid-state load controller |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2414787C1 true RU2414787C1 (en) | 2011-03-20 |
Family
ID=44053829
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009142102/07A RU2414787C1 (en) | 2009-11-16 | 2009-11-16 | Multi-channel solid-state load controller |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2414787C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2537041C2 (en) * | 2012-09-10 | 2014-12-27 | Открытое акционерное общество "Авиаавтоматика" имени В.В. Тарасова" | Multi-channel solid-state load controller |
| RU191064U1 (en) * | 2019-04-04 | 2019-07-23 | Акционерное общество "Аэроприбор-Восход" | Multi-channel load controller |
| RU2764865C1 (en) * | 2021-05-20 | 2022-01-21 | Акционерное общество "Авиаавтоматика" имени В.В. Тарасова" | Solid state switch |
-
2009
- 2009-11-16 RU RU2009142102/07A patent/RU2414787C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2537041C2 (en) * | 2012-09-10 | 2014-12-27 | Открытое акционерное общество "Авиаавтоматика" имени В.В. Тарасова" | Multi-channel solid-state load controller |
| RU191064U1 (en) * | 2019-04-04 | 2019-07-23 | Акционерное общество "Аэроприбор-Восход" | Multi-channel load controller |
| RU2764865C1 (en) * | 2021-05-20 | 2022-01-21 | Акционерное общество "Авиаавтоматика" имени В.В. Тарасова" | Solid state switch |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104466914B (en) | Short-circuit protection circuit and switching power supply and protection method thereof | |
| Miao et al. | A self-powered ultra-fast DC solid state circuit breaker using a normally-on SiC JFET | |
| KR102306521B1 (en) | Inrush control with multiple switches | |
| US8593118B2 (en) | Power supply apparatus with fast initiating speed and power supply system with multiple power supply apparatuses with fast initiating speed | |
| CN105009430B (en) | DC-DC high-voltage converter | |
| CN103887984A (en) | Isolating converter and switching power supply comprising same | |
| TWI745967B (en) | Multi-phase switching converter with daisy chain structure and its fault protection method | |
| US20110310647A1 (en) | Redundant parallel non-isolated input converters | |
| Miao et al. | A self-powered bidirectional DC solid state circuit breaker using two normally-on SiC JFETs | |
| KR20160067019A (en) | Charge pump circuit for providing voltages to multiple switch circuits | |
| US20140306542A1 (en) | Switch Disconnect Circuit for Solar Arrays | |
| EP2367273B1 (en) | Power control system startup method and circuit | |
| CN113328734A (en) | Fast blocking switch | |
| US20190267897A1 (en) | Voltage regulation system, regulator chip and voltage regulation control method | |
| CN103678012A (en) | Semiconductor device | |
| RU2414787C1 (en) | Multi-channel solid-state load controller | |
| JP2017099267A (en) | System and method for fault ride through | |
| CN109194126B (en) | Power supply switching circuit | |
| CN116998079A (en) | Inrush current limiting transformer energizing apparatus, method, system and technique | |
| CN107466488A (en) | Driver for isolating | |
| US10389348B2 (en) | Temperature protection device | |
| US20200161853A1 (en) | Fault current limiter for energy storage systems | |
| CN107846285A (en) | A kind of current-limiting circuit and the electric power system for including it | |
| US9263966B2 (en) | Power supply circuit with low stand-by losses | |
| US10063144B2 (en) | Multiphase buck converter and method for operating the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191117 |