RU2523024C1 - Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току - Google Patents
Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току Download PDFInfo
- Publication number
- RU2523024C1 RU2523024C1 RU2013117561/07A RU2013117561A RU2523024C1 RU 2523024 C1 RU2523024 C1 RU 2523024C1 RU 2013117561/07 A RU2013117561/07 A RU 2013117561/07A RU 2013117561 A RU2013117561 A RU 2013117561A RU 2523024 C1 RU2523024 C1 RU 2523024C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- electronic switch
- switch
- electronic
- output
- Prior art date
Links
Landscapes
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в источниках питания с защитой от перегрузки по току без использования датчика тока, преимущественно в системах управления космических аппаратов. Технический результат заключается в снижении массы и габаритов коммутатора напряжения и повышении точности при изменении сопротивления электронного коммутатора в открытом состоянии в зависимости от температуры. Для этого заявленное устройство содержит электронный коммутатор с МОП структурой, который подает питание в блок нагрузки. Последовательно соединенные источник опорного напряжения, второй электронный ключ, резистор и терморезистор обеспечивают срабатывание релейного элемента с гистерезисом, практически независимым от температуры. Подключенный к общей точке коммутатора и блока нагрузки электронный ключ, выход которого соединен с входом сумматора, позволяют исключить из схемы датчик тока, который требует значительного отвода тепла. При наличии перегрузки по току осуществляется отключение питания от блока нагрузки. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в коммутируемых источниках питания с защитой от перегрузки по току, преимущественно в системах управления космических аппаратов.
Известен коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току [1], содержащий электронный ключ, первый и второй релейные элементы, датчик тока, триггер, блок нагрузки, операционный усилитель, задатчик напряжения, транзистор.
Недостаток известного устройства состоит в его сложности и в использовании датчика тока (шунта). При коммутации больших токов на шунте выделяется значительная мощность, что приводит к увеличению массы и габаритов коммутатора напряжения за счет установки металлического отводящего тепло от шунта элемента, рассчитанного на отвод тепла большой мощности.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току, описанный в [2]. Известный коммутатор напряжения содержит последовательно соединенные датчик тока, электронный коммутатор и блок нагрузки, а также релейный элемент, триггер.
Недостаток известного устройства состоит в том, что он использует датчик тока для реализации своей основной функции. При коммутации больших токов в цепях их протекания возникают значительные помехи. Для получения достоверного уровня срабатывания релейного элемента необходимо, чтобы уровень полезного сигнала превышал уровень сигнала помехи. Для этого требуется увеличивать омическое сопротивление датчика тока, а это приводит к значительному увеличению на нем рассеиваемой мощности и, как следствие, к увеличению массы и габаритов. Для достоверного срабатывания релейного элемента, выключающего коммутатор при возникновении тока перегрузки, величина полезного входного сигнала релейного элемента должна быть на уровне 100-300 мВ. Так, при коммутации тока IH=50А и при сопротивлении датчика тока (шунта) rш=4 мОм тепловыделение шунта составит 10 Вт.
Для отвода такого тепла от шунта требуется значительный по массе и габаритам металлический элемент, что увеличивает массу и габариты коммутатора напряжения.
Задача изобретения - снижение массы и габаритов коммутатора напряжения и повышение точности при изменении сопротивления электронного коммутатора в открытом состоянии в зависимости от температуры.
Эта задача достигается тем, что коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току содержит входную шину, первый элемент И, релейный элемент с гистерезисом, инверсный выход которого соединен с первым входом первого элемента И, и последовательно соединенные электронный коммутатор и блок нагрузки, при этом электронный коммутатор выполнен в виде электронного ключа с МОП структурой, а в коммутатор напряжения дополнительно введены второй элемент И, первый электронный ключ, сумматор и последовательно соединенные источник опорного напряжения, второй электронный ключ, резистор и терморезистор, при этом инверсный выход релейного элемента с гистерезисом подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с входной шиной и вторым входом первого элемента И, выход второго элемента И соединен с входом управления первого и второго электронных ключей, вход релейного элемента с гистерезисом соединен с выходом сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого электронного ключа, сигнальный вход которого подключен к общей точке электронного коммутатора и блока нагрузки, второй вход сумматора соединен с общей точкой резистора терморезистора, вход управления электронного коммутатора соединен с выходом первого элемента И.
На фиг.1 приведена блок-схема коммутатора напряжения с защитой от перегрузки по току. На этой схеме: 1 - входная шина, 2 - первый элемент И, 3 - электронный коммутатор, 4 - блок нагрузки, 5 - второй элемент И, 6 - электронный ключ, 7 -релейный элемент с гистерезисом, 8 - резистор, 9 - терморезистор, 10 - источник опорного напряжения, 11 - второй электронный ключ, 12 - сумматор.
Входная шина 1 соединена с вторыми входами первого 2 и второго 5 элементов И, первые входы которых подключены к инверсному выходу релейного элемента с гистерезисом 7. Электронный коммутатор 3 и блок нагрузки 4 соединены последовательно, при этом их общая точка подключена к сигнальному входу электронного ключа 6, выход которого соединен с первым входом сумматора 12. Источник опорного напряжения 10, второй электронный ключ 11, резистор 8 и терморезистор 9 соединены последовательно. Выход сумматора 12 соединен с входом релейного элемента с гистерезисом 7, второй вход сумматора 12 подключен к общей точке резистора 8 и терморезистора 9. Выход первого элемента И 2 соединен с входом управления электронного коммутатора 3, выход второго элемента 5 соединен с входами управления первого 6 и второго 11 электронных ключей.
Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току работает следующим образом. В качестве электронного коммутатора 3 предполагается использование электронного ключа (транзистора) с МОП структурой. Особенностью такого элемента является возможность коммутировать большие токи, при этом при коммутации различных токов омическое сопротивление открытого электронного ключа (транзистора) практически не зависит от величины тока и составляет незначительную величину (единицы мОм). Кроме того, транзисторы с МОП структурой изменяют свое сопротивление в зависимости от температуры перехода, причем это изменение носит, как правило, линейный характер.
В общем случае падение напряжения Uk на открытом электронного коммутаторе 3 можно представить в виде
где IH - коммутируемый ток нагрузки, rK - сопротивление электронного коммутатора 3 в открытом (включенном) состоянии. Сопротивление электронного коммутатора rK можно представить в виде
где r0 - сопротивление электронного коммутатора 3 при температуре t0, K1 - температурный коэффициент изменения сопротивления rK, Δt - разность температур относительно t0.
Будем предполагать, что электронный коммутатор 3 находится в открытом (включенном) состоянии, если на его вход управления подается положительный сигнал U2 с выхода первого элемента И 2 (U2=1), и в закрытом (выключенном) состоянии, если U2=0. Считаем также, что в исходном состоянии сигнал на инверсном выходе релейного элемента с гистерезисом 7 U7=1. В этом случае при сигнале на входной шине 1 UBX электронный коммутатор 3 находится в открытом (включенном) состоянии, при UBX=0 электронный коммутатор 3 находится в закрытом (выключенном) состоянии. Как следует из структурной схемы фиг.1, первый 6 и второй 11 электронные ключи функционируют синхронно с электронным коммутатором 3 (электронные ключи 6 и 11 открыты, если сигнал с выхода второго элемента И 5 U5=1, электронный ключ 6 закрыт, если сигнал U5=0 и его выходной сигнал U6=0).
Пусть уровень срабатывания релейного элемента с гистерезисом 7 выбран равным UП. Напряжение на входе релейного элемента 7 обозначим UС, выходной сигнал опорного источника напряжения 10 обозначим Uоп, сигнал на втором входе сумматора 12 обозначим UX. Напряжения UОП и UX связаны соотношением
где Rt - сопротивление терморезистора, R1 - сопротивление резистора. На первый вход сумматора 12 поступает через первый электронный ключ 6 сигнал UX. Выходной сигнал сумматора 12 будет равен
Пусть релейный элемент с гистерезисом 7 срабатывает при токе IH=IH0. Введем обозначение U0=IH0. Тогда релейный элемент с гистерезисом 7 должен срабатывать при сигнале на выходе сумматора 12
Выберем значение
В этом случае
Выберем термосопротивление 9 с отрицательным коэффициентом температурного изменения К2, т.е. будем полагать, что
где Rt0 - сопротивление терморезистора 9 при температуре t0. В этом случае
Пусть
Равенство (10) достигается выбором значения опорного напряжения UОП.
Пусть также
Из равенства (9) с учетом (10) и (11) имеем
т.е. порог срабатывания релейного элемента с гистерезисом 7 должен быть равен
2 U0.
При падении напряжения на коммутаторе 3 UК, при котором UС=2U0, произойдет срабатывание релейного элемента с гистерезисом 7 (гистерезис релейного элемента 7 выбран равным 2U0). Выходной сигнал релейного элемента 7 U7=0 и выходные сигналы первого 2 и второго 5 элементов И будут равны соответственно U2=0 и U5=0. Эти сигналы выключают электронный коммутатор 3 и первый 6 и второй 11 электронные ключи. Электронный коммутатор 3 снимает напряжение с блока нагрузки 4.
Напряжение UП выбирается из условия заданного тока IH, при котором необходимо отключать напряжение с блока нагрузки 4, и известного сопротивления электронного коммутатора 3 rК в соответствии с (1). Если, например, rK=4 мОм и ток отключения IH=50 А, то UП выбирается равным 0,4 В. Если ток нагрузки IH превысит значение 50А, то электронный коммутатор 3 отключит напряжение от блока нагрузки 4. При отключении питания от блока нагрузки выключается также и первый 6 и второй 11 электронные ключи, которые снимают напряжения с входов сумматора12, что позволяет релейному элементу 7 находиться в выключенном состоянии.
Оценим погрешность предлагаемой схемы при r0=4 мОм, IH0=50 А, Rt0=1 кОм, K1=K2=0,01, R1=50 кОм. Из (10) величина опорного напряжения выбирается равной 10 В. Оценим погрешность δ для Δt=30°C. Значение сопротивления терморезистора Rt1 при Δt=30°С будет равно 0,7 кОм. Расчетное значение порога срабатывания UП=0,4 В. Фактическое значение порога срабатывания UПФ определим из (1), (2), (3) и (5). UПФ=0,398. Погрешность δ можно оценить в виде δ=(UП - ИПФ)/UП=0, 005,
что составляет 0,5%%. Погрешность формирования сигнала UК при Δt=30°C из (1) и (2) составляет 30%. Предлагаемая схема позволяет снизить погрешность формирования уровня отключения напряжения от блока нагрузки 4 до 0,5%.
По сравнению с известным коммутатором напряжения [2] предлагаемое изобретение позволяет снизить массу и габариты коммутатора за счет снятия требований по отводу тепла с датчика тока, который в предлагаемой схеме отсутствует. В известной схеме при использовании датчика тока с rш=4 мОм при токе 50А рассеивается мощность 10 Вт. Для отвода тепла в 10 Вт требуется металлическая отводящая поверхность площадью 2 дм2. При допустимом перегреве на датчике тока в 30°С по сравнению с температурой окружающей среды потребуется теплоотвод с теплоотводящей поверхностью 100×200 мм. При использовании в качестве теплоотвода алюминиевой пластины толщиной 5 мм масса теплоотвода составит 250 г, что для одного коммутатора является значительной величиной. При использовании электронных коммутаторов в системах управления, например, космических аппаратов дополнительная масса является существенным недостатком.
Предлагаемая совокупность признаков в рассмотренных авторами решениях не встречалась для решения поставленной задачи и не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критериям "новизна" и "изобретательский уровень". В качестве элементов для реализации устройства могут быть использованы логические элементы И, например, серии 564, стандартные релейные элементы, электронные коммутаторы с МОП структурой, например, типа 2П7161 Б, электронные ключи, серии 564, резисторы и терморезисторы.
Литература
1. Патент РФ №2258302, кл. H03К 17/08, 2005 г.
2. Патент РФ №2208291, кл. H03К 17/08, 2003 г.
Claims (1)
- Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току, содержащий входную шину, первый элемент И, релейный элемент с гистерезисом, инверсный выход которого соединен с первым входом первого элемента И, и последовательно соединенные электронный коммутатор и блок нагрузки, отличающийся тем, что электронный коммутатор выполнен в виде электронного ключа с МОП структурой, а, кроме того, в коммутатор напряжения дополнительно введены второй элемент И, первый электронный ключ, сумматор и последовательно соединенные источник опорного напряжения, второй электронный ключ, резистор и терморезистор, при этом инверсный выход релейного элемента с гистерезисом подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с входной шиной и вторым входом первого элемента И, выход второго элемента И соединен с входом управления первого и второго электронных ключей, вход релейного элемента с гистерезисом соединен с выходом сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого электронного ключа, сигнальный вход которого подключен к общей точке электронного коммутатора и блока нагрузки, второй вход сумматора соединен с общей точкой резистора и терморезистора, вход управления электронного коммутатора соединен с выходом первого элемента И.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013117561/07A RU2523024C1 (ru) | 2013-04-16 | 2013-04-16 | Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013117561/07A RU2523024C1 (ru) | 2013-04-16 | 2013-04-16 | Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2523024C1 true RU2523024C1 (ru) | 2014-07-20 |
Family
ID=51217582
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013117561/07A RU2523024C1 (ru) | 2013-04-16 | 2013-04-16 | Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2523024C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2596620C1 (ru) * | 2015-09-23 | 2016-09-10 | Акционерное общество "Авиаавтоматика" имени В.В. Тарасова" | Твердотельный коммутатор и контроллер нагрузки |
RU2796095C1 (ru) * | 2022-09-12 | 2023-05-17 | Виктор Иванович Шевченко | Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU907800A1 (ru) * | 1980-06-17 | 1982-02-23 | Специальное конструкторское бюро прикладной геофизики СО АН СССР | Многоканальный коммутатор |
FR2625381A1 (fr) * | 1987-12-23 | 1989-06-30 | Bendix Electronics Sa | Procede et dispositif de protection d'un organe electronique de commande de l'alimentation electrique d'une charge |
US5383082A (en) * | 1991-05-15 | 1995-01-17 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Overcurrent protector for power element |
US5999041A (en) * | 1996-05-17 | 1999-12-07 | Denso Corporation | Load actuation circuit |
RU2208291C2 (ru) * | 2001-07-11 | 2003-07-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току |
RU2258302C2 (ru) * | 2003-07-22 | 2005-08-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току |
RU2321164C1 (ru) * | 2006-11-23 | 2008-03-27 | Открытое акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро по релейной технике" (ОАО "СКТБ РТ") | Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току |
-
2013
- 2013-04-16 RU RU2013117561/07A patent/RU2523024C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU907800A1 (ru) * | 1980-06-17 | 1982-02-23 | Специальное конструкторское бюро прикладной геофизики СО АН СССР | Многоканальный коммутатор |
FR2625381A1 (fr) * | 1987-12-23 | 1989-06-30 | Bendix Electronics Sa | Procede et dispositif de protection d'un organe electronique de commande de l'alimentation electrique d'une charge |
US5383082A (en) * | 1991-05-15 | 1995-01-17 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Overcurrent protector for power element |
US5999041A (en) * | 1996-05-17 | 1999-12-07 | Denso Corporation | Load actuation circuit |
RU2208291C2 (ru) * | 2001-07-11 | 2003-07-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току |
RU2258302C2 (ru) * | 2003-07-22 | 2005-08-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току |
RU2321164C1 (ru) * | 2006-11-23 | 2008-03-27 | Открытое акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро по релейной технике" (ОАО "СКТБ РТ") | Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2596620C1 (ru) * | 2015-09-23 | 2016-09-10 | Акционерное общество "Авиаавтоматика" имени В.В. Тарасова" | Твердотельный коммутатор и контроллер нагрузки |
RU2796095C1 (ru) * | 2022-09-12 | 2023-05-17 | Виктор Иванович Шевченко | Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10418805B2 (en) | Inrush control with multiple switches | |
EP3449572B1 (en) | Junction temperature and current sensing | |
US9042069B2 (en) | Power supply controller | |
US9513318B2 (en) | Current or voltage sensing | |
US7737582B2 (en) | Self-protective high-current low-loss bi-directional semiconductor switch module and method of operation | |
JP2010050530A (ja) | 半導体スイッチ制御装置 | |
EP3046257B1 (en) | Control circuit for solid state power controller | |
CN112292793B (zh) | 用于减小可控开关元件的热载荷的方法 | |
CN111656686B (zh) | 开关运行模式中运行的场效应晶体管针对过载电流的保护 | |
KR930703726A (ko) | 과전류 보호장치 | |
MXPA04005093A (es) | Controlador de vehiculo. | |
CN112311369A (zh) | 智能电子开关 | |
US5162669A (en) | Semiconductor switch including a device for measuring a depletion layer temperature of the switch | |
RU2523024C1 (ru) | Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току | |
US20180321718A1 (en) | Energy estimation for thermal management | |
RU2523021C1 (ru) | Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току | |
CN217182186U (zh) | 功率装置 | |
RU2542952C2 (ru) | Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току | |
US10505360B2 (en) | Method and device for determining a load current | |
JP6322123B2 (ja) | 電流制限回路 | |
RU2568307C2 (ru) | Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току | |
JPH07221261A (ja) | 温度センサを有する電力用半導体デバイス | |
RU2319298C1 (ru) | Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току и перегрева электронного ключа | |
JP3070698B2 (ja) | 電流制御素子 | |
WO2021095634A1 (ja) | 半導体デバイス |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180417 |