RU2542952C2 - Voltage switch with overcurrent protection - Google Patents

Voltage switch with overcurrent protection Download PDF

Info

Publication number
RU2542952C2
RU2542952C2 RU2013117236/08A RU2013117236A RU2542952C2 RU 2542952 C2 RU2542952 C2 RU 2542952C2 RU 2013117236/08 A RU2013117236/08 A RU 2013117236/08A RU 2013117236 A RU2013117236 A RU 2013117236A RU 2542952 C2 RU2542952 C2 RU 2542952C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
switch
electronic
input
load unit
output
Prior art date
Application number
RU2013117236/08A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013117236A (en
Inventor
Геннадий Яковлевич Леденев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
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 "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" filed Critical Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority to RU2013117236/08A priority Critical patent/RU2542952C2/en
Publication of RU2013117236A publication Critical patent/RU2013117236A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2542952C2 publication Critical patent/RU2542952C2/en

Links

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention is referred to electronic engineering and may be used in power supply sources with overcurrent protection, mainly in spacecraft control systems. The electronic key connected to the common point of the switch and load unit and a relay element with hysteresis are controlled by means of the first and second AND elements by switching on and off power supply to the load unit. In case of current overload, power is disconnected from load unit.
EFFECT: decreased weight and dimensions The voltage switch with overcurrent protection comprises an electronic switch with MOS structure, which supplies power to the load unit.
1 dwg

Description

Предлагаемое 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.The present invention relates to the field of electronic technology and can be used in switched power supplies with overcurrent protection, mainly in control systems of spacecraft.

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.Known voltage switch with overcurrent protection [1], containing an electronic switch, first and second relay elements, current sensor, trigger, load unit, operational amplifier, voltage adjuster, transistor.

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.A disadvantage of the known device is its complexity and the use of a current sensor (shunt). When switching high currents, considerable power is allocated to the shunt, which leads to an increase in the mass and dimensions of the voltage switch due to the installation of a metal element that removes heat from the shunt, designed to remove heat of high power.

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.The closest technical solution to the proposed device is a voltage switch with overcurrent protection, described in [2]. The known voltage switch contains a series-connected current sensor, an electronic switch and a load unit, as well as a relay element, a trigger.

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 I H = 50   А

Figure 00000001
и при сопротивлении датчика тока (шунта) r ш = 4  мОм
Figure 00000002
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.A disadvantage of the known device is that it uses a current sensor to implement its main function. When switching large currents in the chains of their flow, significant interference occurs. To obtain a reliable level of operation of the relay element, it is necessary that the level of the useful signal exceeds the level of the interference signal. This requires increasing the ohmic resistance of the current sensor, and this leads to a significant increase in the dissipated power on it and, as a consequence, to an increase in mass and dimensions. For reliable operation of the relay element that turns off the switch when an overload current occurs, the value of the useful input signal of the relay element should be at the level of 100-300 mV. So when switching current I H = fifty BUT
Figure 00000001
and with the resistance of the current sensor (shunt) r w = four mOhm
Figure 00000002
the heat shunt will be 10 watts. To remove such heat from the shunt, a metal element of considerable weight and dimensions is required, which increases the mass and dimensions of the voltage switch.

Задача изобретения - снижение массы и габаритов коммутатора напряжения. 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 и электронный ключ, сигнальный вход которого соединен с общей точкой блока нагрузки и электронного коммутатора, выход электронного ключа соединен с входом релейного элемента с гистерезисом, инверсный выход которого 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 электронного ключа, выход первого элемента И соединен с входом управления электронного коммутатора.The objective of the invention is to reduce the mass and dimensions of the voltage switch. This task is achieved in that the voltage switch with overcurrent protection, contains an input bus, a first element And, a relay element with hysteresis, the inverse output of which is connected to the first input of the first element And, and an electronic switch and a load block connected in series, while the electronic switch is made in the form of an electronic key with a MOS structure, and a second element And and an electronic key are added to the voltage switch, the signal input of which is connected to a common point of the load unit and the electronic of the crown switch, the output of the electronic key is connected to the input of the relay element with hysteresis, the inverse output of which is connected to the first input of the second element And, the second input of which is connected to the input bus and the second input of the first element And, the output of the second element And is connected to the control input of the electronic key, the output of the first element And is connected to the control input of the electronic switch.

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.Figure 1 shows a block diagram of a voltage switch with overcurrent protection. In this diagram: 1 - input bus, 2 - first I element, 3 - electronic switch, 4 - load block, 5 - second I element, 6 - electronic key, 7 - relay element with hysteresis.

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 входом релейного элемента с гистерезисом 7. Выход первого элемента И 2 соединен с входом управления электронного коммутатора 3, выход второго элемента И 5 соединен с входом управления электронного ключа 6.The input bus 1 is connected to the second inputs of the first 2 and second 5 AND elements, the first inputs of which are connected to the inverse output of the relay element with hysteresis 7. The electronic switch 3 and the load unit 4 are connected in series, while their common point is connected to the signal input of the electronic key 6 the output of which is connected to the input of the relay element with hysteresis 7. The output of the first element And 2 is connected to the control input of the electronic switch 3, the output of the second element And 5 is connected to the control input of the electronic key 6.

Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току работает следующим образом. В качестве электронного коммутатора 3 используется электронный ключ (транзистор) с МОП структурой. Особенностью такого элемента является возможность коммутировать большие токи, при этом при коммутации различных токов омическое сопротивление открытого элемента (транзистора) практически не зависит от величины тока и составляет незначительную величину (единицы мОм). В этом случае падение напряжения на открытом (включенном) элементе будет линейно зависеть от величины коммутируемого тока.The voltage switch with overcurrent protection operates as follows. As an electronic switch 3, an electronic key (transistor) with a MOS structure is used. A feature of such an element is the ability to switch large currents, while switching different currents, the ohmic resistance of an open element (transistor) is practically independent of the current value and amounts to a small amount (units of mOhm). In this case, the voltage drop across the open (switched on) element will linearly depend on the value of the switched current.

В общем случае падение напряжения U К

Figure 00000003
на открытом электронном коммутаторе 3 можно представить в видеIn general, the voltage drop U TO
Figure 00000003
on the open electronic switch 3 can be represented as

U К = r К I Н           (1)

Figure 00000004
U TO = r TO I N (one)
Figure 00000004

где I Н

Figure 00000005
- коммутируемый ток нагрузки, r К
Figure 00000006
- сопротивление электронного коммутатора 3 в открытом (включенном) состоянии.Where I N
Figure 00000005
- switched load current, r TO
Figure 00000006
- the resistance of the electronic switch 3 in the open (on) state.

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 UВХ=1 электронный коммутатор 3 находится в открытом (включенном) состоянии, при UВХ =0 электронный коммутатор 3 находится в закрытом (выключенном) состоянии. Как следует из структурной схемы фиг.1 электронный ключ 6 функционирует синхронно с электронным коммутатором 3 (электронный ключ 6 открыт, если сигнал с выхода второго элемента И 5 U5=1, электронный ключ 6 закрыт, если сигнал U5=0, и его выходной сигнал U6=0).We will assume that the electronic switch 3 is in the open (on) state if a positive signal U 2 from the output of the first element And 2 (U 2 = 1) is supplied to its control input, and in the closed (off) state if U 2 = 0. We also believe that in the initial state the signal at the inverse output of the relay element with hysteresis 7 U 7 = 1. In this case, when the signal on the input bus 1 U BX = 1, the electronic switch 3 is in the open (on) state, when U BX = 0, the electronic switch 3 is in the closed (off) state. As follows from the structural diagram of figure 1, the electronic key 6 operates synchronously with the electronic switch 3 (the electronic key 6 is open if the signal from the output of the second element And 5 U 5 = 1, the electronic key 6 is closed if the signal U 5 = 0, and it output signal U 6 = 0).

Пусть уровень срабатывания релейного элемента с гистерезисом 7 выбран равным UП. Это означает, что при падении напряжения на коммутаторе 3 UК=UП произойдет срабатывание релейного элемента с гистерезисом 7 (гистерезис релейного элемента 7 выбран равным UП). 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 электронный ключ 6. Электронный коммутатор 3 снимает напряжение с блока нагрузки 4.Let the response level of the relay element with hysteresis 7 is chosen equal to U P. This means that when the voltage drops on the switch 3 U К = U П , the relay element will trigger with hysteresis 7 (the hysteresis of the relay element 7 is chosen equal to U П ). The output signal of the relay element 7 U 7 = 0 and the output signals of the first 2 and second 5 elements And will be equal to U 2 = 0 and U 5 = 0, respectively. These signals turn off the electronic switch 3 and the electronic key 6. The electronic switch 3 removes voltage from the load unit 4.

Напряжение UП выбирается из условия заданного тока IН, при котором необходимо отключать напряжение с блока нагрузки 4, и известного сопротивления электронного коммутатора 3 rК в соответствии с (1). Если, например, rК=4 мОм и ток отключения IН =50 А, то UП выбирается равным 0,2 В. Если ток нагрузки IН превысит значение 50 А, то электронный коммутатор 3 отключит напряжение от блока нагрузки 4. При отключении питания от блока нагрузки выключается также и электронный ключ 6, который снимает входное напряжение с релейного элемента с гистерезисом 7 (U6=0), что позволяет релейному элементу 7 находиться в выключенном состоянии.The voltage U P is selected from the condition of the specified current I N , at which it is necessary to disconnect the voltage from the load unit 4, and the known resistance of the electronic switch 3 r K in accordance with (1). If, for example, r K = 4 mOhm and the tripping current I N = 50 A, then U P is chosen equal to 0.2 V. If the load current I N exceeds 50 A, then the electronic switch 3 will disconnect the voltage from the load unit 4. When disconnecting power from the load unit also turns off the electronic switch 6, which removes the input voltage from the relay element with hysteresis 7 (U 6 = 0), which allows the relay element 7 to be in the off state.

По сравнению с известным коммутатором напряжения [2] предлагаемое изобретение имеет меньшие массу и габариты 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.Compared with the known voltage switch [2], the present invention has smaller mass and dimensions due to the removal of requirements for heat removal from the current sensor, which is absent in the proposed circuit. In a known circuit, when using a current sensor with r w = 4 mOhm at a current of 50A, a power of 10 W is dissipated.

Для отвода тепла в 10 Вт требуется металлическая отводящая поверхность площадью 2 дм2. При допустимом перегреве на датчике тока в 30°C 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.To remove heat of 10 W, a metal exhaust surface of 2 dm 2 is required. With a permissible overheating at the current sensor at 30 ° C compared to the ambient temperature, a heat sink with a heat sink surface of 100 × 200 mm will be required. When using an aluminum plate with a thickness of 5 mm as a heat sink, the heat sink mass will be 250 g, which is a significant value for one switch. When using electronic switches in control systems, for example, spacecraft, the additional mass is a significant drawback.

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.The proposed set of features in the solutions considered by the authors was not found to solve the problem and does not follow explicitly from the prior art, which allows us to conclude that the technical solution meets the criteria of "novelty" and "inventive step". As elements for implementing the device, logical elements And, for example, of the 564 series, standard relay elements, electronic switches with a MOS structure, for example, type 2P7161 B, electronic keys of the 564 series can be used.

ЛитератураLiterature

1. Патент РФ №2258302, кл. H03K 17/08, 2005 г.1. RF patent No. 2258302, cl. H03K 08/17, 2005

2. Патент РФ №2208291, кл. H03K 17/08, 2003 г.2. RF patent No. 2208291, cl. H03K 08/17, 2003

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 и электронный ключ, сигнальный вход которого соединен с общей точкой блока нагрузки и электронного коммутатора, выход электронного ключа соединен с входом релейного элемента с гистерезисом, инверсный выход которого 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 выходом управления электронного ключа, выход первого элемента И соединен с входом управления электронного коммутатора. A voltage switch with overcurrent protection, comprising an input bus, a first element And, a relay element with hysteresis, the inverse output of which is connected to the first input of the first element And, and an electronic switch and a load unit connected in series, characterized in that the electronic switch is made in in the form of an electronic key with a MOS structure, and, in addition, a second element And and an electronic key are added to the voltage switch, the signal input of which is connected to a common point of the load unit and the electronic of the second switch, the output of the electronic key is connected to the input of the relay element with hysteresis, the inverse output of which is connected to the first input of the second element And, the second input of which is connected to the input bus and the second input of the first element And, the output of the second element And is connected to the control output of the electronic key, the output of the first element And is connected to the control input of the electronic switch.
RU2013117236/08A 2013-04-15 2013-04-15 Voltage switch with overcurrent protection RU2542952C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013117236/08A RU2542952C2 (en) 2013-04-15 2013-04-15 Voltage switch with overcurrent protection

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013117236/08A RU2542952C2 (en) 2013-04-15 2013-04-15 Voltage switch with overcurrent protection

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013117236A RU2013117236A (en) 2014-10-20
RU2542952C2 true RU2542952C2 (en) 2015-02-27

Family

ID=53290125

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013117236/08A RU2542952C2 (en) 2013-04-15 2013-04-15 Voltage switch with overcurrent protection

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2542952C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2599089C1 (en) * 2015-07-08 2016-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") Method for over-current protection in electronic unit of spacecraft caused by external factors, including thyristor effect, and device for its implementation

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5383082A (en) * 1991-05-15 1995-01-17 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Overcurrent protector for power element
US5966041A (en) * 1997-10-30 1999-10-12 Analog Devices, Inc. High swing interface output stage integrated circuit for interfacing a device with a data bus
RU2208291C2 (en) * 2001-07-11 2003-07-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Voltage switch incorporating overcurrent protective gear
RU2258302C2 (en) * 2003-07-22 2005-08-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Voltage commutator with protection from current overload
RU2391298C2 (en) * 2005-12-29 2010-06-10 СИЛИКА ТЕК, ЭлЭлСи Plasma burner for making synthetic silicon dioxide

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5383082A (en) * 1991-05-15 1995-01-17 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Overcurrent protector for power element
US5966041A (en) * 1997-10-30 1999-10-12 Analog Devices, Inc. High swing interface output stage integrated circuit for interfacing a device with a data bus
RU2208291C2 (en) * 2001-07-11 2003-07-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Voltage switch incorporating overcurrent protective gear
RU2258302C2 (en) * 2003-07-22 2005-08-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Voltage commutator with protection from current overload
RU2391298C2 (en) * 2005-12-29 2010-06-10 СИЛИКА ТЕК, ЭлЭлСи Plasma burner for making synthetic silicon dioxide

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2599089C1 (en) * 2015-07-08 2016-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") Method for over-current protection in electronic unit of spacecraft caused by external factors, including thyristor effect, and device for its implementation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013117236A (en) 2014-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10418805B2 (en) Inrush control with multiple switches
EP2806444B1 (en) Device and method to break the current in power transmission or distribution system
CA2595242A1 (en) Self-protective high-current low-loss bi-directional semiconductor switch module and method of operation
US9543751B2 (en) Self-powered DC solid state circuit breakers
CN106100008B (en) Battery device and method for manufacturing battery device
KR930703726A (en) Over Current Protection Device
US5030844A (en) DC power switch with inrush prevention
EP1324452A3 (en) Overcurrent protection circuit
US3792289A (en) Solid state circuit breaker
RU2542952C2 (en) Voltage switch with overcurrent protection
US5162669A (en) Semiconductor switch including a device for measuring a depletion layer temperature of the switch
WO2006027709A3 (en) Fast switching circuit with input hysteresis
RU2523021C1 (en) Voltage switch with over current protection
RU2523024C1 (en) Voltage switch with over current protection
US9654102B2 (en) Hybrid direct-current circuit breaker
KR20150068310A (en) Battery state monitoring circuit and battery device
RU2208291C2 (en) Voltage switch incorporating overcurrent protective gear
JPH07221261A (en) Semiconductor device for electric power with temperature sensor
Özdal et al. Design and implementation of enhanced dynamic performance lcl for state applications
RU2568307C2 (en) Voltage switch with overcurrent protection
CN114175433A (en) Overcurrent protection device for a DC power supply system
CN205791450U (en) A kind of dc circuit breaker circuit based on memristor
RU167366U1 (en) Electronic current relay
US7821755B2 (en) Resettable short-circuit protection configuration
JP2005522142A5 (en)

Legal Events

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

Effective date: 20180416