RU2809690C1

RU2809690C1 - Current breakdown detection and protection circuit

Info

Publication number: RU2809690C1
Application number: RU2022121516A
Authority: RU
Inventors: Карл Р. ХЭЙНИ
Original assignee: Аэроджет Рокетдайн, Инк.
Filing date: 2020-02-19
Publication date: 2023-12-14

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention is related to overcurrent protection systems, and more specifically to an overcurrent protection system for protection against breakdown current. The breakdown protection circuit includes a current sensor providing a sensor signal and connected to the input (230) of the comparator through at least a load resistor (120). The switch protection circuit (250) includes a protection input connected to a comparator output and a plurality of outputs. Each of the outputs is connected to a corresponding switch (270) of a plurality of stacked switches. The switch protection circuit is configured to open each switch of the plurality of stacked switches in response to a positive output signal (240) from the comparator.

EFFECT: reduction of time before overload detection and reduction of the response time of the protection circuit to less than 100 nanoseconds after detection, which prevents switch burnout.

12 cl, 4 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

[0001] Настоящее изобретение в общем относится к системам защиты от перегрузки по току, а более конкретно к системе защиты от перегрузки по току для защиты от состояния прострела (англ. shoot-through).[0001] The present invention generally relates to overcurrent protection systems, and more particularly to an overcurrent protection system for shoot-through protection.

Заявление относительно исследований или разработок, финансируемых из федерального бюджетаStatement Concerning Federally Funded Research or Development

[0002] Это изобретение было сделано при государственной поддержке по контракту NNC16CA21C, полученному от NASA. Правительство имеет определенные права на изобретение.[0002] This invention was made with government support under contract NNC16CA21C received from NASA. The government has certain rights to an invention.

Уровень техникиState of the art

[0003] Космические аппараты и спутники подвергаются радиационным событиям, выходящим за рамки тех, которые естественным образом присутствуют в атмосфере Земли. Когда такое событие происходит, оно может мешать определенным типам электроники на борту космического аппарата. Одним из типов электронных устройств, подверженных таким помехам, является транзистор, такой как полевой транзистор МОП (металл-оксид-полупроводник или MOSFET от англ. Metal-Oxide-Semiconductor Field-effect Transistor). Как вариант, другие типы транзисторов могут неправильно включаться непосредственно из-за события излучения или в результате других неисправностей схемы, вызванных этим событием.[0003] Spacecraft and satellites are exposed to radiation events beyond those naturally present in the Earth's atmosphere. When such an event occurs, it can interfere with certain types of electronics on board the spacecraft. One type of electronic device that is susceptible to such interference is a transistor, such as a Metal-Oxide-Semiconductor Field-effect Transistor (MOSFET). Alternatively, other types of transistors may not turn on properly directly due to the radiation event or as a result of other circuit faults caused by the event.

[0004] Когда стекированные (многоуровневые) транзисторы включаются одновременно, возникает нежелательное подключение цепи, которое может привести к событию прострела (англ. shoot-through). Событие прострела вызывает состояние высокой перегрузки по току, которое может повредить или разрушить элементы цепи и/или какие-либо устройства или проводники, которые, таким образом, получают высокую перегрузку по току во время события прострела.[0004] When stacked transistors are turned on simultaneously, an unwanted circuit connection occurs that can lead to a shoot-through event. A shot-through event causes a high overcurrent condition that can damage or destroy circuit elements and/or any devices or conductors that thus receive a high over-current load during a shot through event.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

[0005] В одном примерном варианте осуществления схема защиты от прострела включает в себя датчик тока, обеспечивающий сигнал датчика и подключенный ко входу компаратора по меньшей мере через нагрузочный резистор, схему защиты переключателей, включающую в себя защитный вход, подключенный к выходу компаратора, и множество выходов, каждый из которых подключен к соответствующему переключателю из множества стекированных переключателей, при этом схема защиты переключателей выполнена с возможностью размыкания каждого переключателя из множества стекированных переключателей в ответ на положительный выходной сигнал от компаратора.[0005] In one exemplary embodiment, the backfire protection circuit includes a current sensor providing a sensor signal and connected to an input of the comparator through at least a load resistor, a switch protection circuit including a protection input connected to the output of the comparator, and a plurality of outputs, each of which is connected to a corresponding switch of the plurality of stacked switches, wherein the switch protection circuit is configured to open each switch of the plurality of stacked switches in response to a positive output signal from the comparator.

[0006] В другом примере раскрытой выше схемы защиты от прострела схема защиты переключателей содержит трансформатор.[0006] In another example of the anti-shot protection circuit disclosed above, the switch protection circuit includes a transformer.

[0007] В другом примере любой из раскрытых выше схем защиты от прострела датчик тока подключен ко входу компаратора через нагрузочный резистор и индуктор.[0007] In another example of any of the anti-shot protection circuits disclosed above, a current sensor is connected to the input of the comparator through a load resistor and an inductor.

[0008] В другом примере любой из раскрытых выше схем защиты от прострела нагрузочный резистор и индуктор подключены последовательно.[0008] In another example of any of the anti-shot protection circuits disclosed above, a load resistor and an inductor are connected in series.

[0009] В другом примере любой из раскрытых выше схем защиты от прострела соединение между входом компаратора и датчиком тока выполнено без индуктора.[0009] In another example of any of the anti-shot protection circuits disclosed above, the connection between the comparator input and the current sensor is made without an inductor.

[0010] В другом примере любой из раскрытых выше схем защиты от прострела схема защиты переключателей содержит разделительный трансформатор.[0010] In another example of any of the anti-shot protection circuits disclosed above, the switch protection circuit includes an isolation transformer.

[0011] В другом примере любой из раскрытых выше схем защиты от прострела разделительный трансформатор включает в себя входную обмотку, подключенную к выходу компаратора, и множество выходных обмоток, каждая из которых соответствует одному из переключателей из множества стекированных переключателей.[0011] In another example of any of the anti-shot protection circuits disclosed above, the isolation transformer includes an input winding connected to the output of a comparator and a plurality of output windings, each corresponding to one of the switches of a plurality of stacked switches.

[0012] В другом примере любой из раскрытых выше схем защиты от прострела каждый переключатель из множества стекированных переключателей является полупроводниковым переключателем.[0012] In another example of any of the anti-shot protection circuits disclosed above, each switch of the plurality of stacked switches is a solid state switch.

[0013] В другом примере любой из раскрытых выше схем защиты от прострела компаратор дополнительно содержит вход опорного напряжения, при этом компаратор выполнен с возможностью выдачи сигнала в ответ на то, что напряжение на входе компаратора превышает напряжение на опорном входе.[0013] In another example of any of the anti-backlash protection circuits disclosed above, the comparator further includes a reference voltage input, wherein the comparator is configured to output a signal in response to a voltage at the comparator input greater than a voltage at the reference input.

[0014] В другом примере любой из раскрытых выше схем защиты от прострела компаратор содержит внутреннее опорное напряжение, при этом компаратор выполнен с возможностью выдачи сигнала в ответ на то, что вход компаратора, превышает внутреннее опорное напряжение.[0014] In another example of any of the anti-backlash protection circuits disclosed above, the comparator includes an internal reference voltage, wherein the comparator is configured to output a signal in response to an input of the comparator exceeding the internal reference voltage.

[0015] В другом примере любой из раскрытых выше схем защиты от прострела множество стекированных переключателей являются переключателями силового преобразователя космического аппарата.[0015] In another example of any of the anti-shot protection circuits disclosed above, the plurality of stacked switches are spacecraft power converter switches.

[0016] Примерный способ защиты набора стекированных переключателей включает в себя обнаружение тока с помощью датчика тока, преобразование сигнала датчика тока в напряжение с помощью нагрузочного резистора и приведение каждого переключателя из набора стекированных переключателей в разомкнутое состояние в ответ на то, что напряжение превышает опорное напряжение.[0016] An exemplary method of protecting a set of stacked switches includes detecting current using a current sensor, converting the current sensor signal to a voltage using a load resistor, and causing each switch of the stacked switch set to be open in response to the voltage exceeding a reference voltage. .

[0017] В другом примере раскрытого выше способа защиты набора стекированных переключателей преобразование сигнала датчика тока в напряжение с помощью нагрузочного резистора включает в себя использование нагрузочного резистора и индуктора.[0017] In another example of a method disclosed above for protecting a set of stacked switches, converting a current sensor signal to a voltage using a load resistor involves using a load resistor and an inductor.

[0018] В другом примере любого из раскрытых выше способов защиты набора стекированных переключателей преобразование сигнала датчика тока в напряжение включает в себя прохождение выходного сигнала датчика тока через индуктор и нагрузочный резистор, создавая, таким образом, напряжение на входе компаратора, и сравнение напряжения с опорным напряжением.[0018] In another example of any of the methods disclosed above for protecting a set of stacked switches, converting a current sensor signal to a voltage involves passing the current sensor output signal through an inductor and load resistor, thereby creating a voltage at the input of the comparator, and comparing the voltage with a reference tension.

[0019] Другой пример любого из раскрытых выше способов защиты набора стекированных переключателей дополнительно включает создание выходного сигнала компаратора в ответ на напряжение, превышающее опорное напряжение, и подачу выходного сигнала компаратора на входную обмотку разделительного трансформатора.[0019] Another example of any of the methods disclosed above for protecting a set of stacked switches further includes generating a comparator output in response to a voltage greater than a reference voltage and applying the comparator output to an input winding of the isolation transformer.

[0020] Другой пример любого из раскрытых выше способов защиты набора стекированных переключателей дополнительно включает в себя подключение множества выходных обмоток разделительного трансформатора к соответствующим переключателям так, чтобы каждая выходная обмотка приводила соответствующий переключатель в разомкнутое состояние в ответ на получение входной обмоткой выходного сигнала компаратора.[0020] Another example of any of the methods disclosed above for protecting a set of stacked switches further includes connecting a plurality of output windings of an isolation transformer to respective switches such that each output winding drives the corresponding switch into an open state in response to the input winding receiving a comparator output signal.

[0021] Другой пример любого из раскрытых выше способов защиты набора стекированных переключателей дополнительно включает в себя возобновление стандартных операций набора стекированных переключателей после падения напряжения ниже опорного напряжения.[0021] Another example of any of the methods disclosed above for protecting a stacked switch set further includes resuming normal operations of the stacked switch set after a voltage drops below a reference voltage.

[0022] Другой пример любого из раскрытых выше способов защиты набора стекированных переключателей дополнительно включает в себя задержку возобновления стандартных операций набора стекированных переключателей после падения напряжения ниже опорного напряжения в течение заданного периода задержки.[0022] Another example of any of the methods disclosed above for protecting a stacked switch set further includes delaying the resumption of normal operations of the stacked switch set after a voltage drops below a reference voltage for a predetermined delay period.

[0023] Эти и другие признаки настоящего изобретения могут быть лучше всего поняты из нижеследующего описания и чертежей, краткое описание которых следует ниже.[0023] These and other features of the present invention may be best understood from the following description and drawings, which are briefly described below.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

[0024] На фиг. 1 показан пример спутника, содержащего множество бортовых электронных компонентов.[0024] In FIG. Figure 1 shows an example of a satellite containing many on-board electronic components.

[0025] На фиг. 2 схематично показана схема обнаружения перегрузки по току, выполненная с возможностью защиты от состояния прострела в соответствии с одним примером.[0025] In FIG. 2 is a schematic illustration of an overcurrent detection circuit configured to protect against a shot-through condition in accordance with one example.

[0026] На фиг. 3 схематично показан подробный пример схемы для реализации схемы обнаружения перегрузки по току по фиг. 2.[0026] In FIG. 3 is a schematic diagram showing a detailed circuit example for implementing the overcurrent detection circuit of FIG. 2.

[0027] На фиг. 4 показан способ работы схемы обнаружения отклонения с перегрузкой по току по фиг. 2 и 3.[0027] In FIG. 4 shows the operating method of the overcurrent deviation detection circuit of FIG. 2 and 3.

Осуществление изобретенияCarrying out the invention

[0028] На фиг. 1 схематично показан спутник 10, включающий в себя источник 20 питания, подающий питание на нагрузку 30 высокой мощности через схему 40 распределения мощности. Например, нагрузка 30 высокой мощности может включать в себя электрическую двигательную установку. В альтернативных примерах любая другая нагрузка 30 высокой мощности может быть защищена от перегрузки по току из-за прострела таким же образом, как раскрыто в настоящем документе.[0028] In FIG. 1 schematically shows a satellite 10 including a power supply 20 supplying power to a high power load 30 through a power distribution circuit 40. For example, high power load 30 may include an electric propulsion system. In alternative examples, any other high power load 30 may be protected from overcurrent due to backfire in the same manner as disclosed herein.

[0029] Включение электрической двигательной установки и других силовых нагрузок в космический аппарат создает необходимость обеспечения на космическом аппарате 10 высокомощных источников 20 питания. При обычных для таких устройств уровнях мощности, топологии схем питания, которые невосприимчивы к событиям прострела и/или иным образом устойчивы к событиям прострела, непригодны для управления обработкой и распределением мощности в требуемых системах 30. Вместо этого для обработки и распределения мощности используют преобразователи, включающие в себя топологии полной мостовой схемы и другие подобные коммутационные сети.[0029] Incorporation of electric propulsion and other power loads into a spacecraft creates the need to provide 10 high-power power supplies 20 on the spacecraft. At typical power levels for such devices, power circuit topologies that are impervious to and/or otherwise resistant to firing events are unsuitable for controlling power processing and distribution in the desired systems 30. Instead, converters including includes full bridge topologies and other similar switching networks.

[0030] Полные мостовые топологии и другие топологии на основе коммутации, включающие в себя стекированные переключатели, подвержены уязвимостям прострела из-за стекированного (многоуровнего) характера переключателей. Как рассматривается в настоящем документе, пара стекированных переключателей представляет собой вертикально стекированные (как показано на принципиальной схеме) переключатели, размещенные непосредственно на входной шине. При стандартной работе эта топология функциональна, поскольку только один из стекированных переключателей в данном стеке будет замкнут в любой момент времени. В космических применениях или в любой другой ситуации, когда может произойти радиационное событие, оба переключателя в одном стеке могут быть замкнуты одновременно на время радиационного события или на время восстановления драйверных схем, затронутых радиационным событием.[0030] Full bridge topologies and other switch-based topologies that include stacked switches are susceptible to shooting vulnerabilities due to the stacked nature of the switches. As discussed herein, a stacked switch pair is a vertically stacked (as shown in the circuit diagram) switches placed directly on the input bus. In standard operation, this topology is functional because only one of the stacked switches in a given stack will be closed at any given time. In space applications or any other situation where a radiation event may occur, both switches in the same stack can be closed simultaneously for the duration of the radiation event or while the driver circuits affected by the radiation event are restored.

[0031] Когда оба переключателя в одном стеке замкнуты одновременно, возникает прямое короткое замыкание на входной шине питания, и ток через переключатели быстро возрастает. Быстрый рост тока может повредить переключатели менее чем за несколько сотен наносекунд. Из-за скорости, с которой повышается ток, и короткого периода времени до повреждения стекированных переключателей, схема 40 распределения мощности включает в себя схему защиты, которая обнаруживает высокий первичный ток и отличает высокий первичный ток от других токов, обнаруживая высокое di/dt (изменение тока по отношению к времени) в сигнале тока и реагируя до того, как произойдет постоянное повреждение.[0031] When both switches in the same stack are closed simultaneously, a direct short circuit occurs on the input power rail and the current through the switches increases rapidly. Rapid increases in current can damage switches in less than a few hundred nanoseconds. Due to the rate at which current rises and the short period of time before stacked switches fail, power distribution circuit 40 includes a protection circuit that detects high primary current and distinguishes high primary current from other currents by detecting high di/dt (change in current versus time) in the current signal and reacting before permanent damage occurs.

[0032] После обнаружения высокого di/dt схема защиты обеспечивает блокировку управляющего входа переключателей в стекированных переключателях. Блокировка снижает напряжение на управляющем входе каждого переключателя, тем самым максимально быстро размыкая все переключатели в стеке. Когда все переключатели будут разомкнуты, схема управления будет удерживать переключатели разомкнутыми в течение заданной задержки, после чего возобновляется нормальная работа. Заданная задержка может иметь любую продолжительность, достаточную для рассеивания ожидаемого события излучения и для полного восстановления схемы, а также достаточно короткую, чтобы свести к минимуму нарушение работы нагрузки 30.[0032] Upon detection of high di/dt, the protection circuit ensures that the control input of the switches in the stacked switches is disabled. Interlocking reduces the voltage at the control input of each switch, thereby opening all switches in the stack as quickly as possible. When all switches are open, the control circuit will hold the switches open for the specified delay, after which normal operation will resume. The specified delay may be of any duration sufficient to dissipate the expected emission event and allow the circuit to fully recover, as well as short enough to minimize disruption to the load 30.

[0033] С учетом фиг. 1 рассмотрим фиг. 2, где схематично показана примерная схема 100 обнаружения перегрузки по току и реагирования на указанную перегрузку по току, возникающую в результате состояния прострела, вызванного одновременным замыканием стекированных транзисторов 170. Датчик тока подает сигнал на вход 110 схемы 100 обнаружения. Ток проходит через индуктор 122 и резистор 120, создавая напряжение обнаружения на индукторе 122 и резисторе 120.[0033] Referring to FIG. 1 let's look at FIG. 2, which schematically illustrates an exemplary overcurrent circuit 100 for detecting and responding to said overcurrent resulting from a shooting condition caused by the simultaneous shorting of stacked transistors 170. The current sensor provides a signal to an input 110 of the detection circuit 100. Current passes through inductor 122 and resistor 120, creating a detection voltage across inductor 122 and resistor 120.

Разность напряжений подается на компаратор 130 через пару входов 132, 133. Компаратор 130 сравнивает напряжение на входах 132, 133 с напряжением на опорном входе 134 и определяет, когда напряжение от датчика 110 тока (на входах 132, 133) и нагрузочного резистора 120 превышает опорное напряжение. В альтернативных примерах опорное напряжение может сохраняться внутри компаратора 130, а вход 134 постоянного опорного напряжения может отсутствовать.The voltage difference is applied to comparator 130 through a pair of inputs 132, 133. Comparator 130 compares the voltage at inputs 132, 133 with the voltage at reference input 134 and determines when the voltage from current sensor 110 (at inputs 132, 133) and load resistor 120 exceeds the reference voltage. In alternative examples, the reference voltage may be stored within the comparator 130 and a constant reference voltage input 134 may be absent.

[0034] В некоторых примерах, где требуется более быстрое обнаружение или когда требуется средство обнаружения, которое более четко отличает событие прострела от других, допустимых событий высокого тока, опциональный индуктор 122 может быть включен последовательно с резистором 120. Индуктор 122 увеличивает скорость обнаружения за счет дополнительного повышения напряжения на входе 132 в ответ на увеличение di/dt, тогда как резистор 120 увеличивает напряжение в ответ на увеличение тока i. В некоторых примерах включение в состав устройства индуктора 122 может уменьшить время отклика компаратора приблизительно на 85 наносекунд, в результате чего общее время отклика схемы 100 будет ниже 200 наносекунд. В одном из конкретных примеров общее время отклика схемы 100 составляет приблизительно 160 наносекунд от срабатывания до отключения, при этом время отклика после обнаружения составляет приблизительно 100 наносекунд.[0034] In some examples where faster detection is required or where a detection means that more clearly distinguishes a shot through event from other valid high current events is desired, an optional inductor 122 may be connected in series with resistor 120. Inductor 122 increases detection speed by an additional voltage increase at input 132 in response to an increase in di/dt, while resistor 120 increases the voltage in response to an increase in current i. In some examples, the inclusion of inductor 122 may reduce the response time of the comparator by approximately 85 nanoseconds, resulting in the overall response time of circuit 100 being below 200 nanoseconds. In one specific example, the overall response time of the circuit 100 is approximately 160 nanoseconds from actuation to shutdown, with a post-detection response time of approximately 100 nanoseconds.

[0035] Когда напряжение на входе 132 превышает пороговое значение, установленное опорным напряжением, компаратор 130 выдает сигнал высокого уровня из выходного контакта 136. Сигнал 140 высокого уровня поступает на защитный вход 152 трансформатора 150 защиты переключателя. Трансформатор 150 защиты переключателя подключен к управляющему сигналу 160 каждого из множества стекированных переключателей 170 и выполнен с возможностью реагирования на высокий входной сигнал на защитном входе 152 путем приведения управляющих входных сигналов 160 к низкому значению и принудительного размыкания переключателей 170, предотвращая таким образом протекание тока через переключатель 170.[0035] When the voltage at the input 132 exceeds the threshold value set by the reference voltage, the comparator 130 outputs a high level signal from the output pin 136. The high level signal 140 is supplied to the protection input 152 of the switch protection transformer 150. The switch protection transformer 150 is connected to the control signal 160 of each of the plurality of stacked switches 170 and is configured to respond to a high input signal at the protection input 152 by driving the control input signals 160 to a low value and causing the switches 170 to open, thereby preventing current from flowing through the switch. 170.

[0036] С учетом фиг. 2 рассмотрим фиг. 3, где схематично показан один пример конфигурации по фиг. 2, который является более подробным и построен полностью из аналоговых компонентов. В альтернативных вариантах осуществления один или более компонентов могут быть заменены соответствующими цифровыми компонентами, обеспечивая аналогичную функциональность. Как и на фиг. 2, первоначальное обнаружение тока прострела выполняется компаратором 230, принимающим входное напряжение, генерируемое нагрузочным резистором 220 и индуктором 222. При обнаружении увеличения напряжения компаратор 230 выдает сигнал 240 на трансформатор 250. Трансформатор 250 электрически изолирует переключатели 270, обусловливая подачу тока на управляющий вход переключателей 270, тем самым выключая (размыкая) переключатели 270 в ответ на сигнал 240, принимаемый на трансформаторе 250.[0036] Referring to FIG. 2 let's look at Fig. 3, which schematically shows one example of the configuration of FIG. 2, which is more detailed and built entirely from analog components. In alternative embodiments, one or more components may be replaced with corresponding digital components, providing similar functionality. As in FIG. 2, initial detection of shot current is performed by comparator 230, which receives the input voltage generated by load resistor 220 and inductor 222. When an increase in voltage is detected, comparator 230 outputs a signal 240 to transformer 250. Transformer 250 electrically isolates switches 270, causing current to flow to the control input of switches 270. , thereby turning off (opening) switches 270 in response to signal 240 received at transformer 250.

[0037] Как показано в обоих примерах на фиг. 2 и фиг. 3, компаратор 130, 230, в некоторых примерах выполнен с возможностью фиксации в обнаруженном состоянии в течение заданного периода времени. Фиксация обеспечивает достаточное время для рассеивания всплеска излучения, вызывающего событие прострела, и для полного восстановления затронутых схем, и в то же время гарантирует, что переключатели 170 270 возобновят нормальную работу как можно быстрее, чтобы свести к минимуму прерывание нагрузки.[0037] As shown in both examples in FIGS. 2 and fig. 3, the comparator 130, 230 is, in some examples, configured to remain in a detected state for a predetermined period of time. Latching provides sufficient time for the radiation burst causing the shooting event to dissipate and for the affected circuits to be fully restored, while at the same time ensuring that the switches 170 270 resume normal operation as quickly as possible to minimize load interruption.

[0038] С учетом фиг. 1-3 рассмотрим фиг. 4, где представлен способ 300 работы систем по фиг. 1-3. Сначала обнаруживают скачок тока путем сравнения входного напряжения с опорным напряжением с помощью компаратора на шаге 310 «Обнаружение скачка тока». Если обнаруженное напряжение превышает опорное напряжение, то компаратор выдает сигнал блокировки на шаге 320 «Блокировка выходного сигнала». Сигнал блокировки блокирует управляющий входной сигнал и заставляет переключатели 170, 270 в стеке размыкаться на шаге 330 «Размыкание транзисторов».[0038] Referring to FIG. 1-3 let's look at Figs. 4, which illustrates a method 300 for operating the systems of FIG. 1-3. First, a current surge is detected by comparing the input voltage with a reference voltage using a comparator in Step 310: Current Surge Detection. If the detected voltage exceeds the reference voltage, then the comparator outputs a blocking signal in Output Blocking step 320. The blocking signal blocks the control input signal and causes the switches 170, 270 in the stack to open in Open Transistors step 330.

[0039] После размыкания транзисторы поддерживаются разомкнутыми в течение периода задержки на шаге 340 «Задержка». Нагрузочный резистор 120, 220 поддерживает напряжение на входе 132 компаратора до тех пор, пока происходит событие прострела. В таких примерах задержка сохраняется именно для этой протяженности, плюс время распространения. В альтернативных примерах компаратор может включать в себя фиксацию задержки, которая фиксирует выходной сигнал в течение периода времени после того, как компаратор 130 перестанет обнаруживать входное напряжение, превышающее опорное напряжение. В этом примере дополнительная задержка, обеспечиваемая фиксацией, обеспечивает возможность восстановления схемы, перезагрузки системы и/или любых других необходимых операций перед возобновлением стандартных операций на шаге 350 «Возобновление стандартных операций».[0039] After opening, the transistors are maintained open during the delay period in step 340 "Delay". Load resistor 120, 220 maintains the voltage at comparator input 132 as long as a shot-through event occurs. In such examples, the delay is maintained precisely for this extent, plus the propagation time. In alternative examples, the comparator may include a latch delay that latch the output signal for a period of time after the comparator 130 no longer detects an input voltage greater than a reference voltage. In this example, the additional delay provided by the commit allows the circuit to be restored, the system to reboot, and/or any other necessary operations before resuming standard operations in Resume Standard Operations step 350.

[0040] Обеспечение схемы защиты от прострела, раскрытой в настоящем документе, позволяет сократить время отклика схем защиты до менее чем 100 наносекунд после обнаружения. Дополнительное обеспечение индуктора 122, 222 сокращает время до обнаружения со 145 наносекунд до 80 наносекунд. Уменьшенное время отклика помогает предотвратить выгорание переключателя.[0040] The provision of the anti-shot protection circuit disclosed herein allows the response time of the protection circuits to be reduced to less than 100 nanoseconds after detection. The additional provision of inductor 122, 222 reduces the time to detection from 145 nanoseconds to 80 nanoseconds. Reduced response time helps prevent switch burnout.

[0041] Хотя примерные схемы на фиг. 2 и 3 показаны как содержащие два стекированных транзистора, следует понимать, что обнаружение тока прострела и отклик, раскрытые выше, могут быть применены к любому количеству стекированных переключателей и не ограничены в реализации примером с двумя транзисторами.[0041] Although the exemplary circuits in FIGS. 2 and 3 are shown to contain two stacked transistors, it should be understood that the shot current detection and response disclosed above can be applied to any number of stacked switches and is not limited in implementation to the two transistor example.

[0042] Кроме того, хотя это и раскрывается в конкретном контексте космических аппаратов и спутников, следует отметить что защита от прострела является функциональной в любой ситуации, когда могут произойти события прострела, включая наземные применения, подверженные радиационным событиям.[0042] In addition, although disclosed in the specific context of spacecraft and satellites, it should be noted that shootout protection is functional in any situation where shootout events may occur, including terrestrial applications subject to radiation events.

[0043] Кроме того, подразумевается, что любой из раскрытых выше признаков может использоваться отдельно или в сочетании с любым или всеми другими раскрытыми выше признаками. Хотя был раскрыт один из вариантов осуществления настоящего изобретения, рядовому специалисту в данной области техники будет понятно, что в объем настоящего изобретения, будут входить определенные модификации. По этой причине для определения истинного объема и содержания данного изобретения нужно изучить нижеследующую формулу изобретения.[0043] It is further understood that any of the features disclosed above may be used alone or in combination with any or all of the other features disclosed above. Although one embodiment of the present invention has been disclosed, one of ordinary skill in the art will appreciate that certain modifications will be included within the scope of the present invention. For this reason, the following claims must be examined to determine the true scope and content of this invention.

Claims

1. Anti-lumbago protection scheme, containing:

many stacked switches,

a current sensor configured to detect current passing through said plurality of stacked switches and to supply the current sensor current to an input of the comparator through at least a load resistor and an inductor that are connected in series and configured to convert the current sensor current into a current sensor voltage wherein the comparator includes a reference voltage input and is configured to output a positive signal in response to the current sensor voltage exceeding a reference voltage at the reference voltage input,

a switch protection circuit including a protection input connected to an output of the comparator and a plurality of outputs, each of which is connected to a corresponding switch of said plurality of stacked switches,

wherein the switch protection circuit is configured to open each switch of the plurality of stacked switches in response to a positive output signal from the comparator.

2. The anti-shot protection circuit according to claim 1, in which the switch protection circuit contains a transformer.

3. The anti-shot protection circuit according to claim 1 or 2, in which the switch protection circuit contains an isolation transformer.

4. The anti-shot protection circuit of claim 3, wherein the isolation transformer includes an input winding connected to an output of the comparator and a plurality of output windings, each corresponding to one of the switches of the plurality of stacked switches.

5. The anti-shot protection circuit as claimed in any one of the preceding paragraphs, wherein each switch of the plurality of stacked switches is a semiconductor switch.

6. The backfire protection circuit of any one of the preceding claims, wherein the comparator includes an internal reference voltage, wherein the comparator is configured to output a signal in response to the current sensor voltage exceeding the internal reference voltage.

7. The anti-shot protection circuit according to any of the previous paragraphs, in which the plurality of stacked switches are switches of the power converter of the spacecraft.

8. A method for protecting a set of stacked switches, comprising:

detecting current flowing through multiple stacked switches using a current sensor;

converting the detected current into a voltage using a load resistor and an inductor connected in series therewith by passing the current sensor current through said load resistor and inductor and thereby creating a voltage at the input of the comparator;

comparing said voltage with a reference voltage by means of a comparator; And

causing each switch of the set of stacked switches to be open in response to said voltage exceeding a reference voltage.

9. The method of claim 8, further comprising generating a comparator output signal in response to a voltage greater than a reference voltage, and applying the comparator output signal to an input winding of the isolation transformer.

10. The method of claim 9, further comprising connecting a plurality of output windings of the isolation transformer to respective switches such that each output winding causes the corresponding switch to open in response to the input winding receiving an output signal from the comparator.

11. The method of any one of claims 8 to 10, further comprising resuming standard operations of the stacked switch set after a voltage drop below a reference voltage.

12. The method of claim 11, further comprising delaying the resumption of standard operations of the stacked switch set after a voltage drop below a reference voltage for a predetermined delay period.