RU61480U1

RU61480U1 - FILTER OF PULSE-SWITCHING VOLTAGE IN THE DC NETWORK

Info

Publication number: RU61480U1
Application number: RU2006132183/22U
Authority: RU
Inventors: Валерий Васильевич Буравлев; Максим Михайлович Мусаев; Валерий Николаевич Каплин; Виктор Григорьевич Шуляк
Priority date: 2006-09-06
Filing date: 2006-09-06
Publication date: 2007-02-27

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к области электротехники и, в частности, к устройствам для защиты различного электронного оборудования от воздействия импульсных перенапряжений в сети питания постоянного тока при коммутации мощного оборудования. Фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений содержит последовательно соединенные дроссель и защитный диод, выход которого соединен с плюсом конденсатора и нагрузкой, второй вход конденсатора и нагрузки соединен с первым силовым входом транзисторного ключа. Устройство отличается тем, что в него введены фильтр радиопомех, драйвер, устройство измерения тока и включенный параллельно силовым входам транзистора варистор. Второй силовой вход транзисторного ключа соединен со вторым выходом устройства контроля тока, вход которого подключен ко второму выходу фильтра радиопомех и ко второму входу блока управления. Первый вход блока управления соединен с первым выходом фильтра радиопомех и входом дросселя, выход блока управления подключен к первому входу драйвера, второй вход которого соединен с первым выходом устройства контроля тока. Выход драйвера связан с управляющим входом транзисторного ключа, а входы фильтра радиопомех соединены с клеммами питания сети постоянного тока. Разработанный фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений в сети постоянного тока позволяет расширить область его применения и обладает повышенной надежностью. 1 илл.The proposed utility model relates to the field of electrical engineering and, in particular, to devices for protecting various electronic equipment from the effects of surge surges in the DC power network when switching powerful equipment. The surge switching filter contains a series-connected inductor and a protective diode, the output of which is connected to the plus of the capacitor and the load, the second input of the capacitor and load is connected to the first power input of the transistor switch. The device is characterized in that a radio noise filter, a driver, a current measuring device and a varistor connected in parallel with the power inputs of the transistor are introduced into it. The second power input of the transistor switch is connected to the second output of the current control device, the input of which is connected to the second output of the radio noise filter and to the second input of the control unit. The first input of the control unit is connected to the first output of the radio noise filter and the input of the inductor, the output of the control unit is connected to the first input of the driver, the second input of which is connected to the first output of the current control device. The driver output is connected to the control input of the transistor switch, and the inputs of the radio noise filter are connected to the DC power supply terminals. The developed filter of pulse-switching overvoltages in a direct current network allows to expand the scope of its application and has increased reliability. 1 ill.

Description

Предлагаемое устройство относится к области электротехники и, в частности, к устройствам для защиты различного электронного оборудования от воздействия импульсных перенапряжений в сети питания постоянного тока при коммутации мощного оборудования.The proposed device relates to the field of electrical engineering and, in particular, to devices for protecting various electronic equipment from the effects of surge surges in the DC power network when switching powerful equipment.

Известно, что в сети постоянного тока могут возникать одиночные коммутационные импульсы перенапряжений с величиной амплитуды в диапазоне от 600 В до 1000 В и длительностью от 0,01 мкс до 2000 мкс. Эти импульсы, проходя через источник питания, могут вывести из строя полупроводниковые приборы, микросхемы или вызвать сбои в работе электронного оборудования.It is known that single switching overvoltage pulses with an amplitude in the range from 600 V to 1000 V and a duration from 0.01 μs to 2000 μs can occur in a DC network. These pulses, passing through a power source, can damage semiconductor devices, microcircuits, or cause malfunctions in the operation of electronic equipment.

Для предотвращения перенапряжения или для снижения его амплитуды применяют схемы активного фильтра с выпрямителем переменного тока, транзисторным ключом, блоком управления и конденсатором. Подобные фильтры, защищая потребителей от воздействия импульсов перенапряжения, тем не менее, не позволяют снизить его до такой амплитуды, которая была бы безопасна для электронного оборудования, особенно это касается ответственных потребителей, например, навигационных систем. (О.А.Глухов Оптимальная коммутация электрических цепей, Йошкар-Ола, МарГТУ, 2000 г. с.61, рис.19).To prevent overvoltage or to reduce its amplitude, active filter circuits with an AC rectifier, a transistor switch, a control unit and a capacitor are used. Such filters, protecting consumers from the effects of overvoltage impulses, however, do not allow it to be reduced to such an amplitude that would be safe for electronic equipment, especially for responsible consumers, for example, navigation systems. (O.A. Glukhov Optimal switching of electric circuits, Yoshkar-Ola, MarSTU, 2000, p. 61, Fig. 19).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является схема активного фильтра, входящая в состав схемы переключения сетей и фильтров импульсно-коммутационных перенапряжений (ФИКП) (А.П.Темирев. Разработка и создание элементов интегрированных корабельных электротехнических систем, Ростов-на-Дону, РГУ, 2005 г., с.245, рис.4.11).The closest technical solution to the proposed device is the active filter circuit, which is part of the switching network and surge switching filters (FICP) (A.P. Temirev. Development and creation of elements of integrated ship electrical systems, Rostov-on-Don, Russian State University , 2005, p.245, fig. 4.11).

ФИКП в сети постоянного тока содержит подключенные к первому проводу питания последовательно соединенные ограничительный диод и дроссель, выход которого подключен к плюсу конденсатора и нагрузке, а второй вход FIKP in the DC network contains connected to the first power wire in series connected limiting diode and inductor, the output of which is connected to the plus of the capacitor and the load, and the second input

конденсатора и нагрузки подключены к силовому входу транзисторного ключа, другой силовой вход которого соединен с входом второго провода питания. Параллельно транзисторному ключу включен зарядный резистор, при этом с управляющим входом транзисторного ключа соединена система управления.capacitor and load are connected to the power input of the transistor switch, the other power input of which is connected to the input of the second power wire. A charging resistor is connected in parallel with the transistor switch, and a control system is connected to the control input of the transistor switch.

Данное устройство обеспечивает более надежную защиту от импульсно-коммутационных перенапряжений (ИКП) по сравнению с аналогом из-за отсутствия ограничения по времени приложения импульса ИКП. Однако, устройство, взятое за прототип, не позволяет работать с более мощным электронным оборудованием, так как не обеспечивает контроль тока и защиту силового ключа от ИКП большой амплитуды и энергии, что снижает область его применения и надежность устройства в целом.This device provides more reliable protection against pulse switching overvoltages (ICP) compared to the analogue due to the lack of time limit for the application of the ICP pulse. However, the device, taken as a prototype, does not allow working with more powerful electronic equipment, since it does not provide current control and protection of the power switch from large-amplitude amplifiers and energy, which reduces the scope and reliability of the device as a whole.

Задачей разработки является расширение области применения и повышение надежности устройства, за счет того, что фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений в сети постоянного тока, содержащий последовательно соединенные дроссель и защитный диод, выход которого соединен с плюсом конденсатора и нагрузкой, второй вход конденсатора и нагрузки соединены с одним из силовых входов транзисторного ключа, введены фильтр радиопомех, блок управления, драйвер, устройство контроля тока и варистор, подключенный параллельно силовым входам транзисторного ключа. Второй силовой вход транзисторного ключа соединен со вторым выходом устройства контроля тока, вход которого подключен ко второму выходу фильтра радиопомех и ко второму входу блока управления, первый вход которого, подсоединен к первому выходу фильтра радиопомех и к входу дросселя. Выход блока управления подключен к первому входу драйвера, второй вход которого соединен с первым выходом устройства контроля тока, выход драйвера связан с управляющим входом транзисторного ключа, а входы фильтра радиопомех соединены с клеммами питания сети постоянного тока.The development task is to expand the scope and increase the reliability of the device, due to the fact that the pulse-switching surge filter in the DC network contains a series-connected inductor and a protective diode, the output of which is connected to the capacitor plus and the load, the second capacitor and load are connected to one of the power inputs of the transistor switch, introduced a radio noise filter, a control unit, a driver, a current control device and a varistor connected in parallel with the power inputs of the trans iterated key. The second power input of the transistor switch is connected to the second output of the current monitoring device, the input of which is connected to the second output of the radio noise filter and to the second input of the control unit, the first input of which is connected to the first output of the radio noise filter and to the input of the inductor. The output of the control unit is connected to the first input of the driver, the second input of which is connected to the first output of the current control device, the output of the driver is connected to the control input of the transistor switch, and the inputs of the radio noise filter are connected to the DC power terminals.

На фиг. показана схема предлагаемого фильтра импульсно-коммутационных перенапряжений в сети постоянного тока, которая содержит входные клеммы 1 и In FIG. shows a diagram of the proposed filter pulse switching overvoltage in the DC network, which contains the input terminals 1 and

2, соединенные с входами фильтра радиопомех 1, к выходам которого подключены 1 и 2 входы блока управления 2, выполненного в виде двухуровневого компаратора со схемой задержки. Выход блока управления 2 соединен с входом 1 драйвера 3 (в схему которого включен управляемый генератор импульсов), выход которого соединен с управляющим входом транзисторного ключа 5, а вход 2 драйвера 3 - с выходом 1 устройства измерения тока 4, выполненного как датчик тока совместно с операционным усилителем. Вход устройства измерения тока 4 соединен с входом 2 блока управления 2 и выходом 2 фильтра радиопомех 1. Выход 2 устройства измерения тока 4 подключен к одному из силовых входов транзисторного ключа 5, другой силовой вход которого подключен к первому входу конденсатора 7, выходной клемме 2 и к нагрузке. К выходной клемме 1 подключены второй вход конденсатора 7, нагрузка и последовательно соединенные защитный диод 8, дроссель 9, выход которого соединен с 1 выходом фильтра радиопомех 1 и входом 1 блока управления 2. Варистор 6 подключен параллельно силовым входам транзисторного ключа 5.2, connected to the inputs of the radio noise filter 1, to the outputs of which are connected 1 and 2 inputs of the control unit 2, made in the form of a two-level comparator with a delay circuit. The output of the control unit 2 is connected to the input 1 of the driver 3 (the circuit of which includes a controlled pulse generator), the output of which is connected to the control input of the transistor switch 5, and the input 2 of the driver 3 is connected to the output 1 of the current measuring device 4, made as a current sensor together with operational amplifier. The input of the current measuring device 4 is connected to the input 2 of the control unit 2 and the output 2 of the radio interference filter 1. The output 2 of the current measuring device 4 is connected to one of the power inputs of the transistor switch 5, the other power input of which is connected to the first input of the capacitor 7, the output terminal 2 and to the load. The output terminal 1 is connected to the second input of the capacitor 7, the load and the protective diode 8 connected in series, an inductor 9, the output of which is connected to the output 1 of the radio interference filter 1 and input 1 of the control unit 2. Varistor 6 is connected in parallel with the power inputs of the transistor switch 5.

Устройство работает следующим образом. На входные клеммы 1 и 2 подается напряжение входной сети постоянного тока, которое проходит через фильтр радиопомех 1 и контролируется блоком управления 2, транзисторный ключ 5 при этом закрыт. После установления переходного процесса в устройстве, при подаче питания, начинается процесс заряда конденсатора 7. Драйвер 3 коммутирует транзисторный ключ 5 с высокой частотой до полного заряда конденсатора 7. Устройство измерения тока 4, в зависимости от зарядного тока конденсатора 7, выдает сигнал на вход 2 драйвера 3, который регулирует скважность импульсов высокой частоты (длительность открытого состояния транзисторного ключа 5), подаваемых на управляющий вход транзисторного ключа 5. После установления заданного значения тока на входе 2 драйвера 3, драйвер 3 переводит транзисторный ключ 5 в открытое состояние, поддерживая тем самым номинальный зарядный ток конденсатора 7, в зависимости от нагрузки. Параметры дросселя 9, защитного диода 8 и конденсатора 7 выбраны The device operates as follows. The input DC voltage is supplied to the input terminals 1 and 2, which passes through the radio interference filter 1 and is controlled by the control unit 2, while the transistor switch 5 is closed. After the transient is established in the device, when power is applied, the process of charging the capacitor 7 starts. Driver 3 commutes the transistor switch 5 with a high frequency until the capacitor 7 is fully charged. The current measuring device 4, depending on the charging current of the capacitor 7, gives a signal to input 2 driver 3, which regulates the duty cycle of high-frequency pulses (duration of the open state of the transistor switch 5) supplied to the control input of the transistor switch 5. After setting the set current value at the input 2 drivers 3, driver 3 sets the transistor switch 5 to the open state, thereby maintaining the nominal charging current of the capacitor 7, depending on the load. The parameters of the inductor 9, the protective diode 8 and the capacitor 7 are selected

таким образом, чтобы удовлетворительно подавлялись короткие помехи микросекундного диапазона.so that satisfactorily suppressed short noise microsecond range.

При воздействии длительных импульсов миллисекундного диапазона драйвер 3 закрывает на время действия импульса транзисторный ключ 5. С этого момента времени все напряжение помехи будет приложено к транзисторному ключу 5 и варистору 9. Во время прохождения импульса перенапряжения варистор 9 защищает транзисторный ключ 5 от пробоя. Как только напряжение на входе под действием экспоненциально падающего импульса перенапряжения упадет до заданного уровня, драйвер 3 откроет транзисторный ключ 5.Under the influence of long pulses of the millisecond range, driver 3 closes transistor switch 5 for the duration of the pulse. From now on, all the interference voltage will be applied to transistor switch 5 and varistor 9. During the passage of the overvoltage pulse, varistor 9 protects transistor switch 5 from breakdown. As soon as the input voltage under the action of an exponentially incident overvoltage pulse drops to a predetermined level, driver 3 will open the transistor switch 5.

Модуляция транзисторного ключа на время заряда конденсатора позволило отказаться от зарядного резистора, такое выполнение устройства расширяет область его применения для работы с более мощным электронным оборудованием. Шунтирование транзисторного ключа варистором повышает надежность устройства в целом и транзисторного ключа в частности. Включение устройства измерения тока, последовательно с силовым входом транзисторного ключа, также повышает надежность устройства в целом не только во время заряда конденсатора, но и при возникновении короткого замыкания в нагрузке. Применение на входе устройства фильтра радиопомех снижает уровень радиопомех во входную сеть при высокочастотной коммутации силовых элементов в устройстве и нагрузке, что также обеспечивает расширение области применения устройства.Modulation of the transistor switch for the duration of the capacitor charge made it possible to abandon the charging resistor, this embodiment of the device expands its scope for working with more powerful electronic equipment. Shunting the transistor switch with a varistor increases the reliability of the device as a whole and the transistor switch in particular. The inclusion of a current measuring device, in series with the power input of the transistor switch, also increases the reliability of the device as a whole, not only during the charge of the capacitor, but also when a short circuit occurs in the load. The use of a radio noise filter at the input of the device reduces the level of radio noise to the input network during high-frequency switching of power elements in the device and the load, which also provides an extension of the device's field of application.

Claims

The filter of pulse-switching overvoltage in the DC network, containing a series-connected inductor and a protective diode, the output of which is connected to the plus of the capacitor and the load, the second input of the capacitor and the load are connected to one of the power inputs of the transistor switch, characterized in that a radio noise filter is introduced into it , control unit, driver, current control device and varistor connected in parallel with the power inputs of the transistor switch, the second power input of which is connected to the second output of the device current monitoring, the input of which is connected to the second output of the radio noise filter and to the second input of the control unit, the first input of the control unit is connected to the first output of the radio noise filter and to the input of the inductor, the output of the control unit is connected to the first input of the driver, the second input of which is connected to the first output of the device current control, the driver output is connected to the control input of the transistor switch, and the inputs of the radio noise filter are connected to the DC power terminals.