RU55515U1

RU55515U1 - DEVICE FOR PROTECTING THE POWER KEY FROM A SHORT LOAD CIRCUIT

Info

Publication number: RU55515U1
Application number: RU2006106307/22U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Иванович Панфилов; Алексей Михайлович Архипов
Priority date: 2006-03-01
Filing date: 2006-03-01
Publication date: 2006-08-10

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники и позволяет упростить устройство, повысить к.п.д. и уменьшить потери при обеспечение режима полного выключение силового ключа при коротком замыкании нагрузки. Устройство содержит источник постоянного напряжения 1, подключенный параллельно последовательной цепи, состоящей из верхнего силового ключа 2 и нагрузки 3, блок формирования управляющего сигнала 4 верхним силовым ключом 2, состоящий из цепи последовательно соединенных драйвера 5 и резисторов 6 и 7, подключенный параллельно источнику постоянного напряжения 1. Управляющая цепь драйвера 5 соединена с одним выводом токоограничивающего резистора 8, а другим выводом подключена к плюсовому выводу генератора импульсов 9, минус которого соединен с минусом источника постоянного напряжения 1. Общая точка соединения резисторов 6 и 7 соединена с управляющим входом верхнего силового ключа 2, к общей точке соединения которого с нагрузкой 3 подключен катод защитного диода 10, анод которого соединен с общей точкой соединения токоограничивающего резистора 8 с драйвером 5. После подачи импульса управления от генератора импульсов 9 через резистор 8 на вход драйвера 5, по цепи: резисторы 6, 7 и драйвер 5 течет ток, обеспечивающий открытие ключа 2, что в приводит к появлению напряжения на нагрузке 3, при этом диод 10 оказывается смещенным в обратном направлении и не оказывает влияния на прохождения управляющего импульса на драйвер 5. При наступлении режима короткого замыкания нагрузки 3 катод диода 10 подключается к минусу источника 1, формируя контур протекания тока: резистор 8, диод 10. При этом малое прямое падение напряжение на диоде 10 обеспечивает выключение драйвера 5, выключение ключа 2. 1 илл.The utility model relates to the field of electrical engineering and allows you to simplify the device, increase efficiency and to reduce losses while ensuring the mode of complete shutdown of the power switch during a short circuit load. The device comprises a constant voltage source 1, connected in parallel to a serial circuit consisting of an upper power switch 2 and a load 3, a control signal generating unit 4 with an upper power switch 2, consisting of a chain of serially connected drivers 5 and resistors 6 and 7, connected in parallel with a constant voltage source 1. The control circuit of the driver 5 is connected to one terminal of the current-limiting resistor 8, and the other terminal is connected to the positive terminal of the pulse generator 9, the minus of which is connected to the inus of the DC voltage source 1. The common connection point of the resistors 6 and 7 is connected to the control input of the upper power switch 2, the cathode of the protective diode 10 is connected to the common connection point of the load 3, the anode of which is connected to the common connection point of the current-limiting resistor 8 with driver 5. After applying a control pulse from the pulse generator 9 through the resistor 8 to the input of the driver 5, the current flows through the circuit: resistors 6, 7 and driver 5, which opens the key 2, which leads to the appearance of voltage on the load 3, at ohm diode 10 is biased in the opposite direction and does not affect the passage of the control pulse to driver 5. When the load 3 short circuit occurs, the cathode of diode 10 is connected to the minus of source 1, forming a current path: resistor 8, diode 10. Moreover, small a direct voltage drop on the diode 10 provides the shutdown of the driver 5, the shutdown of the key 2. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, и предназначена для использования в устройствах защиты силовых ключей от аварийных режимов работы (короткого замыкания в цепи нагрузки).The utility model relates to the field of electrical engineering, and is intended for use in devices for protecting power switches from emergency operation (short circuit in the load circuit).

Известно устройство защиты силового ключа от короткого замыкания нагрузки, описанное в книге Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики, применение. - М.: Издательский дом Додека-XXI, 2001. - 384 с., содержащее силовой ключ, контролирующий диод, катод которого через открытый ключ соединяется с общей шиной драйвера управления, а анод подключен к резистору и компаратору, который через логическую схему "И" соединен с входом триггера. Один выход триггера соединен со входом схемы драйвера. Защита силового ключа от короткого замыкания нагрузки осуществляется за счет слежения за уровнем выходного напряжения ключа в открытом состоянии. Схема осуществляет защиту силового ключа путем его запирания при появлении короткого замыкания нагрузки. В случае наступления короткого замыкания нагрузки напряжение на силовом ключе начинает возрастать, что приводит к срабатыванию схемы защиты и закорачиванию управляющего входа силового ключа.A device for protecting a power key from a short circuit load described in the book, Voronin P.A. Power semiconductor switches: families, specifications, applications. - M .: Dodeka-XXI Publishing House, 2001. - 384 p., Containing a power switch that controls the diode, the cathode of which is connected via a public key to the common bus of the control driver, and the anode is connected to a resistor and comparator, which through the logic circuit "AND "connected to trigger input. One trigger output is connected to the driver circuit input. Protection of the power switch against short circuit load is carried out by monitoring the level of the output voltage of the switch in the open state. The circuit protects the power switch by locking it when a load short circuit occurs. In the event of a short circuit of the load, the voltage on the power key starts to increase, which leads to the triggering of the protection circuit and the shortening of the control input of the power switch.

Недостатком данной схемы защиты является сложность ее реализации.The disadvantage of this protection scheme is the complexity of its implementation.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является устройство защиты силового ключа за счет контроля тока протекающего в силовой цепи ключа от короткого замыкания (см. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 3-ех томах: T.1. Пер. с англ. - 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Мир, 1993. - 413 с., на с.175, рис.2). Устройство содержит источник постоянного напряжения, резистивный шунт, включенный последовательно с силовым ключом, ключ защиты, включенный параллельно управляющей цепи The closest technical solution to the proposed utility model is a power key protection device by monitoring the current flowing in the power circuit of the key from a short circuit (see Horowitz P., Hill W. Art of circuitry: In 3 volumes: T.1. Per. from English - 4th ed. revised and enlarged - M: Mir, 1993 .-- 413 p., p. 175, Fig. 2). The device contains a constant voltage source, a resistive shunt connected in series with the power switch, a protection switch connected in parallel with the control circuit

силового ключа и последовательная цепь состоящая из драйвера силового ключа с резистивным делителем в виде двух последовательно включенных резисторов, которая включена параллельно источнику постоянного напряжения. Управляющая цепь драйвера соединена с одним выводом токоограничивающего резистора, а другим выводом подключена к плюсовому выводу генератора импульсов, минус которого соединен с минусом источника постоянного напряжения. Общая точка соединения двух резисторов подключена к управляющему входу силового ключа Нагрузка, резистор шунта и силовой ключ включены последовательно, образуя цепь включенную параллельно источнику постоянного напряжения. При появлении режима короткого замыкания нагрузки ток, протекающий через силовой ключ, начинает резко возрастать. Пропорционально возрастанию тока увеличивается сигнал, снимаемый с резистивного шунта, включенного последовательно с силовым ключом. При превышении определенного уровня сигнала на резистивном шунте ключ защиты начинает открываться, тем самым, уменьшая величину напряжения на управляющем электроде силового ключа, при этом силовой ключ полностью не закрывается.power switch and a serial circuit consisting of a power switch driver with a resistive divider in the form of two series-connected resistors, which is connected in parallel with a constant voltage source. The driver control circuit is connected to one terminal of the current-limiting resistor, and the other terminal is connected to the positive terminal of the pulse generator, the minus of which is connected to the minus of the DC voltage source. The common connection point of the two resistors is connected to the control input of the power switch. The load, the shunt resistor, and the power switch are connected in series, forming a circuit connected in parallel with a constant voltage source. When the load short circuit mode appears, the current flowing through the power switch starts to increase sharply. Proportional to the increase in current, the signal taken from the resistive shunt, connected in series with the power switch, increases. When a certain signal level is exceeded on the resistive shunt, the protection key starts to open, thereby reducing the voltage at the control electrode of the power switch, while the power switch does not completely close.

Однако такое устройство имеет низкий к.п.д., за счет потерь энергии в резистивном шунте при нормальном режиме работы силового ключа, не полное выключение силового ключа в режиме короткого замыкания.However, such a device has a low efficiency, due to energy losses in the resistive shunt during normal operation of the power switch, not complete shutdown of the power switch in short circuit mode.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является упрощение устройства, повышение к.п.д. и уменьшение потерь при обеспечение режима полного выключение силового ключа при коротком замыкании нагрузки.The technical task of the proposed utility model is to simplify the device, increase efficiency and reduction of losses while ensuring the complete shutdown of the power switch during a short circuit load.

Эта задача достигается тем, что известное устройство защиты силового ключа от короткого замыкания нагрузки, содержащее источник постоянного напряжения, подключенный параллельно последовательной цепи из силового ключа и нагрузки, блок формирования управляющего сигнала силовым ключом, состоящий из цепи последовательно соединенных драйвера и двух резисторов, подключенный параллельно источнику постоянного напряжения, управляющая цепь драйвера соединена с одним выводом токоограничивающего резистора, This task is achieved by the fact that the known device for protecting a power switch from a short circuit of a load, comprising a constant voltage source connected in parallel to a serial circuit from a power switch and a load, a control signal generating unit with a power switch, consisting of a chain of serially connected drivers and two resistors connected in parallel DC voltage source, the driver control circuit is connected to one terminal of a current-limiting resistor,

другой вывод которого соединен с плюсом генератора импульсов, минус которого соединен с минусом источника постоянного напряжения, общая точка соединения двух резисторов подключена к управляющему входу силового ключа, снабжено защитным диодом, анод которого подключен к общей точке соединения токоограничивающего резистора и управляющей цепи драйвера, а катод диода подключен к общей точке соединения силового ключа и нагрузки.the other output of which is connected to the plus of the pulse generator, the minus of which is connected to the minus of the DC voltage source, the common connection point of the two resistors is connected to the control input of the power switch, equipped with a protective diode, the anode of which is connected to the common connection point of the current-limiting resistor and the driver control circuit, and the cathode The diode is connected to a common connection point between the power switch and the load.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная электрическая схема устройства защиты силового ключа от режима короткого замыкания нагрузки.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, which shows a circuit diagram of a device for protecting a power switch from a short circuit load.

Устройство защиты содержит источник постоянного напряжения 1, подключенный параллельно последовательной цепи, состоящей из силового ключа 2 и нагрузки 3, блок формирования управляющего сигнала 4 силовым ключом 2, состоящий из цепи последовательно соединенных драйвера 5 и резисторов 6 и 7, подключенный параллельно источнику постоянного напряжения 1. Управляющая цепь драйвера 5 соединена с одним выводом токоограничивающего резистора 8, а другим выводом подключена к плюсовому выводу генератора импульсов 9, минус которого соединен с минусом источника постоянного напряжения 1. Общая точка соединения резисторов 6 и 7 соединена с управляющим входом силового ключа 2, к общей точке соединения которого с нагрузкой 3 подключен катод защитного диода 10, анод которого соединен с общей точкой соединения токоограничивающего резистора 8 с драйвером 5.The protection device contains a constant voltage source 1 connected in parallel to a serial circuit consisting of a power switch 2 and load 3, a control signal generating unit 4 with a power switch 2, consisting of a series of driver 5 and resistors 6 and 7 connected in series, connected in parallel to a constant voltage source 1 The control circuit of the driver 5 is connected to one terminal of the current-limiting resistor 8, and the other terminal is connected to the positive terminal of the pulse generator 9, the minus of which is connected to the minus regular enrollment DC voltage 1. The total connection point of resistors 6 and 7 connected to the control input of the power key 2, to a common connection point which is connected to the load 3, the cathode of the protection diode 10, the anode of which is connected to the common connection point of the current-limiting resistor 5 8 driver.

Устройства защиты силового ключа от короткого замыкания нагрузки работает следующим образом.Device protection power switch against short circuit load operates as follows.

После подачи импульса управления от генератора импульсов 9 через токоограничивающий резистор 8 на вход драйвера 5, по цепи резисторы 6, 7 и драйвер 5 течет ток, обеспечивающий открытие силового ключа 2, что в свою очередь приводит к появлению напряжения на нагрузке 3, при этом защитный диод 10 оказывается смещенным в обратном направлении и не оказывает влияния на прохождения управляющего импульса на драйвер 5. При наступлении режима After applying a control pulse from the pulse generator 9 through the current-limiting resistor 8 to the input of the driver 5, a current flows through the circuit of the resistors 6, 7 and driver 5, which opens the power switch 2, which in turn leads to the appearance of voltage on the load 3, while the protective diode 10 is biased in the opposite direction and does not affect the passage of the control pulse to driver 5. When the mode

короткого замыкания нагрузки 3 катод защитного диода 10 подключается к минусу источника постоянного напряжения 1, формируя контур протекания тока токоограничивающий резистор 8 и защитный диод 10. При этом малое прямое падение напряжение на защитном диоде 10 обеспечивает выключение драйвера 5, и, соответственно, выключение силового ключа 2. При устранении режима короткого замыкания нагрузки 3 и наличия импульса управления на драйвере 5 устройство возвращается в первоначальное включенное состояние.load short circuit 3, the cathode of the protective diode 10 is connected to the minus of the constant voltage source 1, forming a current flow loop current limiting resistor 8 and the protective diode 10. In this case, a small forward voltage drop on the protective diode 10 ensures that the driver 5 is turned off, and, accordingly, the power switch is turned off 2. When the short circuit mode of the load 3 and the presence of a control pulse on the driver 5 are eliminated, the device returns to its initial on state.

Использование предлагаемой полезной модели обеспечивает увеличения к.п.д. устройства за счет исключения потерь энергии в резистивном шунте в нормальном режиме и полного выключения силового ключа в режиме короткого замыкания, а упрощение устройства достигается за счет использования защиты ключа диодом.Using the proposed utility model provides an increase in efficiency devices due to the exclusion of energy losses in the resistive shunt in normal mode and the complete shutdown of the power switch in short circuit mode, and the simplification of the device is achieved through the use of key protection with a diode.

Claims

A device for protecting a power switch from a short circuit of a load, comprising a constant voltage source connected in parallel to a serial circuit from a power switch and a load, a control signal generating unit with a power switch, consisting of a circuit of a series-connected driver and two resistors, connected in parallel with a constant voltage source, a driver control circuit connected to one terminal of the current-limiting resistor, the other terminal of which is connected to the plus of the pulse generator, minus which connected to the minus of the DC voltage source, the common connection point of the two resistors is connected to the control input of the power switch, characterized in that it is equipped with a diode, the anode of which is connected to the common connection point of the current-limiting resistor and the driver control circuit, and the diode cathode is connected to the common connection point of the power key and load.