УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ САМОЛЕТНОЙ АППАРАТУРЫ Российский патент 1997 года по МПК H02H7/10 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты электрических цепей низкого напряжения от токов короткого замыкания при передаче сигнала по линиям связи от самолетной РЛС на головку самонаведения (ГСН).

Такие устройства должны удовлетворять различным противоречивым условиям их выполнения и работы. С одной стороны, при предполетной проверке аппаратуры необходимо убедиться, что в реальных условиях выполнения полета аппаратура не будет иметь параметрических отказов, не считая, конечно, выходов из строя по причине отказа комплектующих изделий, с другой стороны самолетная аппаратура должна удовлетворять жестким требованиям по габаритно-весовым характеристикам, что приводит к невозможности применения устройств со сложным построением. Кроме этого, условия работы характеризуются широким диапазоном климатических воздействий в диапазоне температур ±60^oC, что приводит к значительному изменению параметров радиоэлементов и к изменению характеристик отдельных узлов и блоков.

Известны устройства, которые могут быть использованы для решения задачи защиты электрической цепи от тока короткого замыкания например, устройство токовой защиты [1] содержащее датчик тока 1 нагрузки, диодно-резистивный мост 2, полупроводниковой ключ 3, выполненный на тиристоре, конденсатор 4 для задержки срабатывания при включении источника питания, делитель напряжения на резисторах 5, 6, 7 (резистор 6 имеет малое сопротивление), диод 8, источник 9 питания, коммутирующий транзистор 10, преобразователь 11 и нагрузку 12.

Недостатком устройства-аналога является невозможность прогнозирования возможности отказа (ложных срабатываний устройства) при работе в широком диапазоне температур, невозможность контроля работоспособности перед полетом, уход параметров тиристора, диодно-резистивного моста и др. элементов при работе в широком диапазоне температур, влияющих на правильность срабатывания устройства.

Наиболее близким (прототипом) к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для защиты электрической цепи низкого напряжения от тока короткого замыкания [2] содержащее датчик тока 1, одинаковые интеграторы 2,3, генератор 4 эталонного тока, преобразователи 5,6, генератор 7 тактовых сигналов, блок 8 сравнения, пороговый элемент 9, синхронизатор 10 и исполнительный орган 11, причем выход датчика 1 тока через интегратор 2 и преобразователь 5 соединен с одним из входов блока 8 сравнения и параллельно через синхронизатор 10 с входом генератора 4, выход которого через интегратор 3 и преобразователь 6 соединен с другим входом блока 8 сравнения, а выход последнего через пороговый элемент 9 соединен со входом исполнительного органа 11, управляемые входы преобразователей 5,6 соединены с выходом генератора 7 тактовых сигналов.

Недостатки известного устройства прототипа следующие
1. Устройство не обеспечивает прогнозирования возможности отказа при работе в широком диапазоне температур, что не обеспечивает гарантии работоспособности в реальных условиях работы самолетной аппаратуры и не обеспечивает гарантии выполнения задачи.

2. Нестабильность коэффициента передачи интеграторов за счет применения конденсаторов большой емкости, имеющих большие уходы, при работе в широком диапазоне температур, либо большие веса и габариты при применении прецизионных конденсаторов большой емкости, что не-допустимо для самолетной аппаратуры.

Целью изобретения является прогнозирование возможности отказа устройства при работе в широком диапазоне температур.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты электрической цепи низкого напряжения, содержащее последовательно соединенные исполнительный орган 1, вход которого является входом устройства и первый датчик тока 2, выход которого является выходом устройства, усилитель (преобразователь) 3 и пороговый элемент 4, дополнительно введены последовательно соединенные сигнализатор отказа 5, управляющий орган 6, элемент запуска 7 и D-триггер 8, выход которого соединен с вторым входом исполнительного органа 1, последовательно соединенные второй датчик тока 9 и ключ управления 10, а также имитатор сигналов РЛС 11, выход которого соединен с D-входом D-триггера 8, и фильтр 12, вход которого соединен с выходом порогового элемента 4 и с R входом D-триггера 8, а выход с общей шиной источника напряжения, воды сигнализатора отказа 5 соединены соответственно, с выходом устройства и с общей шиной источника напряжения, вход второго датчика тока 9 соединен с выходом устройства, выход ключа управления 10 соединен с общей шиной источника напряжения, а второй вход с вторым выходом управляющего органа 6, причем, первый и второй входы усилителя 3 соединены с входом первого задатчика тока 2, а выход в входом порогового элемента 4.

К техническим решениям, имеющим признаки, сходные с признаками, отличаемыми заявленное решение от прототипа являются:
Способ защиты управляемого преобразователя с устройством защиты по авт. св. N 904087 кл. H 02 H 7/12, H 02 M 1/18, содержащее преобразователь, нагрузку, систему управления преобразователем, два датчика тока, схему сравнения, которые в совокупности с другими признаками обеспечивают повышение надежности.

Устройство для контроля срабатывания защиты источника электропитания по авт. св. N 691978, кл. H 02 H 3/04, И/С G 05 F 1/56, содержащее источник сигнала, блок защиты, источник контрольного сигнала, ключ управления, неуправляемый источник напряжения, потенциометр, которые в совокупности с другими признаками обеспечивают расширение функциональных возможностей.

Устройство для электропитания постоянного напряжения по авт. св. N 599307, кл. H 02 H 3/06, G 05 F 1/56, содержащее вторичный источник питания, узел защиты релейного типа, стабилизатор тока, пороговый узел, источник опорного напряжения, которые в совокупности с другими признаками обеспечивают повышение надежности путем исключения возможности восстановления схемы узла защиты до момента снятия перегрузки.

Устройство для токовой защиты источников тока и напряжения по авт. св. N 1117768, кл. H 02 H 3/08, содержащее датчик тока, имитатор нагрузки, сравнивающий элемент, делитель напряжения, источник питания, исполнительный элемент, которые в совокупности с другими признаками обеспечивают повышение надежности защиты.

Таким образом, у заявленного технического решения появились свойства, которые не проявляются ни в одном из известных объектов, содержащих сходные признаки, и оно обладает существенными отличиями относительно известных решений, заключающимися в прогнозировании возможности отказа устройства в широком диапазоне температур.

На фиг. 1 схематически представлено устройство для защиты электрической цепи низкого напряжения самолетной аппаратуры.

Изобретение содержит последовательно соединенные исполнительный орган 1, вход которого является входом устройства, и первый датчик тока 2, выход которого является выходом устройства, усилитель 3 и пороговый элемент 4, последовательно соединенные сигнализатор отказа 5, управляющий орган 6, элемент запуска 7 и D-триггер 8, выход которого соединен с вторым входом исполнительного органа 1, последовательно соединенные второй датчик тока 9 и ключ управления 10, а также имитатор сигналов РЛС 11, выход которого соединен с D-входом D-триггера 8 и фильтр 12, вход которого соединен в выходом порогового элемента 4 и с R -входом D-триггера 8, а выход с общей шиной источника напряжения, входы сигнализатора отказа 5 соединены соответственно с выходом устройства и с общей шиной источника напряжения, вход второго датчика тока 9 соединен с выходом устройства, выход ключа управления 10 соединен с общей шиной источника напряжения, а второй вход с вторым выходом управляющего органа 6, причем первый и второй входы усилителя 3 соединены с входом и выходом первого задатчика тока 2, а выход с входом порогового элемента 4.

Отдельные устройства могут быть выполнены следующим образом.

Исполнительный орган 1 может быть, например, выполнен в виде преобразователя напряжения, приведенного на фиг. 2 и состоит из двухкаскадного усилителя, преобразующего входной сигнал с D-триггера 8 в выходной сигнал уровня источника напряжения. Транзистор Т2 в этом случае играет роль управляемого транзисторного ключа, который открывается при наличии сигнала на входе резистора R1 и транзистора Т1.

Усилитель 3 может быть, например, выполнен в виде двухкаскадного усилителя-преобразователя (фиг.3) и состоит из последовательно соединенных транзисторов Т3 и Т4, причем переход база-эмиттер транзистора Т3 выполняет роль двухвходового элемента, а коллектор транзистора Т4 является выходом усилителя, сигнал которого поступает на резистор R6 порогового элемента 4 (фиг.3). На диоде Д1 происходит сравнение двух напряжений U₁ и U₂. Когда напряжение на выходе усилителя 3 отсутствует, то диод 1 открыт и на низкоомном резисторе R6 создается небольшое напряжение (близкое к нулю), которое в сумме с падением напряжения на диоде Д1 подается на выход порогового элемента 4. При наличии напряжения на выходе усилителя 3 диод Д1 закрывается (U₁ выбирается большим, чем U₂) и на выходе порогового элемента 4 возникает напряжение, величина которого равна U₂.

Сигнализатор отказа 5 может быть выполнен, например, в виде реле с индикатором на выходе (фиг.4).

Управляющий орган 6 может выполнен например, в виде (фиг.5) последовательно соединенных генератора импульсов 13, кольцевого счетчика 14 и элемента И15, на второй вход которого подается сигнал с сигнализатора отказа 5.

Элемент запуска 7 может быть выполнен, например, в виде (фиг.6) элемента ИЛИ 16, на один вход которого подается сигнал с первого выхода управляющего органа 6, а на второй сигнал с бездребезговой кнопки 17.

Датчики тока 2, 9 могут быть выполнены в виде резисторов. Ключ управления 10 может быть выполнен на реле, на обмотку которого по входу 2 ключа управления 10 подается сигнал с второго выхода управляющего органа 6, разомкнутый контакт соединен через первый вход с выходом второго датчика тока 9, а подвижной контакт с 6 общей шиной напряжения питания (фиг.7).

Имитатор сигналов РЛС 11 может быть выполнен в виде низкочастотного генератора, частота которого на порядок ниже, чем частота генератора импульсов 13 управляющего органа 6.

Фильтр 12 может быть выполнен в виде конденсатора.

Остальные элементы выполнены на стандартных функциональных элементах и более подробного раскрытия не требуют.

Устройство работает следующим образом.

Генератор импульсов 13 управляющего органа 6 через элемент запуска 7 (через элемент ИЛИ 16 элемента запуска 7) подает синхроимпульсы на C-вход D-триггера 8, на D-вход которого подается сигнал Лог.1 с имитатора сигналов РЛС11. На выходе D-триггера 8 записывается соответствующий сигнал Лог.1. Этот сигнал подается на второй вход исполнительного органа 1, на первый вход которого подается сигнал с источника напряжения. Исполнительный орган 1 под действием сигнала с D-триггера 8 открывается (на фиг.2 открыты транзисторы Т₁ и Т₂) и пропускает через низкоомный первый датчик тока 2 напряжение на выход устройства и через линию связи на вход ГСН. В случае выполнения имитатора сигналов РЛС 11 в виде низкочастотного генератора на выходе устройства будет периодически изменяющийся уровень сигнала либо нулевой сигнал, либо сигнал уровня источника напряжения.

При отсутствии короткого замыкания в выходной цепи и при выключенном состоянии ключа управления 10 падение напряжения на первом датчике тока 2 будет небольшим, меньшим напряжения открывания перехода база-эмиттер транзистора Т3 усилителя Т3 и цепь усилитель 3 пороговый элемент 4 не будет влиять на режим работы D-триггера 8. В этом случае при наличии выходного сигнала сигнализатор отказа 5 будет выдавать на первый элемент И 15 управляющего органа сигнал, 7 соответствующий Лог.0, что запрещает прохождение сигнала с кольцевого счетчика 14 управляющего органов через первый элемент И15 на второй вход ключа управления 10. При наличии на выходе нулевого сигнала (нулевой сигнал с имитатора сигнала РЛС 11 ) сигнализатор отказа 5 будет выдавать на вход управляющего органа 6 сигнал уровня Лог.1, что приведет к разрешению прохождения сигнала с кольцевого счетчика 14 управляющего органа 6 через первый элемент И 15 на вход схемы запуска 7, которая выдает синхросигнал на С-вход D-триггера 8. D-триггер 8 срабатывает и поддерживает нулевое напряжение на выходе устройства.

Прогнозирование работоспособности устройства необходимо для недопущения выпуска аппаратуры в полет при возможности отказа при работе в различных дестабилизирующих факторах. Для осуществления этого через второй датчик тока 9 пропускается эталонный ток, который имитирует уходы параметров элементов схем в возможных условиях работы и создает контрольное падение напряжениеяс учетом уходов элементов устройства при воздействии дестабилизирующих факторов на первом датчике тока 9 больше, чем напряжение отрывания транзистора Т3 усилителя 3.

При возникновении напряжения на выходе устройства сигнализатор отказа 5 выдает на первый элемент И15 управляющего органа 6 сигнал Лог.1, который разрешает происхождение через первый элемент И15 сигнала с кольцевого счетчика 14 на второй вход ключа управления 10 (т.е. на его управляющий вход), открывая его. При этом проходит эталонный ток через первый 2 и второй 9 датчики тока, увеличивая падение напряжения на первом датчике тока 2 до величины, при которой выходное напряжение будут достаточным для закрывания диода D1 порогового элемента 4, который в этом случае выдает сигнал Лог.1 на R-вход D-триггера 8, устанавливая его по выходу в нулевое состояние и обеспечивая тем самым нулевое напряжение на выходе устройства т.е. его выключение.

Выключение устройства будет свидетельствовать о гарантии его работоспособности в условиях дестабилизирующих факторов, эквивалентом которых является ток, задаваемый вторым датчиком тока 9. Индикацию процесса можно производить по лампочке сигнализатора отказа 5 (либо по вольтметру или экрану электронно-лучевой трубки, подсоединенных к выходу устройства, которые на фиг.6 не показаны).

После выключения устройства обеспечивается сигнализатор отказа 5, который выдает сигнал Лог. 0 на первый элемент И15 управляющего органа 6, закрывая его и запрещая прохождение сигнала на второй вход ключа управления 10. Выключение устройства снимает выходной ток, уменьшает падение напряжения на первом датчике тока 2 до нуля и в конечном счете к установке сигнала Лог. 0 на P-входе D-триггера 8. Разрешение работы всего устройства (установка в начальное положение) обеспечивается подачей сигнала Лог.1 с выхода бездребезговой кнопки 17 элемента запуска 7 на вход второго элемента И16 элемента запуска 7, разрешая прохождение сигнала с управляющего органа 6 через элемент запуска 7 на C-вход D-триггера 8. После окончания действия импульса с кольцевого счетчика 14 управляющего органа 6 схема возвращается в исходное состояние очередным импульсом с генератора импульсов 13 управляющего органа 6.

Для исключения срабатывания устройства в момент включения и для устранения срабатывания устройства от емкостных нагрузок при периодической последовательности выдаваемых сигналов в линию связи с ГСН применяется фильтр 12, частота среза которого выбрана соответствующей постоянной времени выходной цепи устройства.

Технико-экономический эффект предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом заключается в следующем.

Создается возможность прогнозирования отказа устройства при работе в условиях дестабилизирующих факторов.

Обеспечивается гарантия работоспособности устройства при работе самолетной аппаратуры в реальных условиях выполнения полета.

Обеспечивается отсутствие ложных срабатываний устройства при работе на емкостную нагрузку линии связи с ГСН при периодической последовательности выходных сигналов.

Создается возможность в случае параметрической неработоспособности устройства подрегулировки до обеспечения полной работоспособности устройства.

Повышается вероятность выполнения задачи полета.

Обеспечивается возможность выполнения устройства в микроэлектронном исполнении.

Сведения об открытом использовании технического решения отсутствуют.

Использование: изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты электрических цепей низкого напряжения от токов короткого замыкания при передаче сигнала по линиям связи. Сущность изобретения: при возникновении напряжения на выходе устройства сигнализатор отказа 5 выдает на первый элемент И 15 управляющего органа 6 сигнал логической единицы. Этот сигнал разрешает прохождение сигнала с кольцевого счетчика 14 через первый элемент И 15 на второй вход ключа управления 10 и открывает его. В результате на выходе Д-триггера 8 устанавливается нулевое напряжение на выходе устройства. Устройство включается, что свидетельствует о гарантии его работоспособности в условиях дестабилизирующих факторов. 1 з.п. ф-лы., 7 ил.

1. Устройство для защиты электрической цепи низкого напряжения, содержащее последовательно соединенные исполнительный орган, вход которого является входом устройства, и первый датчик тока, выход которого является выходом устройства, усилитель и пороговый элемент, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности защиты электрической цепи путем обеспечения проверки работоспособности элементов защиты в широком диапазоне температур, в него дополнительно введены последовательно соединенные индикатор, управляющий орган, элемент запуска и D-триггер, выход которого соединен с вторым входом исполнительного органа, последовательно соединенные второй датчик тока и ключ управления, а также имитатор сигналов, выход которого соединен с D-входом D-триггера, и фильтр, вход которого соединен с выходом порогового элемента и с R-входом D-триггера, а выход с общей шиной источника напряжения, входы индикатора соединены соответственно с выходом устройства и общей шиной источника напряжения, вход второго датчика тока соединен с выходом устройства, выход ключа управления соединен с общей шиной источника напряжения, а второй вход с вторым выходом управляющего органа, причем первый и второй входы усилителя соединены с входом и выходом первого датчика тока, а выход с входом порогового элемента. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что управляющий орган выполнен в виде последовательно соединенных генератора импульсов, кольцевого счетчика и элемента И, второй вход которого является входом управляющего органа, выход генератора импульсов является первым выходом, а выход элемента И вторым выходом управляющего органа.