ЭЛЕКТРОННЫЙ КОММУТАТОР НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК H03K17/08 

Предлагаемое изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в коммутируемых источниках питания, где требуется коммутация обеих шин питания электронным интеллектуальным коммутатором, имеющим блок формирования статуса состояния коммутатора и позволяющим формировать сигнал (статус) при обрыве цепи нагрузки в отсутствие сигнала управления или при коротком замыкании или отсутствии тока в нагрузке в замкнутом состоянии.

Известен электронный коммутатор напряжения [1], содержащий последовательно соединенные первую шину питания, первый ключ, блок нагрузки, второй ключ и вторую шину питания.

Недостаток этого коммутатора состоит в том, что он не имеет блока формирования статуса состояния ключа и обладает низкой надежностью.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является электронный коммутатор напряжения [2], содержащий последовательно соединенные первую шину питания, первый интеллектуальный ключ, блок нагрузки, второй интеллектуальный ключ и вторую шину питания, при этом первая и вторая шины управления соединены соответственно с входом управления первого и второго интеллектуальных ключей, содержащих блок формирования статуса состояния ключа.

Недостаток этого коммутатора напряжения состоит в том, что в нем отсутствует возможность проверки формирования статусных сигналов без нарушения схемы подключения нагрузки, что снижает надежность известного решения. Кроме того, в выключенном состоянии ключи находятся под напряжением, зависящим от тока утечки каждого ключа, и в зависимости от этого тока напряжение на любом ключе может иметь максимальную величину, равную напряжению питания, что также снижает их надежность.

Задача изобретения - повышение надежности за счет снижения напряжения на закрытых ключах и возможности проверки статусных сигналов без изменения режима подключения нагрузки.

Решение этой задачи достигается тем, что в электронный коммутатор напряжения, содержащий последовательно соединенные первую шину питания, первый интеллектуальный ключ, блок нагрузки, второй интеллектуальный ключ и вторую шину питания, при этом первая и вторая шины управления соединены соответственно с входом управления первого и второго интеллектуальных ключей, дополнительно введены блок контроля статуса и последовательно соединенная цепь из первой шины питания, первого технологического ключа, первого резистора, второго резистора, второго технологического ключа и второй шины питания, причем, общая точка первого и второго резисторов соединена с выходом первого интеллектуального ключа, а первая и вторая шины управления и выходы статуса состояния первого и второго интеллектуальных ключей соединены соответственно с первым и вторым входами управления и первым и вторым входами статусного состояния блока контроля статуса, входы управления первого и второго технологических ключей соединены соответственно с первым и вторым технологическими входами.

Блок контроля статуса содержит первый и второй блоки сравнения, каждый из которых включает последовательно соединенные элемент равнозначности и световой индикатор, при этом первый и второй входы элемента равнозначности каждого блока сравнения соединены с соответствующими входами статусного состояния и управления интеллектуального ключа.

На фиг. 1 приведена блок-схема электронного коммутатора напряжения. На этой схеме: 1 - первая шина управления, 2 - вторая шина управления, 3 - первый интеллектуальный ключ, 4 - блок нагрузки, 5 - второй интеллектуальный ключ, 6 - первый технологический ключ, 7 - первый резистор, 8 - второй резистор, 9 - второй технологический ключ, 10 - первый технологический вход, 11 - второй технологический вход, 12 - блок контроля статуса, 13 - первая шина питания, 14 - вторая шина питания.

На фиг.2 приведена блок-схема блока контроля статуса. На этой схеме: 12 - упомянутый блок контроля статуса, 15 - первый блок сравнения, 16 - второй блок сравнения, 17 - элемент равнозначности, 18 - световой индикатор, 19 - первый вход управления, 20 - первый вход статусного состояния, 21 - второй вход управления, 22 - второй вход статусного состояния.

Первая шина управления 1 соединена с входом управления первого интеллектуального ключа 3 и первым входом управления блока контроля статуса 12, второй вход управления которого соединен со второй шиной управления 2 и входом управления второго интеллектуального ключа 5. Соединены последовательно первая шина питания 13, первый интеллектуальный ключ 3, блок нагрузки 4, второй интеллектуальный ключ 5 и вторая шина питания 14, а также первая шина питания 13, первый технологический ключ 6, первый резистор 7, второй резистор 8, второй технологический ключ 9 и вторая шина питания 14. Общая точка первого 7 и второго 8 резисторов соединена с выходом первого интеллектуального ключа 3, входы управления первого 6 и второго 9 технологических ключей соединены соответственно с первым 10 и вторым 11 технологическими входами, выходы статуса состояния первого 3 и второго 5 интеллектуальных ключей соединены соответственно с первым и вторым входами статусного состояния блока контроля статуса 12.

На фиг. 2 в каждом блоке управления элемент равнозначности 17 и световой индикатор 18 соединены последовательно. Первые входы элемента равнозначности 17 первого 15 и второго 16 блока сравнения соединены соответственно с первым 19 и вторым 21 входами управления, вторые входы элемента равнозначности 17 первого 15 и второго 16 блока сравнения соединены соответственно с первым 20 и вторым 22 входами статусного состояния.

Электронный коммутатор напряжения работает следующим образом. В исходном состоянии первый 6 и второй 9 технологические ключи замкнуты (на первом 10 и втором 11 технологических входах присутствует сигнал, открывающий эти ключи). Если на первой шине управления 1 сигнал В₁ = 0 (низкий уровень) и на второй шине управления 2 сигнал В₂ = 0, то оба интеллектуальных ключа 3 и 5 закрыты. Напряжения на ключах 3 и 5 U₁ и U₂ будут равны
U₁=Е₁-U=(Е₁-Е₂)/2, U₂=Е₂-U=(Е₁-Е₂)/2, (1)
где Е₁ - потенциал на первой шине питания 13, Е₂ - потенциал на второй шине питания 14, U - потенциал на выходе первого интеллектуального ключа 3. Первый 7 и второй 8 резисторы выбираются равными по величине, поэтому напряжения на ключах 3 и 5 U₁ и U₂ равны половине напряжения питания U_п=(Е₁-Е₂).

При подаче на первую шину управления сигнала В₁=1 (высокий уровень) и на вторую шину управления В₂=1 открываются первый 3 и второй 5 интеллектуальные ключи и на блок нагрузки 4 поступает напряжение питания U_п=(Е₁-Е₂).

Важной особенностью интеллектуальных ключей 3 и 5 является то, что они имеют блок формирования статуса состояния ключа, который позволяет определить два основных параметра электронного коммутатора: обрыв в цепи нагрузки при отсутствии входного сигнала (В₁=0 или В₂=0) и замыкание в цепи нагрузки или отсутствие тока в нагрузке при наличии входного сигнала (B₁=1 или В₂=1). Эта особенность дает возможность повысить надежность электронного коммутатора за счет диагностирования и своевременного переключения нагрузки, например, на резервный электронный коммутатор.

Для того чтобы воспользоваться указанной возможностью, необходимо убедиться в том, что интеллектуальные ключи 3 и 5 исправно формируют статус состояния ключа. В конце описания приведена таблица состояния статуса в зависимости от наличия входного сигнала.

В этой таблице сигнал В определяет наличие (В=1) включения ключа или его отсутствие (В= 0), сигнал S определяет статус состояния ключа, сигнал N определяет наличие (N= 1) или отсутствие (N=0) неисправности. Как следует из таблицы, обрыв в цепи нагрузки формируется при входном сигнале В=0, сигнал S в этом случае равен нулю. Сигнал замыкания или отсутствия тока в цепи нагрузки формируется при входном сигнале В=1, сигнал S в этом случае равен единице.

Для проверки работоспособности электронного коммутатора необходимо имитировать обрыв в цепи нагрузки (отключать нагрузку от электронного коммутатора) и короткое замыкание в нагрузке, что представляет собой сложную задачу. Предлагаемое изобретение позволяет проверить формирование статуса состояния ключа без вмешательства в цепь нагрузки.

Интеллектуальный ключ формирует статус S=0 при отсутствии сигнала включения (В=0), если напряжение на ключе U₁ или U₂ меньше некоторого значения U₀ (обрыв нагрузки). Такую ситуацию можно создать, если снять сигнал с первого 10 или второго 11 технологического входа (закрываются первый 6 или второй 9 технологические ключи). В этом случае при закрытии второго технологического ключа 9 напряжение U₁ на первом интеллектуальном ключе 3 близко к нулю и этот ключ формирует сигнал S₁=0 (обрыв нагрузки), при закрытии первого технологического ключа 6 напряжение U₂ на втором интеллектуальном ключе 5 близко к нулю и этот ключ также формирует сигнал S₂=0 (обрыв нагрузки).

Сигналы В₁, B₂, S₁, S₂ поступают на соответствующие входы блока контроля статуса 12 (фиг.2) и формируют выходные (световые) сигналы неисправности в соответствии с приведенной выше таблицей. Так при имитации обрыва в цепи нагрузки первого интеллектуального ключа 3 (B₁=0, S₁=0) элемент равнозначности 17 первого блока сравнения 15 формирует выходной сигнал U_p=1, который включает световой индикатор 18, что свидетельствует об исправной работе электронного коммутатора напряжения. Если сигналы В₁=0, S₁=1, то выходной сигнал элемента равнозначности 17 U_p=0 и световой индикатор 18 выключен, что свидетельствует также об исправной работе электронного коммутатора напряжения.

Аналогично работает и второй блок сравнения 16 при контроле статуса второго интеллектуального ключа 5. При включенном электронном коммутаторе напряжения важным становится контроль протекающего тока в нагрузке (отсутствие короткого замыкания или обрыва). Интеллектуальный ключ фиксирует короткое замыкание или обрыв в нагрузке при включенном состоянии формированием статуса S= 1. Такую ситуацию можно имитировать следующим образом. При проверке правильности функционирования первого интеллектуального ключа 3 выключают второй интеллектуальный ключ 5 (В₂=0) и второй технологический ключ 9. В этом случае ток в нагрузке равен нулю и первый интеллектуальный ключ 3 формирует статус S₁=1. На входе элемента равнозначности 17 первого блока сравнения 15 сигналы S₁=1 и В₁=1. Эти сигналы формируют на выходе элемента равнозначности 17 сигнал U_p=1, который включает световой индикатор 18, что свидетельствует о правильной работе электронного коммутатора напряжения.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает снижение напряжения на выключенных интеллектуальных ключах в два раза (см. 1) и позволяет проверить правильность функционирования электронного коммутатора напряжения без нарушения режима работы блока нагрузки.

Предлагаемое изобретение повышает надежность за счет снижения напряжения питания на закрытом ключе. При снижении напряжения на закрытом ключе в два раза вероятность отказа ключа может уменьшиться в несколько раз (до десятков раз). Кроме того, возможность выявления отказа позволяет повысить надежность электронного коммутатора напряжения за счет, например, своевременной замены отказавшего элемента. В этом случае надежность предлагаемого электронного коммутатора можно оценить как надежность дублированного элемента, т. е. при надежности известного электронного коммутатора Р=0,9 надежность предлагаемого решения составит 0,99.

Предлагаемая совокупность признаков в рассмотренных авторами решениях не встречалась для решения поставленной задачи и не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критериям "новизна" и "изобретательский уровень". В качестве элементов для реализации устройства могут быть использованы стандартные ключи, элементы равнозначности, световые индикаторы, резисторы.

Литература
1. Справочник. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Под ред. Г.С. Найвельта. Москва, "Радио и связь", 1986 г., с. 201, рис. 5.30.

2. http://www /infineon com/cgi/ecrm dll/ecrm/scripts/prod ov. jsp?oid= 13854 Информация по литературе [2] приведена в материалах заявки.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в коммутируемых источниках питания, где требуется коммутация обеих шин питания электронным интеллектуальным ключом, имеющим блок формирования статуса состояния ключа и позволяющим формировать сигнал (статус) при обрыве цепи нагрузки в отсутствие сигнала управления или при коротком замыкании или отсутствии тока в нагрузке в замкнутом состоянии. Электронный коммутатор напряжения содержит первый и второй интеллектуальные ключи, первый и второй технологические ключи, первый и второй резисторы и блок контроля статуса. За счет введения двух резисторов вдвое снижается напряжение на закрытых ключах, а за счет введения технологических ключей определяется исправность работы электронного коммутатора напряжения без нарушения подключения блока нагрузки, что увеличивает его надежность. Технический результат - повышение надежности. 1 з. п. ф-лы, 2 ил, 1 табл.

1. Электронный коммутатор напряжения, содержащий последовательно соединенные первую шину питания, первый интеллектуальный ключ, блок нагрузки, второй интеллектуальный ключ и вторую шину питания, при этом первая и вторая шины управления соединены соответственно с входом управления первого и второго интеллектуальных ключей, отличающийся тем, что в него дополнительно введены блок контроля статуса и последовательно соединенная цепь из первой шины питания, первого технологического ключа, первого резистора, второго резистора, второго технологического ключа и второй шины питания, причем общая точка первого и второго резисторов соединена с выходом первого интеллектуального ключа, а первая и вторая шины управления и выхода статуса состояния первого и второго интеллектуальных ключей соединены соответственно с первым и вторым входами управления и первым и вторым входами статусного состояния блока контроля статуса, входы управления первого и второго технологических ключей соединены соответственно с первым и вторым технологическими входами. 2. Электронный коммутатор напряжения по п. 1, отличающийся тем, что блок контроля статуса содержит первый и второй блоки сравнения, каждый из которых включает последовательно соединенные элемент равнозначности и световой индикатор, при этом первый и второй входы элемента равнозначности каждого блока сравнения соединены с соответствующими входами статусного состояния и управления интеллектуального ключа.