ФИЛЬТР ИМПУЛЬСНО-КОММУТАЦИОННЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ В СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2008 года по МПК H02M1/15 

Описание патента на изобретение RU2317629C1

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.

Известно, что в сети постоянного тока могут возникать одиночные коммутационные импульсы перенапряжений с величиной амплитуды в диапазоне от 600 до 1000 В и длительностью от 0,01 до 2000 мкс. Эти импульсы, проходя через источник питания, могут вывести из строя полупроводниковые приборы, микросхемы или вызвать сбои в работе электронного оборудования.

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 (Глухов О.А. Оптимальная коммутация электрических цепей, Йошкар-Ола, МарГТУ, 2000 г. с.61, рис.19).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является схема активного фильтра, входящая в состав схемы переключения сетей и фильтров импульсно-коммутационных перенапряжений (ФИКП) (Темирев А.П. Разработка и создание элементов интегрированных корабельных электротехнических систем, Ростов-на-Дону, РГУ, 2005 г., с.245, рис.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 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.

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.

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.

На чертеже показана схема предлагаемого фильтра импульсно-коммутационных перенапряжений в сети постоянного тока, которая содержит входные клеммы 1 и 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 1 соединен с выходом фильтра радиопомех 1 и входом 1 блока управления 2. Варистор 6 подключен параллельно силовым входам транзисторного ключа 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 таким образом, чтобы удовлетворительно подавлялись короткие помехи микросекундного диапазона.

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.

Модуляция транзисторного ключа на время заряда конденсатора позволила 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.

Похожие патенты RU2317629C1

название год авторы номер документа
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ ФИЛЬТР ИМПУЛЬСНЫХ КОММУТАЦИОННЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ 2008
  • Анисимов Андрей Владимирович
  • Ляпидов Константин Станиславович
  • Темирев Алексей Петрович
  • Федоров Андрей Евгеньевич
  • Юдин Андрей Николаевич
  • Пжилуский Антон Анатольевич
  • Жданов Константин Валерьевич
RU2375802C1
Интеллектуальный источник вторичного электропитания 2020
  • Кушнерёв Дмитрий Николаевич
  • Куневич Виталий Алексеевич
  • Щетинин Алексей Алексеевич
RU2737107C1
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ 2012
  • Немыченков Владимир Сергеевич
  • Макаренко Александр Николаевич
  • Пжилуский Антон Анатольевич
  • Смоляр Александр Петрович
  • Кадацкий Василий Николаевич
  • Сединкин Дмитрий Анатольевич
RU2499348C1
МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АГРЕГАТ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ МОДУЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ 2009
  • Пжилуский Антон Анатольевич
  • Кротенко Алексей Васильевич
  • Хамизов Руслан Русланович
  • Юдин Андрей Николаевич
  • Киселев Василий Иванович
  • Темирев Алексей Петрович
  • Павлюков Валерий Михайлович
RU2414788C1
ДРАЙВЕР ДЛЯ СВЕТОДИОДНОГО СВЕТИЛЬНИКА 2020
  • Когданин Артем Игоревич
  • Когданин Артур Игоревич
RU2735022C1
МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АГРЕГАТ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЕМ ПЕРЕМЕННОГО И ПОСТОЯННОГО ТОКА 2009
  • Пжилуский Антон Анатольевич
  • Хамизов Руслан Русланович
  • Киселев Василий Иванович
  • Кротенко Алексей Васильевич
  • Темирев Алексей Петрович
  • Павлюков Валерий Михайлович
  • Васильев Владимир Алексеевич
RU2403664C1
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ФИЛЬТРАМИ ИМПУЛЬСНО-КОММУТАЦИОННЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ И ВСТРОЕННЫМ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОМ 2005
  • Давыдов Владимир Николаевич
  • Темирев Алексей Петрович
  • Никифоров Борис Владимирович
  • Федоров Андрей Евгеньевич
  • Киселев Василий Иванович
  • Юдин Андрей Николаевич
  • Цветков Алексей Александрович
RU2283523C1
ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО ТОКА 2005
  • Белов Виктор Алексеевич
  • Белова Татьяна Степановна
RU2313121C2
Драйвер для светодиодного светильника 2021
  • Когданин Артем Игоревич
  • Когданин Артур Игоревич
RU2767039C1
УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОБОРУДОВАНИЯ ОТ ИМПУЛЬСНЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ 2011
  • Лепёхин Николай Михайлович
  • Мирошниченко Валерий Петрович
  • Перунов Анатолий Афанасьевич
  • Присеко Юрий Степанович
  • Филиппов Валентин Георгиевич
  • Фоминич Эдуард Николаевич
  • Тенда Валерий Витальевич
RU2459333C1

Реферат патента 2008 года ФИЛЬТР ИМПУЛЬСНО-КОММУТАЦИОННЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ В СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение 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 обеспечить технический результат: расширить область его применения и повысить надежность. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 317 629 C1

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, отличающийся тем, что в него введены фильтр радиопомех, блок управления, драйвер, устройства контроля тока и варистор, подключенный параллельно силовым входам транзисторного ключа, второй силовой вход которого 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 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.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2008 года RU2317629C1

ФИЛЬТР-СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ 1995
  • Розанов Юрий Константинович
  • Алферов Николай Георгиевич
  • Рябчицкий Максим Владимирович
RU2094935C1
Устройство для ослабления пульсаций постоянного тока на входе преобразователей 1982
  • Литовченко Виктор Васильевич
  • Патваканов Сергей Семенович
  • Феоктистов Валерий Павлович
  • Чаусов Олег Георгиевич
SU1119135A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕФЛЕКТОРНЫХ МЕТАЛЛООКСИДНЫХ ПОКРЫТИЙ (ВАРИАНТЫ) 2005
  • Дроботенко Виктор Васильевич
  • Конев Михаил Игоревич
  • Шестов Илья Владимирович
RU2298531C1

RU 2 317 629 C1

Авторы

Буравлев Валерий Васильевич

Мусаев Максим Михайлович

Каплин Валерий Николаевич

Шуляк Виктор Григорьевич

Даты

2008-02-20Публикация

2006-09-06Подача