Способ измерения времени отключения электронного предохранителя Российский патент 2023 года по МПК G04F10/02 

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в силовой электронике для повышения надежности работы силовых MOSFET транзисторов в цепях питания постоянного тока напряжением 310 В.

Известные схемотехнические решения способов измерения времени прохождения импульса по линии связи до нагрузки можно разделить на модуляционные и корреляционные. Точность измерения времени данными способами характеризуется сложностью и длительностью процессов подготовки и измерения, так как для их реализации нужно использовать генераторы изменяющейся частоты, регулируемые линии задержки, интеграторы, аналого-цифровые преобразователи и др., что, в свою очередь, влияет на достоверность полученных результатов. Такие способы часто являются полезными в условиях исследовательских лабораторий и сервисных центров при разработке и настройке модулей и приборной базы современных радио- и электротехнических установок, но совершенно не пригодны в общепромышленных условиях цехов и заводских помещений.

Из уровня техники известен способ регистрации сложных сигналов [Дедюхин А. Использование специальных режимов схемы синхронизации и развертки цифровых запоминающих осциллографов для регистрации сложных сигналов. // Компоненты и технологии. - 2006. - №7. - С. 172-178.] - прототип. Технический результат предлагаемого способа заключается в использовании специальных режимов синхронизации цифровых запоминающих осциллографов для регистрации и записи однократных быстрых или медленных сигналов с последующей обработкой. Режимы синхронизации цифрового осциллографа можно разделить на следующие типы: по заданным условиям - на условные и безусловные; по количеству задействованных входных каналов - на связанные и несвязанные. Рассмотрим безусловный режим связанной синхронизации «по качеству». При этой синхронизации задействуют два канала осциллографа, включая вход внешней синхронизации. В этом случае положительный или отрицательный фронт одного сигнала (канала) (например, сигнал с датчика тока в случае измерения времени отключения электронного предохранителя) служит разрешением на запуск и измерение от другого сигнала (канала) (например, управляющий сигнал отключения на затвор силового транзистора электронного предохранителя). Измеренное значение времени задержки прохождения управляющего сигнала по схеме есть время отключения электронного предохранителя. Практическая ценность способа регистрации сложных сигналов с помощью цифрового запоминающего осциллографа заключается в возможности увидеть, зафиксировать и провести измерения сигнала в реальном масштабе времени. Наряду с простотой измерения, способ имеет и ряд недостатков. Высокая стоимость осциллографа с заявленными характеристиками и условиями его эксплуатации не всегда позволяет использовать его в общепромышленных условиях предприятий, и значительно повышает стоимость пуско-наладочных работ. Кроме того, настройка времени отключения электронного предохранителя предложенным способом требует достаточно длительного периода подготовки измерительного цикла в силу однократного прохождения импульса по цепи обратной связи и периода простоя оборудования, а также увеличения статистической погрешности при достаточно малом числе измерений.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа измерения времени отключения электронного предохранителя для защиты силовых MOSFET транзисторов в цепях питания постоянного тока напряжением 310 В от токов короткого замыкания.

Технический результат состоит в уменьшении статистической погрешности измерений режима работы бистабильного мультивибратора.

Технический результат достигается за счет замены режима работы бистабильного мультивибратора в составе электронного предохранителя, предложенного авторами [Левченко А.А., Борисенко Д.Н., Жохов А.А. Устройство защиты цепей питания постоянного тока от короткого замыкания. // Патент РФ №2778553 от 20.01.2022 г., Бюл. №24], на транзисторах VT3 и VT4 (фиг. 1) на режим генератора импульсов с внешней синхронизацией путем подключения p-канального MOSFET-транзистора VT7 к точкам 5-6: затвор транзистора VT7 подключают к затвору транзистора VT6 (точка 5 на фиг. 1 и фиг. 2), исток транзистора VT7 подключают к затвору транзистора VT4 (точка 6 на фиг. 1 и фиг. 2), сток транзистора VT7 подключают к общему проводу. Имитируя режим короткого замыкания, в схеме возникает колебательный процесс с частотой f, период колебания которого будет равен удвоенному времени отключения электронного предохранителя Измерение частоты колебаний производят мультиметром, подключаемым к точкам 1-2 схемы (фиг. 2), настройку частоты (времени отключения) производят резистором R12.

Пример. Сигнал с датчика тока RS (фиг. 1) точки 3-4 подают на операционный усилитель DA2, подключенный по схеме «инвертирующего усилителя» с отрицательной обратной связью. Величину порога срабатывания инвертирующего входа компаратора DA1 настраиваем резистором R12 через величину опорного напряжения. Для уменьшения дребезга выходного сигнала компаратор снабжен положительной обратной связью, величину гистерезиса регулируют резистором R7. Сигнал с компаратора DA1 подают на затвор транзистора VT6, управляющего работой бистабильного мультивибратора на транзисторах VT3 и VT4, смену режима работы бистабильного мультивибратора на режим генератора импульсов с внешней синхронизацией производят путем подключения p-канального MOSFET-транзистора VT7 к точкам 5-6 таким образом, что затвор транзистора VT7 подключают к затвору транзистора VT6 (точка 5 на фиг. 1 и фиг. 2), исток транзистора VT7 подключают к затвору транзистора VT4 (точка 6 на фиг. 1 и фиг. 2), сток транзистора VT7 подключают к общему проводу. Имитируя режим короткого замыкания, в схеме возникает колебательный процесс с частотой f, период колебания которого будет равен удвоенному времени отключения электронного предохранителя Измерение частоты колебаний производили цифровым мультиметром VC99, щупы которого подключали к точкам 1-2 схемы (фиг. 2), настройку частоты (времени отключения) производили резистором R12. В результате прямых измерений цифровым мультиметром VC99 было определено, что время срабатывания электронного предохранителя, представленного на фиг. 1, можно варьировать в интервале 2.5 мкс, что хорошо согласуется с данными, полученными из осциллограмм управляющих импульсов на затворе VT5 в точках 1-2, изображенных на фиг. 3, где t1 - это время, за которое транзистор VT5 полностью открывается при подаче на него напряжения 14 В транзистором VT2 и ток в цепи 310 В достигает установленной пороговой величины; t2 - это время в течение которого в цепи 310 В течет ток установленной пороговой величины, и в это же время в электронном предохранителе формируется сигнал управления на отключение транзистора VT5 по цепи обратной связи RS-DA2-DA1-VT6-VT8-VT5; t3 - это длительность переходных процессов в транзисторе VT5.

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в силовой электронике для повышения надежности работы и защиты силовых MOSFET транзисторов в цепях питания постоянного тока напряжением 310 В от токов короткого замыкания. Технический результат достигается за счет замены режима работы бистабильного мультивибратора на транзисторах VT3 и VT4 на режим генератора импульсов с внешней синхронизацией. Затвор транзистора VT7 подключают к затвору транзистора VT6, исток транзистора VT7 подключают к затвору транзистора VT4, сток транзистора VT7 подключают к общему проводу. Имитируя режим короткого замыкания, в схеме возникает колебательный процесс с частотой f, период колебания которого равен удвоенному времени отключения электронного предохранителя. Измерение частоты колебаний производят мультиметром, настройку частоты (времени отключения) производят резистором R12. 3 ил.

Способ измерения времени отключения электронного предохранителя, заключающийся в определении времени прохождения импульса по цепи обратной связи, отличающийся тем, что имитируют режим короткого замыкания в схеме электронного предохранителя, содержащей включенную в цепь питания постоянного тока последовательно соединенные силовой MOSFET транзистор и датчик тока, сигнал с которого подают на операционный усилитель, выход которого подключен к входу компаратора, сигнал с выхода которого подают на вход синхронизации генератора импульсов с внешней синхронизацией, на выходе которого формируют сигнал управления на отключение силового MOSFET транзистора, проводят измерение частоты следования импульсов f цифровым мультиметром, подключенным к переходу затвор-исток силового MOSFET транзистора, время отключения электронного предохранителя вычисляют по формуле