УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ СИЛОВОГО КЛЮЧА ОТ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ НАГРУЗКИ

Полезная модель относится к области электротехники, и предназначена для использования в устройствах защиты силовых ключей от аварийных режимов работы (короткого замыкания в цепи нагрузки).
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.
Недостатком данной схемы защиты является сложность ее реализации.
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
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.
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.
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.
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,
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.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная электрическая схема устройства защиты силового ключа от режима короткого замыкания нагрузки.
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.
Устройства защиты силового ключа от короткого замыкания нагрузки работает следующим образом.
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
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.
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.