[go: up one dir, main page]

RU2808784C1 - Method for measuring tripping time of electronic fuse - Google Patents

Method for measuring tripping time of electronic fuse Download PDF

Info

Publication number
RU2808784C1
RU2808784C1 RU2023105385A RU2023105385A RU2808784C1 RU 2808784 C1 RU2808784 C1 RU 2808784C1 RU 2023105385 A RU2023105385 A RU 2023105385A RU 2023105385 A RU2023105385 A RU 2023105385A RU 2808784 C1 RU2808784 C1 RU 2808784C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transistor
electronic fuse
circuit
gate
frequency
Prior art date
Application number
RU2023105385A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Николаевич Борисенко
Андрей Анатольевич Жохов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук (ИФТТ РАН)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук (ИФТТ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук (ИФТТ РАН)
Application granted granted Critical
Publication of RU2808784C1 publication Critical patent/RU2808784C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention can be used in power electronics to improve the reliability of operation and protect power MOSFET transistors in 310 V DC power circuits from short circuit currents. The technical result is achieved by replacing the operating mode of the bistable multivibrator on transistors VT3 and VT4 with the mode of a pulse generator with external synchronization. The gate of transistor VT7 is connected to the gate of transistor VT6, the source of transistor VT7 is connected to the gate of transistor VT4, the drain of transistor VT7 is connected to the common wire. By simulating a short-circuit mode, an oscillatory process with a frequency f occurs in the circuit, the oscillation period of which is equal to twice the shutdown time of the electronic fuse. The oscillation frequency is measured with a multimeter, and the frequency (shutdown time) is adjusted using resistor R12.
EFFECT: improving the reliability of operation and protect power MOSFET transistors in 310 V DC power circuits from short circuit currents.
1 cl, 3 dwg

Description

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.The invention relates to electrical engineering and can be used in power electronics to improve the reliability of power MOSFET transistors in 310 V DC power supply circuits.

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.Known circuit solutions for measuring the transit time of a pulse along a communication line to a load can be divided into modulation and correlation. The accuracy of time measurement by these methods is characterized by the complexity and duration of the preparation and measurement processes, since for their implementation it is necessary to use variable frequency generators, adjustable delay lines, integrators, analog-to-digital converters, etc., which, in turn, affects the reliability of the results obtained . Such methods are often useful in research laboratories and service centers when developing and configuring modules and instrumentation of modern radio and electrical installations, but are completely unsuitable in general industrial conditions of workshops and factory premises.

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.A method for recording complex signals is known from the prior art [Dedyukhin A. Using special modes of the synchronization circuit and scanning of digital storage oscilloscopes for recording complex signals. // Components and technologies. - 2006. - No. 7. - P. 172-178.] - prototype. The technical result of the proposed method consists in the use of special synchronization modes of digital storage oscilloscopes for recording and recording single fast or slow signals with subsequent processing. Synchronization modes of a digital oscilloscope can be divided into the following types: according to specified conditions - conditional and unconditional; by the number of input channels involved - into connected and unconnected. Let's consider the unconditional mode of linked synchronization “by quality”. This trigger uses two oscilloscope channels, including the external trigger input. In this case, the positive or negative edge of one signal (channel) (for example, a signal from a current sensor in the case of measuring the shutdown time of an electronic fuse) serves as permission to trigger and measure from another signal (channel) (for example, a shutdown control signal to the gate of a power transistor of an electronic fuse). The measured value of the delay time for the control signal to pass through the circuit is the time it takes to turn off the electronic fuse. The practical value of the method of recording complex signals using a digital storage oscilloscope lies in the ability to see, record and measure the signal in real time. Along with the ease of measurement, the method also has a number of disadvantages. The high cost of an oscilloscope with the declared characteristics and operating conditions does not always allow its use in general industrial conditions of enterprises, and significantly increases the cost of commissioning. In addition, setting the shutdown time of the electronic fuse using the proposed method requires a fairly long period of preparation of the measurement cycle due to a single passage of the pulse through the feedback circuit and a period of equipment downtime, as well as an increase in statistical error with a fairly small number of measurements.

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.The objective of the present invention is to develop a method for measuring the tripping time of an electronic fuse to protect power MOSFET transistors in 310 V DC power supply circuits from short circuit currents.

Технический результат состоит в уменьшении статистической погрешности измерений режима работы бистабильного мультивибратора.The technical result consists in reducing the statistical measurement error of the operating mode of a bistable multivibrator.

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.The technical result is achieved by replacing the operating mode of the bistable multivibrator as part of the electronic fuse proposed by the authors [Levchenko A.A., Borisenko D.N., Zhokhov A.A. Device for protecting DC power circuits from short circuits. // RF Patent No. 2778553 dated January 20, 2022, Bull. No. 24], on transistors VT3 and VT4 (Fig. 1) to the pulse generator mode with external synchronization by connecting the p-channel MOSFET transistor VT7 to points 5-6: the gate of transistor VT7 is connected to the gate of transistor VT6 (point 5 in Fig. 1 and Fig. 2), the source of transistor VT7 is connected to the gate of transistor VT4 (point 6 in Fig. 1 and Fig. 2), the drain of transistor VT7 is connected to the common wire. By simulating a short circuit mode, an oscillatory process with a frequency f occurs in the circuit, the oscillation period of which is will be equal to twice the tripping time of the electronic fuse The oscillation frequency is measured with a multimeter connected to points 1-2 of the circuit (Fig. 2), the frequency (off time) is adjusted using resistor 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.Example. The signal from the current sensor RS (Fig. 1) points 3-4 is supplied to the operational amplifier DA2, connected according to an “inverting amplifier” circuit with negative feedback. The threshold value of the inverting input of the comparator DA1 is adjusted using resistor R12 through the value of the reference voltage. To reduce the output signal bounce, the comparator is equipped with positive feedback; the hysteresis value is adjusted by resistor R7. The signal from the comparator DA1 is applied to the gate of transistor VT6, which controls the operation of a bistable multivibrator on transistors VT3 and VT4. Changing the operating mode of the bistable multivibrator to the pulse generator mode with external synchronization is done by connecting the p-channel MOSFET transistor VT7 to points 5-6 in this way, that the gate of transistor VT7 is connected to the gate of transistor VT6 (point 5 in Fig. 1 and Fig. 2), the source of transistor VT7 is connected to the gate of transistor VT4 (point 6 in Fig. 1 and Fig. 2), the drain of transistor VT7 is connected to the common wire . By simulating a short circuit mode, an oscillatory process with a frequency f occurs in the circuit, the oscillation period of which is will be equal to twice the tripping time of the electronic fuse The oscillation frequency was measured with a VC99 digital multimeter, the probes of which were connected to points 1-2 of the circuit (Fig. 2), and the frequency (off time) was adjusted using resistor R12. As a result of direct measurements with a VC99 digital multimeter, it was determined that the response time of the electronic fuse shown in FIG. 1, can be varied in the interval of 2.5 μs, which agrees well with the data obtained from the oscillograms of the control pulses on the VT5 gate at points 1-2 shown in Fig. 3, where t1 is the time during which transistor VT5 opens completely when a voltage of 14 V is applied to it by transistor VT2 and the current in the 310 V circuit reaches the set threshold value; t2 is the time during which a current of the set threshold value flows in the 310 V circuit, and at the same time a control signal is generated in the electronic fuse to turn off transistor VT5 via the feedback circuit RS-DA2-DA1-VT6-VT8-VT5; t3 is the duration of transient processes in transistor VT5.

Claims (1)

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 A method for measuring the shutdown time of an electronic fuse, which consists in determining the time of passage of a pulse through the feedback circuit, characterized in that it simulates a short circuit in an electronic fuse circuit containing a series-connected power MOSFET transistor and a current sensor connected to the DC power circuit, the signal from which supplied to an operational amplifier, the output of which is connected to the input of the comparator, the signal from the output of which is supplied to the synchronization input of the pulse generator with external synchronization, at the output of which a control signal is generated to turn off the power MOSFET transistor, the pulse repetition rate f is measured with a digital multimeter connected to the transition gate-source power MOSFET transistor, the shutdown time of the electronic fuse is calculated using the formula
RU2023105385A 2023-03-07 Method for measuring tripping time of electronic fuse RU2808784C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2808784C1 true RU2808784C1 (en) 2023-12-05

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3675127A (en) * 1970-12-28 1972-07-04 Bell Telephone Labor Inc Gated-clock time measurement apparatus including granularity error elimination
SU1307443A1 (en) * 1985-07-17 1987-04-30 Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции Meter of time intervals
SU1420598A1 (en) * 1987-02-11 1988-08-30 Предприятие П/Я Г-4421 Pulse delay meter
SU1495741A1 (en) * 1987-10-28 1989-07-23 Предприятие П/Я Г-4421 Device for measuring delay time dof pulses in multifrequency channels
RU2760360C1 (en) * 2021-03-09 2021-11-24 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) Short circuit protection device
RU2778553C1 (en) * 2022-01-20 2022-08-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук (ИФТТ РАН) Short-circuit protection device for dc power circuits

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3675127A (en) * 1970-12-28 1972-07-04 Bell Telephone Labor Inc Gated-clock time measurement apparatus including granularity error elimination
SU1307443A1 (en) * 1985-07-17 1987-04-30 Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции Meter of time intervals
SU1420598A1 (en) * 1987-02-11 1988-08-30 Предприятие П/Я Г-4421 Pulse delay meter
SU1495741A1 (en) * 1987-10-28 1989-07-23 Предприятие П/Я Г-4421 Device for measuring delay time dof pulses in multifrequency channels
RU2760360C1 (en) * 2021-03-09 2021-11-24 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) Short circuit protection device
RU2778553C1 (en) * 2022-01-20 2022-08-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук (ИФТТ РАН) Short-circuit protection device for dc power circuits

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114755553B (en) Test system of low-power consumption shielding grid semiconductor power device
CN114545063A (en) High-precision interval current detection circuit
Ince et al. Digital defect based built-in self-test for low dropout voltage regulators
RU2808784C1 (en) Method for measuring tripping time of electronic fuse
US6590405B2 (en) CMOS integrated circuit and timing signal generator using same
Arya et al. Methodology of an accurate static I–V characterization of power semiconductor devices
JPS59182535A (en) On-chip voltage monitor and method of using same
US6414511B1 (en) Arrangement for transient-current testing of a digital electronic CMOS circuit
US3277371A (en) Test circuit for evaluating turn-off controlled rectifiers under dynamic conditions
US5194818A (en) Risetime and falltime test system and method
US3475683A (en) Method and apparatus for measuring signal to noise ratio
CN207502572U (en) Waveform mitotic apparatus
US2953748A (en) Transistor testing
CN115327191B (en) A circuit and method for improving the test accuracy of chip testing equipment
Li et al. An Intelligent IGBT Gate Driver IC with Temperature Compensated Gate Side Collector Current Sensing
Tan et al. Investigation of static analog-to-digital converter nonlinearity measurement using histogram and servo-loop method
CN118050610A (en) Testing device and testing method for semiconductor device threshold voltage aging drift test
Parker et al. New method for comprehensive characterisation of MES/MOD/MOS FET's
Su et al. Dynamic analog testing via ATE digital test channels
Seixas et al. VI-based measurement system focusing on space applications
Rajkumar et al. Analyzing Electrical Characteristics of Semiconductor Devices Using Raspberry PI and Python
SU472298A1 (en) Automatic compensator
SU673939A1 (en) Arrangement for measuring back currents of semiconductor devices
RU184633U1 (en) INSTALLATION FOR TESTING AVALANCHE DIODES ON RESISTANCE TO THE INFLUENCE OF SHOCK POWER OF REVERSE LOSSES
Schmitz et al. Robustness Analysis of Temperature-Sensitive Electrical Parameters of IGBTs