Устройство для управления электромагнитным механизмом
УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ МЕХАНИЗМОМ , содержащее мост, соединенный одной диагональю с выводами для подключения обмотки .электромагнитного механизма , причем два противоположных ллеча моста образованы диодами, включенными в обратном направлении по отношению к источнику питания, а два других - ключевыми транзисторами различного типа проводимости , включенными в прямом направлении по отношению к источнику питания и соединенными коллекторами с выводами для подключения обмотки электромагнитного механизма, а эмиттерами - с выводами для подключения источника питания, один - непосредственно, а другрй,- через резистор контроля тока в обмотке электромагнитного механизма, регенеративный компаратор на операционном усилителе, неинвергирующий вход которого соединен через резистивнЫй делитель с выходом операционного усилителя и через резистивно-емкостной делитель с источником внешнего управления , транзистор управления, база которого соединена с выходом операционного усилителя, а коллектор - с базой ключевого транзистора, эмиттер которого соединен с. выводом для подключения источника питания непосредственно, отличающееся тем, что, с целью сокращения потребляемой мощности при отказе типа короткого замыкания перехода коллектор - эмиттер одного из ключевых транзисторов, в него введены два дополнительных резистора и конденсатор, причем первый из дополнительных резисторов включен между эмиттером транзистора управления и общим выводом источника питания, второй - между инвертирующим входом операционного усилителя, соединенного через конденсатор с общим выводом источника питания, и точкой соединения резистора контроля тока в обмотке электромагнитного механизма и эмиттера ключевого транзистора, база указанного транзистора соединена с точкой соединения эмиттера транзистора управления и первого дополнительного резистора, а источник внешнего управления подключен к выводам питания операционного усилителя .
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
„„SU„„1081698
g y) Н 01 Н 47/32
«Ъ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ЫЬЛ ЯЯ.11А
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3496639/24-07 (22) 01.10.82 (46) 23.03.84. Бюл. № 11 (72) В. А. Конофьев и Н. П. Никифоров (53) 621.318.3-52 (088.8) (56) 1. Патент Франции № 2259793, кл. G 05 F 1/00, 1975.
2. Авторское свидетельство СССР № 769656, кл. Н 01 Н 47/32, 1980.
3. Патент США № 3896346, кл. Н 01 Н 47/32, 1975. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ МЕХАНИЗМОМ, содержащее мост, соединенный одной диагональю с выводами для подключения обмотки электромагнитного механизма, причем два противоположных плеча моста образованы диодами, включенными в обратном направлении по отношению к источнику питания, а два других — ключевыми транзисторами различного типа проводимости, включенными в прямом направлении по отношению к источнику питания и соединенными коллекторами с выводами для подключения обмотки электромагнитного механизма, а эмиттерами — с выводами для подключения источника питания, один— непосредственно, а другой.— через резистор контроля тока в обмотке электромагнитного механизма, регенеративный компаратор на операционном усилителе, неинвертирующий вход которого соединен через резистивный делитель с выходом операционного усилителя и через резистивно-емкостной делитель с источником внешнего управления, транзистор управления, база которого соединена с выходом операционного усилителя, а коллектор - с базой ключевого транзистора, эмиттер которого соединен с. выводом для подключения источника питания непосредственно, отличающееся тем, что, с целью сокращения потребляемой мощности при отказе типа короткого замыкания перехода коллектор — эмиттер одного из ключевых транзисторов, в него введены два дополнительных резистора и конденсатор, причем первый из дополнительных резисторов включен между эмиттером транзистора управления и общим выводом источни- Я ка питания, второй — между инвертирующим входом операционного усилителя, соединенного через конденсатор с общим выводом источника питания, и точкой соединения резистора контроля тока в обмотке электромагнитного механизма и эмиттера ф ключевого транзистора, база указанного транзистора соединена с точкой соединения эмиттера транзистора управления и СР первого дополнительного резистора, а ис- Q() точник внешнего управления подключен к выводам питания операционного усилителя.
1081698
Изобретение относится к системам автоматического управления и регулирования, в частности к устройствам импульсного упра вления электромагнитными механизмами с форсированным включением.
Известно устройство управления электромагнитным механизмом (ЭММ), содержащее последовательно включенные между клеммами источника питания ключевой транзистор, обмотку ЭММ и резистор контроля величины тока, база ключевого транзисто- 1о ра -соединена с выходом операционного усилителя (ОУ), инвертирующий вход ОУ связан с точкой соединения резистора контроля и обмотки ЭММ, к неинвертирующему входу ОУ подключен источник управляющего напряжения, точка соединения коллектора ключевого транзистора и обмотки ЭММ связана диодом, включенным в обратном направлении проводимости по отношению к источнику питания, с общей клеммой «сточника питания. Устройство характеризует2О ся стабильностью величины тока в обмотке
ЭММ при изменениях напряжения источника питания и активного сопротивления обмотки ЭММ (!).
Недостатками устройства являются нарушение работоспособности при отказе типа 25 короткое зам ыкание (КЗ) перехода коллектор — эмиттер одного из ключевых транзисторов, а также низкий КПД, обусловленный тем, что энергия, накопленная в магнитном поле обмотки ЭММ, рассеивается на диоде, а .«е возвращается в источник питания.
Известно также устройство управления
ЭММ, содержащее мост, подключенный одной диагональю к клеммам источника питания, а другой †- к обмотке ЭММ, два противоположных плеча моста образованы диодами, включенными в обратном по отноп|ению к источнику питания направлении проводимости, а два других — транзисторами разного типа проводимости, включенными в прямом направлении по отношению к источ- щ нику питания, база одного из которых, например и-р и типа, подключена через резистор к источнику внешнего управления, последовательно с этим транзистором, в его коллекторной цепи, включен резистор контроля тока в обмотке ЭММ, входящий так- 45 же в одно из плеч резистивного моста, включенного одной диагональю между катодом опорного диода, соединенного балластным резистором с источником литания, и коллектором транзистора и-р п типа, а другой диагональю подключенного к входам дифференциального электронного реле, выход когорого соединен с базой транзистора р-и-р типа, к одному из входов дифференциального электронного реле подключено времязадающее звено, обеспечивающее режим форсирования (2).
Недостатком этого устройства является повышенное потребление мощности при отказе типа КЗ перехода коллектор - эмиттер одного из транзисторов, входящих в цепь об м отк и Э ММ.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для управления ЭММ, содержащее мост, подключенный одной диагональю к клеммам источника питания, а другой — к обмотке ЭММ, два противоположных плеча моста образованы диодами, включенными в обратном йо отношению к источнику питания направлении проводимости, а два других - ключевыми транзисторами разного типа проводимости, включенными в прямом направлении проводимости по отношению к источнику питания, один из ключевых транзисторов управляется от источника внешнего управления и содержит в эмиттерной цели резистор контроля тока обмотки
ЭММ, а другой, соединенный коллектором с клеммой источника питания, — от транзистора управления, база которого соединена с выходом регенеративного компаратора, построенного на базе ОУ, инвертирующий вход которого подключен к резистору контроля, а неинвертирующий вход связан резистивным делителем напряжения с выходом ОУ и резистивно-емкостным делителем с источником внешнего управления.
Устройство характеризуется стабильностью величины тока в обмотке ЭММ при измене-. ниях напряжения источника питания и ак. тинного сопротивления обмотки ЭММ, а также высоким КПД, обеспечиваемым возвратом энергии, накопленной в обмотке ЭММ в источник питания (3).
Недостатком известного устройства является повышенное потребление мощности от источника питания при отказе типа КЗ перехода коллектор — эмиттер одного из ключевых транзисторов.
Цель изобретения — сокращение потребляемой мощности при отказе типа КЗ перехода коллектор — эмиттер одного из ключевых транзисторов.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления ЭММ, содержащее мост, подключенный одной диагональю к выводам для подключения источника питания, а другой — к выводам для подключения обмотки ЭММ, два противоположных плеча моста образованы диодами, включенными в обратном направлении по отношению к источнику питания, а два других— ключевыми транзисторами разного типа проводимости, включенными в прямом направлении по отношению к источнику питания и соединенными коллекторами с выводами для подключения обмотки ЭММ, а эмиттерами — с клеммами источника питания, одним — непосредственно, а другой— через резистор контроля тока в обмотке ЭММ, регенеративный компаратор
1081698 денным резистором 20 с общей клеммой источника 7 питания и резистором 21 с базой ключевого транзистора 5, а коллектор резистором 22 с клеммой источника 7 питания и резистором 23 с базой ключевого транзистора 4.
При подаче питания на операционный усилитель 8 от источника 16 внешнего управления, потенциал неинвертирующего входа операционного усилителя 8, определяе0 мый резистивно-емкостным делителем 1115„превышает потенциал инвертирующего входа этого усилителя, определяемый величиной тока обмотки ЭММ 1 и сопротивлением резистора 6 контроля. На выходе операционного усилителя 8 устанавливается
5 положительныи потенциал, открывающий транзистор 19 управления и, соответственно открывающий и насыщающий ключевые транзисторы 4 и 5. По цепи, образованной источником 7 питания, ключевыми транзисторами 4 и 5, обмоткой ЭММ 1 и резистором 6 контроля, начинает протекать ток, нарастающий с постоянной времени, определяемой параметрами обмотки ЭММ 1.
По мере нарастания тока увеличивается падение напряжения на резисторе 6 кон5 троля, от которого через резистор 9 заряжается конденсатор !О, определяющий потенциал инвертирующего входа операционного усилителя 8. Одновременно через резистор 15 заряжается от источника 16 вне0 шнего управления времязадающий конденсатор 14, уменьшающий по мере заряда потенциал неинвертирующего входа операционного усилителя 8. При достижении равенства потенциалов неинвертирующего и инвертирующего входов операционного усилителя 8 завершается режим форсированного включения ЭММ. На выходе операционного усилителя 8 устанавливается отрицательный потенциал, обусловленный дальнейшим зарядом времязадающего конденсатора 14, что обеспечивает переключение в закрытое состояние транзистора 19 управления и ключевых транзисторов 4 и 5, а также смещение потенциала неинвертирующего входа операционного усилителя 8 к нижнему пороговому значению резистивным делителем 11, 12, 15.
3 на операционном усилителе, неинвертирующий вход которого связан резистивным делителем с выходом операционного усилителя и резистивно-емкостным делителем с источником внешнего управления, транзистор управления, база которого соединена с выходом операционного усилителя, а коллектор — с базой ключевого транзистора, подключенного эмиттером к выводу для подключения источника питания непосредственно, снабжено двумя дополнительными резисторами и конденсатором, причем первый из дополнительных резисторов включен между эмиттером транзистора управления и общим выводом источника питания, второй — между инвертирующим входом операционного усилителя, соединенного через конденсатор с общим . выводом источника питания, и точкой соединения резистора контроля тока в обмотке электромагнитного механизма и эмиттера ключевого транзистора, база указанного транзистора соединена с точкой соединения эмиттера транзистора управления и первого дополнительного резистора, а источник внешнего управления подключен к выводам питания операционного усилителя.
На чертеже представлена электрическая 2 схема предлагаемого устройства управления ЭММ.
Устройство .управления ЭММ содержит обмотку ЭММ 1, включенную в диагональ моста, два противоположных плеча которого образованы диодами 2 и 3, а два других — ключевыми транзисторами 4 и 5. В эмиттер ной цепи транзистора 5 включен резистор 6 контроля, входящий с транзистором 5 в плечо моста, соединенное с общей клеммой источника 7 питания, поключенного к другой диагонали моста. Диоды 2 и 3 включены в обратном направлении проводимости по отношению к источнику? питания, а транзисторы 4 и 5 — в прямом.
Инвертирующий вход операционного усилителя 8 соединен дополнительно введен- 40 ным резистором 9 с резистором 6 контроля и конденсатором 10 с общей клеммой источника 7 питания, а неинвертирующий вход— резистором 11 с выходом операционного усилителя 8, резистором 12 через резистор
13 и времязадающий конденсатор 14 — с 45 выводом питания операционного усилителя
8, соответствующего по полярности источнику 7 питания, а также резистором 12 через резистор 15 —.. с общей клеммой источника
7 питания.
Источник 16 внешнего управления подключается к выводам питания операционного усилителя 8. - Выход операционного усилителя 8 соединен резистивными делителями 17 и 18 с базой транзистора 19 управления, включенного в прямом направлении проводимости по отношению к ис55 точнику 7 питания. Эмиттер транзистора 19 управления соединен дополнительно ввеИндуктивный ток обмотки ЭММ 1, экспоненциально уменьшаясь, протекает по цели, образованной диодами 2 и 3 и источником
7 питания, отдавая в йсточник. 7 питания энергию, накопленную в магнитном поле обмотки ЭММ 1, При переключении ключевых транзисторов 4 и 5 в закрытое состояние потенциал инвертирующего входа операционного усилителя 8 определяется потенциалом разряжающегося через резистор
9 и резистор 6 контроля конденсатора 10.
Постоянная времени разряда конденсатора
10 выбирается равной постоянной времени уменьшения индуктивного тока в цепи об1081698
Составитель А. Каретников
Редактор И. Николайчук Техред И. Верес Корректор И.Муска
Заказ 1557 47 Тираж 683 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП <Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
S мотки ЭММ 1, диодов 2 и 3 и источника
7 питания.
При уменьшении потенциала инвертирующего входа операционного усилителя
8 ниже уровня нижнего порогового значения потенциала неинвертирующего входа на выходе операционного усилителя 8 устанавливается положительный потенциал, переключающнй в проводящее состояние транзистор 19 управления и, соответственно, открывающий и насыщающий ключевые тран- 10 зисторы 4 и 5, а также смещающий резистивным делителем 11, 12, 15 потенциал неинвертирующего входа операционного усилителя
8 к верхнему пороговому значению. В цепи, образованной источником 7 питания, ключевыми транзисторами 4 и 5, обмоткой ЭММ
1 и резистором 6 контроля, начинает протекать ток, возврастающий по величине до уровня, соответствующего верхнему пороговому значению потенциала неинвертирующего входа операционного усилителя 8, после чего происходит очередное переключение.
Устанавливаются устойчивые колебания тока в обмотке ЭММ 1, обеспечивающие режим удержания и стабилизирующие величину тока удержания в обмотке ЭММ 1 при изменениях напряжения источника 7 25 питания и сопротивления обмотки ЭММ 1.
При отключении источником 16 внешнего управления питания операционного усилителя 8 на базе транзистора 19 управления устанавливается потенциал общей клеммы источника 7 питания. Транзистор 19 управления и, соответственно, ключевые транзисторы 4 и 5 переключаются в закрытое состояние, и индуктивный ток обмотки
ЭММ 1, экспоненциально уменьшаясь, протекает по цепи, образованной диодами 2 и 3 и источником 7 питания, отдавая в источник 7 питания энергию, накопленную в магнитном поле обмотки ЭММ 1.
При отказе типа КЗ перехода коллектор-эмиттер одного из ключевых транзисторов режимом синхронной коммутации 4р ключевых транзисторов обеспечивается установленный режим коммутации цепи обмотки ЭММ 1. При этом величина тока в обмотке ЭММ 1 определяется в режиме форсированного включения сопротивлением обмотки ЭММ 1 и напряжением источника 7 45 питания, а в режиме удержания ЭММ установленными верхним и нижним пороговыми уровнями неинвертнрующего входа операционного усилителя 8 и сопротивлением резистора 6 контроля.
В предлагаемом устройстве дополнительно введенный резистор 20 обеспечивает формирование сигнала управления ключевым транзистором 5, синхронного с имеющимся сигналом управления ключевым транзистором 4. Изменение режима работы ключевого транзистора 5 (в сравнении с транзистором известного устройства) обеспечивает уменьшение энергопотребления при отказе типа КЗ перехода коллектор-эмиттер одного из ключевых транзисторов в цепи обмотки ЭММ без введения дополнительного ключевого транзистора в эту цепь. В результате изменения режима работы ключевого транзистора 5 возврат в источник питания энергии, накопленной в обмотке
ЭММ, осуществляется при каждом цикле коммутации ключевых транзисторов 4 и 5, а величина тока в измерительном резисторе
6 равна величине тока в обмотке ЭММ только в периоды времени, соответствующие насыщенным состояниям ключевых . транзисторов 4 и 5. Для обеспечения соответствия изменений потенциала инвертирующего входа операционного усилителя изменений тока в обмотке электромагнитного механизма введены резистор 9 и конденсатор 10.
Таким образом, предлагаемое устройство при отказе типа КЗ перехода коллектор-эмиттер одного из ключевых транзисторов характеризуется уменьшенным потреблением мощности от источника питания, соответствующим установленному режиму.
При отказе ключевого транзистора, соединенного эмиттером с клеммой источника питания, потребление мощности уменьшается от величины, характерной для известного устройства и определяемой сопротивлением обмотки ЭММ и напряжением источника питания, до мощности, соответствующей установленному режиму удержания
ЭММ, т. е. при использовании стандартных
ЭММ в 2-5 раз.
При отказе ключевого транзистора, соединенного эмиттером через резистор контроля с общей клеммой источника питания, потребление мощности при отсутствии сигнала управления уменьшается на величину, определяемую разностью уровней верхнего и нижнего порогов регенеративного компаратора и сопротивлением резистора контроля.
