Электронный коммутатор

 

Изобретение относится к импульсной технике и может найти применение в специальных схемах электронной коммутации для защиты коммутируемой цепи от перегрузок. Целью изобретения является повышение надежности, и расширение функциональных возможностей устройства за счет ограничения величины тока, протекающего через на

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 29981 А1 (51)5 Н 03 К 17/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ. И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4663636/21 (22) 15.03.89 . (46). 23 ° 02.91. Бюл. Р 7 (72) Ю.И.Маяцкий (53) 621.382(088.8)

В (56) Заявка ФРГ 1"- 3539646, кл. Н 03 К 17/08, 1982.

Заявка ФРГ Р 3601659,кл. Н 03 К 17/08 1982.

2 (54) ЭЛЕКТР()НН1 1Й КОИИУТАТОР (57) Изооретение относится к импульсной технике и может найти применение в специальных схемах электронной коммутации для защиты коммутируемой цепи от перегрузок. Целью изобретения является повышение надежности,и расширение Функциональных возможностей устройства за счет ограничения величины тока, протекающего через на1

1629981 грузку 21, автоматического, регулирования величины выходного напряжения им. пульсного стабилизатора 1 напряжения для поддержания заданной величины то5 ка, протекающего через нагрузку 21, ограничения минимальной величины напряжения на выходе импульсного стабилизатора 1 напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в электрон- !О ный коммутатор, содержащий импульсный стабилизатор 1 напряжения и транзисторный ключ 20, к выходу которого подключена нагрузка ?t с изменяющимся во времени сопротивлением, введены 15 соединенный прямым выходом с входом

Изобретение относится к импульсной технике и может найти применение в специальных схемах электронной коммутации для защиты коммутируемой цепи . от перегрузок, в частности в электронных коммутаторах с нагрузкой, изменяющей сопротивление во времени.

Цель изобретения — повышение надежности и расширение функциональных возможностей устройства за счет ограничения величины тока, протекаяцего через нагрузку, автоматчческого регулирования величины выходного на- 35 пряжения импульсного стабилизатора напряжения для поддержания заданной величины тока, протекающего через нагрузку, ограничения минимальной величины выходного напряжения импульсно- 40

ro стабилизатора напряжения.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема электронного коммутатора; на фиг. 2 — циклограмма работы электронйого коммутатора с нагрузкой (спи- 45

"раль накаливания) .

Электронный коммутатор содержит импульсный стабилизатор 1 напряжения, который состоит из делителя 2 напряжения,.компаратора 3, транзистора 4 и фильтра 5, блок 6 сравнения, который состоит из делителя 7 напряжения, компаратора 8, логического элемента

И-ИЛИ-НЕ 9 расширяемого по ИЛИ блок

Ф

10 защиты, который состоит из реостата 11, оптоэлектронного переключателяинвертора 12, генератора 13 тактовых импульсов, одновибратора 14, одновибтранзисторного ключа ?0, а инверсным выходом — с входом блока 6 cpasнения, блок 10 защиты, который периодически с заданной частотой производит опрос датчика 19 тока о превьюпении граничной величины токе одиночным импульсом малой длительности, блок 16 стабилизации тока, выход которого соединен с входом блока 6 сравнения, а вход — с датчиком 19 тока, блок 6 сравнения, входами соединенный с выходами блока 16 стабилизации тока и блока 10 защиты, а выходом — с блокирующим входом импульсного стабилизатора 1 напряжения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил . ратора 15 с перезапуском, блок 16 стабилизации тока, который состоит из реостата 17 и оптоэлектронного ключа

18 с усилителем, датчик 19 тока, транзисторный ключ ?Л, нагрузку ? 1. !

Вход компаратора 3 соединен с делителем 2 напряжения, блокирующий вход компаратора 3 соединен с выходом логического элемента 9, а выход компаратора 3 соединен с базой транзистора 4. Эмиттер транзистора 4 соединен. с источником +U а коллектор — с входом фильтра 5, выход которого соединен с делителем ? напряжения, делителем 7 напряжения, с входом датчика 19 тока, с входами оптоэлектронного переключателя-инвертора 12 и оптоэлектронного ключа 18 с усилителем. Вход компаратора 8 соединен с делителем 7 напряжения, а выход - с блокирующим входом логического элемента 9. Первый вход логического элемента 9 соединен с выходом оптоэлектронного ключа 18 с усилителем. Второй вход логического элемента 9 соединен с инверсным выходом одновибратора 15 с перезапуском.

Выход датчика 19 тока соединен через реостат 11 с вторым входом оптоэлектронного переключателя-инвертора 12, через реостат 17 — с .вторым входом оптоэлектронного ключа 18 с усилителем, с входом транзисторного ключа 2О.

Выход оптоэлектронного переключателяинвертора 12 соединен с входом одновибратора 15 с перезапуском, инверсный вход которого соединен с инверс162 ным выходом одновибратора 14 Выход генератора 13 тактовых импульсов соединен с инверсным входом одновибратора 14, на прямой вход которого подается внешний. управляющий сигнал U

Управпяющий вход транзисторного ключа 20 соединен с прямым выходом одновибратора 15 с перезапуском, а выход— с нагрузкой 21. На шину +Оп подается напряжение питания микросхем электронного коммутатора.

Коммутатор работает следующим образом.

При подключении питания +U на микросхемы устройства и источника тока +U< электронньгй коммутатор готов к работе. На циклограмме (фиг.?) работы коммутатора с нагрузкой (спираль накаливания) U — изменение во времени состояния управляющего сигнала Urt, U< — тактовые импульсы, U<< изменение во времени состояния инверсного выхода одновибратора 15 с иерезапуском, Urg — изменение во времени состояния выхода оптоэлектронного ключа 18 с усилителем, IJS — изменение во времени состояния выхода компаратора 8, U4 — изменение во времени напряжения эмиттер — база транзистора 4, U1 1- — изменение во времени величины напряжения на выходе импульсного стабилизатора 1 напряжения, Ig1 — изменение во времени величины тока, протекающего через нагрузку 21.

До подачи управляющего сигнала U (интервал времени .)-с1) блок 6 сравнения поддерживает на выходе импульсного стабилизатора 1 напряжения минимальное напряжение стабилизации U tttt, величина которо о устанавливается делителем 7 напряжения. В этом слу— чае при уменьшении напряжения Hp- Bblходе импульсного стабилизатора 1 напряжения ниже Uст мип компаратор 8 устанавливает сигнал высокого уровня на выходе логического элемента 9.

В результате этого компаратор 3 откры" вает. транзистор 4, так как делитель ? напряжения установлен на величину максимального напряжения стабилизации 4Т, Мак0 (1)cT,маке 1) т мни)

При достижении напряжения )ст мин на выходе импульсного стабилизатора 1 напряжения компаратор 8 переключается н устанавливает сигнал. низкого уровня на выходе логического элемен та 9, так как íà его втором входе

9981 6 установлен сигнал высокого уровня с инверсного выхода одновибрат,ра 15 с перезапуском. В результате этого ком" паратор 3 закрывает транзистор 4 . Та1

5 ким образом реализуется режим автогенерации, когда в зависимости от величин U .. и 1J, величины тока, разряжающего накопит ельньп1 конденсатор фильтра 5, автоматически меняется как период автоколебаний, так и время открытого состояния транзистора 4.

После подачи сигнала 1)ч высокого уровня на прямой вход одновибратора

14 (момент времени t<) по первому срезу сигнала с выхода генератора 13 тактовых импульсов одновибратор 14 запускает одновибратор 15 с перезапуском, прямой выход которого открывает

gp транзисторный ключ 20, а инверсный выход устанавливает сигнал низкого уровня на входе логического элемента 9. Одновибратор t4 формирует импульсы длнтельностью 1 ) 7с, а одновиб25 ратор 15 с перезапуском формирует

-9 имггульсы длительностью, ? t Î с, превьпгающей период слепования тактовых импульсов 1 ) с. Таким образом, длительность выходного импульса одновиб3р ратор» 15 с перезапуском равна промежутку времени межпу первым и последним запускающим импульсом одновибратора 14 с добавкой: ? ° 1 ) с. В результате этого с блокирующего входа компара35 тора 3 снимается запрещаюп)ий сигнал низкого уровня.

Компаратор 3 открывает транзистор

4, который открыт до момента времени

t достижения величины тока, протекаю40 ще о через на Рузку 21 равной величн не тока стабип. зации- Т, устанавливаемой реостатом 1 . H этот момент на выходе оптоэлектронного ключа 18 с усилителелг сигнал меняется с низкого

45 уровня на высокий уровень. В результате этого логичоский элемент 9 подает запрещанл ий сигнал низкого уровня на блокирующий вход компаратора 3, который закрывает транзистор 4.

После этого ток через нагрузку 21 начинает уменьшаться и при его величине, несколько меньшей Х т, оптоэлектронный ключ 18 с усилителем переключается. С входа логического элемента 9

55 убирается сигнал высокого уровня, что приводит к изменению сигнала на выходе логического элемента 9 с низкого уровня на высокий уровень. В результате этого компаратор 3 снова откры-

1629981 вавт транзистор 4. Таким образом

1 устройство работает в режиме автогенерации, когда в зависимости от. величины +У„, величины напряжения на выходе

5 импульсного стабилизатора 1 напряжения, величины тока, протекающего через нагрузку 21, и параметров фильтра 5 автоматически меняется период автоколебаний и время открытого состояния транзистора 4.

Так как в результате омического

)нагрева сопротивление нагрузки 21 постепенно возрастает, то при постоянном токе, протекающем через нагрузку 7.1, возрастает величина выходного напряжения импульсного стабилизатора 1 напряжения.

В момент времени t наступает установившийся режим, при котором

20 величина напряжения на выходе импульсного стабилизатора 1 напряжения величина сопротивления нагрузки

21 и величина тока, протекающего через нагрузку 21, не изменяются.

Для рассмотрения принципа работы электронного коммутатора в режиме перегрузки допустим, что в момент времени t4 сопротивление нагрузки 21 мгновенно уменьшйлось до величины, Ревыш ющей U T,Ìèè П,) ° где In предельно допустимая величина тока, протекающего через нагрузку 21, которая устанавливается реостатом 11.

В этом случае величина У, vnk onpe35 деляет ту минимальную величину сопротивления нагрузки 21, которую может иметь исправная спираль накаливания. При достижении величины тока через нагрузку 21, равной I„, оптоэлектронный переключатель-ийвертор 1? переключается и прерывает сформированный одновибратором 15 с перезапуском импульс. В результате этого тран 4 зисторный ключ 20 закрывается. Логический элемент 9 устанавливает запрещающий сигнал низкого уровня на блокирующем входе компаратора 3, который закрывает транзистор 4. Напряжение на выходе импульсного стабилизатора 1

50 напряжения снижается и удерживается блоком 6 сравнения на .уровне U

По первому следукщему срезу сигнала с выхода генератора 13 тактовых импульсов одновибратор 14 снова запускает одновибратор 15 с перезапуском, который открывает транзисторный ключ

20 и убирает сигнал высокого уровня с входа логического элемента 9. В результате этого логический элемент 9 убирает запрещающий сигнал низкого уровня с блокирующего входа компаратора 3, который открывает транзистор 4.

При достижении тока через нагрузку 21 величины I оптоэлектронный ключ 18 с усилителем переключается и убирает сигнал низкого уровня с вхо- . да логического элемента 9. При достижении тока через нагрузку 21 величины I оптоэлектронный переключательинвертор 12 переключается и прерывает сформированный одновибратором 15 с перезапуском импульс. В результате . этого закрывается транзисторный ключ ?0 и с входа логического элемента 9 убирается сигнал низкого уровня °

Ток через нагрузку ? 1 прерывается, а величину напряжения U на выхоCT. МИИ де импульсного стабилизатора 1 поддерживает компаратор 0. Длительность импульса тока через нагрузку ?1 в этом случае определяется быстродействием элементов устройства и длительностью формируемого одновибратором

14 импульса и равна л.1 ) с.

Этот процесс повторяется с частотой следования тактовых импульсов .

Отношение периода следования тактовых г 3 импульсов, равного 10 с, и длительности импульса тока через нагрузку

71 в этом случае равно л-1 ) ° Таким образом, величина эффективного тока через нагрузку 21 равна ?„1<)

При снятии перегрузки устройство автоматически переходит в режим стабилизации тока через нагрузку 21.

В. случае, если величина сопротивления нагрузки 21 не меньше Ug7 jgggg!

/Х „, импульсный стабилизатор 1 яа-, пряжения стабилизирует на выходе на" ° пряженне U

Предлагаемый коммутатор обеспечивает при режиме перегрузки уменьше» ние величины эффективного тока в

50 раэ и уменьшение величины пикового тока в 5 раэ.

Формула изобретения

1. Электронный коммутатор, содержащий блок защиты, прямой выход которого соединен с управляющим входом транзисторного ключа, датчик тока, выход которого соединен с входом транзисторного ключа и первым входом блока защи1б 29981

10 ты, вход датчика тока и второй вход блока защиты соединены между собой и подключены к источнику тока, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности, введены импульсный стабилизатор напряжения, блок сравнения, блок стабилизации тока, при этом вход импульсного стабилизатора напряжения подключен к коммутируемому источнику тока, блокирукций его вход соединен с выходом блока сравнения, выход импульсного стабилизатора напряжения соединен с первым входом блока сравнения, первым входом блока стабилизации тока, вторым входом блока защиты, второй вход блока сравнения соединен с выходом блока стабилизации тока, третий вход блока сравнения соединен с инверсным выходом блока защиты, а второй вход блока стабилизации тока соединен с выходом датчика тока.

2. Коммутатор по и. 1, о т л и- 25 ч а ю шийся тем, что блок сравнения выполнен в виде компаратора, делителя напряжения, один из выводов которого является первым входом блока сравнения, логического элемента

И-ИЛИ-НЕ, расширяемого по ИЛИ, при этом вход компаратора соединен с делителем напряжения, а выход соединен с блокирующим входом логического элемента И-ИПЙ-НЕ, расширяемого по ИЛИ, входы и выход которого являются соответственно вторым, третьим входом и выходом блока сравнения.

3. Коммутатор по п. 1, о т л и- . ч а ю шийся тем, что блок защиты содержит реостат, оптоэлектронный переключатель-инвертор, генератор тактовых импульсов, одновибратор и одновибратор с перезапуском, при этом один из выводов реостата является первым входом блока защиты, а другой соединен с входом оптоэлектронного переключателя-инвертора, выход которого соединен с прерывающим входом одновибратора с перезапуском, выход генератора тактовых импульсов соединен с инверсным входом одновибратора, инверсный выход которого соединен с инверсным входом одновибратора с перезапуском, прямой и инверсный выходы которого являются выходами блока защиты.

16? 9981 и

1 и

Составитель Л.Скобелева

Редактор Н.Тупица Техред J1.Ceppioi

Заказ 443 Тираж 462 Подписное

ВНИИПК Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101