РЕЛЕ ВРЕМЕНИ Российский патент 1994 года по МПК H02P5/04 H03K17/28 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах автоматического управления и контроля, например, в электронной системе зажигания двигателя внутреннего сгорания.

Известно реле времени, содержащее два делителя напряжения, каждый из которых состоит из токозадающего элемента и конденсатора, схему сравнения, выполненную на измерительном и вспомогательном транзисторах, включенных по схеме эквивалента двухбазового диода. Схема сравнения подключена к выходам делителей напряжения. Первые (емкостные) входы делителей напряжения подключены к одной шине питания через нагрузку. Вторые входы подключены к другой шине питания. Реле времени содержит также основную и дополнительную входные шины и реализует зависимость выдержки времени реле (t_p) от длительности пускового сигнала (t_п), определяемую выражением:
t_p= 0 при t_п<t₁ и t_p= K* (t_п-t₁) при t_п>t₁, где К - коэффициент, определяющий крутизну характеристики зависимости t_p от t_п из соотношения постоянных времени делителей напряжения;
t₁ - отрезок времени.

Однако основная входная шина соединена с выходом одного из делителей напряжения через фиксатор уровня, включающий в себя электронный ключ, связанный с высокоомными цепями перезаряда конденсатора, обратный ток которого влияет на выдержку времени и усложняет реле времени. Реле времени может реализовать и зависимость t_p от t_п, определяемую выражением:
t_p= A+K*t_п, где A - постоянная величина, не равная нулю.

Эта зависимость достигается при подаче пусковых сигналов на основную входную шину от дополнительного источника питания, величина напряжения которого должна обеспечивать напряжение на выходе фиксатора уровня, превышающее величину напряжения основного источника питания, подключенного к шинам питания реле времени. Создание дополнительного источника питания усложняет реле времени. Общий одноименный полюс источников должен быть создан со стороны вторых входов делителей напряжения. Соотношение величин напряжений на выходе фиксатора уровня и основного источника питания определяет значение величины А в указанной формуле.

Кроме того, вторые входы делителей известного реле соединены с одноименным полюсом, что не позволяет реализовать еще зависимость t_р от t_п, определяемую выражением
t_p= A-K*t_п, где А - постоянная величина, не равная нулю;
К - коэффициент, определяющий крутизну характеристики t_p от t_п.

Известно также реле времени, содержащее два делителя напряжения, каждый из которых состоит из токозадающего элемента и конденсатора, схему сравнения, подключенную к выходам делителей напряжения. Схема сравнения выполнена, например, на двух транзисторах, включенных по схеме эквивалента двухбазового диода. Входы делителей напряжения соединены с шинами питания. Нагрузка включена последовательно с емкостным входом по меньшей мере одного из делителей напряжения. Реле времени содержит также входную шину, соединенную с выходом одного из делителей напряжения. Зависимость выдержки времени (t_p) от длительности пускового сигнала t_п определяется выражениями
t_p= A+K*t_п, когда емкостные входы делителей соединены с одноименным полюсом, и
t_p= A-K*t_п, когда емкостные входы делителей соединены с разноименными полюсами (К - коэффициент, определяющий крутизну характеристики зависимости выдержки времени реле от длительности пускового сигнала; А - постоянная величина, определяемая соотношением сопротивлений нагрузки и токозадающего элемента делителя напряжения).

Однако из-за отсутствия дополнительной входной шины, соединенной через токоограничивающий элемент с общей точкой соединения нагрузки с емкостным входом одного из делителей напряжения, реле времени не может реализовать следующую зависимость t_p от t_п:
t_p= 0 при t_п<t₁ и t_p= K*(t_п-t₁) при t_п>t₁.

Целью изобретения является расширение форм зависимостей выдержек времени от длительности пускового сигнала, т. е. получение формы зависимости, определяемой, например, выражением
t_p= 0 при t_п<t₁ и t_p= K*(t_п-t₁) при t_п>t₁ в дополнение к формам зависимостей, получаемым по прототипу, в соответствии с выражениями
t_p= A+K*t_п;
t_p= A-K*t_п
Цель достигается тем, что реле времени, содержащее два делителя напряжения, каждый из которых состоит из токозадающего элемента и конденсатора, схему сравнения, подключенную к выходам делителей напряжения, входы которых соединены с шинами питания, нагрузку, включенную последовательно с емкостным входом по меньшей мере одного из делителей напряжения, входную шину, соединенную с выходом одного из делителей напряжения, снабжено токоограничивающим элементом и дополнительной входной шиной, подключенной через токоограничивающий элемент к общей точке соединения емкостного входа одного из делителей напряжения с нагрузкой.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг. 2, 3, 4 - совмещенные осциллограммы напряжений на выходах делителей напряжения (А, А₁) и графики зависимости t_p от t_п (В); на фиг. 5 - совмещенные осциллограммы напряжений на выходах делителей напряжения (А) и график зависимости t_p от t_п (В) по авт. св. N 1743320.

Осциллограммы напряжений на выходах делителей напряжения представлены для случая стабильного тока токозадающих элементов, т. е. для случая с линейной формой изменения напряжения на выходах делителей напряжения.

Реле времени содержит делитель напряжения 1, состоящий из конденсатора 2 и токозадающего элемента 3, делитель напряжения 4, состоящий из конденсатора 5 и токозадающего элемента 6. Схема сравнения 7, выполненная, например, на транзисторах 8, 9, включенных по схеме эквивалента двухбазового диода, подключена к выходам делителей напряжения. Нагрузка 10 включена последовательно с емкостным входом одного из делителей напряжения. Основная входная шина 11 соединена с выходом одного из делителей напряжения. Дополнительная входная шина 12 соединена через токоограничивающий элемент 13 с общей точкой соединения емкостного входа одного из делителей напряжения с нагрузкой.

Реле времени работает следующим образом.

При подключении реле времени к источнику питания начинают заряжаться конденсаторы 2 и 5 через токозадающие элементы 3 и 6 соответственно. Для обеспечения работоспособности реле времени постоянная времени делителя напряжения 4 на конденсаторе 5 и токозадающем элементе 6 должна превышать постоянную времени делителя напряжения 1 на конденсаторе 2 и токозадающем элементе 3, в связи с чем в процессе заряда напряжение на конденсаторе 2 увеличивается быстрее, чем на конденсаторе 5. В результате этого через определенный промежуток времени переход эмиттер-база транзистора 8 сместится в прямом направлении, что приведет к открытию транзистора 8, который в свою очередь обеспечивает открытие транзистора 9. Происходит лавинообразный процесс открытия транзисторов. Заряженные до некоторой величины напряжения конденсаторы 2 и 5 разряжаются через открытые транзисторы 8, 9 и через нагрузку 10. В дальнейшем транзисторы 8, 9 удерживаются в открытом состоянии током, обеспечиваемым токозадающим элементом 3. После открытия транзисторов и разряда конденсаторов реле времени подготовлено к формированию зависимой от длительности пускового сигнала выдержки времени.

При подаче на основную входную шину 11 пускового сигнала, например замыканием основной входной шины 11 на положительную шину питания, закрываются транзисторы 8, 9 схемы сравнения. Начинается заряд конденсатора 5 током, протекающим через токозадающий элемент 6 (участок ос совмещенных осциллограмм на фиг. 2А), а замкнутый через входную шину 11 конденсатор 2 не заряжается (участок оа совмещенных осциллограмм на фиг. 2А). При размыкании входной шины 11 с шиной питания, что соответствует окончанию пускового сигнала длительностью t_п, начинает заряжаться конденсатор 2 через токозадающий элемент 3. В случае одновременного с окончанием пускового сигнала замыкания дополнительной входной шины 12 на отрицательную шину питания, что и показано на совмещенных осциллограммах (см. фиг. 2А), начинает протекать ток через токоограничивающий элемент 13 и нагрузку 10. Это обеспечивает скачок напряжения (U₁) в точке соединения конденсатора 2 с нагрузкой 10 (участок ав совмещенных осциллограмм на фиг. 2А).

Величина скачка в основном определяется соотношением величин сопротивлений токоограничивающего элемента и нагрузки 10, так как в целях уменьшения величины емкости, сохраняя постоянную времени последовательно включенной цепи конденсатора 2 с токозадающим элементом 3, величина тока заряда конденсатора 2, а также и конденсатора 5, выбирается минимально возможной и несоизмеримой с током, протекающим через нагрузку 10 и токоограничивающий элемент 13. Процесс заряда конденсатора 2 через токозадающий элемент 3 отражает участок bc совмещенных осциллограмм на фиг. 2А.

При превышении напряжением на конденсаторе 2 напряжения на конденсаторе 5 транзисторы 8, 9 открываются, а конденсаторы разряжаются, формируя на нагрузке 10 выходной сигнал. Выдержка времени t_p в зависимости от t_п в этом случае определяется ординатой точки b графика на фиг. 2В. При длительностях пускового сигнала менее t₁ скачок напряжения (U₁), создаваемый токоограничивающим элементом 13 и нагрузкой 10 в момент замыкания входной шины 12 с шиной питания "минус", будет превышать всегда напряжение на конденсаторе 5 на участке od совмещенных осциллограмм (фиг. 2А), что сразу же приводит к открытию транзисторов 8, 9, а выдержка времени реле будет равна нулю. Зависимость t_p от t_п при длительностях t_п<t₁ отображена участком оа графика на фиг. 2В. При длительностях пускового сигнала >t₁ зависимость t_p от t_п отображена участком abc графика на фиг. 2В и определяется выражением
t_p= K*(t_п-t_p).

Таким образом, благодаря введению токоограничивающего элемента 13 и дополнительной входной шины 12, подключенной через токоограничивающий элемент к общей точке соединения емкостного входа одного из делителей напряжения (в данном случае делитель напряжения с меньшей постоянной времени) с нагрузкой, обеспечивается зависимость t_p от t_п, определяемая выражением
t_p= 0 при t_п<t₁ и t_p= K*(t_п-t₁₎ при t_п>t₁.

Поочередное замыкание входных шин 11, 12 с соответствующими шинами питания (при необходимости с перекрытием по времени или с требуемым интервалом времени между замыканиями, что может обеспечить дополнительные формы зависимости t_p от t_п) формирует периодический входной сигнал. В рассматриваемом случае может быть использован периодический входной сигнал, в котором длительность импульса обеспечивает замкнутое состояние входной шины 11 с положительной шиной питания, а длительность паузы обеспечивает замкнутое состояние шины 12 с отрицательной шиной питания.

Зависимость t_p= A-K*t_п, отображенную графиком на фиг. 3В, реле времени реализует также путем поочередного замыкания входных шин 11, 12 с соответствующими шинами питания после смены местами конденсатора 5 с токозадающим элементом 6 делителя напряжения 4. Совмещенные осциллограммы напряжений на выходе делителя напряжения 1 (oabc) и на выходе делителя напряжения 4 (о'с) представлены на фиг. 3А, где: U_п - напряжение питания реле времени; t'_p - выдержка времени при длительности пускового сигнала t_п, близкой к нулевому значению. Работа реле времени аналогична описанной по осциллограммам на фиг. 2А. Для формирования последующей выдержки времени необходимо разрядить конденсатор 5.

Зависимость t_p= A-K*t_п, отображенную графиком на фиг. 4В, реле времени реализует путем одновременного замыкания и размыкания входных шин 11, 12 с соответствующими шинами питания, причем время замкнутого состояния составляет t_п. Совмещенные осциллограммы напряжений на выходе делителя 1 представлены участками oabc, а на выходе делителя 4 - участком ос на фиг. 4А. Работа реле времени аналогична описанной. Разница заключается в том, что во время t_п конденсатор 2 перезаряжается на величину напряжения U₁, обеспечиваемую элементами 13 и 10, причем обкладка конденсатора, соединенная с элементами 13 и 10 принимает отрицательный потенциал. После окончания t_п, когда входные шины размыкаются от шин питания, обкладка конденсатора 2 с отрицательным потенциалом оказывается подключенной к положительной шине питания через нагрузку 10, вследствие чего положительный потенциал второй обкладки конденсатора 2 будет превышать потенциал положительной шины питания, а разность потенциалов в момент окончания t_п составит U₁. Время перезаряда конденсатора 2 может составлять несоизмеримо малую величину по отношению к постоянной времени делителя 1.

Зависимость t_p= A+K*t_п, отображенная графиком на фиг. 4В, может быть получена и при подключении дополнительной входной шины 12 через токоограничивающий элемент 10 к общей точке соединения емкостного входа делителя напряжения 4 с нагрузкой 10, постоянная времени которого превышает постоянную времени делителя 1. При этом требуется поочередное замыкание и размыкание входных шин 11, 12 с соответствующими шинами питания. Вариант такого выполнения схемы реле времени показан на фиг. 1 с указанием элементов 10, 12, 13 и их взаимосвязей пунктирными линиями. На фиг. 4А' представлены совмещенные осциллограммы напряжений на выходе делителя напряжения 1 (oo'c) и на выходе делителя напряжения 4 (oabc). Работа реле времени аналогична описанной по осциллограммам на фиг. 2А. Отличие заключается в том, что скачок напряжения (U₁) обеспечивается на выходе делителя напряжения 4.

На фиг. 5 представлены совмещенные осциллограммы напряжений на выходах делителей напряжения (А) и график зависимости t_p от t_п реле времени (В) по авт. св. N 1743320 при использовании в нем предлагаемого технического решения, в котором обеспечивается скачок напряжения, (U₁), аналогичный скачку, изображенному на фиг. 4А. Это позволяет получить зависимость t_p от t_п, определяемую выражением
t_p= A при t_п<t₁ и t_p= K*(t_п-t₁) при t_п>t₁.

Схемы сравнения могут быть выполнены по любым другим схемам, позволяющим по сигналу сравнения напряжений на конденсаторах 2, 5 формировать выходной сигнал, а в случае использования реле времени при периодическом входном сигнале, обеспечивающем также и разряд конденсаторов за отрезок времени от момента сравнения напряжений на конденсаторах до начала последующего пускового сигнала. (56) Авторское свидетельство СССР N 1743320, кл. Н 02 Р 5/04, 1988.

Использование: импульсная техника, система автоматического управления и контроля, например в системах зажигания для двигателей внутреннего сгорания. Предлагаемое реле времени обеспечивает расширение форм зависимостей выдержек времени от длительности пускового сигнала. Сущность: реле времени содержит два делителя напряжения, каждый из которых состоит из токозадающего элемента и конденсатора, схему сравнения, выполненную, например, на транзисторах, включенных по схеме эквивалента двухбазового диода, и подключенную к выходам делителей напряжения. Входы делителей соединены с шинами питания, а нагрузка включена последовательно с емкостным входом по меньшей мере одного из делителей напряжения. Входная шина соединена с выходом одного из делителей напряжения. Для расширения форм зависимостей выдержек времени от длительности пускового сигнала реле времени снабжено токоограничивающим элементом и дополнительной входной шиной, подключенной через токоограничивающий элемент к общей точке соединения емкостного входа одного из делителей напряжения с нагрузкой. 5 ил.

РЕЛЕ ВРЕМЕНИ , содеpжащее два делителя напpяжения, каждый из котоpых состоит из токозадающего элемента и конденсатоpа, схему сpавнения, подключенную к выходам делителей напpяжения, входы котоpых соединены с шинами питания, нагpузку, включенную последовательно с емкостным входом по меньшей меpе одного из делителей напpяжения, входную шину, соединенную с выходом одного из делителей напpяжения, отличающееся тем, что pеле вpемени снабжено токоогpаничивающим элементом и дополнительной входной шиной, подключенной чеpез токоогpаничивающий элемент к общей точке соединения емкостного входа одного из делителей напpяжения с нагpузкой.