ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1995 года по МПК H03K17/00 

Изобретение относится к автомобильной электронике и может быть использовано для плавного включения ламп указателей поворота транспортных средств.

Известны серийно-выпускаемые промышленностью контактно-транзисторные прерыватели поворотов РС950, РС951А, 23.3747, 231.3747, 49.3747, 491.3747, содержащие задающее устройство - генератор импульсов, исполнительное электромагнитное реле, блок электронной защиты, токовые реле [1].

Недостатком данных устройств является низкая надежность в связи с тем, что в момент включения ламп указателей поворота, когда их нити накала в холодном состоянии имеют малое (порядка 0,2 Ом) сопротивление, возникает бросок тока, который вызывает подгорание контактов исполнительного электромагнитного реле, переключателя поворота автомобиля и уменьшение срока службы ламп указателей поворота.

Известно переключающее устройство [2], содержащее генератор импульсов, электронный переключатель на транзисторах, триггерную защиту от КЗ на транзисторах, шины питания, переключатель поворота и нагрузку - лампы указателей поворота (прототип).

Недостатком известного переключающего устройства является работа его в режиме усиления проблескового эффекта нагрузочных ламп путем ускорения разогрева нитей накала ламп. Режим усиления проблескового эффекта и схема ограничения тока при включении ламп указателей поворота хотя и уменьшают выброс напряжения, на бросок тока является значительным. Он вызывает подгорание контактов переключателя поворотов, преждевременный выход из строя ламп указателей поворота.

Кроме того, во время переключения выходного транзистора из закрытого состояния в режим насыщения на нем выделяется значительная мощность, что приводит к перегреву и снижению надежности устройства, так как время перехода выходного транзистора из закрытого состояния в режим насыщения должно быть порядка 50 мс. Это время определяется постоянной ламп накаливания в режиме проблескового эффекта.

Задача изобретения заключается в создании переключающего устройства для включения ламп указателей поворота, имеющего высокий ресурс работы, повышенный срок службы переключателя поворота и ламп указателей поворота автомобиля.

Это достигается полным устранением проблескового эффекта при включении ламп указателей поворота путем плавного нарастания напряжения на нитях накала ламп указателей поворота.

Изобретение позволяет включать лампы указателей поворота переключателем поворота, когда напряжение на нитях накала ламп и контактах переключателя поворота отсутствует. Осуществляется бесконтактная коммутация. Такой режим работы переключающего устройства не вызывает броска тока в момент замыкания контактов переключателя поворотов, повышает срок службы переключателя поворота и ламп указателей поворота автомобиля.

Согласно изобретению в известное устройство, содержащее первую и вторую шину питания, переключатель поворота, лампы указателей поворота, генератор импульсов, состоящий из таймера, первого, второго и третьего резисторов, первого и второго конденсаторов и выходного транзистора, причем первый и второй входы таймера соединены с первым резистором и первым конденсатором, второй вывод первого резистора соединен с первым выходом таймера, а второй вывод первого конденсатора подключен к второй шине питания, третий и четвертый входы таймера соединены соответственно с первой и второй шинами питания, пятый вход таймера через второй конденсатор соединен с второй шиной питания, второй выход таймера подключен к базе выходного транзистора генератора импульсов, а через второй резистор соединен с первой шиной питания, эмиттер выходного транзистора соединен с второй шиной питания, а коллектор через третий резистор подключен к первой шине питания, и электронный переключатель, состоящий из выходного и переключающего транзисторов одного типа проводимости, управляющего транзистора другого типа проводимости, первого и третьего резисторов, ускоряющего конденсатора, причем база переключающего транзистора соединена с первым резистором и ускоряющим конденсатором, эмиттер соединен с второй шиной питания, а коллектор подключен к базе управляющего транзистора, а через второй резистор - к первой шине питания, причем коллектор управляющего транзистора соединен с базой выходного транзистора и первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен с эмиттером выходного транзистора, дополнительно введены дроссель, возвратный диод, накопительный конденсатор, токовое реле защиты от короткого замыкания с замыкающим контактом, токоограничительный резистор, широтно-импульсный модулятор (ШИМ), состоящий из таймера, первого и второго резисторов, первого и второго конденсаторов и диода, причем первый и второй входы которого соединены с первым и вторым резисторами и катодом диода, второй вывод первого резистора соединен с анодом диода и коллектором выходного транзистора генератора импульсов, второй вывод второго резистора через первый конденсатор соединен с выходом таймера, третий и четвертый входы таймера подключены к первой шине питания, пятый вход интегрального таймера подключен к второй шине питания, а шестой вход через второй конденсатор соединен с выходом таймера ШИМ и вторыми выводами первого резистора и ускоряющего конденсатора электронного переключателя, и узел фиксации момента замыкания переключателя поворота автомобиля, состоящий из транзистора, первого, второго, третьего, четвертого и пятого резисторов, токового реле с замыкающим контактом и конденсатора, причем эмиттер транзистора подключен к первой шине питания, а коллектор через последовательно соединенные первый и второй резисторы подключен к второй шине питания, база транзистора через последовательно соединенные третий резистор и замыкающий контакт токового реле соединена с второй шиной питания, а через четвертый резистор и параллельно с ним соединенный конденсатор подключена к первой шине питания, через пятый резистор соединена с первым выводом обмотки токового реле узла фиксации, второй вывод обмотки которого подключен к переключателю поворота, средняя точка соединения первого и второго резисторов соединена с шестым входом таймера генератора импульсов. При этом первый вывод обмотки дросселя подключен к эмиттеру выходного транзистора электронного переключателя и катоду возвратного диода, анод которого подключен к второй шине питания, второй вывод обмотки дросселя соединен с первым выводом обмотки токового реле защиты от короткого замыкания (КЗ), второй вывод обмотки которого соединен с первым выводом обмотки токового реле узла фиксации и положительной обкладкой накопительного конденсатора, отрицательная обкладка которого соединена с второй шиной питания, замыкающий контакт токового реле защиты от короткого замыкания одним выводом через токоограничительный резистор соединен с первой шиной питания, а вторым выводом - с первым и вторым входами таймера генератора импульсов.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема переключающего устройства.

Переключающее устройство содержит первую 1 и вторую 2 шины питания, переключатель 3 поворота, лампы 4 указателей поворота, генератор 5 импульсов, состоящий из таймера 6, первого 7, второго 8 и третьего 9 резисторов, первого 10 и второго 11 конденсаторов и выходного транзистора 12, электронный переключатель 13, состоящий из выходного 14 и переключающего 15 транзисторов одного типа проводимости, управляющего транзистора 16 другого типа проводимости, первого резистора 17 и ускоряющего конденсатора 18, второго резистора 19, третьего резистора 20, дроссель 21, возвратный диод 22, накопительный конденсатор 23, токовое реле 24 защиты от короткого замыкания с замыкающим контактом 25, токоограничительный резистор 26. Кроме того, устройство содержит широтно-импульсный модулятор (ШИМ) 27, состоящий из таймера 28, первого резистора 29, диода 30, второго резистора 31, первого 32 и второго 33 конденсаторов, и узел 34 фиксации момента замыкания переключателя поворота автомобиля, состоящий из транзистора 35, последовательно соединенных первого 36 и второго 37 резисторов, последовательно соединенных третьего резистора 38 и замыкающего контакта 39 токового реле 40, четвертого резистора 41 и параллельно с ним соединенного конденсатора 42 и пятого резистора 43. В цепь нагрузки может быть включен узел 44 контроля обрыва ламп указателей поворота.

Устройство работает следующим образом.

При замыкании переключателем 3 левого или правого замыкающего контакта через последовательно соединенные четвертый 41 и пятый 43 резисторы узла 34 момента замыкания переключателя 3 автомобиля, замкнутый контакт переключателя 3 и лампы 4 протекает ток, определяемый в основном величинами сопротивлений четвертого 41 и пятого 43 резисторов узла 34. Величина этого тока составляет порядка 2 мА и не оказывает существенного влияния на работу контактов переключателя 3 и ламп 4 автомобиля. Лампы не горят. На четвертом резисторе 41 узла 34 от протекающего тока создается падение напряжения, достаточное для открывания транзистора 35 узла 34. Транзистор 35 открывается. Через открытый транзистор 35 и последовательно соединенные первый 36 и второй 37 резисторы, включенные в коллекторную цепь транзистора 35, течет ток, величина которого определяется сопротивлением двух последовательно соединенных первого 36 и второго 37 резисторов и составляет порядка 1 мА. При прохождении этого тока на втором резисторе 37 узла 34 создается падение напряжения, пропорциональное величине тока. Это напряжение прикладывается к шестому входу таймера 6 генератора 5 и запускает таймер 6, который был выключен нулевым потенциалом второй шины 2 питания (фиг. 2а). Таймер 6 генератора 5 формирует положительный прямоугольный импульс, длительность которого определяется величинами времязадающих первого резистора 7 и первого конденсатора 8 и составляет 0,5 с (фиг. 2б). Второй конденсатор 11 придает таймеру 6 устойчивость в работе. Положительный сигнал с выхода таймера 6 инвертируется выходным транзистором 12 генератора 5. Второй 8 и третий 9 резисторы являются соответственно нагрузками таймера 6 и выходного транзистора 12 генератора импульсов 5.

Отрицательный импульс с коллектора выходного транзистора 12 генератора 5 через первый резистор 29 и параллельно с ним соединенный диод 30 ШИМ 27 поступает на первый и второй входы таймера 28 ШИМ 27 и запускает его. ШИМ 27 на выходе таймера 28 формирует импульсы, длительность которых постепенно увеличивается вплоть до перехода в положительный уровень напряжения питания шины (фиг. 2в). Время формирования импульсов определяется величинами первого 29 и второго 31 резисторов и первого конденсатора 32 ШИМ 27. Время формирования импульсов должно быть больше времени разогрева ламп указателей поворота. Частота импульсов задается емкостью второго конденсатора 33.

Импульсы с выхода ШИМ 27 через первый резистор 17 и параллельно с ним соединенный ускоряющий конденсатор 18 поступают на базу переключающего транзистора 15 электронного переключателя 13. Переключающий транзистор 15, управляющий транзистор 16 и выходной транзистор 14 электронного переключателя 13 усиливают по току сигнал с выхода ШИМ 27. Второй резистор 19 является нагрузочным резистором переключающего транзистора 15.

Для уменьшения времени закрывания выходного транзистора 14 электронного переключателя 13 установлен третий резистор 20. Импульсы с эмиттера выходного транзистора 14 электронного переключателя 13 подаются на дроссель 21 и катод возвратного диода 22, который используется для их фильтрации, обеспечивая накопление энергии импульсов индуктивностью дросселя 21. Энергия, накопленная в дросселе 21, через обмотку токового реле защиты от КЗ 24 поступает на положительную обкладку накопительного конденсатора 23, на котором формируется плавно нарастающее напряжение, пропорциональное длительности импульса, генерируемого ШИМ 27 (фиг. 2г). Кроме того, накопительный конденсатор 23 и дроссель 21 сглаживают пульсации импульсов ШИМ 27. Плавно нарастающее напряжение с положительной обкладки накопительного конденсатора 23 через обмотку токового реле 40 узла 34 и замкнутые контакты переключателя 3 поступает на лампы 4, нити которых постоянно разогреваются. Проблесковый эффект при таком формировании напряжения на нитях ламп 4 отсутствует. Устраняется бросок тока при включении холодных ламп 4. По мере нарастания тока в лампах указателей поворота срабатывает токовое реле 40 узла фиксации 34 (иг. 2д), которое контактом 39 через третий резистор 36 ставит на блокировку на все время действия положительного импульса генератора 5 транзистор 35, так как ток, протекающий через делитель, образованный четвертым 41 и пятым 43 резисторами узла 34, в режиме насыщения выходного транзистора 14 электронного переключателя 13 становится недостаточным для удержания транзистора 35 узла 34 в открытом состоянии. Конденсатор 42 удерживает транзистор 35 в открытом состоянии на время срабатывания токового реле 40 узла 34.

При формировании генератором 5 отрицательного импульса ШИМ 27 также формирует отрицательный импульс, который закрывает переключающий 15, управляющий 16 и выходной 14 транзисторы электронного переключателя 13. Напряжение снимается с ламп указателей поворота и они гаснут. При прохождении следующего положительного импульса цикл повторяется.

Токовое реле 24 с замыкающим контактом 25 и токоограничительным резистором 26 образует защиту от КЗ в нагрузке 4. Так как в качестве исполнительного элемента в токовом реле защиты от КЗ используется магнитоуправляемый геркон типа КЭМ-2Б с временем срабатывания не более 0,5 мс и дроссель 21 не позволяет мгновенно нарасти току КЗ в нагрузке, то схема защиты от КЗ надежно срабатывает как в режиме КЗ, так и в режиме превышения тока нагрузки ламп указателей поворота. При КЗ ток в обмотке токового реле 24 становится достаточным для его срабатывания. Замыкается контакт 25 токового реле защиты от КЗ 24 и через резистор 26 первый и второй выводы таймера 6 генератора 5 подключается к первой шине питания. Выходной транзистор 12 генератора 5 формирует положительный импульс, который через диод 30 ШИМ 27, включенный в прямом направлении, поступает на первый и второй входы таймера 28 ШИМ 27, мгновенно выключая его. На выходе ШИМ 27 формируется отрицательный импульс, закрывающий транзисторы электронного переключателя 13. Схема автоматически начинает функционировать при устранении режима КЗ.

Таким образом, введение в переключающее устройство широтного импульсного модулятора (ШИМ), узла фиксации замыкания переключателя поворота, дросселя, возвратного диода, токового реле защиты от КЗ, накопительного конденсатора и токоограничительного резистора позволяет устранить вредный для ламповых нагрузок проблесковый эффект при их включении. С устранением проблескового эффекта при включении ламп указателей поворота полностью исчезает бросок тока, вызывающий подгорание контактов переключателя поворота и снижение срока службы ламп указателей поворота.

Изобретение может быть использовано в устройствах автомобильной электроники для плавного включения ламп указателей поворота. Переключающее устройство содержит первую 1 и вторую 2 шины питания, переключатель поворота 3, лампы указателей поворота 4, генератор импульсов 5, электронный переключатель 13, а также дополнительно широтно-импульсный модулятор (ШИМ) 27, узел фиксации 34 момента замыкания переключателя поворота 3 автомобиля, дроссель 21, возвратный диод 22, накопительный конденсатор 23, токовое реле защиты от короткого замыкания (КЗ) 24 с замыкающим контактом 25 и токоограничительный резистор 26, что позволяет устранить проблесковый эффект при включении ламп. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее первую и вторую шины питания, переключатель поворота, лампы указателей поворота, генератор импульсов и электронный переключатель, при этом переключатель поворота через лампы указателей поворота соединен с одной из шин питания, отличающееся тем, что для устранения проблескового эффекта при включении ламп указателей поворота путем плавного нарастания напряжения на нитях ламп указателей поворота, введены дополнительно дроссель, возвратный диод, накопительный конденсатор, токовое реле защиты от короткого замыкания с замыкающим контактом, токоограничительный резистор, широтно-импульсный модулятор, состоящий из таймера, первого и второго резисторов, первого и второго конденсаторов и диода, причем первый и второй входы таймера соединены с первым и вторым резисторами и катодом диода, второй вывод первого резистора соединен с анодом диода и выходом генератора импульсов, второй вывод второго резистора через первый конденсатор подключен к первой шине питания, пятый вход таймера подключен к второй шине питания, а шестой вход через второй конденсатор соединен с выходом таймера широтно-импульсного модулятора и входом электронного переключателя, а также узел фиксации момента замыкания переключателя поворота, состоящий из транзистора, первого, второго, третьего, четвертого и пятого резисторов, токового реле с замыкающим контактом и конденсатора, причем эмиттер транзистора подключен к первой шине питания, а коллектор через последовательно соединенные первый и второй резисторы подключен к второй шине питания, база транзистора через последовательно соединенные третий резистор и замыкающий контакт токового реле соединена с второй шиной питания, а через четвертый резистор и параллельно с ним соединенный конденсатор подключена к первой шине питания, через пятый резистор соединена с первым выводом обмотки токового реле узла фиксации момента замыкания переключателя поворота, второй вывод обмотки которого подключен к переключателю поворота, средняя точка соединения первого и второго резисторов соединена с первым входом генератора импульсов, причем первый вывод обмотки дросселя подключен к выходу электронного переключателя и к катоду возвратного диода, анод которого подключен к второй шине питания, второй вывод обмотки дросселя соединен с первым выводом обмотки токового реле защиты от короткого замыкания, второй вывод обмотки которого соединен с первым выводом обмотки токового реле узла и фиксации момента замыкания переключателя поворота и одной из обкладок накопительного конденсатора, другая обкладка которого соединена с второй шиной питания, замыкающий контакт токового реле защиты от короткого замыкания одним выводом через токоограничительный резистор соединен с первой шиной питания, а вторым выводом - с вторым и третьим входами генератора импульсов. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что генератор импульсов содержит таймер, первый, второй и третий резисторы, первый и второй конденсаторы и выходной транзистор, причем первый и второй входы таймера являются вторым и третьим входами генератора импульсов соответственно и соединены с первым резистором и первым конденсатором, второй вывод первого резистора соединен с первым выходом таймера, а второй вывод первого конденсатора подключен к второй шине питания, третий и четвертый входы таймера соединены соответственно с первой и второй шинами питания, пятый вход таймера через второй конденсатор соединен с второй шиной питания, шестой вход таймера является первым входом генератора импульсов, второй выход таймера подключен к базе выходного транзистора, а через второй резистор соединен с первой шиной питания, эмиттер выходного транзистора соединен с второй шиной питания, а коллектор через третий резистор соединен с первой шиной питания и является выходом генератора импульсов. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электронный переключатель содержит выходной и переключающий транзисторы одного типа проводимости, управляющий транзистор другого типа проводимости, первый, второй и третий резисторы, ускоряющий конденсатор, причем база переключающего транзистора соединена через первый резистор и ускоряющий конденсатор с входом электронного переключателя, эмиттер соединен с второй шиной питания, а коллектор подключен к базе управляющего транзистора, а через второй резистор - к первой шине питания, причем коллектор управляющего транзистора соединен с базой выходного транзистора и первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен с эмиттером выходного транзистора, который является выходом электронного переключателя, причем эмиттер управляющего и коллектор выходного транзисторов соединены с первой шиной питания.