РЕЛЕ ВРЕМЕНИ Российский патент 1997 года по МПК H01H47/18 

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, содержащее эквивалент двухбазового диода на вспомогательном транзисторе, эмиттер которого соединен с первым полюсом источника питания, и измерительном транзисторе, основной конденсатор, включенный через нагрузку между эмиттером измерительного транзистора 4 и одним из полюсов источника питания, зарядный токозадающий элемент, выход которого подключен к эмиттеру измерительного транзистора, основную и дополнительную входные шины, делитель напряжения, подключенный между основной входной шиной и одним из полюсов источника питания, управляемый ключ, выходная цепь которого подключена первым выводом к эмиттеру измерительного транзистора, а вторым выводом к первому полюсу источника питания, одновибратор и токоограничивающий элемент, подключенный первым выводом к выходу (коллектор транзистора 13) одновибратора.

Известное реле времени предназначено для решения логической задачи сравнения времени задержки реле с длительностью команды запуска и с длительностью интервала времени между задним фронтом предыдущей команды запуска и передним фронтом последующей и формирования исполнительной команды в зависимости от результата сравнения.

Недостатком известного реле времени является то, что время задержки реле не зависит от частоты следования команд запуска, так как выходное напряжение на выходе делителя напряжения (6, 7) в процессе работы реле остается неизменным и обеспечивает строго определенное время задержки реле. Это не позволяет изменять фазу переднего фронта выходного сигнала реле по отношению к входному с изменением частоты команд запуска, а значит, сужает область его применения и оно, например, не может быть использовано в системах зажигания для ДВС, где требуется определенный закон изменения фазы выходного сигнала, а значит, угла опережения зажигания.

Цель изобретения расширение функциональных возможностей реле времени в части формирования переднего фронта выходного сигнала с требуемой фазой при изменяющейся частоте следования команд запуска.

Цель достигается тем, что реле времени, содержащее эквивалент двухбазового диода на вспомогательном транзисторе, эмиттер которого соединен с первым полюсом источника питания, и измерительном транзисторе, основной конденсатор, включенный через нагрузку между эмиттером измерительного транзистора и одним из полюсов источника питания, зарядный токозадающий элемент, выход которого подключен к эмиттеру измерительного транзистора, основную и дополнительную входные шины, делитель напряжения, подключенный между основной входной шиной и одним из полюсов источника питания, управляемый ключ, выходная цепь которого подключена первым выводом к эмиттеру измерительного транзистора, а вторым выводом к первому полюсу источника питания, одновибратор и токоограничивающий элемент, подключенный первым выводом к выходу одновибратора, снабжено дополнительным конденсатором, подключенным через нагрузку между базой измерительного транзистора и эмиттером вспомогательного транзистора, дополнительная входная шина соединена с выходом делителя напряжения, вход управляемого ключа соединен с основной входной шиной, второй вывод токоограничивающего элемента подключен к входу управляемого ключа, а входная цепь одновибратора подключена между базой измерительного транзистора и вторым полюсом источника питания.

На фиг. 1 представлено реле времени с одним видом проводимости используемых в реле времени транзисторов; на фиг. 2 то же с другим типом проводимости соответствующих транзисторов.

Реле времени (фиг. 1) содержит эквивалент двухбазового диода на измерительном транзисторе 1 и вспомогательном транзисторе 2. Дополнительный конденсатор 3 включен через нагрузку 4 между базой измерительного транзистора 1 эмиттером вспомогательного транзистора 2. Основной конденсатор 5 включен через нагрузку между эмиттером измерительного транзистора 1 и одним из полюсов источника питания. Реле времени содержит также зарядный токозадающий элемент 6 конденсатора 5 и одновибратор 7. Первый вывод 8 выходной цепи управляемого ключа 9 соединен с эмиттером измерительного транзистора 1, второй вывод 10 выходной цепи ключа соединен с первым полюсом источника питания, а вход управления 11 ключа 9 подключен к основной входной шине 12, соединенной через делитель напряжения 13 на резисторах 14, 15 с одним из полюсов источника питания. Выход 16 делителя напряжения 13 соединен с дополнительной входной шиной 17. К выходу 18 одновибратора 7 подключен первым выводом токоограничивающий элемент 19, второй вывод которого соединен с входом управления 11 ключа 9. Входная цепь 20 одновибратора 7 подключена между базой измерительного транзистора 1 и вторым полюсом источника питания. Первая шина питания 21 одновибратора соединена с первым полюсом источника питания. Вторая шина питания 22 одновибратора соединена с вторым полюсом источника питания. Управляемый ключ выполнен, например, на транзисторе 23, выходной цепью которого является участок эмиттер-коллектор, а входом управления является база. Одновибратор выполнен, например, на первом резисторе 24, втором резисторе 25, RC-цепи 26 и транзисторе 27. RC-цепь выполнена, например, из включенных последовательно конденсатора 28 и резистора 29.

Одновибратор реле времени (фиг. 2) дополнительно может содержать третий резистор 30, четвертый резистор 31, пятый резистор 32, первый диод 33 и второй диод 34.

Реле времени (фиг. 1) работает следующим образом.

При подключении реле времени к источнику питания и отсутствии сигналов на основной и дополнительной входных шинах (например, входные шины отключены от источников сигналов) выходная цепь управляемого ключа 9 находится в проводящем состоянии благодаря протеканию тока через делитель 13 на вход ключа, что исключает заряд конденсатора 5 током, обеспечиваемым элементом 6. С момента подачи напряжения одновибратор 7 принимает устойчивое состояние, при котором выход 18 одновибротора проводит дополнительный ток на вход ключа 9 через токоограничивающий элемент 19 (транзистор 27 одновибратора открыт током, протекающим через резистор 24). Начинает заряжаться конденсатор 3 током, протекающим через входную цепь одновибратора 7.

Решение логической задачи сравнения времени задержки реле с длительностью команды запуска происходит при подаче на основную входную шину 12 импульса команды запуска (например, замыканием шины 12 с первым полюсом источника питания, что соответствует переднему фронту импульса запуска) длительностью, превышающей время выдержки реле, при этом прекращается протекание тока через резистор 14, а также и через токоограничивающий элемент 19 на вход управления 11 ключа 9, который закрывается и начинается заряд конденсатора 5 током, обеспечиваемым элементом 6. В процессе заряда конденсатора 5 через определенный отрезок времени напряжение на конденсаторе 5 превысит напряжение на конденсаторе 3 и участок эмиттер-база транзистора 1 сместится в прямом направлении, что приведет к открытию транзистора 1, который в свою очередь обеспечивает открытие транзистора 2. Происходит лавинообразный процесс открытия транзисторов 1 и 2. Заряженные конденсаторы 3 и 5 разряжаются через открытые транзисторы 1, 2 и через нагрузку 4, формируя на ней выходной импульс. После разряда конденсаторов 3 и 5 транзисторы 1 и 2 остаются открытыми током, протекающим с выхода элемента 6. При длительности команды запуска менее длительности задержки реле выходной импульс на нагрузке отсутствует. Таким образом происходит сравнение времени задержки реле с длительностью команды запуска. Открытый транзистор 2 за время действия импульса управления на входной шине 12 обеспечивает подготовку одновибратора 7 к формированию выдержки времени (происходит заряд конденсатора 28 RC-цепи 26 через резистор 29 и переход эмиттер-база транзистора 27) и решению логической задачи сравнения времени выдержки одновибратора с длительностью интервала времени между задним фронтом предыдущей команды запуска на шине 12 и передним фронтом последующей команды на шине 17.

Это происходит после окончания команды запуска на основной входной шине 12 (например размыканием шины 12 с первым полюсом источника питания). В связи с этим открывается управляемый ключ 9 током, протекающим через делитель напряжения 13, транзисторы 1, 2 закрываются. Начинает заряжаться конденсатор 3 через резистор 25, а одновибратор 7 начинает формировать выдержку времени, исключив на время выдержки протекание тока на вход управления ключа 9 через токоограничивающий элемент 19 (по мере заряда конденсатора 3 конденсатор 28 обкладкой, заряженной практически до потенциала первого полюса источника питания подключается к второму полюсу источника питания через резисторы 29, 25 и перезаряжается по цепи: второй полюс источника питания, резисторы 25, 29, резистор 24, первый полюс источника питания, обеспечивая смещение участка база-эмиттер транзистора 27 в обратном направлении и его закрытие).

Время закрытого состояния транзистора 27 определяется временем перезаряда конденсатора 28 до напряжения, при котором участок база эмиттер транзистора 27 сместится в прямом направлении и транзистор откроется. Это время и определяет выдержку времени одновибратора. Если интервал времени между вышеуказанными фронтами меньше, чем выдержка времени одновибратора, на величину выдержки времени реле, то в момент появления импульса команды запуска на шине 17 (например, замыканием шины 17 с первым полюсом источника питания, что соответствует переднему фронту импульса последующей команды запуска) закрывается транзистор 23 и после заряда конденсатора 5 с выхода элемента 6 происходит открытие транзисторов 1, 2 и формирование выходного сигнала на нагрузке, аналогичное вышеописанному. В противном случае выходной сигнал на нагрузке отсутствует в течение действия команды определенной длительности по входной шине 17.

Таким образом, при определенных условиях на нагрузке 4 появляются 2 выходных импульса, первый из которых соответствует превышению длительности первой команды запуска над длительностью задержки времени реле, а второй - превышению длительности второй команды над длительностью задержки времени реле при интервале времени между вышеуказанными фронтами меньше заданного.

При периодических синхронных импульсных команда запуска на шинах 12, 17 в определенном фазовом соотношении и выполнении этих же условий в течение каждого периода на нагрузке 4 формируются 2 выходных импульса, один из которых формируется в течение команды запуска по шине 12, а второй в течение команды запуска по входу 17.

Если при выбранном фазовом соотношении команд, когда формируются два выходных импульса, увеличить период следования команд (уменьшить частоту), то на нагрузке 4 формирования выходного импульса в течение команд запуска на шине 17 прекращается. Это произойдет когда интервал времени между задним фронтом команд по шине 12 и передним фронтом команд по шине 17 превысит выдержку времени одновибратора за вычетом времени задержки реле. При увеличении частоты (уменьшении периода при тех же фазовых соотношениях команд) возобновится формирование выходного импульса в течение действия команды по шине 17. В случае увеличения частоты приходящих команд и достижения ею величины, когда интервал времени между задним фронтом предыдущей команды по шине 17 и передним фронтом последующей команды по той же шине будет меньше выдержки времени одновибратора на величину времени задержки реле, выходной импульс будет формироваться независимо от наличия команд запуска по шине 12. Таким образом можно решать задачу сравнения выдержки времени одновибратора с длительностью интервала между задним фронтом предыдущей команды запуска и передним фронтом последующей команды на входной шине 17 (а соответственно, частоты), причем при увеличении длительности интервала между вышеуказанными фронтами (уменьшении частоты) после момента сравнения на нагрузке прекращается формирование выходного сигнала.

С изменением частоты следования команд запуска изменяется и величина напряжения на дополнительном конденсаторе 3, до которой успевает он зарядиться током, протекающим через входную цепь одновибратора, что приводит к изменению порога открытия транзисторов 1 и 2, а значит, и к изменению времени задержки реле, благодаря чему изменяется зависимость фазы переднего фронта выходного импульса на нагрузке по отношению к переднему фронту команд запуска от частоты входного сигнала. Изменением сопротивления входной цепи одновибратора обеспечивается формирование переднего фронта выходного сигнала с требуемой фазой при изменяющейся частоте следования команд запуска, что расширяет функциональные возможности реле.

Таким образом, выходные импульсы предлагаемого реле времени могут быть использованы для получения импульсов управления системой зажигания для ДВС при периодических командах запуска на шинах 12, 17 от датчика на коленвалу с требуемым сдвигом фаз и с соответствующей длительностью, причем при частоте следования команд запуска ниже определенной (например, ниже частоты вращения коленвала, соответствующей оборотам холостого хода ДВС) реле формирует выходные импульсы с соответствующей фазой только в течение длительности команд запуска по шине 12 (поздний угол зажигания), а выше определенной частоты в течение длительности команд запуска и по шине 17 (ранний угол зажигания). При наличии разнополярных входных сигналов с необходимым сдвигом фаз от одного датчика (это обеспечивается магнитоэлектрическим датчиком в системах зажигания при воздействии отметчика) входные шины 12 и 17 могут быть объединены с помощью формирователя, например, как показано пунктирными линиями на фиг. 2.

Кроме того, подключение конденсатора 3 через нагрузку между базой измерительного транзистора и эмиттером вспомогательного транзистора обеспечивает высокую помехоустойчивость реле времени по цепям питания и позволяет получить более мощный выходной сигнал на нагрузке при прочих равных условиях, определяемый дополнительно еще и током разряда конденсатора 3.

Как изображено на фиг. 2, одновибратор реле времени может быть выполнен с использованием третьего резистора 30, включенного между первой шиной питания и общей точкой соединения RC-цепи 29 и второго резистора 25. Это позволяет уменьшить предельную величину напряжения на конденсаторе 3 и обеспечить превышение его напряжением на конденсаторе 5 при любых условиях от одного источника питания.

Одновибратор может быть выполнен с использованием первого диода 33, причем общая точка соединения второго вывода RC-цепи 26 и второго резистора 25 соединена с входной шиной 20 одновибратора 7 через первый диод, включенный в прямом направлении. Это позволяет исключить разряд конденсатора 3 на входную цепь одновибратора 7 при пульсациях напряжения, которые могут достигать 100% от напряжения питания. Дополнительно диод 33 обеспечивает температурную компенсацию измерительного транзистора 1. В этом случае реле времени работоспособно при питании его от пульсирующего напряжения с однополупериодным выпрямлением фазного переменного напряжения генератора транспортного средства.

Одновибратор может быть выполнен с использованием четвертого резистора 31, пятого резистора 32 и второго диода 34. Общая точка эмиттера транзистора 27 одновибратора 7 и второго резистора 25 соединена во второй шиной питания одновибратора через четвертый резистор 31, а первый вывод RC-цепи 26 соединен с базой транзистора 27 одновибратора 7 через пятый резистор 32 и с второй шиной питания 22 одновибратора через второй диод 34, включенный в прямом направлении. Во время выходного импульса реле времени, сформированного по сигналу на входной шине 17, одновибратор переходит в состояние, при котором транзистор 27 открывается и открывает транзистор 23, который, в свою очередь, благодаря положительной обратной связи между ними выключает транзистор 27. При наличии конденсаторов 3, 5 такое взаимодействие между транзисторами приводит к возникновению автоколебательного режима в интервале длительности входного сигнала на шине 17, нежелательного в некоторых областях применения реле времени. Для исключения автоколебательного режима в цепь эмиттера транзистора 27 введен резистор 31, образующий делитель напряжения питания совместно с диодом 33, резистором 25 и участком эмиттер-коллектор транзистора 2 при открытом его состоянии. Выделяющееся на резисторе 31 в этом случае напряжение удерживает транзистор 27 в закрытом состоянии при фиксации напряжения на его базе с помощью делителя на диоде 34 и резисторах 32, 34.

Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться в системах автоматического управления и контроля, например в системах зажигания для двигателей внутреннего сгорания. Предлагаемое реле времени обеспечивает расширение области его применения. Реле времени содержит эквивалент двухбазового диода на измерительном и вспомогательном транзисторах 1,2, основной конденсатор 3, зарядный токозадающий элемент 6 конденсатора 3, одновибратор 7, основную 12 и дополнительную 17 входные шины, делитель напряжения 13, подключенный между шиной 12 и одним из полюсов источника питания, управляемый ключ 9, токоограничивающий элемент 19. Для расширения области применения реле времени снабжено дополнительным конденсатором 5, подключенным через нагрузку между базой транзистора 1 и эмиттером транзистора 2, шина 17 подключена к выходу делителя 13, вход ключа соединен с шиной 12, выход одновибратора соединен через элемент 19 с входом ключа 9, а входная цепь одновибратора подключена между базой транзистора 1 и вторым полюсом источника питания. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Реле времени, содержащее делитель напряжения, первый вывод которого соединен с первым полюсом источника питания, второй вывод с основной входной шиной, первый и второй транзисторы, база первого из которых соединена с коллектором второго транзистора, база которого соединена с коллектором первого транзистора, основной конденсатор, первая обкладка которого связана с первым выводом нагрузки, а вторая обкладка с эмиттером первого транзистора и первым выводом управляемого ключа, токозадающий элемент, первый вывод которого связан с первым полюсом источника питания, второй вывод с эмиттером первого транзистора, токоограничивающий элемент, первый вывод которого соединен с выходом одновибратора, дополнительную входную шину, отличающееся тем, что в него введен дополнительный конденсатор, первая обкладка которого связана с первым выводом нагрузки, вторая обкладка с входом одновибратора и базой первого транзистора, эмиттер второго транзистора связан с вторым выводом нагрузки, вторым полюсом источника питания и вторым выводом управляемого ключа, вход которого соединен с вторым выводом токоограничивающего элемента и основной входной шиной, а дополнительная входная шина соединена со средней точкой делителя напряжения. 2. Реле по п. 1, отличающееся тем, что одновибратор содержит транзистор типа p n p, база которого через RC-цепь соединена с входом одновибратора и первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с эмиттером транзистора, коллектор которого является выходом одновибратора, а база соединена с первым выводом второго резистора, второй вывод которого и эмиттер транзистора являются выводами питания одновибратора. 3. Реле по п. 1, отличающееся тем, что одновибратор содержит транзистор типа p n p, база которого через первый резистор соединена с анодом первого диода и через RC-цепь с катодом второго диода и первыми выводами второго и третьего резисторов, причем анод второго диода является входом одновибратора, второй вывод второго резистора является одним выводом питания одновибратора и через четвертый резистор соединен с базой транзистора, второй вывод третьего резистора соединен с эмиттером транзистора и через пятый резистор с катодом первого диода, который является другим выводом источника питания одновибратора, коллектор транзистора является выходом одновибратора.