КОММУТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2009 года по МПК H03K17/00 

Изобретение относится к области автоматики и импульсной техники.

Известно устройство, предназначенное для генерации импульсов (см. АС СССР №1182631, приоритет 04.04.1983, кл. Н03К 5/01, «Генератор импульсов», Г.В.Бухалов, опубл. 30.07.93, БИ №28), содержащее управляющий ключ, переменный резистор, катушку индуктивности, электролитический конденсатор, выпрямительный диод, контакты геркона, нагрузочное сопротивление, вывод шины питания «плюс» и «минус», (управляющий ключ первым выводом соединен с шиной «плюс»), последовательно соединенные элементы, резистор, катушку индуктивности, выпрямительный диод, нагрузочное сопротивление, соединенное вторым выводом с шиной «минус». Параллельно резистору и катушке индуктивности присоединен электрический конденсатор, подключенный своей положительной обкладкой ко второму выводу управляющего ключа и первому выводу (катоду) диода. Параллельно резистору, катушке и диоду подключены контакты геркона, первый вывод которого подключен ко второму выводу ключа и первым выводам резистора и конденсатора, а второй вывод - к аноду диода.

Недостатками данного устройства для генерации импульсов являются: ограниченный ресурс работы устройства в связи с использованием герконового реле; ограничение коммутационного тока, поступающего в нагрузку в связи с малой мощностью контактов реле, зависимость частоты генерируемых импульсов от напряжения питания схемы.

Наиболее близким по технической сущности является переключающее устройство для включения ламп указателей поворота (см. АС СССР №1539983, Н03К 17/00 «Переключающее устройство». В.А.Заводин, В.Г.Зырянов, опубл. 27.02.95, БИ №6), содержащее первую и вторую шины питания, переключатель поворота, лампы указателей поворота, генератор импульсов, электронный переключатель, а также широтно-импульсный модулятор (ШИМ), узел фиксации момента замыкания переключателя поворота автомобиля, дроссель, возвратный диод, накопительный конденсатор, токовое реле защиты от короткого замыкания (КЗ) с замыкающим контактом и токоограничивающий резистор.

Недостатками данного переключающего устройства являются: высокая сложность, ограниченный ресурс работы, связанный с применением двух реле, зависимость частоты генерируемых импульсов от напряжения питания схемы и сопротивления нагрузки (ламп).

Технический результат заключается в повышении надежности устройства и стабильности параметров генерируемых импульсов.

Данный технический результат достигается тем, что в коммутирующем устройстве, содержащем первую и вторую шины питания, к последней из которых подключены анод первого диода и первый вывод накопительного конденсатора, второй диод, генератор импульсов, электронный переключатель, новым является то, что дополнительно введены пороговый элемент и стабилизатор напряжения, выход которого соединен с последовательно соединенными генератором импульсов, пороговым элементом и электронным переключателем, выход которого соединен со второй шиной питания, вторым входом генератора импульсов и первым входом стабилизатора напряжения, второй вход которого соединен со вторым выводом накопительного конденсатора и катодом второго диода, анод которого соединен с катодом первого диода и первой шиной питания, к которой подключен второй вход электронного переключателя.

За счет исключения реле и уменьшения количества внешних линий связи для подключения устройства до двух повышается надежность устройства. Введение стабилизатора напряжения в цепь питания генератора импульсов и введение порогового элемента в выходную цепь генератора повышает стабильность параметров генерируемых импульсов.

На чертеже приведена схема коммутирующего устройства.

Коммутирующее устройство содержит первую 1 и вторую 2 шины питания, первый 3 и второй 4 диоды, накопительный конденсатор 5, стабилизатор 6 напряжения, генератор 7 импульсов, пороговый элемент 8, электронный переключатель 9, нагрузку (лампа) 10, линии «+» и «-» источника питания.

Первая шина 1 питания подключена к аноду второго диода 4, к катоду первого диода 3 и ко второму входу электронного переключателя 9. Выход электронного переключателя 9 подключен ко второй шине 2 питания, аноду первого диода 3, первому входу питания генератора 7 импульсов, первому входу стабилизатора 6 напряжения, первому выводу накопительного конденсатора 5. Второй вывод накопительного конденсатора 5 соединен с катодом второго диода 4 и вторым входом стабилизатора 6 напряжения. Выход стабилизатора 6 напряжения соединен со вторым входом питания генератора 7 импульсов, выход которого соединен через пороговый элемент 8 с первым входом (управляющим входом) электронного переключателя 9. Нагрузка 10 подключается между «+» источника питания и первой шиной 1 питания. Ко второй шине 2 питания подключается «-» источника питания.

Стабилизатор 6 напряжения может быть выполнен по схеме параметрического стабилизатора напряжения («Стабилизированные источники питания радиоаппаратуры», Г.П.Вересов, Ю.Л.Смуряков, 1978 г., стр.46, рис.2-4).

В качестве генератора 7 импульсов может быть использовать мультивибратор на двух инверторах («Импульсные устройства на микросхемах», Е.А.Зельдин, 1991 г. стр.86 рис.5.4).

В качестве порогового элемента 8 можно использовать стабистор.

Коммутирующее устройство работает следующим образом.

Коммутирующее устройство (см. чертеж) имеет только две внешние линии связи - первую 1 и вторую 2 шины питания, использующиеся как для подключения нагрузки 10, так и для подачи напряжения питания на устройство. Положительный потенциал от источника питания через нагрузку 10 (лампу) поступает на первую шину 1 питания, на вторую шину 2 питания поступает отрицательный потенциал. В начальный момент времени после поступления напряжения на шины питания через сопротивление спирали лампы 10 течет разогревающий спираль ток, определяемый зарядом накопительного конденсатора 5 и рабочим током стабилизатора 6 напряжения. Ток, разогревающий спираль лампы перед ее включением на полную мощность, устраняет проблесковый эффект, который возникает при включении лампы с холодной спиралью на полную мощность и который сокращает срок службы лампы. Электронный переключатель 9 в начальный момент закрыт. Его закрытие обеспечивает стабистор 8, на время пока напряжение питания генератора 7 импульсов не достигнет рабочего значения. Если напряжение питания имеет плавный фронт нарастания, генератор 7 импульсов в нерабочей зоне напряжения питания может выдать несанкционированный сигнал на открытие электронного переключателя 9. Данный несанкционированный сигнал будет подавлен стабистором 8. В процессе заряда накопительного конденсатора 5 растет напряжение на входе стабилизатора 6 напряжения и питающегося от него генератора 7 импульсов. Стабилизатор 6 напряжения после достижения на накопительном конденсаторе 5 напряжения, превышающего напряжение стабилизации, входит в режим стабилизации напряжения на своем выходе. Дальнейший рост напряжения на накопительном конденсаторе 5 не приводит к изменению напряжения на выходе стабилизатора 6 напряжения. В результате генератор 7 импульсов питается от стабильного напряжения и поэтому формирует импульсы со стабильными параметрами. Предполагается, что генератор 7 импульсов может начать формировать сначала как положительный (логическая «1»), так и отрицательный (логический «0») импульс. Как только импульсы на выходе генератора 7 импульсов достигнут рабочей амплитуды, они пройдут через стабистор 8 на управляющий вход электронного переключателя 9, который в соответствии с поступающими импульсами будет открываться и закрываться. Когда электронный переключатель 9 открыт, происходит замыкание первой 1 и второй 2 шины питания. В это время коммутирующее устройство остается без внешнего напряжения питания и работает на накопленной энергии конденсатора 5. Все напряжение падает на лампе 10, через лампу течет ток, определяемый сопротивлением лампы, и лампа горит в полную мощность. Диод 4 не дает конденсатору 5 разрядиться через цепь, по которой он заряжался. За время горения лампы 10 конденсатор 5 разряжается, тратя накопленную энергию на питание стабилизатора 6 напряжения, генератора 7 импульсов и на поддержание в открытом состоянии электронного переключателя 9. Напряжение на конденсаторе 5 снижается до уровня не ниже уровня стабилизации напряжения стабилизатора 6 напряжения. После появления на выходе генератора 7 импульсов сигнала, закрывающего электронный переключатель 9, происходит закрывание последнего. Все входное напряжение падает на электронном переключателе 9, лампа 10 погашена, конденсатор 5 заряжается через диод 4. Процесс загорания и погасания лампы 10 продолжается до тех пор, пока на шины питания поступает положительный и отрицательный потенциал от источника питания. Диод 3 введен в схему для защиты коммутирующего устройства от подачи на первую 1 и вторую 2 шины питания напряжения обратной полярности.

В целях подтверждения осуществимости заявляемого объекта и достижения технического результата изготовлен и испытан лабораторный макет коммутирующего устройства. В лабораторном макете использовались диоды 2Д212А, микросхема 564ТМ2, конденсатор К52-1БМ, стабилитрон 2С175Ц, стабистор 2С113А, транзисторы 2Т881Г. Проведенные испытания показали осуществимость заявляемого коммутирующего устройства и подтвердили его практическую ценность.

Устройство предназначено для генерации импульсов и коммутации нагрузки и относится к области автоматики и импульсной техники. Технический результат заключается в повышении надежности устройства и стабильности параметров генерируемых импульсов. Коммутирующее устройство содержит первую и вторую шины питания, первый и второй диоды, генератор импульсов, накопительный конденсатор, электронный переключатель, пороговый элемент и стабилизатор напряжения. 1 ил.

Коммутирующее устройство, содержащее первую и вторую шины питания, к последней из которых подключены анод первого диода и первый вывод накопительного конденсатора, второй диод, генератор импульсов, электронный переключатель, отличающееся тем, что дополнительно введены пороговый элемент и стабилизатор напряжения, первый вход которого соединен со второй шиной питания, выходом электронного переключателя и первым входом питания генератора импульсов, второй вход питания которого соединен с выходом стабилизатора напряжения, а выход через пороговый элемент соединен с первым входом электронного переключателя, второй вход которого соединен с первой шиной питания, катодом первого диода и анодом второго диода, катод которого соединен со вторым выводом накопительного конденсатора и вторым входом стабилизатора напряжения.