ТВЕРДОТЕЛЬНОЕ РЕЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА С СЕРВИСНЫМИ ФУНКЦИЯМИ Российский патент 2024 года по МПК H01L27/14 H03K17/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к твердотельным реле постоянного тока с сервисными функциями, предназначенным для коммутации нагрузок смешанного типа, в т.ч. содержащим элементы с высокими емкостями, в частности, к оптоэлектронному твердотельному реле постоянного тока (H01L27/00, H01L27/14, H01H45/00).

Известны смешанные схемы нагрузки с высокими емкостями конденсаторов, при коммутации которых до окончания заряда этих конденсаторов по всей цепи протекает большой ток, что увеличивает нагрузку на источник питания коммутируемой цепи и элементы цепи. Для снижения такой нагрузки используются различные технические решения, ограничивающие величину начального (пускового) тока в цепи. По причине особенностей каждой отдельной нагрузки (смешанные индуктивные, емкостные, блоки питания, обмотки контакторов и т.д.), время протекания повышенного тока разное, что осложняет подбор времени ограничения в различных технических решениях.

Из уровня техники известно, реле ограничения пускового тока РОПТ-20-1 с микропроцессорным управлением (https://poligon.info/catalog/rele-ogranicheniya-puskovogo-toka/ropt-20-1), предназначенное для ограничения пускового тока с помощью гасящих резисторов при подключении индуктивной или емкостной нагрузки с фиксированным временем такого ограничения, и светодиодными индикаторами состояния.

Недостатком данного технического решения является отсутствие возможности регулировки времени задержки ограничения пускового тока. Фиксированное время задержки ограничения пускового тока, составляющее 40 мс, может оказаться недостаточным для запуска оборудования, содержащего нагрузки большой емкости и/или индуктивности, что влечет за собой превышение коммутируемого тока и может негативно влиять на источник питания и составляющие элементы коммутируемой цепи.

Известно, также, ТВЕРДОТЕЛЬНОЕ РЕЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА (RU216376U1, опубл. 31.01.2023), содержащее преобразователь напряжения, схему управления и защиты, схему управления статусом и выходной коммутатор, причем схема управления и защиты содержит блок опорных напряжений, блок защиты от низкого напряжения, блок защиты от превышения коммутируемого тока нагрузки, блок перезапуска защиты и блок управления выходным коммутатором. В случае превышения коммутируемого тока нагрузки, например, при запуске, блок защиты автоматически отключает нагрузку. Через определенный промежуток времени, определяемый конденсатором блока перезапуска зашиты, происходит перезапуск реле и, если превышение тока сохранилось, повторное срабатывание блока защиты от превышения тока. Циклы перезапуска повторяются вплоть до достижения нормального значения коммутируемого тока нагрузки.

Недостатком данного технического решения является отсутствие возможности ограничения тока нагрузки в момент запуска (пускового тока), вызывающее многократное повторение цикла запуска коммутируемой схемы, особенно при коммутации схем с высокими емкостями, существенно повышающее нагрузку на остальные элементы схемы, и вызывающее задержку включения общей схемы.

В качестве прототипа заявленного решения заявителем рассматривается Твердотельное реле постоянного тока с защитами и статусным сигналом (https://www.rlocman.ru/news/new.html?di=31241) со встроенными схемами защиты от короткого замыкания, перегрузки по току и температуре, которое допускает кратковременную 10-ти кратную перегрузку по току в момент включения реле, что позволяет использовать его для розжига ламп накаливания или заряда емкостей.

Недостатком такого решения является отсутствие возможности ограничения пускового тока, поскольку величина пускового тока для некоторых нагрузок может превышать номинальную в 20 - 40 раз, а даже 10-ти кратная перегрузка по току подвергает серьезным нагрузкам источник питания коммутируемой цепи и все ее элементы.

Раскрытие сущности изобретения

Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков известных решений за счет создания твердотельного реле постоянного тока с сервисными функциями, выполненного с возможностью ограничения пускового тока и автоматическим регулированием времени задержки такого ограничения в зависимости от начального значения пускового тока, предназначенного для коммутации различных видов смешанных нагрузок, в том числе, с высокой емкостью и/или индуктивностью.

Указанную задачу решает заявленное твердотельного реле постоянного тока с сервисными функциями, содержащее блок преобразования напряжения с двумя входами питания и двумя гальванически развязанными выходами, схему управления с тремя входами, где первый и третий входы выполнены с возможностью подачи питания, а второй вход - с возможностью подачи управляющего сигнала, и тремя выходами, схему управления статусным сигналом с тремя входами и одним выходом, схему управления и защиты, содержащую блок опорных напряжений с двумя выходами, схему защиты от превышения коммутируемого тока с тремя входами и двумя выходами, схему управления выходным коммутатором с четырьмя входами и пятью выходами, схему индикации ошибки с двумя входами и одним выходом c подключенным светодиодным индикатором, и схему ограничения пускового тока с четырьмя входами и двумя выходами, выходной коммутатор и резистор выходного коммутатора, выполненные с возможностью подключения коммутируемой нагрузки, при этом выходы блока преобразования напряжения соединены со схемой управления и защиты с возможностью подачи напряжения питания на содержащиеся в ней блоки при приложении напряжения питания на входы блока, при этом первый выход схемы управления соединен со входом схемы управления выходного коммутатора оптической связью и выполнен с возможностью передачи сигнала включения/выключения при приложении напряжения управления на второй вход схемы управления, при этом второй и третий выходы схемы управления соединены с первым и вторым входами схемы управления статусным сигналом с возможностью формирования напряжения питания индикатора на выходе статусного сигнала, при этом третий вход схемы управления статусным сигналом соединен с выходом схемы управления выходного коммутатора оптической связью и выполнен с возможностью формирования сигнала включения/выключения индикатора на выходе статусного сигнала, при этом первый и второй выходы блока опорных напряжений выполнены с возможностью формирования первого и второго уровня опорного напряжения и соединены с первым и вторым входами схемы защиты от превышения коммутируемого тока, при этом третий вход схемы защиты от превышения коммутируемого тока связан с резистором выходного коммутатора и выполнен с возможностью формирования на нем напряжения, эквивалентного току, протекающему через резистор выходного коммутатора при приложении напряжения управления на второй вход схемы управления и замыкании нагрузки, при этом схема защиты от превышения коммутируемого тока выполнена с возможностью сравнения напряжения, формируемого схемой ограничения пускового тока на третьем входе с опорными напряжениями, формируемыми на первом и втором входе блоком опорных напряжений, при этом выходы схемы защиты от превышения коммутируемого тока связаны с входом схемы ограничения пускового тока, а также соединены с первым и вторым входами схемы управления выходного коммутатора, первый выход которой соединен со входом выходного коммутатора с возможностью формирования сигнала включения/выключения, второй и третий выходы соединены со входами схемы индикации ошибки с возможностью формирования на ее выходе сигнала включения/выключения соединенного с ним светодиодного индикатора, и пятый выход соединен с входом схемы ограничения пускового тока, с возможностью передачи управляющего сигнала, при этом третий вход схемы управления выходного коммутатора соединен со вторым выходом схемы ограничения пускового тока с возможностью формирования сигнала, управляющего включением выходного коммутатора по окончании времени работы схемы ограничения пускового тока, при этом схема ограничения пускового тока содержит коммутатор, соединенный с первым входом схемы через первый резистор, и с первым выходом схемы с возможностью коммутации тока нагрузки через повышенное сопротивление, соединенный со вторым входом схемы, выполненным с возможностью получения управляющего сигнала от схемы управления выходного коммутатора, через второй резистор, соединенный с третьим входом схемы через транзистор, выполненный с возможностью немедленного выключения коммутатора при поступлении на указанный вход сигнала высокого уровня от схемы защиты от превышения коммутируемого тока, соединенный с четвертым входом схемы через схему задержки выключения, вход которой соединен с входом схемы через делитель напряжения и операционный усилитель, а выход соединен с коммутатором через инвертор, выполненный с возможностью формирования сигнала выключения коммутатора, и вторым выходом схемы, соединенным с входом схемы управления выходного коммутатора, при этом схема задержки выключения выполнена с возможностью автоматического установления времени своей работы в зависимости от уровня напряжения резистора выходного коммутатора, усиленного операционным усилителем с коэффициентом, определяемым делителем напряжения, который фиксируется на входе схемы задержки выключения и определяет время задержки формирования сигнала высокого уровня на выходе схемы задержки, поступающего на инвертор для плавного выключения коммутатора схемы и, через выход схемы ограничения пускового тока, на вход схемы управления выходного коммутатора для плавного включения выходного коммутатора.

В частности, схема задержки выключения выполнена с возможностью автоматической установки времени задержки в зависимости от величины входного напряжения.

В частности, схема задержки выключения выполнена с возможностью установки времени задержки тем большего, чем большее напряжение было приложено в начальный момент коммутации.

В частности, схема задержки выключения выполнена с возможностью установки времени задержки в диапазоне от двух до двухсот миллисекунд.

Заявленное изобретение обеспечивает достижение следующего технического результата - возможность ограничения пускового тока с автоматическим установлением периода времени, в течении которого действует ограничение, зависящего от начального значения пускового тока, с защитой от превышения коммутируемого тока.

Краткое описание чертежей:

Фиг. 1. Структурная электрическая схема твердотельного реле.

Фиг. 2. Фрагмент структурной электрической схемы - схема 8 ограничения пускового тока.

На фигурах обозначены: 1 - блок преобразования напряжения; 2 - схема управления; 3 - схема управления статусным сигналом; 4 - блок опорных напряжений; 5 - схема защиты от превышения коммутируемого тока; 6 - схема управления выходного коммутатора; 7 - схема индикации ошибки; 8 - схема ограничения пускового тока; 9 - схема управления и защиты; 10 - выходной коммутатор; 11 - резистор выходного коммутатора; 12 - нагрузка; 13 - светодиодный индикатор; 14 - выход статусного сигнала; 15 - внешний светодиодный индикатор; 16 - коммутатор; 17 - транзистор; 18 - схема задержки выключения; 19 - вход схемы задержки выключения; 20 - делитель напряжения; 21 - операционный усилитель; 22 - выход схемы задержки выключения; 23 - инвертор.

Твердотельное реле постоянного тока с сервисными функциями (Фиг. 1), содержащее блок 1 преобразования напряжения с двумя входами питания 1.1, 1.2 и двумя гальванически развязанными выходами 1.3 и 1.4, схему 2 управления с тремя входами 2.1, 2.2, 2.3, где входы 2.1 и 2.3 выполнены с возможностью подачи питания, а вход 2.2 - подачи управляющего сигнала (+Uупр), и выходами 2.4, 2.5, 2.6, схему 3 управления статусным сигналом с тремя входами 3.1, 3.2, 3.3 и одним выходом 3.4, блоки 4, 5, 6, 7, 8, объединенные в схему 9 управления и защиты, коммутатор 10 и резистор 11 выходного коммутатора, с возможностью подключения коммутируемой нагрузки 12 (+Uк).

При этом схема 9 управления и защиты содержит блок 4 опорных напряжений с двумя выходами 4.1 и 4.2, который связан со схемой 5 защиты от превышения коммутируемого тока с тремя входами 5.1, 5.2, 5.3 и двумя выходами 5.4, 5.5, схему 6 управления выходным коммутатором с четырьмя входами 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, и пятью выходами 6.5, 6.6, 6.7, 6.8, 6.9, схему 7 индикации ошибки с двумя входами 7.1 и 7.2 и одним выходом 7.3 c подключенным индикатором 13 (светодиодом HL2), и схему 8 ограничения пускового тока с четырьмя входами 8.1, 8.2, 8.3, 8.4, и двумя выходами 8.5, 8.6.

В настоящей заявке под термином «связаны» подразумевается наличие электрической связи между объектами, где «электрическая связь» - это способ передачи электрического сигнала или энергии между двумя или более точками в электрической цепи, включая прямую (непосредственную) и непрямую (косвенную) связь. Прямая связь подразумевает непосредственное соединение двух точек в цепи, тогда как непрямая связь предполагает наличие промежуточных элементов или путей для передачи сигнала.

При этом выходы преобразователя 1 напряжения связаны со схемой 9 управления и защиты и выполнены с возможностью подачи напряжения питания на содержащиеся в ней блоки при приложении напряжения питания на входы преобразователя 1. Схема 9 управления и зашиты связана с выходным коммутатором 10 и резистором 11 выходного коммутатора, схемой 2 управления и схемой 3 управления статусным сигналом.

При этом схема 2 управления через выход 2.4 соединена с входом 6.4 схемы 6 управления выходного коммутатора оптической связью (на Фиг. 1 обозначена жирным пунктиром) с возможностью передачи сигнала включения/выключения при приложении напряжения управления (+Uупр) на вход 2.2 схемы 2 управления.

При этом выходы 2.5 и 2.6 схемы 2 управления соединены с входами 3.1 и 3.2 схемы 3 управления статусным сигналом с возможностью формирования напряжения питания на выходе 14 статусного сигнала, соединенного с выходом 3.4 схемы управления статусным сигналом.

При этом вход 3.3 схемы 3 управления статусным сигналом соединен с выходом 6.8 схемы 6 управления выходного коммутатора оптической связью и выполнен с возможностью формирования управляющего сигнала на выходе 14 статусного сигнала для включения/выключения внешнего светодиодного индикатора 15 (HL1), подключенного к выходу 14 посредством клемм.

При этом блок 4 опорных напряжений выполнен с возможностью формирования на выходах 4.1 и 4.2 опорных напряжений первого и второго уровней, причем второй уровень кратно выше первого, и передачи их на входы 5.1 и 5.2 схемы 5 защиты от превышения коммутируемого тока.

Формирование двух опорных напряжений, кратно отличающихся друг от друга, позволяет определить опорные уровни тока (некритический и критический), при превышении которых происходит отключение коммутации нагрузки, что обеспечивает защиту от превышения коммутируемого тока.

При этом вход 5.3 схемы 5 защиты от превышения коммутируемого тока соединен с выходом 8.6 схемы 8 ограничения пускового тока и выполнен с возможностью формирования на нем напряжения, эквивалентного току, протекающему через резистор 11 выходного коммутатора при приложении напряжения управления на вход 2.2 схемы 2 управления и замыкании нагрузки 12, т.е. току коммутируемой нагрузки.

При этом схема 5 защиты от превышения коммутируемого тока выполнена с возможностью сравнения напряжения, формируемого на входе 5.3, с опорными напряжениями, формируемыми на входах 5.1 и 5.2 блоком 4 опорных напряжений, с возможностью сравнения величины коммутируемого тока с заранее определенным величинами, превышение которых вызывает отключение коммутации нагрузки, что обеспечивает защиту от превышения коммутируемого тока.

При этом логика схемы 5 выполнена с возможностью формирования на выходах 5.4 и 5.5 сигнала с задержкой по времени при превышении первого опорного уровня для исключения ложных срабатываний от незначительных кратковременных превышений коммутируемого тока, и немедленного формирования указанного сигнала при превышении второго опорного уровня для быстрого выключения нагрузки при коротком замыкании.

При этом схема 5 защиты от превышения коммутируемого тока своим выходом 5.4 соединена с входом 8.3 схемы 8 ограничения пускового тока с возможностью передачи сигнала и отключения коммутации нагрузки через схему 8, что обеспечивает защиту от превышения коммутируемого тока.

При этом схема 5 выходами 5.4 и 5.5 соединена с двумя входами 6.1, 6.2 схемы 6 управления выходного коммутатора, с возможностью передачи сигнала при превышении опорных значений тока, интерпретируемого логикой схемы 6 как ошибка, и вызывающего прекращение коммутации тока нагрузки через выходной коммутатор, что обеспечивает защиту от превышения коммутируемого тока.

При этом схема 6, через выход 6.5, соединена с входом коммутатора 10 (затвором транзистора VT1) с возможностью формирования сигнала отключения коммутатора при получении сигнала ошибки для аварийного прекращения коммутации тока нагрузки, что обеспечивает защиту от превышения коммутируемого тока, выходами 6.6 и 6.7 соединена с входами 7.1, 7.2 схемы 7 индикации ошибки с возможностью формирования сигнала включения/выключения/мигания соединенного с выходом 7.3 светодиодного индикатора 13 (HL2) для информирования оператора об отключении цепи из-за превышения коммутируемого тока, и выход 6.9 соединен с входом 8.2 схемы 8 ограничения пускового тока, с возможностью передачи управляющего сигнала, отключающего коммутацию через схему 8, что обеспечивает защиту от превышения коммутируемого тока.

Таким образом, реализована возможность задания двух уровней опорных значений коммутируемого тока, сравнения реальной величины тока в цепи нагрузки с опорными значениями, формирования сигнала ошибки при превышении опорных значений и прекращения коммутации тока нагрузки при превышении опорных значений во избежание повреждения источника питания цепи и/или элементов коммутируемой цепи.

При этом схема 8 ограничения пускового тока содержит коммутатор 16 (VT2), соединенный с входом 8.1 схемы через резистор (R4), и с выходом 8.5 схемы с возможностью коммутации тока нагрузки в обход основного коммутатора 10 через повышенное сопротивление (R4), что обеспечивает ограничение коммутируемого тока в цепи нагрузки в начальный момент включения цепи (пускового тока), также соединенный с входом 8.2 схемы, выполненным с возможностью получения управляющего сигнала от схемы управления выходного коммутатора, через резистор (R5), для включения или выключения коммутатора 16, обеспечивающего ограничение величины коммутируемого пускового тока, также соединенный с входом 8.3 схемы через транзистор 17 (VT3), выполненный с возможностью немедленного выключения коммутатора 16 при поступлении на вход 8.3 сигнала высокого уровня от схемы 5 защиты от превышения коммутируемого тока, для обеспечения защиты от превышения коммутируемого тока, и соединенный с входом 8.4 схемы через схему 18 задержки выключения, предназначенной для обеспечения коммутации ограниченного пускового тока в течение некоторого периода времени, необходимого для снижения тока в цепи нагрузки до номинального уровня, вход 19 которой соединен с входом 8.4 схемы через делитель 20 напряжения (R6, R7) и операционный усилитель 21 (DA1), а выход 22 соединен с коммутатором 16 через инвертор 23 (DA2) с резистором (R3), выполненный с возможностью формирования сигнала плавного выключения коммутатора 16, и выходом 8.6 схемы 8, соединенным с входом 6.3 схемы 6 управления выходного коммутатора.

При этом схема 18 задержки выключения выполнена с возможностью автоматического установления времени своей работы в зависимости от уровня напряжения резистора 11 выходного коммутатора, эквивалентного пусковому току, усиленного операционным усилителем 21 с коэффициентом, определяемым делителем 20 напряжения, который кратковременно фиксируется на входе 19 схемы 18 задержки выключения и определяет время задержки формирования сигнала высокого уровня на выходе 22 схемы 18 задержки в диапазоне от двух до двухсот миллисекунд, поступающего на инвертор 23 для плавного выключения коммутатора 16 схемы 8 и, через выход 8.6 схемы 8 ограничения пускового тока, на вход 6.3 схемы 6 управления выходного коммутатора для плавного включения выходного коммутатора 10.

Таким образом, реализована возможность ограничения величины коммутируемого тока в начальный момент включения коммутируемой цепи за счет коммутации тока через повышенное сопротивление, автоматическое определение времени задержки такой коммутации в зависимости от начального значения коммутируемого тока, плавного переключения на основную цепь коммутации по истечении времени задержки, и немедленного прекращения коммутации при превышении опорных значений коммутируемого тока в цепи.

Описание работы заявленного твердотельного реле.

а) Нормальный режим работы реле.

На входы 1.1 и 1.2 блока 1 преобразования напряжения и на входы 2.1 и 2.3 схемы 2 управления прикладывается напряжение питания. На выходах 1.3 и 1.4 формируется напряжение питания, поступающее на блоки 4, 5, 6, 7 и 8.

К входу 2.2 схемы 2 управления прикладывается напряжение управления менее 6 В. При этом на вход 6.4 схемы 6 управления выходного коммутатора поступает сигнал включения от выхода 2.4 (оптическая связь через оптрон), при поступлении которого включается схема 8 ограничения пускового тока, производящая первичную коммутацию тока нагрузки 12 (R2) с его ограничением.

При этом на выходах 6.7, 6.8, 6.9 схемы 6 управления выходного коммутатора формируются высокие уровни сигналов, при установлении которых включается светодиодный индикатор 13 (HL2), подключенный к выходу 7.3 схемы 7 индикации ошибки.

Включенная схема 8 ограничения пускового тока производит первичную коммутацию тока канала через вход 8.1 и выход 8.5 с ограничением максимального коммутируемого тока.

При этом напряжение, сформированное падением напряжения на резисторе 11 выходного коммутатора (R1) на входе 8.4 в момент начала коммутации, формирует период времени работы схемы 8 ограничения пускового тока, по окончании которого происходит плавное переключение от коммутирующего канала схемы 8 к выходному коммутатору 10 (VT1).

При этом на выходе 8.6 схемы 8 формируется высокий уровень сигнала, а на выходе 6.8 схемы 6 через оптоэлектронную связь формируется сигнал, включающий внешний светодиодный индикатор 15 (HL1), имеющий подключение к выходу 14 статусного сигнала схемы 3 управления статусным сигналом.

Стабильный ток для работы индикатора 15 (HL1) формирует питание, поступающее от выхода 2.5 схемы 2 управления к входу 3.1 схемы 3, и опорное напряжение от выхода 2.6 схемы 2, поступающее на вход 3.2 схемы 3 управления статусным сигналом.

Светодиодные индикаторы 15 (HL1) и 13 (HL2) при непрерывном свечении сообщают об открытом (включенном) состоянии выходного коммутатора 10.

Выключение реле производится повышением прикладываемого к входу 2.2 схемы 2 управления напряжения управления (+Uупр) более 8 В, при этом через вышеописанные цепи выходной коммутатор 10 закрывается, а светодиодные индикаторы 15 (HL1) и 13 (HL2) гаснут.

б) Режим функционирования реле при срабатывании защиты от превышения коммутируемого тока.

При приложения напряжения управления (+Uупр) на вход 2.2 блока 2 коммутатор 16 блока 8 замыкает нагрузку 12 (R2), через резистор 11 выходного коммутатора (R1) начинает протекать ток, ограниченный сопротивлением коммутатора 16 блока 8, значение которого формирует эквивалентное напряжение на входе 5.3 схемы 5 защиты, которое сравнивается с первым опорным уровнем напряжения, сформированным на выходе 4.1 и вторым опорным уровнем напряжения, сформированным на выходе 4.2 блока 4 опорных напряжений, которое кратно выше первого.

При этом, срабатывание схемы 5 по первому уровню напряжения имеет задержку по времени (для исключения ложных срабатываний от кратковременных превышений коммутируемого тока).

При этом, срабатывание схемы 5 по второму уровню напряжения не имеет задержки по времени (для быстрого выключения нагрузки при коротком замыкании).

При срабатывании схемы 5 по первому или второму уровню сигнала, на выходе 5.4 схемы 5 устанавливается высокий уровень сигнала, а на выходе 5.5 формируется низкий уровень сигнала, что является сигналом ошибки, и преобразуется логикой схемы 6 управления выходным коммутатором в сигнал низкого уровня на выходах 6.5 и 6.9, что, в свою очередь, выключает коммутатор 10 (VT1) и коммутатор 16 (VT2) схемы 8 по входам 8.2 и 8.3, а выход 6.6 с низким уровнем сигнала и 6.7 с высоким уровнем сигнала включает генератор импульсов схемы 7 индикации ошибки, генерирующего сигнал прерывистого свечения светодиодного индикатора 13 (HL2), что сообщает о срабатывании защиты по току.

На выходе 6.8 схемы 6 формируется высокий уровень сигнала, который выключает светодиодный индикатор 15 (HL1), подключенный к выходу 14 статусного сигнала при поступлении сигнала на вход 3.3 блока 3.

Коммутация тока нагрузки прекращается до повторного приложения напряжения управления (+Uупр) на вход 2.2 блока 2.

в) Описание работы схемы 8 ограничения пускового тока (Фиг. 2).

На вход 8.2 поступает высокий уровень сигнала, что включает коммутатор 16 (VT2), при этом: на входе 8.4 напряжение резистора 11 (R1) усиливается операционным усилителем 21 (DA1) c коэффициентом, установленным делителем напряжения 20 (R6, R7), далее усиленный сигнал фиксируется на входе 19 схемы 18 задержки выключения в течении краткого (от одной до нескольких миллисекунд) периода времени, и, в зависимости от величины сигнала в этот период времени, устанавливается время работы схемы 18 задержки выключения, которая, с увеличением уровня сигнала, увеличивает (в диапазоне от нескольких миллисекунд до двухсот миллисекунд) время до формирования на выходе 22 высокого уровня сигнала, поступающего от выхода 8.6 на вход 6.3 схемы 6 управления выходного коммутатора, и приводящего к формированию на выходе 6.5 схемы 6 высокого уровня напряжения, которое вызывает включение выходного коммутатора 10 (VT1) и коммутации тока нагрузки 12 (R2) через него.

При этом коммутатор 16 (VT2) выключается формированием низкого уровня сигнала от инвертора 23 (DA2) и резистора R3.

При этом, коммутация от входа 8.1 к выходу 8.5 через сопротивление R4 прекращается, таким образом происходит переключение от коммутатора 16 (VT2) с большим сопротивлением к коммутатору 10 (VT1) с меньшим сопротивлением.

При поступлении на вход 8.3 высокого уровня сигнала от выхода 5.4 схемы 5 защиты от превышения коммутируемого тока, транзистор 17 (VT3) выключает коммутатор 16 (VT2) независимо от работы схемы 18 задержки выключения.

Изобретение относится к твердотельным реле постоянного тока с сервисными функциями, предназначенным для коммутации нагрузок смешанного типа, в том числе содержащим элементы с высокими емкостями, в частности к оптоэлектронному твердотельному реле постоянного тока. Технический результат - возможность ограничения пускового тока с автоматическим установлением периода времени, в течение которого действует ограничение, зависящего от начального значения пускового тока, с защитой от превышения коммутируемого тока. Сущность: реле содержит электрически связанные между собой преобразователь напряжения, схему управления и защиты, схему управления статусом и выходной коммутатор. Схема управления и защиты содержит электрически связанные между собой блок опорных напряжений, схему защиты от превышения коммутируемого тока, схему управления выходного коммутатора и схему индикации ошибки с подключенными к ней светодиодными индикаторами состояния. Схема управления и защиты также содержит схему ограничения пускового тока со схемой задержки, выполненную с автоматическим установлением периода времени, в течение которого действует ограничение, зависящего от начального значения пускового тока. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Твердотельное реле постоянного тока с сервисными функциями, содержащее блок преобразования напряжения с двумя входами питания и двумя гальванически развязанными выходами, схему управления с тремя входами, где первый и третий входы выполнены с возможностью подачи питания, а второй вход – с возможностью подачи управляющего сигнала, и тремя выходами, схему управления статусным сигналом с тремя входами и одним выходом, схему управления и защиты, содержащую блок опорных напряжений с двумя выходами, схему защиты от превышения коммутируемого тока с тремя входами и двумя выходами, схему управления выходным коммутатором с четырьмя входами и пятью выходами, схему индикации ошибки с двумя входами и одним выходом c подключенным светодиодным индикатором, и схему ограничения пускового тока с четырьмя входами и двумя выходами, выходной коммутатор и резистор выходного коммутатора, выполненные с возможностью подключения коммутируемой нагрузки, при этом выходы блока преобразования напряжения соединены со схемой управления и защиты с возможностью подачи напряжения питания на содержащиеся в ней блоки при приложении напряжения питания на входы блока, при этом первый выход схемы управления соединен с входом схемы управления выходного коммутатора оптической связью и выполнен с возможностью передачи сигнала включения/выключения при приложении напряжения управления на второй вход схемы управления, при этом второй и третий выходы схемы управления соединены с первым и вторым входами схемы управления статусным сигналом с возможностью формирования напряжения питания индикатора на выходе статусного сигнала, при этом третий вход схемы управления статусным сигналом соединен с выходом схемы управления выходного коммутатора оптической связью и выполнен с возможностью формирования сигнала включения/выключения индикатора на выходе статусного сигнала, при этом первый и второй выходы блока опорных напряжений выполнены с возможностью формирования первого и второго уровня опорного напряжения и соединены с первым и вторым входами схемы защиты от превышения коммутируемого тока, при этом третий вход схемы защиты от превышения коммутируемого тока связан с резистором выходного коммутатора и выполнен с возможностью формирования на нем напряжения, эквивалентного току, протекающему через резистор выходного коммутатора при приложении напряжения управления на второй вход схемы управления и замыкания нагрузки, при этом схема защиты от превышения коммутируемого тока выполнена с возможностью сравнения напряжения, формируемого схемой ограничения пускового тока на третьем входе с опорными напряжениями, формируемыми на первом и втором входе блоком опорных напряжений, при этом выходы схемы защиты от превышения коммутируемого тока связаны с входом схемы ограничения пускового тока, а также соединены с первым и вторым входами схемы управления выходного коммутатора, первый выход которой соединен с входом выходного коммутатора с возможностью формирования сигнала включения/выключения, второй и третий выходы соединены с входами схемы индикации ошибки с возможностью формирования на ее выходе сигнала включения/выключения соединенного с ним светодиодного индикатора, и пятый выход соединен с входом схемы ограничения пускового тока с возможностью передачи управляющего сигнала, при этом третий вход схемы управления выходного коммутатора соединен со вторым выходом схемы ограничения пускового тока с возможностью формирования сигнала, управляющего включением выходного коммутатора по окончании времени работы схемы ограничения пускового тока, при этом схема ограничения пускового тока содержит коммутатор, соединенный с первым входом схемы через первый резистор и с первым выходом схемы с возможностью коммутации тока нагрузки через повышенное сопротивление, соединенный со вторым входом схемы, выполненным с возможностью получения управляющего сигнала от схемы управления выходного коммутатора, через второй резистор, соединенный с третьим входом схемы через транзистор, выполненный с возможностью немедленного выключения коммутатора при поступлении на указанный вход сигнала высокого уровня от схемы защиты от превышения коммутируемого тока, соединенный с четвертым входом схемы через схему задержки выключения, вход которой соединен с входом схемы через делитель напряжения и операционный усилитель, а выход соединен с коммутатором через инвертор, выполненный с возможностью формирования сигнала выключения коммутатора, и вторым выходом схемы, соединенным с входом схемы управления выходного коммутатора, при этом схема задержки выключения выполнена с возможностью автоматического установления времени своей работы в зависимости от уровня напряжения резистора выходного коммутатора, усиленного операционным усилителем с коэффициентом, определяемым делителем напряжения, который фиксируется на входе схемы задержки выключения и определяет время задержки формирования сигнала высокого уровня на выходе схемы задержки, поступающего на инвертор для плавного выключения коммутатора схемы и, через выход схемы ограничения пускового тока, на вход схемы управления выходного коммутатора для плавного включения выходного коммутатора.

2. Твердотельное реле постоянного тока с сервисными функциями по п.1, в котором схема задержки выключения выполнена с возможностью автоматической установки времени задержки в зависимости от величины входного напряжения.

3. Твердотельное реле постоянного тока с сервисными функциями по п.1, в котором схема задержки выключения выполнена с возможностью установки времени задержки тем большего, чем большее напряжение было приложено в начальный момент коммутации.

4. Твердотельное реле постоянного тока с сервисными функциями по п.1, в котором схема задержки выключения выполнена с возможностью установки времени задержки в диапазоне от двух до двухсот миллисекунд.