Устройство для управления электромагнитным механизмом Советский патент 1984 года по МПК H01H47/32 

Изобретение относится к системам автоматического управления и регулирования, в частности к устройствам импульсного управления электромагнитными механизмами с форсированным включением.

Известно устройство управления электромагнитным механизмом (ЭММ), содержащее последовательно включенные между клеммами источника питания ключевой транзистор, обмотку ЭММ и резистор контроля величины тока, база ключевого транзистора соединена с выходом операционного усилителя (ОУ), инвертирующий вход ОУ связан с точкой соединения резистора контроля и обмотки ЭММ, к неинвертирующему входу ОУ подключен источник управляющего напряжения, точка соединения коллектора ключевого транзистора и обмотки ЭММ связана диодом, включенным в обратном направлении проводимости по отнощению к источнику питания, с общей клеммой источника питания. Устройство характеризуется стабильностью величины тока в обмотке ЭММ при изменениях напряжения источника питания и активного сопротивления обмотки ЭММ 1.

Недостатками устройства являются нарущение работоспособности при отказе типа короткое замыкание (КЗ) перехода коллектор - эмиттер одного из ключевых транзисторов, а также низкий КПД, обусловленный тем, что энергия, накопленная в магнитном поле обмотки ЭММ, рассеивается на диоде, а.не возвращается в источник питания.

Известно также устройство управления ЭММ, содержащее мост, подключенный одной диагональю к кле.ммам источника питания, а другой - к обмотке ЭММ, два противоположных плеча моста образованы диодами, включенными в обратном по отношению к источнику питания направлении проводимости, а два других - транзисторами разного типа проводимости, включенными в прямом направлении по отнощению к источнику питания, база одного из которых, например п-р п типа, подключена через резистор к источнику внещнего управления, последовательно с этим транзистором, в его коллекторной цепи, включен резистор контроля тока в обмотке ЭММ, входящий также в одно из плеч резистивного моста, включенного одной диагональю между катодом опорного диода, соединенного балластным резистором с источником питания, и коллектором транзистора п-р п типа, а другой диагональю подключенного к входам дифференциального электронного реле, выход когорого соединен с базой транзистора р-п-р типа, к одному из входов дифференциального электронного реле подключено времязадающее звено, обеспечивающее режим форсирования 2.

Недостатком этого устройства является повыщенное. потребление мощности при отказе типа КЗ перехода коллектор - эмиттеродного из транзисторов, входящих в цепь обмотки ЭММ.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для управления ЭММ, содержащее мост, подключенный одной диагональю к клеммам источника питания, а другой - к обмотке ЭММ, два противоположных плеча моста образованы диодами, включенными в обратном по отнощеиию к источнику питания направлении проводимости, а два других - ключевыми транзисторами разного типа проводимости, включенными в прямом направлении проводимости по отнощению к источнику питания, один из ключевых транзисторов управляется от источника внещнего управления и содержит в эмиттерной цепи резистор контроля тока обмотки ЭММ, а другой, соединенный коллектором с клеммой источника питания, - от транзистора управления, база которого соединена с выходом регенеративного компара тора, построенного на базе ОУ, инвертирующий вход которого подключен к резистору контроля, а неинвертирующий вход связан резистивным делителем напряжения с выходом ОУ и резистивно-емкостным делителем с источником внещнего управления. Устройство характеризуется стабильностью; величины тока в обмотке ЭММ при измене-. ниях напряжения источника питания и ак-i гивного сопротивления обмотки ЭММ,.а также высоким КПД, обеспечиваемым возвратом энергии, накопленной в обмотке ЭММ в источник питания 3J.

Недостатком известного устройства является повыщенное потребление мощности от источника питания при отказе типа КЗ перехода коллектор - эмиттер одного из ключевых транзисторов.

Цель изобретения - сокращение потребляемой мощности при отказе типа КЗ перехода коллектор - эмиттер одного из ключевых транзисторов.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления ЭММ, содержащее мост, подключенный одной диагональю к выводам для подключения источника питания, а другой - к выводам для подключения обмотки ЭММ, два противоположных плечамоста образованы диодами, включенными в обратном направлении по отнощению к источнику питания, а два других - ключевыми транзисторами разного типа проводимости, включенными в прямом направлении по отнощению к источнику питания и соединенными коллекторами с выводами для подключения обмотки ЭММ, а эмиттерами - с клеммами источника питания, одним - непосредственно, а другой - через резистор контроля тока в обмотке ЭММ, регенеративный компаратор на операционном усилнтеле, неинвертирующий вход которого связан резистивным делителем с выходом операционного усилителя и резистивно-емкостным делителем с источником внешнего управления, транзистор управления, база которого соединена с выходом операционного усилителя, а коллектор - с базой ключевого транзистора, подключенного эмиттером к выводу для подключения источника питания непосредственно, снабжено двумя дополнительными резисторами и конденсатором, причем первый из дополнительных резисторов включен между эмиттером транзистора управления и общим выводом источника питания, второй - между инвертирующим входом операционного усилителя, соединенного через конденсатор с общим выводом источника питания, и точкой соединения резистора контроля тока в обмотке электромагнитного механизма и эмиттера ключевого транзистора, база указанного транзистора соединена с точкой соединения эмиттера транзистора управления и первого дополнительного резистора, а источник внешнего управления подключен к вьтодам питания операционного усилителя. На чертеже представлена электрическая схема предлагаемого устройства управления ЭММ. Устройство управления ЭММ содержит обмотку ЭММ 1, Включенную в диагональ моста, два противоположных плеча которого образованы диодами 2 и 3, а два других - ключевыми транзисторами 4 и 5. В эмиттерной цепи транзистора 5 включен резистор 6 контроля, входящий с транзистором 5 в плечо моста, соединенное с общей клеммой источника 7 питания, поключенного к другой диагонали моста. Диоды 2 и 3 включены в обратном направлении про, водимости по отношению к источнику 7 питания, а транзисторы 4 и 5 - в прямом. Инвертирующий вход операционного усилителя 8 соединен дополнительно введенным резистором 9 с резистором 6 контроля и конденсатором 10 с общей клеммой источника 7 питания, а неинвертирующий вход - резистором 11 с выходом операционного усилителя 8, резистором 12 через резистор 13 и времязадак)щий конденсатор 14 - с выводом питания операционного усилителя 8, соответствующего по полярности источнику 7 питания, а также резистором 12 через резистор 15 т с общей клеммой источника 7 питания. Г1 1 .j.ri/1. Источник 16 внешнего управления подключается к выводам питания операционного усилителя 8. Выход операционного .усилителя 8 соединен резистивными делителями 17 и 18 с базой транзистора 19 управления, включенного в прямом направлении проводимости по отношению к источнику 7 питания. Эмиттер транзистора 19 управления соединен дополнительно введенным резистором 20 с общей клеммой источника 7 питания и резистором 21 с базой ключевого транзистора 5, а коллектор - резистором 22 с клеммой источника 7 питания и резистором 23 с базой ключевого транзистора 4. При подаче питания на операционный усилитель 8 от источника 16 внешнего управления, потенциал неинвертирующего входа операционного усилителя 8, определяемый резистивно-емкостным делителем 1115, превыщает потенциал инвертирующего входа этого усилителя, определяемый величиной тока обмотки ЭММ 1 и сопротивлением резистора 6 контроля. На выходе операционного усилителя 8 устанавливается положительный потенциал, открывающий транзистор 19 управления и, соответственно открывающий и насыщающий ключевые транзисторы 4 и 5. По цепи, образованной источником 7 питания, ключевыми транзисторами 4 и 5, обмоткой ЭММ 1 и резистором 6 контроля, начинает протекать ток нарастающий с постоянной времени, определяемой параметрами обмотки ЭММ 1. По мере нарастания тока увеличивается падение напряжения на резисторе 6 контроля, от которого через резистор 9 заряжается конденсатор 10, определяющий потенциал инвертирующего входа операционного усилителя 8. Одновременно через резистор 15 заряжается от источника 16 внешнего управления времязадающий конденсатор 14, уменьщающий по мере заряда потенциал неинвертирующего входа операционного усилителя 8. При достижении равенства потенциалов неинвертирующего и инвертирующего входов операционного усилителя 8 завершается режим форсированного включения ЭММ. Навыходе операционного усилителя 8 устанавливается отрицательный потенциал, обусловленный дальнейшим зарядом времязадающего конденсатора 14, что обеспечивает переключение в закрытое состояние транзистора 19 управления и ключевых транзисторов 4 и 5, а также смещение потенциала неинвертирующего входа операционного усилителя 8 к нижнему пороговому значению резистивным делителем 11, 12, 15. Индуктивный ток обмотки ЭММ 1, экспоненциально уменьшаясь, протекает по цепи, образованной диодами 2 и 3 и источником 7 питания, отдавая в источник.7 питания энергию, накопленную в магнитном поле riiv/) ixy и cj j iiri j , обмотки ЭММ 1, При переключении ключевых транзисторов 4 и 5 в закрытое состояние потенциал инвертирующего входа операционного усилителя 8 определяется потенциалом разряжающегося через резистор 9и резистор 6 контроля конденсатора 10. Постоянная времени разряда конденсатора 10выбирается равной постоянной времени уменьшения индуктивного тока в цепи обмотки ЭММ 1, диодов 2 и 3 и источника 7питания. При уменьшении потенциала инвертирующего входа операционного усилителя 8ниже уровня нижнего порогового значения потенциала неинвертирующего входа на выходе операционного усилителя 8 устанавливается положительный потенциал, переключающий в проводящее состояние транзистор 19 управления и, соответственно, открывающий и насыщающий ключевые травзисторы 4 и 5, а также смещающий резистивным делителем 11, 12, 15 потенциал неинвертирующего входа операционного усилителя 8 к верхнему пороговому значению. В цепи, образованной источником 7 питания, ключевыми транзисторами 4 и 5, обмоткой ЭММ 1 и резистором 6 контроля, начинает протекать ток, возврастающий по величине до уровня, соответствующего верхнему пороговому значению потенциала неинвертирующего входа операционного усилителя 8, после чего происходит очередное переключение. Устанавливаются устойчивые колебания тока в обмотке ЭММ 1, обеспечивающие режим удержания и стабилизирующие величину тока удержания в обмотке ЭММ 1 при изменениях напряжения источника 7 питания и сопротивления обмотки ЭММ 1. При отключении источником 16 внешнего управления питания операционного усилителя 8 на базе транзистора 19 управления устанавливается потенциал общей клеммы источника 7 питания. Транзистор 19 управления и, соответственно, ключевые транзисторы 4 и 5 переключаются в закрытое состояние, и индуктивный ток обмотки ЭММ 1, экспоненциально уменьшаясь, протекает по цепи, образованной диодами 2 и 3 и источником 7 питания, отдавая в источник 7 питания энергию, накопленную в магнитном поле обмотки ЭММ 1. При отказе типа КЗ перехода коллектор-эмиттер одного из ключевых транзисторов режимом синхронной коммутации ключевых транзисторов обеспечивается установленный режим коммутации цепи обмотки ЭММ 1. При этом величина тока в обмотке ЭММ 1 определяется в режиме форсированного включения сопротивлением обмотки ЭММ 1 и напряжением источника 7 питания, а в режиме удержания ЭММ - установленными верхним и нижним пороговыми уровнями неинвертирующего входа операционного усилителя 8 и сопротивлением резистора 6 контроля. В предлагаемом устройстве дополнительно введенный резистор 20 обеспечивает формирование сигнала управления ключевым транзистором 5, синхронного с имеющимся сигналом управления ключевым транзистором 4. Изменение режима работы ключевого транзистора 5 (в сравнении с транзистором известного устройства) обеспечивает уменьщение энергопотребления при отказе типа КЗ перехода коллектор-эмиттер одного из ключевых транзисторов в цепи обмотки ЭММ без введения допелнительного ключевого транзистора в эту цепь. В результате изменения режима работы ключевого транзистора 5 возврат в источник питания энергии, накопленной в обмотке ЭММ, осуществляется при каждом цикле коммутации ключевых транзисторов 4 и 5, а величина тока в измерительном резисторе 6 равна величине тока в обмотке ЭММ только в периоды времени, соответствующие насыщенным состояниям ключевых, транзисторов 4 и 5. Для обеспечения соответствия изменений потенциала инвертирующего входа операционного усилителя изменений тока в обмотке электромагнитного механизма введены резистор 9 и конденсатор 10. Таким образом, предлагаемое устройство при отказе типа КЗ перехода коллектор-эмиттер одного из ключевых транзисторов характеризуется уменьщенным потреблением мощности от источника питания, соответствующим установленному режиму При отказе ключевого транзистора, соединенного эмиттером с клеммой источника питания, потребление мощности уменьшается от величины, характерной для известного устройства и определяемой сопротивлением обмотки ЭММ и напряжением источника питания, до мощности, соответствующей установленному режиму удержания ЭММ, т. е. при использовании стандартных ЭММ в 2-5 раз. При отказе ключевого транзистора, соединенного эмиттером через резистор контроля с общей клеммой источника питания, потребление мощности при отсутствии сигнала управления уменьшается на величину, определяемую разностью уровней верхнего и нижнего порогов регенеративного компаратора и сопротивлением резистора контроля.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ МЕХАНИЗМОМ, содержащее мост, соединенный одной диагональю с выводами для подключения обмотки .электромагнитного механизма, причем два противоположных ллеча моста образованы диодами, включенными в обратном направлении по отношению к источнику питания, а два других - ключевыми транзисторами различного типа проводимости, включенными в прямом направлении по отношению к источнику питания и соединенными коллекторами с выводами для подключения обмотки электромагнитного механизма, а эмиттерами - с выводами для подключения источника питания, один - непосредственно, а другрй,- через резистор контроля тока в обмотке электромагнитного механизма, регенеративный компаратор на операционном усилителе, неинвергирующий вход которого соединен через резистивнЫй делитель с выходом операционного усилителя и через резистивно-емкостной делитель с источником внешнего управления, транзистор управления, база которого соединена с выходом операционного усилителя, а коллектор - с базой ключевого транзистора, эмиттер которого соединен с. выводом для подключения источника питания непосредственно, отличающееся тем, что, с целью сокращения потребляемой мощности при отказе типа короткого замыкания перехода коллектор - эмиттер одного из ключевых транзисторов, в него введены два дополнительных резистора и конденсатор, причем первый из дополнительных резисторов включен между эмиттером транзистора управления и общим выводом источника питания, второй - между инвертирующим входом операционного усилителя, соединенного через конденсатор с общим выводом источника питания, и точкой соединения резистора контроля тока в обмотке электромагнитного механизма и эмиттера ключевого транзистора, база указанного транзистора соединена с точкой соединения эмиттера транзистора управления и первого дополнительного резистора, а источник внешнего управления подключен к выводам питания операционного усилителя.