Управляемый ключ Советский патент 1987 года по МПК H03K17/73 

1

Изобретение относится к ключевым устройствам преобразовательной техники и может быть использовано в при-i борах и блоках радиотехнических уст

частности, в преобразователях постоянного напряжения в переменное, реверсивных коммутаторах питания, усилительно-преобразовательных устройствах управления активно-индуктивными нагрузками, а также в качестве мощного ключа.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем реализации устройством характеристики трехпозиционного реле.

На фиг.1 представлена схема управляемого ключа; на фиг,2 - схема формирователя; на фиг.З - схема коммутационного блока; на фиг.4 - схема блока управления.

Управляемый ключ фиг.1) содержит последовательно соединенные первый и второй источники 1 и 2 питания с выключателями, нагрузку 3 (активно-индуктивную) , последовательно соединенные первьш управляющий элемент 4, тиристор 5, отсекающий диод 6, ключево элемент 7, между анодом и управляющи электродом тиристора 5 включены последовательно соединенные первьш резистор 8 и фотоприемник 9 оптрона, светодиод 10 которого через второй резистор 11 подключен параллельно ключевому элементу 7 третий и четвертый резисторы 12 и 13, второй управляющий элемент 14, первый и второй обратные диоды 15 и 16, блок 17 управления, первый, второй и третий блокирующие элементы 18-20, диод 21, пятый и щестой резисторы 22, 23 и формирователь 24,

Формирователь 24 (фиг.2) содержит

коммутационньш блок 25, первый и вто- 45 ключевого элемента 7 соединен через рой IК-триггеры 26 и 27, третий источник 28 питания с выключателем, первый и второй микропереключатели 29 и 30, первый, второй, третий, четвер-. тый, пятый, шестой развязывающие gg диоды 31-36, седьмой, восьмой, девя- тьй и десятый резисторы 37-40, первый и второй согласующие транзисторные элементы 41 и 42. Коммутационньш блок 25 (фиг.З) содержит мостовые gg схемы, плечи которых образованы соответствующими одиннадцатым, двенадцатым, тринадцатым, четырнадцатым, пятнадцатым, шестнадцатым, семнадцатым

третий резистор 12 с первыми разно- полярными полюсами источников 1 и 2 питания, второй управляющий зле-г мент 14 включен параллельно входу ключевого элемента 7, а четвертьш ре зистор 13 включен между входным выводом второго управляющего элемента Ij4 и точкой соединения тиристора с первым управляющим элементом 14, второй вывод нагрузки 3 соединен с катодом тиристора 5 и анодом отсекающего диода 6 и через соответствующие первый и второй обратные диоды 15 и 16 - с вторыми разнополярны

10

15

20

25

йм зо

453342

и восемнадцатым резисторами 43-50 и контактами третьего,четвертого,пятого и шестого микропереключателей 51- 54 (например, типа l-ffl-12) и четыре К5 триггера 55-58, каждьй из которых выполнен на двух логических схемах И- НЕ (например, типа 133ЛАЗ)-с обратными связями.

Блок 17 управления (фиг.4) содержит две логические схемы И-НЕ (например, типа 133ЛАЗ) 59 и 60, девятнадцатый, двадцатый и двадцать первый резисторы 61-63, конденсатор 64, седьмой микропереключатель 65 (например, типа МП-12),. обеспечивающий при замыкании подключение генератора к счетным выводам 1К-триггеров.

В качестве 1К-триггеров может быть использована микросхема типа 133ТВ1.

Вместо микропереключателей могут быть Использованы управляемые электронные ключи.

Вместо тиристорного оптрона может быть использован транзисторньш опт- рон.

Управляемый ключ- содержит два источника 12 питания, первые разно- полярные полюсы которых соединены с первым выводом нагрузки 3, а между вторыми разнополярными полюсами первого и второго источников 1 и 2 питания включена последовательная цепь, содержащая согласно соединенные первьш управляющий элемент 4, тиристор 5, отсекающий диод 6 и ключевой элемент 7, между анодом и управляющим электродом тиристора 5 включены по следовательно соединенные первый резистор 8 и фотоприемник 9 оптрона, светодиод 10 которого через второй резистор 11 подключен параллельно ключевому элементу 7, входной вывод

35

40

ключевого элемента 7 соединен через

третий резистор 12 с первыми разно- полярными полюсами источников 1 и 2 питания, второй управляющий зле-г мент 14 включен параллельно входу ключевого элемента 7, а четвертьш резистор 13 включен между входным выводом второго управляющего элемента Ij4 и точкой соединения тиристора с первым управляющим элементом 14, второй вывод нагрузки 3 соединен с катодом тиристора 5 и анодом отсекающего диода 6 и через соответствующие первый и второй обратные диоды 15 и 16 - с вторыми разнополярными полюсами источников 1 и 2 питания, блок 17 управления, цепь, состоящая из согласно соединенных перехода коллектор - эмиттер первого блокирующего элемента 18 и диода 21, включена параллельно входу ключевого элемента 7, база первого блокирующего элемента 18 через пятьй реэис15

20

25

30

тор 22 подсоединена к первым разнопо- t счетные входы которых объеди- лярным полюсам источников питания 1 и 2 и к второму выводу формирователя 24 и чере.- переход коллектор - эмиттер второго блокирующего элемента 19 к отрицательному полюсу второго источника 2 питания и общему выводу формирователя 24, база второго блокирующего элемента 19 подключена к первому управляющему выводу формирователя 24, база первого управляющего элемента 4 через последовательно соединенные шестой резистор 23 и переход коллектор - эмиттер третьего блокирующего элемента 20 подключена к отрицательному полюсу второго источника питания 2, база третьего блокирующего элемента 20 подсоединена к второму управляющему вьгаоду формирователя 24, положительный полюс первого источника 1 питания связан с первым выводом формирователя 24, счет- ньй вывод и первый и второй выводы для подключения питания блока 17 управления подключены соответственно к счетному выводу и выводам для подклю- ,,5 чения питания формирователя 24.

Формирователь 24 содержит первый и второй согласующие транзисторнью элементы 41 и 42, коллекторы которых подключены .соответственно к первому и второму управляющим выводам формирователя 24, а эмиттеры объединены и подключены к общему выводу формирователя 24, к отрицательному полюсу третьего источника 28 питания, базы согласующих транзисторных элементов 41 и 42 связаны с катодами соответствующих первого и второго развязывающих диодов 31 и 32, аноды которых соединены с катодами соответствующих третьего и четвертого развязывающих диодов 33 и 34, аноды которых подключены к анодам соответствующих пятого и шестого развязывающих диодов 35, Зб и через соответствующие седьмой и восьмой резисторы 37, 38 - к первому и второму выводам.формирователя 24, которые соединены через соответствующие девятый и десятый резисторы 39

нены и подключены к счетному выводу формирователя 24, 1-й К-входы IК- триггеров 26 и 27 подсоединены к соответствующим 1- и К-установочным вы вода коммутационного блока 25, соот ветствующие первый и второй выводы дпя подключения питания IК-триггеров соединены с соответствующими полюсами третьего источника 28 .питания, - первый и второй выводы для подключения питания коммутационного блока 25 соединены с соответствующими выводами для подключения питания формирова теля 24.

Коммутационный блок 25 содержит четыре мостовых схемы, четыре RS- триггера 55-58, каждый из которых вы полнен на двух логических схемах PI- HE с перекрестными обратными связями, прямые выходы RS-триггеров подключены к соответствующим I- и К-установочным выводам коммутационного блока, а R- и S-входы каждого из RS-триггеров подсоединены к соответствующим вьтодам диагоналей мостовых схем, плечи каждой из которых образованы соответственно одиннадцатым и двенадцатым 43 и 44, тринадцатым и четырнадцатым 45 и 46, пятнадцатым и шестнадцатым 47 и 48, семнадцатым и восемнадцатым резисторами 49 и 50 и соответствующими контактами третьего, четвертого пятого и шестого .микропереключателей 51-34, первые вы- 4g воды одних диагоналей мостовых схем - .подвижные части контактов микропереключателей и отрицательные выводы для подключения питания RS-триггеров - подсоединены к первому выводу для подключения питания коммутационного блока 25, а вторые выводы этих же диагоналей - объединенные выводы парных одиннадцатого и двенадцатого 43 и 44, тринадцатого и четьфнадцатого 45 и 46, пятнадцатого и шестнадцатого 47 и 48, семнадцатого и восемнадцатого 49 и 50 резисторов и положительные вьгеоды для подключения питания RS-триггеров - соединены с вто40

50

55

и 40 к первым и вторым управляющим выводам формирователя 24, катоды пятого и шестого развязьгаающих диодов 35 и 36 соединены через контакты соответствующих первого н второго микропереключателе:й 29 и 30 соответственно с прямым и инверсным выходами первого и второго 1К-триггеров 26

15

20

25

0

t счетные входы которых объеди- ,5

нены и подключены к счетному выводу формирователя 24, 1-й К-входы IК- триггеров 26 и 27 подсоединены к соответствующим 1- и К-установочным вывода коммутационного блока 25, соответствующие первый и второй выводы дпя подключения питания IК-триггеров соединены с соответствующими полюсами третьего источника 28 .питания, - первый и второй выводы для подключения питания коммутационного блока 25 соединены с соответствующими выводами для подключения питания формирователя 24.

Коммутационный блок 25 содержит четыре мостовых схемы, четыре RS- триггера 55-58, каждый из которых выполнен на двух логических схемах PI- HE с перекрестными обратными связями, прямые выходы RS-триггеров подключены к соответствующим I- и К-установочным выводам коммутационного блока, а R- и S-входы каждого из RS-триггеров подсоединены к соответствующим вьтодам диагоналей мостовых схем, плечи каждой из которых образованы соответственно одиннадцатым и двенадцатым 43 и 44, тринадцатым и четырнадцатым 45 и 46, пятнадцатым и шестнадцатым 47 и 48, семнадцатым и восемнадцатым резисторами 49 и 50 и соответствующими контактами третьего, четвертого пятого и шестого .микропереключателей 51-34, первые вы- g воды одних диагоналей мостовых схем - .подвижные части контактов микропереключателей и отрицательные выводы для подключения питания RS-триггеров - подсоединены к первому выводу для подключения питания коммутационного блока 25, а вторые выводы этих же диагоналей - объединенные выводы парных одиннадцатого и двенадцатого 43 и 44, тринадцатого и четьфнадцатого 45 и 46, пятнадцатого и шестнадцатого 47 и 48, семнадцатого и восемнадцатого 49 и 50 резисторов и положительные вьгеоды для подключения питания RS-триггеров - соединены с вто0

0

5

рым выводом для подключения питания коммутационного блока 25.

Каждый блокирующий 18-20, второй управляющий 14 и согласующие 41 и 42 элементы выполнены на транзисторе,- базоэмиттерньй переход которого шунтирован резистором.

Ключевой 7 и первый управляющий элементы 4 выполнены по схеме Дарлингтона.

Блок управления 17 содержит две последовательно соединенные логические схемы И-НЕ 59 и 60, седьмой микропереключатель 65, девятнадцатьш, двадцатьй и двадцать первый 61, 62, 63 резисторы, конденсатор 64, подключенный параллельно соответственно входным и выходным выводам первой и второй логических схем Й-НЕ 59 и 60 и последовательно соединенным девятнадцатому и двадцатому резисторам 61, 62, объединенные выводы которых связаны с объединенными выводами первой и второй логических схем 59 и 60, выходной вывод второй логической схемы И-НЕ 60 подключен через контакты седьмого микропереключате- л 65 к счетному выводу блока 17 управления, -а входные вьгаоды первой логической схемы И-НЕ- 59 связаны через двадцать первый резистор 63 с первым выводом для подключения питания блока 17 управления, соединенного с отрицательными выводами для подключения питания Логических схем И-НЕ 59 и 60, положительные выводы для подключения питания которых связаны с вторым выводом для подключения питания блока 17 управления.

Управляемый ключ работает следующим образом.

Подключение управляемого ключа осуществляется включением первого, второго и третьего источников 1, 2 и 28 питания при помощи выключателей

Предположим, что в статическом состоянии микропереключатели 29 и 30 разомкнуты; микропереключатель 65 разомкнут, и блок 17 .управления не выдает на счетные входы 1К-триггеро управляющие импульсы, микропереключатели 51-54 в коммутационном блоке 25 находятся в таком положении, когда н выводах I,, 2, К,, Kj устанавливаются 1, и I К-триггеры 26 и 27 в зависимости от предыдущего своего состояния, встанут в одно из устойчивых состояний, например на прямом выводе

О, а на инверсном 1 в соответствии с табл. 2, в которой указйна логика работы IК-триггеров.

В этом случае первый и второй сог- ла ующие 41, 42 и первый блокирующий 18 элементы устанавливаются в замкнутое состояние, а второй и третий блокирующие 19 и 20, первый и второй управляющий 4 и 14 и ключевой 7 элементы - в разомкнутое состояние .

Ток в нагрузке не протекает. При этом микропереключатели 29 и 30 замк- нуты. Второй согласующий 42, первый и третий блокирующие 18 и 20 и первьш управляющий 4 элементы устанавливаются в замкнутое состояние, а первый согласующий 41, второй блокирующий 19, ключевой 7 элементы - в разомкнутое состояние.

Ток в нагрузке протекает от первого источника питания.

Работа управляемого ключа осуществляется в соответствии с 3-й строкой табл. 1, в которой показана логика работы силовой части устройства.

При смене положения микропереключателей 51-54 в коммутационном блоке

0

на противоположное, в соответствии с табл. 3 (где показана логика работы коммутационного блока) на выводах

I 9

, К,, К устанавливаются

5

0

5

0

5

О.

1К-триггеры остаются в прежнем состоянии,- следовательно, силовая часть, устройства также не меняет своего состояния.

При установке микропереключателей 51-54 в начальное положение IК- триггер изменяет свое состояние: на прямом выводе 1, а на инверсном О, при этом изменяется состояние силовой части устройства с соответствии с табл, 1: ток в нагрузке реверсируется.

Предположим, что в динамическом состоянии микропереключатели 29 и 30 (замкнуты,, микропереключатели 51-54 коммутационного блока установлены в таком положении, что на выходах 1 , 1, К,, К коммутационного блока ус- .тановлены 1 микропереключатель 65 в блоке управления замкнут, и на счетные входы IК-триггеров поступают импульсы заданной частоты. Под воздействием счетных импульсов происходит переключение 1К-триггеров и, соответственно, силовой части устройства. При переключении исключено протекание сквозных токов в устройстве.

Предлагаемым устройством обеспечивается возможность реализации всех видов режимов импульсного питания активно-индуктивной нагрузки.

Формула изобретения

1. Управляемый ключ, содержащий два источника питания, первые разно- полярные полюсы которых соединены с первым выводом нагрузки, а между вторыми разнополярными полюсами первого и второго источников питания включены последовательно соединенные первый управляющий элемент, тиристор, отсекающий диод, и ключевой элемент, между анодом и управляющим электродом тиристора включены последовательно соединенные первые резистор и фотоприемник оптрона, светодиод которого через второй резистор подключен параллельно ключевому элементу,входной вывод ключевого элемента соединен через третий резистор с первыми разнополярными полюсами источников питания, второй управляющий элемент включен параллельно входу ключевого элемента, а четвертый резистор включен между входным выводом второго управляющего элемента и точкой соединения тиристора с первым управляющим

второго источника питания и общему выводу формирювателя, база второго блокирукицего элемента подключена к первому управляющему выводу формирователя, база первого управляющего эле мента через последовательно соединенные шестой резистор и переход коллектор - эмиттер третьего блокирующего 10 элемента подключена к отрицательному полюсу второго источника питания, база третьего блокирующего элемента под соединена к второму управляющему выводу формирователя, счетный вывод и 15 nepBfciiM и второй выводы для подключения питания блока управления подключены соответственно к счетному выводу и выводам для подключения питания формирователя.

20 2. Ключ по п.I, отличающийся тем, что каждьй блокирующий, второй управляющий и согласующие элементы выполнены на транзисторе, базоэмиттерным переход которого шун- 25 тирован резистором.

3. Ключ ПОП.1, отличающийся тем, что ключевой и первый

управляющие элементы выполнены по схеме Дарлингтона.

30 4. Ключ ПОП.1, отличающийся тем, что формирователь содержит коммутационный блок, два IК- триггера, третий источник питания, два микропереключателя, первый, вто- элементом, второй вывод нагрузки сое- „с рой, третий, четвертый, пятый и шес- динен с катодом тиристора и анодом той развязывающие диоды, резисторы с

отсекающего диода и через соответствующие первый и второй обратные диоды - с вторыми разнополярными полюсами источников питания, блок управле- ния, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, введены первый, второй и третий блокирующие элементы.

пятый и шестой резисторы, диод и фор- g ния, базы согласующих транзисторных

мирователь, положительный полюс первого источника питания связан с первым выводом формирователя, цепь, состоящая из согласно соединенных перехода коллектор - эмиттер первого блокирующего элемента и диода включена параллельно входу ключевого элемента, база первого блокирующего элемента через пятый резистор подсоединена к первым разнополярным полюсным источников питания и к второму вьшоду формирователя и через переход коллектор - эмиттер второго блокирзгющего элемента - к отрицательному полюсу

второго источника питания и общему выводу формирювателя, база второго блокирукицего элемента подключена к первому управляющему выводу формирователя, база первого управляющего элемента через последовательно соединенные шестой резистор и переход коллектор - эмиттер третьего блокирующего 0 элемента подключена к отрицательному полюсу второго источника питания, база третьего блокирующего элемента подсоединена к второму управляющему выводу формирователя, счетный вывод и 5 nepBfciiM и второй выводы для подключения питания блока управления подключены соответственно к счетному выводу и выводам для подключения питания формирователя.

0 2. Ключ по п.I, отличающийся тем, что каждьй блокирующий, второй управляющий и согласующие элементы выполнены на транзисторе, базоэмиттерным переход которого шун- 5 тирован резистором.

3. Ключ ПОП.1, отличающийся тем, что ключевой и первый

управляющие элементы выполнены по схеме Дарлингтона.

седьмого по десятый, первый и второй согласующие транзисторные элементы, коллекторы которых подключены соответственно к первому и второму управляющим выводам формирователя, а эмиттеры объединены и подключены к общему выводу формирователя к отрицательному полюсу третьего источника питаэлементов связаны с катодами соответствующих первого и второго развязывающих диодов, аноды которых соединены с катодами соответствующих третьего и четвертого развязьшающих диодов, аноды которых подключены к анодам со- ответствующих пятого и шестого развязывающих диодов и через соответствующие седьмой и восьмой резисторы - к первому и второму вьтодам формирователя, которые соединены через соответствующие девятьй и десятый резисторы с первым и вторым управляющими выводами формирователя, катоды пятого и шестого развязьшающих диодов соединены через контакты соответствующих первого и второго микропереключателей соответственно с прямым и инверсным выходами первого и второго IК-триггеров, счетные входы ко- торьк объединены и подключены к счетному выводу формирователя,- иК-вхо- ды IК-триггеров подсоединены к соответствующим I- и К-установочным выводам коммутационного блока, соответствующие первые и вторые выводы для подключения питания IК-триггеров и коммутационного блока соединены с соответствующими полюсами третьего источника питания и соответствующими выводами для подключения питания формирователя.

5, Ключ по п.2, отличающийся тем, что коммутационньш блок содержит четыре мостовые схемы и четыре RS-триггера, каждьй из которых выполнен на двух логических схемах И - НЕ с перекрестными обратными связями, прямые выходы RS-триг- геров подключены к соответствующим I- и К-установочным выводам коммута+0 1

-ю

|П р и м е ч а н и е.1 - замкнутое состояние ключей 29 и 30; О - разомкнутое состояние

ключей 29 и 30.

5334. О

ционного блока, а R- и S-входы каждого RS-триггера подсоединены к соответствующим выводам диагоналей мос

образованы соответственно одиннадцатым и двенадцатым, тринадцатым и четырнадцатым, пятнадцатым и шестнадцатым, семнадцатым и восемнадцатым резисторами и соответствующими контактами третьего, четвертого, пятого и шестого микропереключателей, первые выводы одних диагоналей мостовых схем - подвижные части контактов.микропереключателей и отрицательные выводы для подключения питания RS-триг- геров - подсоединены к первому выводу для подключения питания коммутационного блока, а вторые выводы этих же диагоналей - объединенные выводы . парных (одиннадцатого и двенадцатого, тринадцатого и четьфнадцатого, пятнадцатого и шестнадцатого, семнадцатого и восемнадцатого) резисторов и положительные выводы для подключения питания RS-триггеров - соединены с вторым выводом для подключения питания коммутационного блока.

Таблица 1

О

1

О

Таблица 2

1 О

1 о

о 1

1 о

Изобретение может быть использовано, в частности, в преобразователях постоянного напряжения в переменное, реверсивных коммутаторах питания, . усилительно-преобразовательных устройствах управления активно-индуктивными нагрузками. Управляемый ключ (УК) содержит источники 1 и 2 питания с выключателями, нагрузку 3, управляющие элементы 4 и 14, тиристор 5, отсекающий диод 6, ключевой элемент 7, резисторы 8, 11-13, 22, 23, фотоприемник 9 оптрона, светодиод 10, обратные диоды 15, 16, блок 17 управления, блокирующие элементы 18-20, диод 21, формирователь 24. Изобретение расширяет функциональные возможности УК путем реализации характеристики трехпозйционного реле. В описании изобретения даны электрические схемы формирователя 24 и его коммутационного блока. 4 . ф-лы, 4 ил., 3 табл. (Л с со 4: ел со со 4

5t la

-oJ/

Д

,0

pQi

Kt

AT

47

тП

K)J/

Л4

ТП ss

-o/r

. фигЗ

SI

дЗ

40

Редактор М.Недолуженко

Составитель Г.Терешина

Техред М.Двдык Корректор И.Муска

Заказ 4931/54Тираж 900Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

М

-r

rr

62

5

60

/

-9 1 I

0