Устройство для гальванического разделения сигналов Советский патент 1988 года по МПК H03K17/60 

т 0fS

9yniti

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для ввода и вывода дискретных сигналов в различных регулирующих, логических и диалоговых программируемых контроллерах и микропроцессорных системах.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения двусторонней передачи сигналов.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для гальванического разделения сигналов; на фиг. 2 - времен ные диаграммы, поясняющие его работу I

Устройство для гальванического разделения сигналов (фиг. 1) содержи трансформатор 1, имеющий первую 2, вторую 3 и третью 4 обмотки, первый 5 и второй 6 диоды, первый 7 и второй 8 конденсаторы, резистор 9, первый 10 и второй 11 ключи, первую 12 и вторую 13 шины, вход 14, информационную шину 15, первую шину 16 питания, третью силовую шину 17, вторую шину 18 питания.

Первый вывод первой обмотки 2 трансформатора 1 соединен с первой шиной 16 питания, а второй вывод - через управляемый промежуток первого ключа 10 с второй шиной 18 питания, управляющий вход первого ключа 10 соединен с входом 14, первый вывод второй обмотки 3 трансформатора 1 соединен через первый диод 5 с управляющим входом второго ключа 11. Первый вывод управляемого промежутка второго ключа 11 соединен с первой силовой Шиной 12 устройства, второй вывод - с второй силовой шиной 13 устройства и с вторым выводом второй обмотки 3 трансформатора 1. Первый конденсатор 7 включен между управляющим входом второго ключа 11 и его вторым выводом управляемого промежутка. Первый вывод третьей обмотки 4 трансформатора 1 соединен через второй диод 6 с первой обкладкой второго конденсатора 8, первым выводом резистора 9 и третьей силовой шиной 17. Второй вывод третьей обмотки 4 трансформатора 1 соединен с второй обкладкой второго конденсатора 8, вторым вьшодом резистора 9 и первой силовой шиной 12. Второй вывод первой обмотки 2 трансформатора 1 соединен с информационной шиной 15.

Нагрузка 19 подключается к первой 12 и третьей 17 силовым шинам при работе устройства в режиме вывода дискретной информации. Ключ 20 подключается к первой 12 и второй 13 силовым шинам при работе устройства в режиме ввода дискретной информации. Силовой источник 21 питания подключается к второй 13 и третьей 17 силовым шинам при работе в обоих режимах.

Работу устройства в режиме ввода рассматривают с помощью временных диаграмм фиг, 2, используя следующие обозначения: напряжение U14, поступающее на вход 14 устройства в режиме ввода дискретной информации; напряжение U9 на резисторе 9; напряжение U4 на обмотке 4 трансформатора 1; напряжение U15 на шине 15; текущее время t; моменты времени t, - амплитуда импульсов напряжения U,U на информационной шине 15.

Для рассмотрения работы устройства в режиме вывода дискретной информации временных диаграмм не требуется

Устройство работает следующим образом,

В режиме вывода информации на вход 14 подаются прямоугольные импульсы со скважностью Х 2, при этом первый ключ 10 открывается, и на первой обмотке 2 трансформатора 1 появляется переменное напряжение,.которое трансформируется во вторую 3 и третью 4 обмотки. Первый диод 5 включен таким образом, что детектирует прямоугольные импульсы, возникающие в период открывания первого ключа 10, а второй диод 6 детектирует импульсы обратной полярности, возникающие при закрывании первого ключа 10 за счет ЭДС самоиндукции трансформатора 1. При этом на выходе диода 5 появляется напряжение, которое открывает второй ключ 11, Открывание ключа 11 приводит к открьшанию цепи нагрузки 19, Диод 6 на работу устройства в этом режиме не влияет, так как он закрывается напряжением, возникающим на резисторе 9,

При прекращении импульсов на входе 14 первый ключ 10 закрывается, напряжение на первой 2 и второй 3 обмотках трансформатора 1 и на выходе диода 5 исчезает, и второй ключ 11 закрывается, цепь нагрузки 19 при этом обесточивается, что соответствует логическому О. Так обеспечивается вывод дискретной информации.

В режиме ввода дискретной информации (фиг. 2) на вход 14 устройства поступают импульсы U, , имеющие высокую скважность (у 1000 и более).

8промежутках времени t,. и t , замыкается ключ 20, поэтому на резисторе

9появляется напряжение U, имеющее уровень логической 1. В этих промежутках времени на обмотке 4 трансформатора 1 наводятся импульсы U отрицательной полярности, закрывающие диод 6, после окончания каждого импульса и, первый ключ 10 скачком закрывается, поэтому на всех обмотках трансформатора 1 возникает ЭДС самоиндукции, имеющая форму импульса Диод 6 закрывается положи- тельным напряжением на резисторе 9, поэтому на третьей обмотке 4 возникают импульсы ЭДС самоиндукции амплитудой, равной или меньше напряжения

на резисторе 9, на информационной шине 15 устройства возникают импульсы и,5, по форме повторяющие импульсы на третьей обмотке 4.

В промежутке времени t,.a ключ 20 разомкнут, напряжение 1) на резис- торе 9 имеет уровень логического О

В промежутках времени t, и tg. когда присутствуют импульсы U, , на третьей обмотке 4 наводятся импульсы и отрицательной полярности, которые закрывают диод 6, после каждого окончания импульса U,j первый ключ 10 скачком закрывается, но возникающая ЭДС самоиндукции шунтируется диодом 6, который открывается, резко уменьшая амплитуду импульсов на всех обмотках, в том числе и на третьей обмотке 4 и информационной шине 15 устройства.

Амплитуда U, импульсов (фиг. 2) в моменты времени t и t значительно больше амплитуды U импульсов U,j. в моменты времени t и t что позволяет по амплитуде сигнала и, легко определить логическое состоя- ние ключа 20, это, в свою очередь, позволяет использовать устройство для ввода дискретной информации с гальваническим разделением входных и выходных цепей. Для определения амплитуды импульсов и,5 можно применить ампли- тудный селектор, выполненный любым известным способом (например, триггер Шмидта).

0

5

Q

0

Применение данного у1 тройства в программируемых контроллерах позволит иметь универсальные входы для ввода- вывода дискретных сигналов, конкретное назначение которых устанавливается программным путем, таким образом облегчается приспособление контроллеров к меняющимся условиям применения, например, когда требуется изменять назначение некоторых входов и т.д.

Кроме этого, универсальные входы позволят применять метод временного разделения, когда часть времени входы служат для ввода, а другую часть - для вывода дискретной информации.Это обеспечит сокращение числа клемм в контроллере.

Формула изобретения

Устройство для гальванического разделения сигналов, содержащее трансформатор с тремя обмотками, первый вывод первой обмотки которого соединен с первой шиной питания, а второй вывод через управляемый промежуток первого ключа соединен с второй шиной питания, управляющий вход первого ключа соединен с входом устройства, первый вывод второй обмотки трансформатора соединен через первый диод с управляющим входом второго ключа, первый вывод управляемого промежутка которого соединен с первой силовой шиной, а второй вывод - с второй силовой шиной и вторым выводом второй обмотки трансформатора, первый конденсатор, который включен между управляющим входом и вторым выводом управляемого промежутка второго ключа, резистор, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены второй диод, второй конденсатор,третья силовая шина, информационная шина, третья обмотка трансформатора

включена встречно второй обмотке,первый вывод третьей обмотки соединен через второй диод с первой обкладкой второго конденсатора, первым выводом резистора и третьей силовой шиной, второй вывод третьей обмотки трансформатора соединен с второй обкладкой второго конденсатора, вторым вьшодом резистора и первой силовой шиной, второй вьшод первой обмотки трансформатора соединен с- информационным выходом.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для ввода и вывода дискретных сигналов в различных регулирующих, логических и диалоговых программируемых контроллерах и в микропроцессорных системах. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей - достигается путем обеспечения двусторонней передачи сигналов. Для этого в устройство дополнительно введены второй диод 6, второй конденсатор 8, информационная шина 15 и третья силовая шина 17. При этом обмотка 4 трансформатора 1 включена встречно обмотке 3. На чертеже также показаны первая обмотка 2 трансформатора 1, диод 5, конденсатор 7, резистор 9, ключи 10 и 11, силовые шины 12 и 13, вход 14 и шины 16 и 18 питания. Применение данного устройства в контроллерах позволит иметь универсальные входы для ввода- вывода дискретных сигналов, чем облегчается приспособление контроллеров к меняющимся условиям примене- ния, например, когда требуется изме- - нять назначение некоторых входов, и позволяет сократить число клемм в контроллере. 2 ил. с $ (Л