Транзисторный ключ с защитой от перегрузки Советский патент 1989 года по МПК H03K17/812 

N)

10

1U65988

Изобретение относится к электронной технике, в частности к электронной коммутационной технике, и может быть использовано, например, в регулирующих устройствах и программируемых контроллерах для вьздачи команд на исполнительные устройства.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости ,

На чертеже приведена принципиальная схема устройства.

Транзисторный ключ с sanjfiTOKf от перегрузки содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, триггер 2, элемент И-НЕ 3, трансформатор 4 с тремя обмотками: первой 5, второй 6 и третьей 7, причем первая и вторая обмотки включены встречно, а вторая и третья - сс ласно, шину 8 питания, силовуй шину 9, три конденсатора: первый 10, второй 11, третий 12; три диода: первый 13, второй 14, третий 15; силовой транзисторный ключ 16, делитель 17 напряжения, сое-25 тоящий из резисторов 18 и 19, и силовой выход 20 устройства.

15

20

Транзисторный ключ работает следующим образом.

Генератор 1 непрерывно вырабатыва ет прямоугольные импульсы. В исходном состоянии на выходе триггера 2 присутствует сигнал О, при этом на выходе элемента . 3 будет сигнал 1, обмотки 5,6 и 7 трансформатора 4 обесточены, поэтому ключ 16 и диоды 14, 15 закрыты, конденсатор 12 разряжен.

При соответствующих сигналах на входах триггера 2 на его выходе устанавливается сигнал 1,. который открывает элемент И-НЕ 3, на выходе которого появляются импульсные сигналы с частотой генератора 1. Переменное импульсное напряжение на обмотке 5 трансформируется в обмотки б, 7, фазировка включения которых принята такой, что при сигнале О на выходе элемента И-НЕ 3 диод 13 открыт, диод 14 закрыт, при сигнале 1 на выходе элемента И-НЕ 3 диод 1

закрыт, диод 14 открыт. Диод 13 детектирует импульсный сигнал на обмотке 6, заряжает конденсатор .И,

Выходы генератора 1 и триггера 2 напряжение, возникающее на конден- соединень с соответствукщими входами зо саторе 11, открывает ключ 16 и за- элемента И-НЕ 3, выход которого сое- мыкает силовой выход 20 на общую

0

5

5

0

Транзисторный ключ работает следующим образом.

Генератор 1 непрерывно вырабатывает прямоугольные импульсы. В исходном состоянии на выходе триггера 2 присутствует сигнал О, при этом на выходе элемента . 3 будет сигнал 1, обмотки 5,6 и 7 трансформатора 4 обесточены, поэтому ключ 16 и диоды 14, 15 закрыты, конденсатор 12 разряжен.

При соответствующих сигналах на входах триггера 2 на его выходе устанавливается сигнал 1,. который открывает элемент И-НЕ 3, на выходе которого появляются импульсные сигналы с частотой генератора 1. Переменное импульсное напряжение на обмотке 5 трансформируется в обмотки б, 7, фазировка включения которых принята такой, что при сигнале О на выходе элемента И-НЕ 3 диод 13 открыт, диод 14 закрыт, при сигнале 1 на выходе элемента И-НЕ 3 диод 13

.динен с первым выводом первой обмотки 5 трансформатора 4 и через первый конденсатор 10 с первым выводом делителя 17 напряжения, второй вывод которого подключен к нулевой щине, средняя точка делителя 17 напряжения соединена с R-входом триггера 2, второй вывод.первой обмотки 5 трансформатора 4 соединен с шиной 8 питания, первый вывод второй обмотки 6 трансформатора 4 через первьш диод 13 соединен с первым выводом второго конденсатора 11 и управляемым входом силового ключа 16, второй вывод второй обмотки 6 трансформатора 4 соединен с вторым выводом второго конденсатора 11, эмиттером силового транзистора 16, общей силовой шиной 9 и через третью обмотку 7 трансформатора 4 - с анодом второго диода 14, выход силового ключа 16 соединен с силовым выходом 20 устройства, первый вывод третьего конденсатора 12 соединен с общей силовой шино 9, а второй вывод подключен к катоду второго диода 14 и аноду третьего диода 15, катод третьего диода 15 соединен с сштовым выходом 20 устройства.

силовую шину 9, открывая диоды 14, 15 в те полупериоды импульсного сигнала на выходе элемента И-НЕ 3, когда там имеет место сигнал 1.

Открытый ключ 16 через диод 13-закорачивает гконденсатор 12, поэтому напряжение на нем близко к нулю.

Такое включение диодов 14 и 15,

конденсатора 12 и обмоток 6 и 7 приводит к -тому, что импульсы напряжения самоиндукции, возникающие при переходе сигнала на выходе элемента И-НЕ 3 из состояния О в состояние

, шунтируются диодом 14, поэтому переменное напряжение на выходе делителя 17 не достигает величины порога срабатывания триггера 2.

Предположим, что при замкнутом

состо нии ключа 16 произошло короткое замыкание нагрузки, это приводит к появлению высокого напряжения силового (внешнего) питания на силовом выходе 20 относительно общей

силовой шины 9, в результате этого диод 15 закрывается. После этого при каждом переходе сигнала на выходе элемента И-НЕ 3 из состояния О в 1 появляются узкие импульсы ЭДС самоиндукции, которые возникают также на обмотке 7 и через дио . 14 начинают заряжать конденсатор 12 Кавдый импульс ЭДС самоиндукции чер диод 14 цередает конденсатору 12 некоторую энергию, поэтому напряжен на конденсаторе 12 начинает увеличиваться по ступйнчатой форме. При этом, так как амплитуды напряжений ЭДС самоиндукции на обмотках 7 и 5 равны (приблизительно) напряжению на конденсаторе 12, то импульсы ЭДС самоиндукции на обмотке 5 с течение времени после возникновения короткого замыкания увеличиваются, увеличивается также амплитуда имщ льсов на выходе делителя 17, которые прикладываются к R-входу триггера 2.

При достижении амплитудой импульсов порога срабатывания триггера 2 последний сбрасывается в состояние О, импульсы на выходе элемента И-НЕ 3 и, соответственно, на обмотках 5 и 6 исчезают, конденсатор 11 разряж-ается через цепь управления силового ключа 16, исчезает-сигнал управления последнего, и он выключается. Этим исключается перегрев силового ключа 16 при длительном коротком замыкании нагрузки.

Отметим, что цепь защиты ключа 16 - диоды 14 и 15 и обмотка 7 не оказывают влияния на работу устройства. При закрытом состоянии ключа ,16 он шунтируется закрытым диодом 15, величина обратного тока диодов достаточно мала по сравнению с то- ками утечки силовых ключей. В открытом .состоянии ключа 16 через не го идут импульсы тока при открытии диодов 14 и 15, сглаженные конденсатором 12, амплитуда этих импульсов также достаточно мала по сравнению с токами нагрузки, поэтому эти им- не отражаются на коммутационной способности ключа 16.

Введение конденсатора 12 увеличивает надежность срабатывания ключа 16, так как разряженный конденсатор

, з е

1465988

12 предотвращает возникновение импульсов сброса в начальный момент времени после подачи сигнала управления на входы С и D триггера 2, когда ключ 16 за счет длительности заряда конденсатора 11 еще не открылся.

Импульсные помехи положительной ТО полярности, возникающие на выходе 20, закрывают диод 15, но диод 14 не закрывается за счет конденсатора 12, поэтому схема защиты не срабатывает от ложных помех положительной 15 полярности, а помехи отрицательной . полярности открывают диод 15 и заряжают конденсатор 12 напряжением отрицательной полярности, которое приводит к уменьшению ЭДС самоиндук- 20 Ции, также предотвращая ложные срабатывания.

Таким образом, транзисторный ключ - обладает повышенной помехоустойчи- 5 вестью за счет некоторого увеличения временной задержки срабатывания схемы защиты. Длительность задержки срабатывания зависит от амплитуды тока ЭДС са юиндукции, номинала кон- 0 дексатора 12 и порога срабатывания триггера 2.

Подбирая номинал конденсатора 12, можно Обеспечить, длительность задержки срабатывания ключа 16 такой, что- 5 бы ключ 16 при коротк;:х замыканиях не успевал перегреться.

Фор

мула изоб

р е т е н и я

40

Транзисторный ключ с запятой от перегрузки по авт.св. № 1339884, отличающийся тем, что, с целью повьшения помехоустойчивости, введены .третий конденсатор-.и

45 третий диод, катод которого соединен с силовым выходок устройства, а анод - с катодом второго диода н первым выводок третьего конденсатора, второй вывод которого соединен

50 с общей силовой шиной.