Электронный ключ с защитой от наводок переменного тока и перенапряжений Советский патент 1989 года по МПК H03K17/16 

Фиг. 1

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к импульсной технике, и может быть использовано в цепях управления электронными клю- чами, в устройствах автоматики.

Цель изобретения - повышение надежности работы при наличии наводок переменного тока, защита от перенапряжений любой полярности при вклю- чениом и выключенном питании, упрощение схемы.

На фиг.1 изображена электрическая принципиальная схема электронного ключа с транзистором, открытым в ис- ходном состоянии; на фиг, 2 - то же, с транзистором, закрытым в исходном состоянии.

Устройство содержит транзистор 1, фильтр 2 нижних частот, который вы- полней на резисторе 3 и конденсаторе 4, амплитудный ограничитель 5 по максимуму, выполненный на диоде, резисторы 6 и 7, амплитудный ограничитель 8 по минимуму, выполненный ча резисторе 9 и диоде 10, выключатель 11 питания, источник 12 пит.а- ния, ключ 13.

Эмиттер-транзистора 1 соединен с общей шиной 14 (см. фиг. 1) или с шиной 15 питания (см. фиг. 2), коллектор через нагрузку 16 - с шиной 15 (см, фиг, 1) или с шиной 14 (см. фиг.2), База транзистора 1 через фильтр 2 и ограничитель 8, которые включены последовательно, соединена входной шиной 17 устройства. Резистор 7 включен между шинами 17 и 15, ключ 13 включен между шинами 14 и 17 через жилу 18 кабеля. Размыкающий контакт выключателя 11 соединен с шиной 14, замыкающий - с первым выводом источника 12, второй вывод которого подключен к шине 14, а переключающий контакт соединен с шиной 15. Резистор 3 включен между входом и выходом фильтра 2, конденсатор 4 - Между выходом фильтра 2 и эмиттером транзистора 1. Резистор 9 включен между входом и выходом ограничителя 8, диод 10 - между выходом ограничителя 8 и шиной 14.. Резистор 6 включен между базой транзистора 1 и выходом фильтра 2, диод 5 включен между входом или выходом фильтра 2 и шиной 15

Электронный ключ (фиг, 1) работает следующим образом.

При подключенном источнике 12 питания в исходном состоянии транзистор 1 открыт и находится в состоянии насыщения за счет протекания тока базы по цепи: шина 15 - резисторы 7, 9, 3, 6 - переход база - эмиттер транзистора 1 - шина 14, на шине 17 напряжение близко к напряжению источника 12 питания, конденсатор 4 заряжен до напряжения, равного сумме напряжения на переходе база - эмиттер транзистора 1 и падения напряжения на резисторе 6 за счет тока базы. При замыкании ключа 13 шина 17 соединяется с общей шиной 14 через жилу 18 кабеля, при этом напряжение на шине 17 скачком уменьшается до нуля, т.е. появляется сигнал для изменения состояния устройства, конденсатор 4 начинает разряжаться по цепи через резисторы 3 и 9 и по цепи через резистор 6 и переход база - эмиттер транзистора 1.

Через некоторое время, определяемое постоянной времени разряда кон- - денсатора 4 через упомянутые цепи, напряжение на конденсаторе 4 умень- |шается до порогового уровня, при котором транзистор 1 закрывается. При размыкании ключа 13 напряжение на шине 17 возрастает скачком почти до напряжения питания, начинается заряд конденсатора 4 через резисторы 7, 9, 3, когда напряжение на нем достигает порогового уровня, открывается транзистор 1. Таким образом, при замыкании и размыкании ключа 13 напряжение на шине 17 изменяется скачком от нуля до напряжения питания, происходит срабатывание электронного ключа с задержкой времени, определяемой сопротивлениями резисторов 7, 9, 3, 6 и емкостью конденсатора 4,

Если у правление электронным ключом производится по неэкранированной жиле 18 кабеля, подключенной к шине 17, то на этой жиле 18, а значит и на шине 17 появляется переменное напряжение или напряжение помех, наведенное из соседних жил кабеля или из соседних кабелей. Величина наведенного напряжения может достигать нескольких десятков вольт.

Рассмотрим влияние наведенного напряжения на состояние электронного ключа в исходном состоянии, т.е. при разомкнутом ключе 13, когда транзистор 1 открыт. Положительная полуволна наведенного напряжения от ши

514

ны 17 до общей шины 14 проходит по двум цепям: через резистор 7 - шину 15 - источник 12 питания и через резисторы 9, 3 - диод 5 - шину 15 - источник 12 питания. За счет прохождения положительной полуволны через диод 5 происходит быстрый заряд конденсатора 4 до напряжения, равного сумме напряжения источника 12 питания и прямого падения напряжения на диоде 5, при этом транзистор 1 остается в состоянии насыщения, т.е. под действием положительной полуволны наведенного напряжения электронный ключ не изменяет своего исходного состояния. Отрицательная полуволна наведенного напряжения от обще шины 14 до шины 17 проходит также по двум цепям: через источник 12 питания - шину 15 - резистор 7 и через диод 10 - резистор 9. За счет прохождения отрицательной полуволны через диод 10 на нем появляется напряжение отрицательной полярности, по этому конденсатор 4 начинает разряжаться через резистор 3, а также через резистор 6 и переход база-эмитте транзистора 1. Если постоянную времени разрядной цепи выбрать такой, что за время действия отрицательной полуволны напряжение на конденсаторе 4 не упадет до порогового уровня, при котором происходит запирание транзистора 1, то транзистор 1 остается в

состоянии насыщения, а значит и отрицательная полуволна наведенного напряжения не изменяет исходного состояния электронного ключа. При появлении сигнала, т.е. при замыкани ключа 13, наведенное на жиле 18 нап-- ряжение замыкается на общую шину 14 и не оказывает влияния на изменившееся под действием сигнала состояние электронного ключа.

При небольшое наведенном на шине 17 напряжении, когда его амплитуда . меньше напряжения отпирания диодов 1 или 5, это напряжение уменьшается на конденсаторе 4 за счет сглаживающего действия фильтра 2 и также не изменяет исходное состояние электронного ключа.

В некоторых применениях предлагаемого электронного ключа возможны , случайные перенапряжения на шине 17 величиной до сотен вольт, например при попадании на вход сетевых напряжений переменного или постоянного

0

5

0

5

тока. При этом электронный ключ ведет себя так же, как и при воздействии 1 наводок переменного тока большой амплитуды, отличаясь тем, что при воздействии перенапряжения постоянно- го тока отрицательной полярности ключ .срабатывает, если время воздействия 11ЭТОГО перенапряжения больше времени разряда конденсатора 4 до порогового (напряжения, при котором закрывается транзистор 1. Ограничение токов на допустимом для электронного ключа уровне определяется сопротивлением резисторов 7 и 9.

В качестве примера эквивалентного выполнения предлагаемого устройства можно использовать подключение диода 5 между входом фильтра 2 и шиной 15 питания (не показано). Преимущество такого включения - возможность применения диода 10 на меньшее обратное напряжение, а недостаток - необходимость увеличения емкости конденсатора 4, так как его заряд при положительной полуволне наводок происходит медленнее и за время действия положительной полуволны он заряжается до меньшего напряжения, из-за чего его разряд до порогового уровня при отрицательной полуволне проис- .ходит быстрее.

Если наводки переменного тока и перенапряжения воздействуют на устройство при отключенном источнике 12 питания, то на шине 15 может оказаться напряжение больше допустимого, если сопротивление схемы между шинами 15 и 14 имеет значительную величину. Для защиты устройства в этом случае шина 15 через переключающий

конта кт выключателя 11 соединена с общей 14,

Устройство, изображенное на фиг. 2, работает аналогичным образом, только в исходном состоянии транзистор 1 закрыт, а конденсатор 4 разряжен. При замыкании ключа 13 конденсатор 4 начинает заряжаться через резисторы 3 и 9, а при размыкании разряжаться через резисторы 7, 9, 3, а также через переход база - эмиттер транзистора 1 и резистор 6. Транзистор 1 открывается, когда напряжение на конденсаторе 4 при его заряде достигает порогового уровня, и закрывается, когда напряжение при разряде конденсатора 4 становится ниже этого уровня.

0

5

0

0

5

Формула изобретения

Электронный ключ с защитой от наводок переменного тока и перенапряжений, содержащий транзистор, эмиттер которого соединен с первой шиной питания, а коллектор - через нагрузку - с второй шиной питания, фильтр нижних частот, выполненный на первом резисторе и конденсаторе, амплитудный ограничитель по максимуму, выполненный на первом диоде, второй резистор который включен между выходом фильтра нижних частот и базой транзистора, первый резистор включен между входом и выходом фильтра нижних частот, конденсатор включен между выходом фильтра нижних частот и эмиттером транзистора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы при наличии наводок переменного тока, защиты от перенапряжений любой полярности при включенном и выключенном питании и упроще- ния, введены амплитудный ограничитель по минимуму, выполненный на третьем резисторе и втором диоде,

четвертый резистор, выключатель питания и ключ, амплитудный ограничитель по минимуму и фильтр нижних частот соединены последовательно и включены между входной шиной устройства и базой транзистора, третий резистор включен между входом и выходом амплитудного ограничителя по минимуму, второй диод включен между выходом амплитудного ограничителя по минимуму и первой шиной питания, четвертый резистор включен между второй шиной питания и входной шиной, амплитудный ограничитель по максимуму включен между выходом или входом фильтра нижних частот и второй шиной питания, переключающий контакт выключателя питания соединен с второй шиной питания, размыкающий контакт соединен с первой шиной питания, а замыкающий контакт - с первым выводом источника питания, второй вывод которого соединен с первой шиной питания, переключающий контакт ключа соединен с первой шиной питания, а замыкающий контакт через жилу кабеля - с входной шиной устройства.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в цепях управления электронными ключами при частоте срабатывания ключа меньше частоты наведенного напряжения, в устройствах автоматики. Цель изобретения-повышение надежности работы при наличии наводок переменного тока, защита от перенапряжений любой полярности при включенном и выключенном питании, упрощение. Устройство содержит транзистор 1, фильтр 2 нижних частот, амплитудный ограничитель 5 по максимуму, резистор 6. Для достижения поставленной цели в устройство введены ключ 13, выключатель питания 11, амплитудный ограничитель 8 по минимуму, резистор 7. На чертеже так же обозначены шины 14, 15 питания, входная шина 17, источник 12 питания, нагрузка 16, жила 18 кабеля. Благодаря вновь введенным элементам и связям в устройстве обеспечивается сохранение исходного состояния транзистора 1 при наличии наводок переменного тока на жиле 18 и ограничение перенапряжений на безопасном уровне. 2 ил.

73