Транзисторный ключ с защитой от перегрузки Советский патент 1989 года по МПК H03K17/08 

Изобретение относится к импульсной технике и может бъ1ть использовано в качестве коммутационного элемента в устройствах управления с большим количеством этих элементов, например в программируемых контроллерах или управляющих вычислительных комплексах.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет адаптации к различным по характеру наг рузкам.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема транзисторного ключа; на фиг, 2 -- схема блока ограничения тока

Транзисторный кл1оч (фиг. 1) содержит блок 1, коммутирующий транзистор- усилитель, нагрузку 2, датчик 3 тока, блок 4 ограничения тока, регистр 5, фильтр 6, блок 7 фиксации короткого :замыкания, инвертор 8, формирователь 9 импульсов сброса, клапан 10, элемен ИЛИ 11. Датчик 3, силовые выводы 12 и 13 блока 1 и нагрузка 2 соединены последовательно и включены между первой 14 и второй 15 шинами питания, первый вход 16 блока 4 соединен с шиной 15 и первым выводом датчика 3, второй вход 17 блока 4 соединен со вторым выводом датчика 3 и выводом 12 блока 1, первый выход 18 блока 4 соединен с первым управляющим входом 19 блока 1, второй вьЕсод 20 блока 4 соединен со Еторым управляющим входом 21 блока 1 и со входом фильтра 6. Третий управляощий вход 22 блока 1 соединр-н с выходом регистра 5.

Инфopмau i:lHнaя а ина 23 устройства подключена к первому входу регистра 5, шина 24 синхронизирующих импульсов через инвертор 8 соединена со вторым входом регистра 5, первым входом 25 блока 7 и управляющим входом клапана 10, выход которого является контрольным выходом 26 устройства, инфор- мацио}гный вход клапана 10 подключен к первому входу элемента ИЛИ 11 и выходу 27 блока 7, второй вход 28 блока 7 соед{О1ен с прямым выходом формирователя 9, второй вход которого под- 1шючен к гаине 29 установки в исходное состояние, ииверсньш выход формирователя 9 соединен со вторым входом элемента ИЛИ 11, выход которого соединен с третьим входом регистра 5, третий иход 30 блока 7 соединен с выходом фильтра 6.

Блок 1, коммутирующий транзистор- усилитель (фиг, 1),, содержит силовой

31 и управляющий 32 транзисторы, опт- рон 33, пять резисторов 34-38. Первый вывод светодиода оптрона 33 соединен

с входом 22 блока 1, второй вывод через последовательно соединенные резисторы 34 и 35 соединен с входом 21 блока 1. Напряжение питания Un подключено к общей точке соединения

резисторов 34 и 35. Эмиттеры транзистора 31 и фототранзистора оптрона 33 подключены к вьгаоду 13 блока 1, коллектор транзистора 31 соединен с выводом 12 блока 1, с эмиттером транзистора 32 и через резистор 38 - с базой транзистора 32, коллектор фототранзистора оптрона 33 через резистор 36 соединен с базой транзистора 32, которая подключена к входу

19 блока 1, коллектор транзистора 32 соединен с базой транзистора 31 и через резистор 37 - с. эмиттером тран- зистора 31.

Блок 7 фиксации короткого замыкания (фиг. 1) содержит элементы 2И-НЕ 39, 2И 40, КЗ-триггер 41. Первый вход элемента 40 соединен со входом 25 ,блока 7, второй вход - со входом 30 блока 7 и первы 1 входом элемента 39,

второй вход которого подключен к входу 28 блока 7, выход элемента 39 соединен с S-входсм триггера 41, выход элемента 40 соединен с R-входом триггера 41, выход которого подключен к выходу 27 блока 7.

Блок 4 ограничения тока (фиг. 2) содержит три транзистора 42-44, два резистора 45 и 46, оптрон 47, Эмитте- ряз1 транзисторов 42 и 43 соединены

с входом 17 блока 4, коллектор транзистора 42 подключен к выходу 18 блока 4, к первому вьшоду светодиода оптрона 47 и через резистор 46 с базой транзистора 43, коллектор которого соедииен с базой транзистора 42, которая через резистор 45 соединена со вторым выводом светодиода оптрона 47, база и коллектор транзистора 44 подключены к базе транзистора 43, а эмиттер к входу 16 блока 4, Коллектор фототранзистора оптрона 47 подключен к выходу 20 блока 4,

Транзисторный ключ работает следующим образом.

Ключ устанавливается в исходное

состояние при кратковременном воздействии на шину 24 сигнала низкого уровня, при этом через 11юрмирователь 9 элемент ИЛИ 11 на третий вход регистра 5

поступает высокий уровень, в результате чего с его выхода на вход 22 блока 1 поступает сигнал третьего (высокоимпедансного) состояния и нагрузка 2 оказывается отключенной, а через формирователь 9 устанавливается в 1 состояние триггер 41 блока 7.

В нагрузке 2 ключа допускается протекание тока активного, активно- индуктивного или емкостного характера, а отказы в нагрузке (увеличение тока или короткое замыкание) воспринимается однотипным образом - со вто рого выхода 20 блока 4 через фильтр 6 сбрасывается триггер 41 блока 7.

Первая процедура - включение нагрузок с активным или активно-индуктивным характером сводится к следующему: на шину 24 Подается синхроимпульс, а на шину 23 сигнал включения (низкий уровень), в результате чего

в регистр 5 заносится логический О, на выходе его устанавливается низкий уровень, что приводит к включению нагрузки 2 через коммутирующий транзистор-усилитель 1, причем значение сигнала с датчика 3 тока, воздействующего на входы 16 и 17 блока 4, недостаточно для формирования на его выходе 20 сигнала низкого уровня и там присутствует высокий уровень сигнала, поступающий через фильтр 6 jja вход 30 блока 7, триггер 41 не изменяет своего состояния, а через выход 18 и вход 17 блока 4 ток не протекает, В момент подачи синхроимпульса на шину 24 клапан 10 отпирается по его управляющему входу, в результате чего сигнал высокого уровня а выхода блока 7 инвертируется и поступает на выход 26 ключа, что означает отсутствие перегрузок в нагрузке 2, что повторяется при следующих процедурах, аналогичных описанной.

Вторая процедура - включение нагрузки, имеющей емкостной характер, отличается от первой процедуры тем, что в результате выброса тока в силовой цепи после включения нагруз- Ю1 2, описанньм выше образом, на датчике 3 тока формируется сигнал.

При отказе в нагрузке 2 (увеличении тока или коротком замыкании) по очередному синхроимпульсу производится фиксация отказа по совпадению во времени этого сигнала синхронизации, характеризующего максимально допустимое время выброса, и сигнала с фильтра 6. В результате этого сигнал с выхода 27 блока 7 через элемент ИЛИ 11 по третьему входу регистра 5 переводит его выход в высокоимпедан- сное (третье) состояние, которое воспринимается коммутирующим транзистором-усилителем 1 как сигнал для отключения нагрузки.

Таким образом, положительный эффект в транзисторном ключе достигается за счет обеспечения возможности программной адаптации ключа к различного рода нагрузкам путем выбора

35 частоты синхроимпульсов на шине 24, что позволяет широко применять ключ в устройствах с управлением от микропроцессорной шины.

Технико-экономическое преимущест40 во предлагаемого ключа по сравнению с известным заключается в отсутствии аппаратных затрат при адаптации ключа к различного рода нагрузкам, т.е. в универсализации схемы ключа, позволя45 без аппаратных затрат, пр1ограммно адаптировать ключ под любого рода нагрузку.

25

30

Формула изобретения

50

1. Транзисторный ключ с защитой от перегрузки, содержащий датчик тока, коммутирующий транзистор-усилитель, блок ограничения тока, датчик тока, поступающий на входы 16 и 17 блока 4, 55 силовые выводы коммутирующего транзис- в результате чего через выход 18 тора-усилителя и нагрузка соединены

последовательно и включены между первой и второй шинами питания, первый

и вход 17 блока 4 начинает протекать ток и эта цепь шунтирует входную цепь управляющего 32 и силового 31

вход блока ограничения тока соединен

0

5

0

транзисторов блока 1, что приводит к его неполному запиранию, а на выходе 20 блока 4 формируется сигнал низкого уровня, который фильтруется фильтром 6 и поступает на вход 30 блока 7 в течение определенного времени, а так как период синхроимпульсов, поступающих на вход 25 блока 7 может быть выбран с учетом длительности выбросов тока в нагрузке 2, то cинxpoимпvльc не совпадает с сигналом выброса тока и фиксация выброса не производится.

При отказе в нагрузке 2 (увеличении тока или коротком замыкании) по очередному синхроимпульсу производится фиксация отказа по совпадению во времени этого сигнала синхронизации, характеризующего максимально допустимое время выброса, и сигнала с фильтра 6. В результате этого сигнал с выхода 27 блока 7 через элемент ИЛИ 11 по третьему входу регистра 5 переводит его выход в высокоимпедан- сное (третье) состояние, которое воспринимается коммутирующим транзистором-усилителем 1 как сигнал для отключения нагрузки.

Таким образом, положительный эффект в транзисторном ключе достигается за счет обеспечения возможности программной адаптации ключа к различного рода нагрузкам путем выбора

5 частоты синхроимпульсов на шине 24, что позволяет широко применять ключ в устройствах с управлением от микропроцессорной шины.

Технико-экономическое преимущест0 во предлагаемого ключа по сравнению с известным заключается в отсутствии аппаратных затрат при адаптации ключа к различного рода нагрузкам, т.е. в универсализации схемы ключа, позволя5 без аппаратных затрат, пр1ограммно адаптировать ключ под любого рода нагрузку.

5

0

Формула изобретения

50

вход блока ограничения тока соединен

с второй шиной питания и первым выводом датчика тока, а второй вход - с вторым выводом датчика тока и вторым силовым выводом коммутирующего транзистора-усилителя, первый выход блока ограничения тока соединен с пер вым управляющим входом коммутирующего транзисторного усилителя, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет адаптации к различным по характеру нагрузкам, введены регистр, фильтр, блок фиксации короткого замыкания, инвертор, формирователь импульсов сброса, клапан и элемент ИЛИ, второй выход блока ограничения тока соединен с входом ,фильтра и с вторым управляющим входом коммутирующего транзистора-усилителя, третий управляющий вход которого соединен с выходом регистра, первый вход которого подключен к fflфopмaциoннoй шине устройства, шина синхронизирующих импульсов через инвертор соединен с вторым входом регистра, первым входом формирователя импульсов сброса, первым входом блока фиксации короткого замыкания и управляющим входом клапана, выход которого является контроль- ным выходом устройства, информационный вход клапана подключен к первому входу элемента ИЛИ и выходу блока фиксации короткого замыкания, второй вход которого соединен с прямым выходом формирователя импульсов сброса, второй вход которого подключен к шине установки в исходное состояние, инверсный выход формирователя импульсов сброса соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с третьим входом регистра, третий вход блока фиксации короткого замыкания соединен с выходом фильтра. 2. Ключ по п. 1, о т л и

чающийся тем, что коммутирующий транзистор-усилитель содержит силовой и управляющий транзисторы, оптрон и пять резисторов, причем первый вывод светодиода опт- рона соединен с третьим управляющим входом коммутирующего транзистора- усилителя, второй вьшод через последовательно соединенные первый и второй резисторы с вторым управляющим входом коммутирующего транзистора- усилителя, напряжение питания подключено к точке соединения первого и

5

0

0

5

5

0

5

0

5

второго резисторов, эмиттеры силового транзистора и фототранзистора опт- рона подключены к первому силовому выводу коммутирующего транзистора- усилителя, коллектор силового транзистора соединен с вторым силовым выводом коммутирующего транзистора- усилителя, эмиттером управляющего транзистора и через пятый резистор - с базой управляющего транзистора, которая через третий резистор соединена с коллектором фототранзистора оптрона и подключена к первому управляющему входу коммутирующего т)анзистора-усилителя, коллектор управляющего транзистора соединен с базой и через четвертый резистор с змиттером силового транзистора.

3.Ключ по п. 1, отличающийся тем, что блок фик- .сации короткого замыкания содержит элементы 2И-НЕ, 2И и RS- триггер, причем первый вход элементы 2И соединен с первым входом блока фиксации, второй вход - с третьим входом блока фиксации и первым

входом элемента 2И-НЕ, второй вход которого подключен к второму входу блока фиксации, выход элемента 2И-НЕ соединен с S-входом RS-триг- гера, выход элемента 2И соединен г. R-входом RS-триггера, выход которого подключен к выходу блока фиксации. I

4.Ключ по п. 1, отличающийся тем, что блок ограничения тока содержит три транзистора, два резистора и оптрон, причем эмиттеры первого и второго транзисторов соединены с вторым входом блока ограничения тока, коллектор первого транзистора подключен к первому выходу блока ограничения тока, к первому вьшоду светодиода оптрона и через второй резистор к базе второго транзистора, коллектор которого соединен с базой первого транзистора, которая через первый резистор соединена с вторым выводом светодиода оптрона, база и коллектор третьего транзистора подклю- |чены к базе второго транзистора, а эмиттер - к первому входу блока ограничения тока, коллектор фототранзистора оптрона подключен к второму выходу блока ограничения тока.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве коммутационного элемента в устройствах управления с большим количеством этих элементов, например в программируемых контроллерах или управляющих вычислительных комплексах. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей ключа за счет адаптации к различным по характеру нагрузкам. Для этого в ключ введены регистр 5, инвертор 8, элемент ИЛИ 11, формирователь 9 импульсов сброса, блок 7 фиксации короткого замыкания, фильтр 6, клапан 10. Ключ также содержит коммутирующий транзистор-усилитель 1, датчик 3 тока, нагрузку 2, блок 4 ограничения тока. Имеются также шины 14,15 питания, информационная шина 23, шина 24 синхроимпульсов, шина 29 установки в исходное состояние, контрольный выход 26. Обеспечена возможность программной адаптации ключа к различного рода нагрузкам путем выбора частоты синхроимпульсов по шине 24. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Составитель Г. Терешина Редактор Г. Волкова Техред М.ДидыкКорректор М. Юароши j

Заказ 7965/55

Тираж 884

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.

Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина,101

Фия.2

Подписное