Устройство реверсирования тока Советский патент 1990 года по МПК H03K17/60 

Изобретение относится к автоматике и импульсной технике и может быть использовано для реверсирования постоянного тока в нагрузке и является усовершенствованием устройства по авт. св. № 1422394.

Целью изобретения является повышение надежности работы и контроля.

На чертеже представлена схема устройства реверсирования тока.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 транзисторы одного типа проводимости, третий 3 и четвертый 4 транзисторы другого типа проводимости, первый и второй стабилитроны 5 и 6, резисторы 7-13. первую 14 и вторую 15 шины питания, первую 16 общую шину, выходную шину 17 с нагрузкой, входную шину 18, резисторы 19-23, первую вторую 25 диодные оптопары, первый 26 и второй 27 элементы НЕ, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28, элемент ИЛИ 29, элемент 30 задержки, RS-триггер 31, реле 32, контактную группу 32.1 этого реле, пятый транзистор 33, третью 34 шину питания, вторую 35 общую шину, шину 36 сброса и шину 37 сигнализации.

Эмиттер первого транзистора 1 через первый резистор 7 подключен к первой шине 14 питания и первому выводу второго резистора 8, а база через третий резистор 9 соединена с коллектором третьего транзистора 3, база которого подключена к первому выводу четвертого резистора 10, а эмиттер- к первой общей шине 16, коллектор второго транзистора 2 через пятый резистор 11 соединен с базой четвертого транзистора 4, эмиттер которого через шестой резистор 12 подключен к второй шине 15 питания, коллекторы первого 1 и четвертого 4 транзисторов соединены с выходной шиной 17, база второго транзистора 2 подключена к первой общей шине 16, а эмиттер через седьмой резистор 13 соединен с коллектором третьего транзистора 3 и вторым выводом второго резистора 8, первый вывод которого через первый стабилитрон 5 подключен к базе первого транзистора 1, база четвертого транзистора через второй стабилитрон 6 соединена с второй шиной 15 питания, второй вывод четвертого резистора 10 подключен к входной шине 18, а анод светодиода первой оптопары 24 через восьмой резистор 19 подключен к эмиттеру четвертого транзистора 4, его катод - к аноду второго стабилитрона б, а анод фотодиода ЭТОЙ оптопары 24 - к второй общей шине 35 и отрицательному полюсу третьей шины 34 питания, его катод - через девятый резистор 20 к положительному полюсу третьей шины 34 питания и через первый элемент

НЕ 26 к первому входу элемента 28 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ 29 непосед P/mfol® ° второму входу элемента 5 ИЛИ 29 - через элемент 30 задержки, выход элемента ИЛИ 29 соединен с S-вxoдo триггера 31, R-вход которого подключен к шине Сброс 36, а инверсный выход триггера 31 через десятый резистор 23 - к базе пятого 10 транзистора 33, эмиттер которого соединен с положительным полюсом третьей шины питания, а коллектор - с первым выводом обмотки реле 32, второй вывод которой подключен к второй общей шине 35, размыкаю- 15 щая группа контактов 32.1 реле 32 включена между вторым выводом нагрузки их первой общей ШИНОЙ 16, а замыкающий контакт ЭТОЙ группы 32.1 - с сигнальной шиной 37, кроме того, катрд фотодиода второй оптопа- 20 ры 25 соединен через одиннадцатый резистор 21 с положительным полюсом третьей шины 34 питания и через второй элемент НЕ 27 с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮ- ЩЕЕ ИЛИ 28, а его вход - с второй общей 25 шиной 35, катод светодиода ЭТОЙ оптопары 25 подключен к эмиттеру первого транзистора 1, а его анод через двенадцатый резистор 22 - к положительному полюсу первой шины 14 питания.

30 Время задержки Гзад. элемента 30 выбрано в пределах Гп Гзад. Тсбр, где г„ - время переходного процесса при переключении режима работы устройства, Тсбр-дли- тельность отрицательного импульса сброса

Jb на шине 36.

Устройство работает следующим образом.

При образовании трех шин 14, 15 и 34 питания по шине 36 Сброс подается на

4U R-вход триггера 31 отрицательный импульс, который устанавливает на инверсном выходе триггера высокий уровень напряжения, закрывающий транзистор 33. Реле 32 обе- сточено, и через его размыкающие контакты

Ь группы 32.1 второй вывод нагрузки подключается к первой общей шине 16. Так как на входную шину 18 не подается управляющий сигнал, то транзистор 3 заперт, положительное напряжение Ё1 с шины 14 через резии сторы 8 и 9 прикладывается к базе транзистора 1 и закрывает его. Это же напряжение через резисторы 8 и 13 прикладывается к эмиттеру транзистора 2.

Так как потенциал базы транзистора 2

5 отрицателен по отношению его эмиттера, то транзистор 2 насыщается, в связн с чем через его коллектор от источника Е2 второй

шины питания протекает ток через резистор 11 и стабилитрон 6.

Стабилитрон 6 поддерживает на базе транзистора 4 стабилизированное напряжение, которое открывает транзистор 4. В связи с этим через его коллектор и нагрузку за счет источника Е2 протекает ток с отри- цательной полярностью, который создает на резисторе 12 падение напряжения, величина которого не может быть больше стаби- лизированного напряжения на базе транзистора 4. Это позволяет в широком диапазоне коммутации нагрузки пропускать через нее стабилизированный ток. Падение напряжения на резисторе 12 прикладывается через резистор 19 к свето- диоду оптопары 24 и поджигает его, в ре- зультате сопротивление фотодиода оптопары 24 становится небольшим и на вход первого элемента НЕ 26 подается нулевой уровень напряжения источника ЕЗ с второй общей шины 35. На выходе первого элемента НЕ 26 появляется высокий уровень напряжения (лог. Г), который подается на первый вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28. Так как на резисторе 7 нет падения напряжения (транзи- стор 1 закрыт), то светодиод второй оптопары 25 не горит и, следовательно, сопротивление фотодиода этой оптопары 25 очень велико. В результате этого от положительного полюса третьей шины питания че- рез резистор 21 на вход второго элемента НЕ 27 подается высокий уровень напряжения. С выхода элемента НЕ 27 низкий уровень напряжения (лог.О) подается на второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28. С выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28 высокий уровень напряжения подается на первый вход элемента ИЛИ 29 непосредственно, а на второй вход через элемент 30 задержки, имеющий задержку, равную Гзад..

Высокий уровень напряжения (лог. 1) с выхода элемента ИЛИ 29 поступает на S- вход триггера 31 и удерживает его в исходном состоянии. Устройство работает кормально.

При изменении направления тока через нагрузку на противоположное подают на входную шину 18 управляющее напряжение положительной полярности.

В результате открывается транзистор 3, который приводит к закрыванию транзистора 2 (потенциал его базы становится равным потенциалу эмиттера), и соответственно к запиранию транзистора 4. Так как коллек- торный ток транзистора 4 не протекает, то гаснет светодиод первой оптопары 24, увеличивается значительно сопротивление фотодиода этой оптопары и на входе первого

элемента НЕ 26 появляется от источника ЕЗ через резистор 20 высокий уровень напряжения (лог.1). С выхода элемента НЕ 26 низкий уровень напряжения (лог. О) подается на первый вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28.

Одновременно с этим начинает протекать ток от положительнорго полюса источника Е1 шины 14 через стабилитрон 5, резистор 9 и переход коллектор-эмиттер открытого транзистора 3 на первую общую шину 16 (-Ё1). Стабилизированное напряжение со стабилитрона 5 подается на базу транзистора 1 и открывает его.

Через транзистор 1, резистор 7, нагрузку от источника Е1 протекает ток положи- тельнйй полярности. Величина этого тока при изменении нагрузки в широких пределах постоянна за счет стабилизации напряжения на базе транзистора 1 и наличия резистора 7 обратной связи. Напряжение тока в нагрузке изменил.ось на .противоположное. При этом от падения напряжения на резисторе 7, создаваемом током, протекающим через транзистор 1, поджигается через резистор 22 светодиод второй оптопары 25, сопротивление фотодиода этой оптопары 25 становится небольшим и на входе элемента НЕ 27 появляется низкий уровень напряжения с второй общей шины 35. Высокий уровень напряжения с выхода второго элемента НЕ 27 подается на второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28. Так как уровни напряжения на вхо.дах элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28 изменились на противоположные, то состояние выхода (лог.1) элемента 28 не изменилось, соответственно не изменилось состояние и элементов 29, 30. триггера 31. транзистора 33 и реле 32. Устройство продолжает нормально функционировать, обеспечивая протекание в нагрузке тока противоположного направления.

В момент переключения устройства реверсирования тока, когда переходные процессы еще не установились, могут возникнуть ситуации, когда на обоих входах элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28 будут высокие уровни напряжения (светодиод первой оптопары 24 еще не погас, а светодиод второй оптопары 25 зажегся) или низкие уровни (светодиод первой оптопары 24 погас, а светодиод второй оптопары 25 еще не зажегся).

В обоих возможных случаях на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28 во время переходного процесса появляется низкий уровень напряжения (лог.О), который приведет к ложному отключению исправного устройства. Чтобы этого во время переходного процесса не происходило введен элемент 30 задержки, который удерживает докоммутационное состояние (лог.1) выхода элемента 28 в течение времени Тзад. на втором входе и соответственно вы- ходе элемента ИЛИ 29, исключая, таким образом, ложное срабатывание устройства в момент его переключения на реверс.

Описанная ситуация маловероятна из- за высокого быстродействия элементов уст- ройстваи, следовательно, ничтожное время переходного процесса {Гп ), однако она возможна, поэтому в устройстве предусмотрен элемент 30 задержки, исключающий на время Гзад. ее воздействие.

Предлагаемое техническое решение позволяет определять следующие неисправности, которые могут возникнуть в процессе работы: отказ транзисторов 1, 2, 4 (обрыв или пробой перехода); обрыв любого из ре- зисторов8, 9, 11, 13; пробой любого из стабилитронов 5 и 6; обрыв нагрузки.

Рассмотрим случай, когда устройство работает без управляющего сигнала на входной шине 18 (транзистор 4 открыт и определяет величину и направление тока через нагрузку, а транзистор 1 закрыт). При нарушении цепи управления транзистором 4, например обрыве любого из резисторов 8, 13, 11, переходе транзистора 2, пробое стабилитрона 6 (короткий переход анод-катод) или обрыве перехода самого транзистора 4 ток через нагрузку прекращается. Следовательно, падение напряжения, создаваемое этим током на резисторе 12 и соответственно светодиоде первой оптопа- ры 24, исчезает.

В результате светодиод гаснет, и сопротивление фотодиода этой оптопары 24 становится значительно больше величины резистора 20, т.е. на входе первого элемента НЕ 26 появляется высокий уровень напряжения (лог.Г). На выходе элемента НЕ 26 высокий уровень сменяется на низкий, соответственно эта смена происходит на первом входе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28. Так как на втором входе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28 низкий уровень (определяется штатной работой устройства), то на выходе этого элемента высокий уровень сменяется низким уровнем (лог.О). На первом входе элемента ИЛИ 29 появляется логический нуль, однако за счет того, что на втором входе элемента 29 продолжает сохраняться лог.1 в течение вре- мени Гзад. , обеспечиваемая элементом 30, то состояние элемента 29 и последующих RS-триггера 31, транзистора 33 и реле 32 в течение времени Гзад остается

неизменным и второй конец нагрузки остается подключенным к первой общей шине 16. Так как неисправность постоянна, то на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28 остается низкий уровень напряжения и через время Гэад. на втором входе элемента ИЛИ 29 появляется низкий уровень напряжения. В результате на выходе элемента 29 происходит изменение напряжения с высокого уровня до низкого, что вызывает переключение RS-триггера 31. На инверсном выходе этого триггера высокий уровень сменяется низким, который через резистор 23 подается на транзистор 33 и открывает его. При этом срабатывает реле 32, снимает общую шину 16 с нагрузки и переключает ее на шину 37 сигнализации. Аналогично устройство работает и при обрыве нагрузки.

В случае нормальной работы транзистора 4 (горит светодиод первой оптопары 24 и на первом входе элемента 28 - логическая единица) при пробое перехода транзистора 1 поджигается светодиод второй оптопары 25, резко уменьшается сопротивление фотодиода оптопары 25 и на вход элемента НЕ 27 подается низкий уровень напряжения. В результате на втором входе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28 появляется высокий уровень напряжения (лог. 1), а на выходе этого элемента - лог.О.

Аналогично через время Тзад. происходит переключение первой общей-шины 16 с нагрузки на шину 37 сигнализации.

При всех режимах работы устройства (прямой или реверс) любая неисправность в устройстве, приводящая к тому, что на двух входах элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28 появляется одновременно одинаковое состояние (лог.1 или лог.О) в течение времени, превышающего Тзад , приводит к отключению нагрузки и образованию сигнальной шины 37.

Таким образом, предлагаемое техническое решение одновременного контроля состояния напряжения на резисторах 7 и 12 в процессе работы устройства реверсирования тока позволяет в случае отказа транзисторов 1, 2, 4 (пробой или обрыв перехода) стабилитронов 5, 6 (пробой перехода анод- катод) и обрыва нагрузки или резисторов 8, 9,11 и 13 отключить первую общую шину 16 с нагрузки и образовать шину 37 сигнализации, т.е. повысить надежность работы.

Формула изобретения Устройство реверсирования тока по авт. св. № 1422394. отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы и контроля, в него

введены реле, пятый транзистор, первая и вторая диодные оптопары, первый и второй элементы НЕ. элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент задержки, элемент ИЛИ, RS- триггер, причем анод светодиода первой оптопары через восьмой резистор подключен к эмиттеру четвертого транзистора, его катод - к аноду второго стабилитрона, а анод фотодиода этой оптопары - к второй общей шине, его катод через девятый резистор - к положительному полюсу третьей шины питания и через первый элемент НЕ - к первому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ непосредственно, а к второму входу элемента ИЛИ - через элемент задержки, выход элемента ИЛИ соединен с S-входом RS-триггера, R-вход которого подключен к шине Сброс, а инверсный выход

RS-триггера через десятый резистор - к базе пятого транзистора, эмиттер которого соединен с положительным полюсом третьей шины питания, а коллектор - с первым выводом обмотки реле, второй вывод которой подключен к второй общей шине, размыкающая группа контактов реле включена между вторым выводом нагрузки и первой общей шиной, а замыкающий контакт этой

группы-с сигнальной шиной, катод фотодиода второй оптопары соединен через одиннадцатый резистор с положительным полюсом третьей шины питания и через второй элемент НЕ - с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а его анод-с второй общей шиной, катод светодиода этой оптопары подключен к эмиттеру первого транзистора, а его анод через двенадцатый резистор - к положительному полюсу первой шины питания.

Изобретение относится к импульсной технике и автоматике и может быть использовано для реверсирования тока в нагрузке. Целью изобретения является повышение надежности работы и контроля. Устройство содержит транзисторы 1 - 4, стабилитроны 5, 6, резисторы 7 - 13, первую 14 и вторую 15 шину питания, выходную шину 17, входную шину 18 и нагрузку. Введение в устройство реле 32, транзистора 33, первой и второй 25 диодных оптопар, первого 26 и второго 27 элементов НЕ, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28, элемента ИЛИ 29, элемента 30 задержки,RS-триггера 31, резисторов 19 - 23, шины 34 питания, второй общей шины 35, шины 36 сброса и шины 37 сигнализации позволяет повысить достоверность функционирования за счет контроля состояния элементов устройства в процессе его работы. В случае отказа транзисторов 1, 2, 4 (обрыв или пробой перехода), стабилитронов 5, 6 (пробой перехода), обрыва резисторов 8, 9, 11, 13 или нагрузки выдается команда на отключение питания нагрузки и образуется сигнальная шина. 1 ил.