Электронный коммутатор Советский патент 1991 года по МПК H03K17/08 

Изобретение относится к импульсной технике и может найти применение в специальных схемах электронной коммутации для защиты коммутируемой цепи от перегрузок, в частности в электронных коммутаторах с нагрузкой, изменяющей сопротивление во времени.

Цель изобретения - повышение, надежности и расширение функциональных возможностей устройства за счет ограничения величины тока, протекающего через нагрузку, автоматического регулирования величины выходного напряжения импульсного стабилизатора напряжения для поддержания заданной величины тока, протекающего через нагрузку, ограничения минимальной величины выходного напряжения импульсного стабилизатора напряжения.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема электронного коммутатора; на фиг. 2 - циклограмма работы электронного коммутатора с нагрузкой (спираль накаливания). i

Электронный коммутатор содержит импульсный стабилизатор 1 напряжения, который состоит из делителя 2 напряжения, компаратора 3, транзистора 4 и фильтра 5, блок 6 сравнения, который состоит из делителя 7 напряжения, компаратора 8, логического элемента И-ИЛИ-НЕ 9, расширяемого по ИЛИ, блок 10 защиты, который состоит из реостата 11, оптоэлектронного переключателя инвертора 12, генератора 13 тактовых импульсов, одновибратора 14, одновиб5

0

5

0

5

0

5

ратора 15 с перезапуском, блок 16 стабилизации тока, который состоит из реостата 17 и оптоэлектронного ключа 18 с усилителем, датчик 19 тока, транзисторний ключ .0, нагрузку . 1. i

Вход компаратора 3 соединен с делителем 2 напряжения, блокирующий вход компаратора 3 соединен с выходом логического элемента 9, а выход компаратора 3 соединен с базой транзистора 4. Эмиттер транзистора 4 соединен, с источником +U,,, а коллектор - с входом фильтра 5, выход которого соединен с делителем 2 напряжения, делителем 7 напряжения, с входом датчика 19 тока, с входами оптоэлектронного переключателя-инвертора 12 и оптоэлектронного ключа 18 с усилителем. Вход компаратора 8 соединен с делителем 7 напряжения, а выход - с блокирующим входом логического элемента 9. Первый вход логического элемента 9 соединен с выходом оптоэлектронного ключа 18 с усилителем. Второй вход логического элемента 9 соединен с инверсным выходом одновибратора 15 с перезапуском. Выход датчика 19 тока соединен через реостат 11 с вторым входом оптоэлект- ронногэ переключателя-инвертора 12, через реостат 17 - с .вторым входом оптоэлектронного ключа 18 с усилителем, с входом транзисторного ключа 20. Выход оптоэлектронного первключателя- инвертора 12 соединен с входом одно- вибратора 15 с перезапуском, инверсный вход которого соединен с инверсным выходом одновибратора 14. Выход генератора 13 тактовых импульсов соединен с инверсным входом одновибратора 14s на прямой вход которого подается внешний управляющий сигнал IL. Управпяющий вход транзисторного ключа 20 соединен с прямым выходом одно- вибратора 15с перезапуском, а выход - с нагрузкой 21. На тину +Un подается напряжение питания микросхем электронного коммутатора.

Коммутатор работает следующим образом.

При подключении питания +Un на микросхемы устройства и источника тока +UK электронный коммутатор готов к работе. На циклограмме (фиг..) работы коммутатора с нагрузкой (спираль накаливания) Uu - изменение во времени состояния управляющего сигнала Un, - тактовые импульсы, и„5 изменение во времени состояния инверсного выхода одновибратора 15 с перезапуском, Ufa - изменение во времени состояния выхода оптоэлектронного ключа 18 с усилителем, Ug - изменение во времени состояния выхода компаратора 8, . - изменение во време10

установлен сигнал высокого уровня с инверсного выхода одновибратора 15 с перезапуском. В результате этого компаратор 3 закрывает транзистор 4. Та-| ким образом реализуется режим автогенерации, когда в зависимости от величин Upy и ик, величины тока, разряжающего накопительный конденсатор фильтра 5, автоматически меняется как период автоколебаний, так и время открытого состояния транзистора 4.

После подачи сигнала Им высокого уровня на прямой вход одновибратора

5 14 (момент времени t) по первому срезу сигнала с выхода генератора 13 тактовых импульсов одновибратор 14 запускает одновнбратор 15 с перезапуском, прямой выход которого открывает

20 транзисторный ключ 20, а инверсный выход устанавливает сигнал низкого уровня на входе логического элемента 9. Одновибратор 14 формирует импульсы длительностью 1i)c, а одновиб25 ратор 15 с перезапуском формирует импульсы длительностью 2 МО с, превышающей период следования тактовых импульсов . Таким образом, длительность выходного импульса одновибни напряжения эмиттер - база транзис- зо .ч 15 с перезапуском равна проме

установлен сигнал высокого уровня с инверсного выхода одновибратора 15 с перезапуском. В результате этого компаратор 3 закрывает транзистор 4. Та-| ким образом реализуется режим автогенерации, когда в зависимости от величин Upy и ик, величины тока, разряжающего накопительный конденсатор фильтра 5, автоматически меняется как период автоколебаний, так и время открытого состояния транзистора 4.

После подачи сигнала Им высокого уровня на прямой вход одновибратора

5 14 (момент времени t) по первому срезу сигнала с выхода генератора 13 тактовых импульсов одновибратор 14 запускает одновнбратор 15 с перезапуском, прямой выход которого открывает

0 транзисторный ключ 20, а инверсный выход устанавливает сигнал низкого уровня на входе логического элемента 9. Одновибратор 14 формирует импульсы длительностью 1i)c, а одновиб5 ратор 15 с перезапуском формирует импульсы длительностью 2 МО с, превышающей период следования тактовых импульсов . Таким образом, длительность выходного импульса одновиб

Изобретение относится к импульсной технике и может найти применение в специальных схемах электронной коммутации для защиты коммутируемой цепи от перегрузок. Целью изобретения является повышение надежности, и расширение функциональных возможностей устройства за счет ограничения величины тока, протекающего через на

тора 4, - изменение во времени величины напряжения на выходе импульсного стабилизатора 1 напряжения, Ig,ст - изменение во времени величины тока, протекающего через нагрузку 21.

До подачи управляющего сигнала Uu (интервал времени 0-tp блок 6 сравнения поддерживает на выходе импульсного стабилизатора 1 напряжения минимальное напряжение стабилизации Uyvinn величина которо о устанавливается делителем 7 напряжения. В этом случае при уменьшении напряжения на выходе импульсного стабилизатора 1 напряжения ниже U ст компаратор 8 устанавливает сигнал высокого уровня на выходе логического элемента 9. В результате этого компаратор 3 открывает транзистор 4, так как делитель 2 напряжения установлен на величину максимально-го напряжения стабилизации иет. МДКС (ист..Л1ц|)

При достижении напряжения UCT н

на выходе импульсного стабилизатора 1 напряжения компаратор 8 переключается и устанавливает сигнал, низкого уровня на выходе логического элемента 9, так как на его втором входе

5

жутку времени между первым и последним запускающим импульсом одновибратора 14 с добавкой .. 10 с. В результате этого с блокирующего входа компаратора 3 снимается запрещающий сигнал низкого уровня.

Компаратор 3 открывает транзистор 4, который открыт до момента времени t достижения величины тока, протекаюQ щгго через нагрузку 21, равной величине тока стабилизации- тст устанавливаемой реостатом 17. к этот момент на выходе опто:шектронного ключа 18 с усилителем сигнал меняется с низкого

5 уровня на высокий уровень. В результате этого логический элемент 9 подает запрещающий сигнал низкого уровня на блокирующий вход компаратора 3, который закрывает транзистор 4.

0 После этого ток через нагрузку 21 начинает уменьшаться и при его величине, несколько меньшей ICT, оптоэлект- ронный ключ 18 с усилителем переключается . С входа логического элемента 9

5 убирается сигнал высокого уровня, что приводит к изменению сигнала на выходе логического элемента 9 с низкого уровня на высокий уровень. В результате этого компаратор 3 снова откры

вает транзистор 4. Таким образом , устройство работает в режиме автогенерации, когда в зависимости от.величины +иЈ, величины напряжения на выходе импульсного стабилизатора 1 напряжения, величины тока, протекающего чере нагрузку 21, и параметров фильтра 5 автоматически меняется период автоколебаний и время открытого состояния транзистора 4.

Так как в результате омического нагрева сопротивление нагрузки 21 постепенно возрастает, то при постоянном токе, протекающем через нагрузку 21, возрастает величина выходного напряжения импульсного стабилизатора 1 напряжения.

В момент времени t наступает установившийся режим, при котором величина напряжения на выходе импульсного стабилизатора 1 напряже- рния,, величина сопротивления нагрузки , 21 и величина тока, протекающего через нагрузку 21, не изменяются.

Для рассмотрения принципа работы электронного коммутатора в режиме перегрузки допустим, что в момент времени t сопротивление нагрузки 21 мгновенно уменьшилось до величины, не превышающей UcTiA1MM /1, где 1П - предельно допустимая величина тока, протекающего через нагрузку 21, которая устанавливается реостатом 11. В этом случае величина UOT MWW определяет ту минимальную величину сопротивления нагрузки 21, которую может иметь исправная спираль накаливания. При достижении величины тока через нагрузку 21, равной 1П, опто- элёктронный переключатель-инвертор 1 переключается и прерывает сформированный одповибратором 15 с перезапуском импульс. В результате этого тран- зисторный ключ 20 закрывается. Логический элемент 9 устанавливает запрещающий сигнал низкого уровня на блокирующем входе компаратора 3, который закрывает транзистор 4. Напряжение на выходе импульсного стабилизатора 1 напряжения снижается и удерживается блоком 6 сравнения на .уровне UCT WM(. По первому следующему срезу сигнала с выхода генератора 13 тактовых импульсов одновибратор 14 снова запускает одновибратор 15 с перезапуском, который открывает транзисторный ключ 20 и убирает сигнал высокого уровня с

10

15

0

5

.,.

30

35

0

0

5

входа логического элемента 9. В результате этого логический элемент 9 убирает запрещающий сигнал низкого уровня с блокирующего входа компаратора 3, который открывает транзистор 4.

При достижении тока через нагрузку 21 величины ItT оптоэлектронный ключ 18 с усилителем переключается и убирает сигнал низкого уровня с входа логического элемента 9. При достижении тока через нагрузку 21 величины 1р оптоэлектронный переключатель- инвертор 12 переключается и прерывает сформированный одновибратором 15 с перезапуском импульс. В результате . этого закрывается транзисторный ключ 20 и с входа логического элемента 9 убирается сигнал низкого уровня. Ток через нагрузку 21 прерывается, а величину напряжения UCT „„на выходе импульсного стабилизатора 1 под- . держивает компаратор 8. Длительность импульса тока через нагрузку 21 в этом случае определяется быстродействием элементов устройства и длительностью формируемого одновибратором 14 импульса и равна .

Этот процесс повторяется с частотой следования тактовых импульсов. Отношение периода следования тактовых импульсов, равного л-10 с, и длительности импульса тока через нагрузку 21 в этом случае равно л-10 . Таким образом, величина эффективного тока через нагрузку 21 равна Ifj W ,

При снятии перегрузки устройство автоматически переходит в режим стабилизации тока через нагрузку 21.

В. случае, если величина сопротивления нагрузки 21 не меньше UC1-, ддаке/ /Icr, импульсный стабилизатор 1 напряжения стабилизирует на выходе на- пряжение UCT. MQKO которое определяется делителем 2 напряжения.

Предлагаемый коммутатор обеспечивает при режиме перегрузки уменьше- ние величины эффективного тока в 50 раз и уменьшение величины пикового тока в л 5 раз.

Формула изобретения

ты, вход датчика тока и второй вход блока защиты соединены между собой и подключены к источнику тока, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, введены импульсный стабилизатор напряжения, блок сравнения, блок стабилизации тока, при этом вход импульсного стабилизатора напряжения подключен к коммутируемому источнику тока, блокирующий его вход соединен с выходом блока сравнения, выход импульсного стабилизатора напряжения соединен с первым входом блока сравнения, пер- вам входом блока стабилизации тока, вторым входом блока защиты, второй вход блока сравнения соединен с выходом блока стабилизации тока, третий вход блока сравнения соединен с ин- версным выходом блока защиты, а второ вход блока стабилизации тока соединен с выходом датчика тока.

ка сравнения, логического элемента И-ИЛИ-НЕ, расширяемого по ИЛИ, при этом вход компаратора соединен с делителем напряжения, а выход соединен с блокирующим входом логического элемента И-ИЛЙ-НЕ, расширяемого по 1ШИ, входы и выход которого являются соответственно вторым, третьим входом и выходом блока сравнения.

Фиг. 2.