Переключающее устройство с защитой Советский патент 1992 года по МПК H02H3/20 G05F1/569 

Изобретение относится к электро - технике, в частности к устройствам . системы автоматики с защитой от коротких замыканий нагрузки. ;

Известны переключающие устррйст- ;/ ва с защитой от коротких замыканий нагрузки. Общим для этих устройств является наличие .переключающего и за-; щитного транзисторов, балластных и ограничивающих резисторов, реле.

Недостатком известных устройств является их низкая надежность из-аа ; большой инерционности срабатывания реле, что приводит к перегреву переключающего транзистора в случае , грузки на -выходе. ,

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является переключающее устройство с защитой, содержащее переключающий транзистор, эмиттер которого

подключен к шине питания, обмотку ре- ле, один вывод которого подключен к кол- шектору-защитного транзистора,база ко- ;торого через резистор подключена к шине

входного сигнала, нормально разомкнутые контакты реле, причем эмиттер защитного транзистора подключен к эмиттеру переключающего транзистора и к неподвижному контакту нормально разомкнутых контактов реле, подвижный контакт которых соединен с базой переключающего транзистора, коллектор которого подключен к другому выводу обмотки реле.

Недостатком этого устройства является низкая надежность, из-за перегрева переключающего транзистора в процессе срабатывания схемы защиты, так как время срабатывания схемы защиты от перегрузки определяется временем

ю ел

GO

со

25

317253

срабатывания реле, которое на порядок больше времени срабатывания переключающего транзистора.

Цель изобретения - повышение надежности путем уменьшения времени срабатывания защиты от перегрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в переключающее устройство с защитой, содержащее первый защитныйjn и переключающий биполярные транзисторы, первый и второй ограничивающие резисторы, первый и второй балластные резисторы, причем эмиттер переключающего транзистора подключен к ши- 15 не питания и эмиттеру первого защитного транзистора, база которого через первый ограничивающий резистор подключена к шине питания и через первый балластный резистор - к шине входно- 20 го сигнала, а база переключающего транзистора подключена через второй ограничивающий резистор к шине питания и через второй балластный резистор к шине входного сигнала, введены второй защитный полевой транзистор, третий и четвертый ограничивающие резисторы и оптронный диод-, причем один из выводов четвертого ограничивающего резистора, исток и под- ложка второго защитного транзистора соединены с шиной питания, другой вывод четвертого ограничивающего ре-: зистора и затвор второго защитного транзистора соединены с отрицательным выводом выходной цепи оптронного диода, положительный вывод выходной цепи которого соединен с шиной входного сигнала, а коллектор первого 40 защитного транзистора через третий ограничивающий резистор соединен с положительным выводом входной цепи оптронного диода, отрицательный вы-- : вод входной цепи которого соединен с дз коллектором переключающего транзистора, база которого подключена к сто-; ку второго защитного транзистора.

В предлагаемом устройстве в узле .1 защиты исполнительный элемент выпол- 50 нен на оптронном диоде. Такое ре- ; шение позволяет уменьшить время сра- батывания схемы защиты от короткого : 1 замыкания, в нагрузке, и как следствие,; сократить время закрывания переклю- с чающего транзистора и уменьшить его динамические потери. Это приводит к

повышению надежности переключающего

35

5

53

n 5 0 0 з

1 50 ; : ; с

35

134

транзистора и повышению надежности устройства в целом, .

Назначение элементов схемы следующее .

Шина входного сигнала предназначена для подсоединения входной цепи к шине нулевого потенциала.

Первый ограничивающий резистор предназначен для ограничения потенциала на базе первого защитного транзистора, первый балластный .резистор для ограничения базового тока первого защитного транзистора, первый защитный транзистор для питания входной цепи оптронного диода, третий ограничивающий резистор для ограничения тока входной цепи оптронного диода, четвертый ограничивающий резистор для ограничения потенциала затвора второго защитного транзистора, оптронный диод служит для включения второго защитного транзистора, второй защитный полевой транзистор предназначен для закрывания переключающего транзистора, втЬрой ограничивающий резистор для ограничения потенци- ала базы переключающего транзистора переключающий транзистор служит для ; подачи напряжения сети постоянного тока на нагрузку.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема переключающего устройства с защитой.

Оно содержит шину 1 входного сиг-, нала, первый ограничивающий резне-1 тор 2, первый балластный резистор 3, первый защитный транзистор 4, третий ограничивающий резистор 5, четвертый ограничивающий резистор 6, оптронный/ диод 7, второй защитный транзистор ; 8, второй балластный резистор 9, вто рой ограничивающий резистор 10, переключающий транзистор 11, нагрузку 12.0 и шину 13 питания.

В представленно м устройстве эмиттер переключающего транзистора 11 подключен к шине 13 питания и эмиттеру первого защитного транзистора , база которого через первый ограничивающий резистор 2 подключена к шине 13 питания и через первый балластный резистор 3 - к шине 1 входного сигнала, а база переключающего транзистора 11 подключена через второй ограничивающий резистор 10 к шине. 13 питания и через второй балласт 10

15

J172531

ный резистор 9 - к шине 1 входного сигнала. Один из выводов четвертого ограничивающего резистора 6, исток и подложка второго защитного тран- , зистора 8 соединены с ШИНОР. 13 питания, другой вывод четвертого ограничивающего резистора 6 и затвор второго защитного транзистора соединены с отрицательным выводом выходной це пи оптронного диода 7, положительный вывод выходной цепи которого соединен с шиной 1 входного сигнала, а коллектор первого защитного транзистора А через третий ограничивающий резистор 5 соединен с положительным выводом ..входной цепи оптронного диода 7, отрицательный вывод входной цепи которого соединен с нагрузкой 12 20 и коллектором переключающего транзистора 11, база которого подключена к стоку второго защитного транзистора.

Устройство выполнено с использованием следующих элементов: резисторы 25 2, 3, 5, 6, 9, Ю типа С2-23, транзистор 4 - типа 2ТЗЮ8А, транзистор 8 типа 2П301А, транзистор 11 типа 2Т830А, оптронный диод 7 типа ЗОД101А, нагрузка 12 в виде реостата РСП1, 30

Переключающее устройство с Защитой работает следующим- образом.

В исходном состоянии при отсутствии входного сигнала первый k и второй 8 защитные и переключающий 11 35 транзисторы закрыты, поскольку первый 3 и второй 9 балластные резисторы и выход оптронного диода 7 не подключены к шине k нулевого потенциала, следовательно, не подается ток на их базы. Напряжение на нагрузке 12 при этом равно нулю, через входную цепь оптронного диода 7 ток не протекает. При подаче входного сигнала шина 1 входного сигнала подключается к шине нулевого потенциала и на базы первого защитного 4 и переключающего 11 транзисторов через первый 3 и второй 9 балластные резисторы подаются сигналы, от которых происходит насыщение указанных транзисторов и на нагрузку 1.2 подается напряжение сети, питания. В этом случае напряжения на коллекторах транзисторов А и 11 практически равны. Входная . 5i цепь оптронного диода 7 подключена через третий ограничивающий резистор 5 к коллекторам транзисторов.k и |1

45

10

15

72531

, 20

25А, 30

й

35й 5i

45

3.-6

и остается обесточенной, при этом через выходную цепь оптронного диода 7 ток не протекает и второй защитный транзистор 8 находится в закрытом состоянии. Входная цепь оптронного диода 7 остается обесточенной также и при незначительных выбросах напряжения питания сети, так как напряжения на коллекторах транзисторов при этом остаются одинаковыми.

При коротком замыкании нагрузки 12 напряжение на коллекторе переключающего транзистора 11 станет равным нулю, а на коллекторе первого защитного транзистора 4 сохранится прежним, при этом через входную Цепь оптронного диода 7 потечет ток, который вызовет протекание тока в его выходной цепи и соответственно протекание тока затвора защитного транзистора 8. Это приведет к открыванию последнего, закрыванию переключающего транзистора 11 и обесточиванию нагрузки 12. После снятия входного сигнала устройство установится в исходное состояние.

При наличии перегрузки срабатывание защиты обеспечивается отключением переключающего транзистора 11 до наступления короткого замыкания, тем самым снижая вероятность выхода последнего из строя. Порог срабатывания защиты устанавливается соотношением величины третьего ограничивающего резистора 5 и нагрузки 12, изменяющейся вследствие перегрузки.

Таким образом, в предлагаемом устройстве с защитой в рабочей цепи отсутствует инерционнцй элемент, что позволяет, уменьшить время срабатыва- ;ния защиты, которое определяется в-ре- менем срабатывания оптронного диода. Это приводит к быстрому закрыванию переключающего транзистора и, как следствие, к повышению надежности устройства.

Предлагаемое переключающее устройство с защитой найдет широкое применение в устройствах систем автоматики, где необходима . надежная защита от коротких замыканий нагрузки.

Формула изо б р е т е н и я

Переключающее устройство с защитой, содержащее первый защитный и переключающий биполярные транзисторы, первый и второй ограничивающие резисторы, первый и второй балластные резисторы, причем эмиттер пере- ключающего транзистора подключен к шине питания и эмиттеру первого защитного транзистора, база которого через первый ограничивающий резистор подключена к шине питания и через первый балластный резистор - к шине входного сигнала, а база переключа-j ющего транзистора подключена через второй ограничивающий резистор к шине питания и через второй балластный резистор - к шине входного сигнала, .отличающее с я тем, что, с целью повышения надежности путем уменьшения времени .срабатывания за- щиты от перегрузки, в него введены второй защитный полевой транзистор, третий и четвертый ограничивающие

5

0

резисторы и оптронный диод, причем один из выводов четвертого ограничивающего резистора, исток и подложка второго защитного транзистора соеди- нены с шиной питания, другой вывод четвертого ограничивающего резистора и затвор второго защитного транзистора соединены с отрицательным выводом выходной цепи оптронного диода, положительный вывод выходной цепи которого соединен с шиной входного сигнала, а, коллектор первого защитного транзистора через третий ограничивающий резистор соединен с положительным выводом входной цепи оптронного диода, отрицательный вывод входной цепи которого соединен с коллектором переключающего транзистора, база которого подключена к стоку второго защитного транзистора.

Использование: в устр-вах системы автоматики с быстродействующей защитой от перегрузки. Сущность изобретения - устр-во содержит шину входного сигнала, четыре ограничивающих резистора, два защитных транзистора, два баллас-тных резистора,. оптронный диод и переключающий транзистор. В рабочей цепи устр-ва отсутствует инерционный элемент.Время срабатывания защиты определяется только временем срабатывания оптронного диода. В связи с этим при перегрузке переключающий транзистор быстро закрывается. .Т ил.