Ключ переменного тока Советский патент 1992 года по МПК H03K17/56 

Изобретение относится к импульсной коммутационой технике и может найти применение в устройствах автоматики, электротехники и электропривода.

Известен выходной узел симисторного коммутатора, не создающего помех, который содержит симистор. диодный мост, два транзистора, тиристор, диод, тиристорную оптопару, семь резисторов, конденсатор, предохранитель, нагрузочный резистор, входы переменного напряжения и управления.

Недостатком такого устройства является значительная электрическая проводимость в закрытом состоянии ключа и низкая надежность из-за отсутствия электронной защиты по току;

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является ключ переменного тока, содержащий симистор, фототиристорный оптрон, первый и второй диодные мосты, четыре резистора, нагрузочный резистор, блок токовой защиты, фототиристор фототиристорного оптро- на, стабилитроны, конденсатор, полевой транзистор, первый диодный оптрон с све- тодмодом, второй диодный оптрон, оптрон- ные логические элементы НЕ, логические элементы НЕ, И-НЕ, 2И-2ИЛИ-НЕ, ЗИ-НЕ, шину управления, шину источника питания, первую и вторую шины источника переменного напряжения.

Однако данное устройство характеризуется значительной электрической проводимостью в закрытом состоянии ключа, невысокой надежностью и помехоустойчивостью из-за периодического включения ключа при перегрузке потоку.

Цель изобретения - уменьшение энергопотребления, повышение надежности и помехоустойчивости.

На чертеже представлена принципиальная схема ключа переменного тока.

Ключ переменного тока содержит симистор1, диодный мост 2, нагрузочный резистор 3, блок 4 токовой защиты, первую тиристорную оптопару 5 с фототиристором б и светодиодом 7, логический элемент НЕ 8, конденсатор 9, логический элемент ЗИНЕ 10, оптронный логический элемент НЕ II, диодную оптопару 12, первый, второй, третий и четвертый резисторы 13-16, шину 17 источника питания, шину 18 управления, первую и вторую шины 19, 20 источника переменного напряжения. Шина 20 соединена через блок 4 и диодную оптопару 22 с входами бптронного логического элементом НЕ 11, а также через блок 4 - с катодом симистора 1, управляющий вход которого соединен через резистор 13 с первым входом диодного моста 2, первый и второй выходы которого соединены с фототиристором 6 оптопары 5, катод светодиода 7 соединен с первым выводом резистора 14, а анод - с

шиной 17. Анод симистора 1 соединен с вторым входом диодного моста 2, и через резистор 3-е шиной 19, В устройство введены первый и второй триггеры 21 и 22, вторая тиристорная оптопара 23 с фототиристором 24 и светодиодом 25, транзисторная оптопара 26 с фототранзистором 27 и светодиодом 26. диод 29, пятый и шестой резисторы 30 и 31, логический элемент 2И 32, общая шина 33. Первый вход элемента

2И 32 соединен с шиной 18 и S-входом триггера 21, прямой выход которого -с вторым входом элемента 2И 32, выход которого соединен с R-входом триггера 22, первым входом элемента ЗИ-НЕ 10, через диод 29 с первым выводом конденсатора 9 и вторым

входом элемента ЗИ-НЕ 10, а также выход элемента 2И 32 соединен с входом элемента НЕ 8, выход которого через резистор 15, светодиод 25 оптопары 23 соединен с шиной 17, которая через резистор 30 соединена с третьим входом элемента ЗИ-НЕ 10, и через фототранзистор 27 оптопары 26 - с шиной 33, которая в свою очередь соединена с вторым выводом конденсатора 9, и через резистор 31 - с базой фототранзистора 27 оптопары 26. Анод светодиода 28 оптопары 26 через резистор 16 соединен с первым выходом диодного, моста 2, а катод светодиода 28 через фототиристор 24 оптопары.23 с вторым выходом диодного моста 2. Выход элемента ЗИ-НЕ 10 соединен с S-входом триггера 22, инверсный выход которого - с вторым выводом резистора 14. Выход элемента НЕ. 11 соединен с R-входом триггера

21.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии потенциал на шине 18 управления, а следовательно, на

первом входе и выходе логического элемента 2И 3.2, на первом и втором входе логиче- ского элемента ЗИ-НЕ 10, на входе логического элемента НЕ 8, на R-входе триггера 22, на S-входе триггера 21 низкого

уровня (О), поэтому потенциал на прямом выходе триггера 21 и на втором входе зле- ментаЗИ 32, на выходе элемента ЗИ-НЕ 10, на S-входе и инверсном выходе триггера 22, на выходе элемента НЕ 8 находится .на

высоком уровне (1). В результате светоди- оды 7 и 25 не возбуждены и не излучают, фототиристоры 6 и 24 выключены, ток через диодный мост 2 и управляющий вход симистора 1 не течет, симистор 1 выключен, ток через нагрузочный резистор 3 и блок 4 токовой ,ащиты не протекает, на выходе логического элемента НЕ 11 с оптронной развязкой по входу и на R-входе триггера 21 потенциал соответствует 1. В таком состоянии устройство находится в исходном режиме и от источника переменного напряжения тока не потребляет.

В случае поступления сигнала, соответствующего 1, на шину 18 он проходит через элемент 2И 32, на первый вход элемента ЗИ-Н Е 10, катод диода 29, на R-вход триггера 22, на вход элемента НЕ 8. На втором входе элемента ЗИ-НЕ 10 сигнал достигает уровня, соотетствующего 1 с задержкой 1зад - 0,1 Т, где Т - период переменного напряжения. Как только на входе элемента НЕ 8 появляется потенциал 1, потенциал на его выходе резко снижается и через евё- тодиод 25 от шины 17 источника питания по цепи с резистором 15 потечет ток. Светоди- од 25 возбуждается, фототиристор 24 включается и замыкает выходную цепь диодного моста 2 через светодиод 28 и резистор 16, Если при этом на выходе диодного моста 2, действует переменное напряжение, то светодиод 28 возбуждается, фототранзистрр 27 включается/на его коллекторе и на третьем входе элемента ЗИ-НЕ 10 появляется потенциал О.

Если переменное напряжение на выходе диодного моста 2 переходит через нуль, то светодиод 28 и фототранзистор 27 выключаются и на третьем входе элемента ЗИНЕ 10 появляется сигнал 1. Ток, протекающий через резистор 16, светодиод 28 и фототириетор 24, недостаточен для включения симистора 1.

Когда переменное напряжение переходит через нуль и на втором входе элемента ЗИ-НЕ 10 потенциал достиг уровня 1, на выходе этого элемента появляется импульс О, который переключает триггер 22 при спаде переменного напряжения, т.е. уменьшение его по модулю. Момент переключения триггера 22 относительно перехода переменного напряжения через нуль можно регулировать, изменяя С помощью резистора 16 ток в цепи светодиода 28.

При переключении триггера 22 потенциал его инверсного выхода резко снижается, через светодиод 7 потечет ток от шины 17 источника питания по цепи с резистором 14. Светодиод 7 возбуждается, фототириетор 5 включается и замыкает выходную цепь диодного моста 2, через резистор 13 и управляющий вход симистора 1 потечетток, достаточный для отпирания симистора 1, симистор 1 отпирается и замыкает цепь с нагрузочным резистором 3. Включенный фототиристор 6 шунтирует цепь с светодиодом 28, фото тиристором 24 и резистором 16, светодиод 28 и фототирис1ор 24 выключают ся.

Симистор 1 включается в начале каждой 5 полуволны переменного напряжения до тех пор, пока на инверсном выходе триггера 22 присутствует О.

Для выключения ключа необходимо на шину 18 управления подать О, который

10 проходит через элемент 2И 32 на вход элемента НЕ 8 и на R-вход триггера 22 и возвращает последний в исходное состояние. На инверсном выходе триггера 22 и на выходе элемента НЕ 8 появляется уровень 1 и

5 светодиоды 7 и 25 выключаются. При переходе переменного напряжения через нуль фототириетор 6 и симистор 1 выключаются, в результате ток через нагрузочный резистор прекращается. Устройство переходит- в

0 исходный режим работы.

В случае, если при включении симистора 1 сопротивление нагрузочного резистора 3 окажется меньше допустимого или он окажется закороченным, то из блока 4 поступа5 ет сигнал, который возбуждает светодиод оптопары 12, В результате на выходе элемента НЕ 11 потенциал резко снижается до О и триггер 21 переключается. При этом потенциал на прямом выходе триггера 21

0 резко упадет до О, что приводит к переключению триггера 22 и элемента НЕ 8, выключению фототиристора 6 и симистора 1 при переходе переменного напряжения через нуль. Автоматическое повторное вклю5 чение ключа не происходит. Для возвращения ключа в исходное рабочее состояние необходимо подать О на шину 18 управления.

Если перегрузка по току произойдет,

0 когда симистор 1 находится во включенном состоянии, то из блока 4 поступает сигнал, который возбуждает светодиод диодный оптопары 12; В результате на выходе элемента НЕ 11 потенциал резко упадет до О, что

5 приводит к переключению триггера 21, выключению фототириетора 6 и симистора 1 при переходе переменного напряжения через нуль. Автоматическое повторное включение ключа не происходит. Для

0 возвращения ключа в исходное рабочее состояние необходимо подать О на шину 18. Ключ переменного:тока обладает в процессе эксплуатации рядом преимуществ перед известным, так как в нем цепь

5 синхронизации основную часть рабочего времени оказывается разомкнутой и не потребляет заметного тока, импульс тока в цепи синхронизации формируется в начальный момент включения и его длительность не превышает длительности одного полупериода переменного напряжения, В результате электрическая проводимость ключа в закрытом состоянии существенно снижается, что улучшает его энергетические характеристики. При перегрузке защита по току выключает ключ в течение не более одного полупериода переменного напряжения и повторного автоматического включения ключа не происходит, что повышает его надежность и помехоустойчивость. Формула из обр е т е н и я Ключ переменного тока, содержащий симистор, диодный мост, нагрузочный резистор, блок токовой защиты, первую тири- сторную оптопару с фототиристором и светодиодом, логический элемент НЕ, конденсатор, логический элемент ЗИ-НЕ, опт- ронный логический элемент НЕ, диодную оптопару, первый, второй, третий и четвертый резисторы, шину источника питания, шину управления, первую и вторую шины источника переменного напряжения, последняя из которых соединена через блок токовой защиты и диодную оптопару с входами рптронного логического элемента НЕ, а также через блок токовой защиты - с катодом симистора, управляющий вход которого соединен через первый резистор с первым входом диодного моста, первый и второй выходы которого соединены с фототиристором первой тиристорной оптопары, катод светодиода которой соединен с первым выводом второго резистора, а анод - с шиной источника питания, анод симистора - с вторым входом диодного моста и через нагру- зочный резистор - с первой шиной источника переменного напряжения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения

энергопотребления, повышения надежности и помехоустойчивости, введены первый и второй триггеры, вторая тиристорная оп- топара с светодиодом и фототиристором,

транзисторная оптопара с светодиодом и фототранзистором, диод, пятый и шестой резисторы, логический элемент 2И, первый вход которого соединен с шиной управления и S-входом первого триггера, прямой

выход которого - с вторым входом логического элемента 2И, выход которого соединен с R-входом второго триггера, с первым входом логического элемента , через диод - с конденсатором и вторым входом

логического элемента ЗИ-НЕ, а также выход логического элемента 2И соединен с входом логического элемента НЕ, выход которого соединен через третий резистор и светоди- од второй тиристорной оптопары с шиной

источника питания, которая через пятый резистор соединена с третьим входом логического элемента ЗИ-НЕ,. и через фототранзистор транзисторной оптопары - с общей шиной, анод светодиода транзиеторной оптопары через четвертый резистор соединен с первым выходом диодного моста, а катод светодиода транзисторной оптопары через фототиристор второй тиристорной оптопары соединен с вторым выходом диодного моста, выход логического элемента ЗИ-НЕ соединен с S-входом второго триггера,.инверсный выход которого - с вторым выводом второго резистора, выход оптронного логического элемента НЕ - с

R-входом первого триггера, база фототранзистора транзисторной оптопары через шестой резистор и второй вывод конденсатора подключена к общей шине.

Изобретение относится к импульсной коммутационной технике и может найти применение в устройствах автоматики, электротехники и электропривода. Устройство содержит симистор 1, резисторы 3, 13, 14, 15, 16, 30, 31, тиристорные оптопары 5, 23, диодную оптопару 12, транзисторную оптопару 26, блок 4 токовой защиты, элемент НЕ 8, элемент ЗИ-НЕ 10, оптронный логический элемент 11, триггеры 21, 22, диод 29, конденсатор 9, элемент. 2И 32, диодный мост 2, шину 17 питания, шину 18 управления, шины 19, 20 источника переменного напряжения, общую шину 33. 1 ил.