Формирователь тока Советский патент 1992 года по МПК H03K17/66 

//

3

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в схемах управления светодиодными индикаторами. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения режимов коммутации втекающих и вытекающих токов. При подаче на вход усилителя 3 нулевого сигнала открывается его нижнее плечо на транзисторах 10 и 13. Транзистор n-p-п закрыт. В результате выходные шины подключаются к шине 6 через токоза- дающий резистор и нижнее плечо усилителя 3, которое работает в режиме коммутации втекающего тока. При подаче на входную шину единичного сигнала открывается верхнее плечо усилителя 3 на транзисторах 11 и 12, а также n-p-п транзистор. Выходная шина канала оказывается подключенной к шине питания через n-p-п транзистор, т.е. канал работает в режиме коммутации вытекающего тока.4 ил. 7 Ё

12

/

о/9-О

-

/о

а

ife

IO J

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в схемах управления светодиодными индикаторами.

Известны формирователи тока возбуждения светодиодов, содержащие транзисторные ключи и последовательно включенные с их нагрузкой токозадающие резисторы и обеспечивающие динамический режим управления полупроводниковыми знакосинтезирующими индикаторами.

Недостатком известных формирователей тока являются ограниченные функциональные возможности, так как каждый ключ с последовательно включенным резистором можно использовать для коммутации тока возбуждения одного светодиода, для коммутации тока возбуждения группы светодиодов индикаторного табло при групповой развертке используется ключ без последовательно включенного токозадающего резистора. Для адресации светодиодов по перекрестной схеме требуются оба типа ключей. При этом один из них должен быть ключом втекающего тока, другой - ключом вытекающего тока, однако направление тока через ключи в известном формирователе не может быть изменено.

Номинал токозадающего резистора определяется значением импульсного тока возбуждения светодиода и при нарушении режима развертки может оказаться недостаточным для предотвращения выхода светодиода из строя в результате перегрузки. Известные формирователи не обеспечивают защиту светодиодов от перегрузки.

Наиболее близким к предлагаемому устройству являются многоканальные ключи - формирователи тока, содержащие в своем составе ключи втекающего тока, ключи вытекающего тока и токозадающие резисторы. Функциональные возможности ключей К545КТ1 также ограничены возможностью использования их в схеме управления с адресацией светодиодов по перекрестной схеме. В схемах адресации по шинам с тремя состояниями ключи К545КТ1 использоваться не могут, так как направление тока через ключи не может быть изменено. Защиту светодиодов от перегрузки формирователь тока на микросхеме К545КТ1 также не обеспечивает.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства.

Указанная цель достигается тем, что в формирователь тока, содержащий в каждом канале транзистор и резистор, причем база коллектор транзистора подключены соответственно к первому выводу резистора и шине питания, а эмиттер соединен с соответствующей выходной шиной, введены блок вольтдобавки и в каждый канал двухтактный усилитель, вход которого подключен к соответствующей входной шине, а выход соединен с базой транзистора и соответствующим входом блока вольтдобавки, эмиттер транзистора подключен к второму выводу резистора, первый и второй питающие выводы двухтактного усилителя соединены соответственно с общей шиной и выходом блока вольтдобавки, питающий

вывод которого подключен к шине питания. Введение двухтактных усилителей позволяет обеспечить возможность работы каждого из каналов формирователя как в режиме коммутации втекающего тока, так и в

режиме вытекающего тока. Введение блока вольтдобавки позволяет уменьшить вытекающий ток формирователя до безопасной величины при нарушении раз вертки,т.е. обеспечивает зашиту светодиодов от перегрузки.

Дополнительным положительным эффектом введения блока вольтдобавки является уменьшение остаточного напряжения и уменьшение рассеиваемой мощности на транзисторных ключах.

На фиг. 1 приведена структурная схема

предлагаемого формирователя тока; на фиг. 2 - пример практической реализации двухтактного усилителя; на фиг. 3 - пример практической реализации блока вольтдобавки,

на фиг. 4 - временные диаграммы сигналов на входах и выходе блока вольтдобавки.

Формирователь тока содержит п-р-п- транзисторы 1, токозадающие резисторы 2, двухтактные усилители 3, блок 4 вольтдобавки, шину 5 питания, общую шину 6 нулевого потенциала, шину 7 питания двухтактных усилителей 3, соединенную с выходом блока 4 вольтдобавки входные шины 8 и выходные шины 9 (фиг. 1).

Двухтактный усилитель 3 содержащий p-n-р -транзисторы 10 и 11, п-р-п - транзисторы 12 и 13, резистор 14 (фиг. 2).

Блок 4 вольтдобавки содержит диоды 15, резисторы 16 и 17, двухтактный усилитель на

п-р-п-транзисторах 18 и 19 и р-п-р-транзисто- ра 20 и 21, конденсатор 22, диод 23.

Формирователь тока работает следующим образом.

На входы 8 формирователя тока поступают логические сигналы кода с тремя состояниями: 1 - высокий уровень потенциала; О - низкий уровень потенциала; оо - высокоимпедансное состояние Каждая кодовая комбинация содержит один сигнал 1 и несколько сигналов О и оо ,

Сигнал 1 подается на один из выходов, сигналы О и оо подаются на остальные входы формирователя.

Работа одного из каналов формирователя тока. При высокоимпедансном состоянии оо на входе двухтактного усилителя 3 на его выходе также имеет место высоко- импедансное состояние, так как оба плеча усилителя закрыты и ток через подключенный к его выходу резистор 2 не протекает, транзистор 1 закрыт.

При подаче на вход двухтактного усилителя (фиг. 2) сигнала О открывается нижнее плечо двухтактного усилителя на транзисторах 10 и 13, при этом верхнее плечо на транзисторах 11 и 12 остается закрытым, остается закрытым и транзистор 1. В результате выход 9 канала формирователя оказывается подключенным к общей шине 6 через резистор 2 и нижнее плечо двухтактного усилителя 3, которое при этом работает в режиме коммутации втекающего тока, величина которого ограничивается сопротивлением резистора 2.

При подаче на вход 8 двухтактного усилителя 3 сигнала 1 закрывается нижнее плечо и открывается верхнее плечо на транзисторах 11 и 12, вытекающим током верхнего плеча двухтактного усилителя открывается подключенный к его выходу транзистор 1. В результате выход 9 канала формирователя оказывается подключенным к шине 5 питания через транзистор 1, канал работает в режиме коммутации вытекающего тока.

Таким образом, состояние ключей канала формирователя тока полностью определяется сигналами на его входе: при сигнале 1 формируется вытекающий ток; на сигнале О формируется втекающий ток; при состоянии оо на входе выходная цепь устанавливается в высокоимпедансное состояние.

Остальные каналы предлагаемого формирователя тока работают аналогично.

При адресации по шинам с тремя состояниями к каждой паре шин может подключаться пара антипараллельно соединенных светодиодов. При этом для каждой кодовой комбинации на входах формирователя засвечиваются те светодиоды, аноды которых подключены к выходу канала, на вход которого подан сигнал 1, а катоды подключены к выходам каналов, на входы которых поданы сигналы О. Светодиоды, катоды которых подключены к выходам каналов с высокоимпедансным состоянием оо , не засвечиваются.

Через транзистор 1 канала, находящегося в состоянии 1, протекает суммарный ток всех возбуждаемых светодиодов. Через резисторы 2 и двухтактные усилители 3 ка0

5

0

налов, находящихся в состоянии О, протекают токи отдельных светодиодов.

В процессе развертки индикаторного табло с адресацией по шинам с тремя состояниями кодовые комбинации на входах фор- мирователя меняются, в процессе регенерации изображения на табло каждая кодовая комбинация периодически повторяется через N тактов.

На каждый вход формирователя периодически поступают сигналы 1, этот период является периодом развертки Тразв, причем

Тразв Тразв N,

где Тразв - длительность такта развертки;

N - количество шин адресации.

Очевидно, что длительности ти периодически поступающих сигналов 1 не должна превосходить длительность такта развертки

«.- Тразв ьи- ьразв - ц

В предлагаемом формирователе

25

Ти

2N

Для четырехканального формирователя (N 4) скважность импульсов возбуждения

8

Баланс напряжений для цепи питания возбуждаемого светодиода можно записать в виде

U пит UR + Unp + UOCT + UOCA (1), где Кпит - напряжение питания;

UR Inp- R - падение напряжения на токозадающем резисторе;

Inp - прямой ток возбуждения светодиода;

R - сопротивление токозадающего резистора;

Unp - прямое падение напряжения на светодиоде;

UOCT - остаточное напряжение на откры- том транзисторе 1;

и0сд - остаточное напряжение на нижнем плече двухтактного усилителя 3. Из (1) получают

Inp R Упит - Unp - UOCT - Uocfl(2)

Из составляющих баланса напряжений

в правой части выражения (2) лишь составляющая UOCT относится к цепи, через которую протекает не только ток рассматриваемого светодиода, но и ток других одновременно

возбуждаемых светодиодов. Для независимости яркости свечения светодиодов табло от количества одновременно включаемых светодиодов при групповой развертке требуется обеспечить минимальную зависимость протекающеготока от UOCT, т.е. уменьшить DOCT. Уменьшение остаточного напряжения UOCT может быть достигнуто использованием повышенного напряжения питания двухтактных усилителей.

В предлагаемом формирователе тока повышенное напряжение питания двухтактных усилителей создается с помощью спе- циального блока 4 вольтдобавки, формирующего пульсирующее напряжение питания двухтактных усилителей таким образом, что максимум пульсирующего напряжения приходится как раз на те интервалы времени, когда на входы двухтактных усилителей приходят сигналы 1, на этих интервалах времени остаточное напряжение UOCT открытых транзисторах 1 минимально.

На фиг. 3 приведена принципиальная схема одного из возможных вариантов практической реализации блока вольтдобавки для четырехканального формирователя тока.

На фиг. 4 показаны временные диаграммы сигналов во входных цепях и на выходе блока вольтдобавки.

Диаграммы а, б, в, г - токи через входные диоды 15 блока 4 вольтдобавки. Диаграмма д - напряжение на резисторе 16, диаграмма е - напряжение на выходе блока 4 вольтдобавки, т.е. на шине 7 питания двухтактных усилителей 3.

Выходные сигналы двухтактных усилителей 3 всех каналов предлагаемого формирователя тока подаются на входы блока 4 вольтдобавки. При наличии сигнала 1 на входе 8 формирователя через соответствующий диод 15 и резистор 1 б блока 4 течет ток, создающий на резисторе 16 падение напряжения, являющееся входным сигналом для двухтактного усилителя на транзисторах 18-21. Временное положение сигналов 1 на входах формирователя соответствует временным диаграммам а, б, в, г на фиг. 4, где Тразв - длительность цикла развертки; Тразв - длительность такта развертки; гпр - длительность импульса развертки.

Для четырехканального формирователя

Тразв 4 Тразв, Тпр - Тразв

При указанных временных соотношениях входных сигналов на резисторе Сформируется сигнал, по форме близкий к меандру (на фиг. 4 диаграмма д). Падение напряжения на резисторе 6 через резистор 17 поступает на двухтактный усилитель на п-р-п-транзисторах 18 и 19 и р-п-р-транзи- сторах 20 и 21 (фиг. 3). Выходное напряжение двухтактного усилителя через конденсатор 22 подается на входы блока 4 вольтдобавки, подключенный к шине 7 питания верхних плеч входных двухтактных усилителей 3. В результате сложения выходного напряжения двухтактного усилителя блока 4 вольтдобавки с напряжением питания, поступающим от шины 5 питания через диод 23 на выходе блока 4 вольтдобавки имеется пульсирующее напряжение, вид которого показан на диаграмме е фиг. 4, причем амплитуда этого напряжения больше

напряжения на. шине 5, т.е. имеет место вольтдобавки.

В результате вольтдобавки остаточное напряжение UOCT открытого транзистора 1 уменьшается до величин 0,2-0,3 В, что позволяет увеличить перепад напряжений между выходами формирователя, а также уменьшить мощность рассеяния на транзисторах 1.

Предлагаемое устройство предназначено для возбуждения светодиодов в импульсном режиме, при этом значение импульсного прямого тока пр.имп устанавливается с помощью резистора 2 в соответствии с выражением

1

1пр.имп --иг (UnMT- Unp - UocT.min - UOCA), (3).

где пр.имп - импульсный прямой ток возбуждения светодиода;

UOCT.MMH - остаточное напряжение транзистора 1 при использовании вольтдобавки. В правой части выражения (3) составляющая Unp зависит только от Пр, поэтому не представляет интереса с точки зрения управления прямым током 1Пр.

Из двух оставшихся составляющих баланса напряжений при постоянном Unm составляющая UOCT более интересна, чем и0сд, так как изменение UOCT оказывает влияние на изменение тока Пр сразу группы светодиодов. Для уменьшения Пр составляющая UOCT должна быть увеличена. Это и происходит при пропадании напряжения вольтдобавки во время нарушения развертки, когда на входах 8 формирователя устанавливается статическая кодовая комбинация сигналов 1, О и оо . Тогда на выходе блока 4 вольтдобавки, т.е. на шине 7 питания двухтактных усилителей 3, устанавливается напряжение

UnMT-Ay UflHT - Ufl UnHT,

где ипит.ду - напряжение на шине 7 питания двухтактных усилителей без вольтдобавки;

ипит - напряжение на шине 5 питания;

UA - падение напряжения на диоде 23 блока вольтдобавки.

В результате соответствующий транзистор 1 устанавливается в открытое состояние с меньшей степенью насыщения с остаточным напряжением, большим UOCT.MHH. вследствие перераспределения напряжений уменьшается падение напряжения Inp R, и в соответствии с выражением (3) уменьшается прямой ток Пр через светоди- од. Если ток 1Пр уменьшается до значения, являющегося допустимым в статическом ре- жиме, то это означает, что обеспечивается защита светодиода от перегрузки при нарушении развертки.

Таким образом, введение блока 4 воль- тдобавки позволяет не только уменьшить рассеиваемую мощность на транзисторных ключах формирователя и увеличить перепад напряжений без использования дополнительных источников питания, но и позволяет исключить перегрузку светодиодов, возбуждаемых в импульсном режиме, при нарушениях развертки. При этом защита от перегрузки реализуется непосредственно в узле формирования токов возбуждения.

Предлагаемый формирователь тока мо- жет быть использован и в схемах управления светодиодным табло с адресацией по перекрестной схеме, когда часть каналов работает в режиме коммутации вытекающего тока, а другая часть - в режиме коммутации втекаю- щего тока. Таким образом, предлагаемый формирователь тока имеет более широкие функциональные возможности, чем известное устройство, так как обеспечивает возможность адресации светодиодов не только по перекрестной схеме, но и адресацию по шинам с тремя состояниями, исключая при этом

перегрузки светодиодов при нарушении развертки.

Область применения предлагаемого формирователя тока не ограничивается устройствами управления светодиодными индикаторами, предлагаемый формирователь тока может применяться в различных схемах управления коммутацией элементов разветвленных цепей, а т.ч. с изменением направления протекающего через нагрузку тока.

Формула изобретения Формирователь тока, содержащий в каждом канале транзистор и резистор, база и коллектор транзистора подключены соответственно к первому выходу резистора и шине питания, а эмиттер соединен с соответствующей выходной шинойГ отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, введены блок вольтодобавки и в каждый канал двухтактный усилитель, вход которого подключен к соответствующей входной шине, а выход соединен с базой транзистора и соответствующим входом блока вольтодобавки, эмиттер транзистора подключен к второму выводу резистора, первый и второй питающие выводы двухтактного усилителя соединены соответственно с общей шиной и выходом блока вольтодобавки, питающей вывод которого подключен к шине литания.

фиг.1

+1Г/ШЛ1. О

+ Unum.(5B)

IpaaS.

в

ЛЛЛЛПЛЛПШШЛЛ

плллшшлллллг

Фиг. 4