Устройство для управления и защиты электрической нагрузки Советский патент 1992 года по МПК H02H3/00 B60Q1/38 

Ј

Использование: электрооборудование транспортных средств, в частности защита от перегрузки устройств управления мигающей светосигнальной аппаратуры, включаемой в режиме широтно-импульсной модуляции для регулирования уровня яркости. Сущность изобретения: выполнение генератора 2 прямоугольных импульсов с перестраиваемой частотой, введение второго диода 5 и соединение выхода транзисторного ключа 1 с выходом блока 3 определения перегрузки и с выходом генератора 2 прямоугольных импульсов. При коротком замыкании в цепи нагрузки 24 происходит уменьшение длительности включения транзисторного ключа 1 для того, чтобы импульсы тока короткого замыкания не сказывались на надежности работы последнего и был исключен перегрев проводов в цепи нагрузки 24. 3 ил.

Изобретение относится к электрооборудованию транспортных средств и может быть использовано для защиты от перегрузки устройств управления мигающей светосигнальной аппаратуры, а также осветительной аппаратуры, включаемой в режиме широтно-импульсной модуляции для регулирования уровня яркости.

Известно устройство для управления электрической нагрузкой, содержащее транзисторный ключ и блок определения перегрузки, выполненный на транзисторе со схемой МОНТАЖНОЕ И в управляющей цепи, один из входов схемы связан с источником управляющего сигнала, а второй вход связан через диод с выходом транзисторно-, го ключа, выход которого служит для подключения нагрузки, В случае короткого

замыкания в цепи нагрузок, транзистор блока определения перегрузки запирается и закрывает транзисторный ключ, вследствие чего цепь нагрузки обесточивается.

Недостатками устройства являются возможность работы транзисторного ключа в активном режиме в случае небольших токов перегрузки (из-за недостаточности пороговых свойств блока определения перегрузки); отсутствие средств предотвращения ложного срабатывания защиты от импульса тока, когда нагрузкой является лампа накаливания.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является устройство для управления электрической нагрузкой транспортного средства, содержащее транзисторный ключ, выход которого служит для

VJ

сл

00 vl

Јь

VI

подключения нагрузки, генератор прямоугольных импульсов, выполненный на триггере Шмитта с фиксированным порогом срабатывания, один из входов которого связан с времязадающим узлом, а выход соединен со входом транзисторного ключа, блок определения перегрузки, выполненный на компараторе, одьлн вход которого через элемент задержки подключен к выходу генератора, а другой вход - подключен к выходу транзисторного ключа через делитель напряжения.

При подключении нагрузки (ламп накаливания) генератор прямоугольных импульсов периодически (за счет времязадающего узла) отключает и включает транзисторный ключ, при возникновении в цепи нагрузки тока перегрузки напряжение на неинвертирующем входе компаратора блока определения перегрузки нарастает несколько быстрее, чем напряжение на его инвертирующем входе.

В момент времени, когда эти напряжения становятся равны, на выходе компаратора появляется сигнал высокого уровня, который прикладывается к инвертирующему входу триггера Шмитта в генераторе прямоугольных импульсов, на выходе которого появляется напряжение, близкое к нулю, в результате чего ключ запирается. ,

Недостатками устройства являются низкое быстродействие из-за наличия в схеме элемента задержки, служащего для исключения срабатывания защиты от импульса тока через холодную лампу в момент ее включения; необходимость повторного включения устройства после устранения короткого замыкания.

Цель изобретения - повышение надежности защиты электрической нагрузки путем осуществления импульсного аварийного режима с очень большой скважностью импульсов и автоматического возврата в рабочий режим при снятии перегрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для управления электрической нагрузкой транспортного средства, содержащем транзисторный ключ, выход которого служит для подключения электрической нагрузки, генератор прямоугольных импульсов, выполненный на базе триггера Шмитта, один из входов которого связан с времязадающим узлом, а выход - соединен со входом транзисторного ключа, блок определения перегрузки, выполненный на компараторе, один вход которого подключен к выходу транзисторного ключа, выход блока определения перегрузки непосредственно соединен с времязадающим узлом и

через разделительный диод связан с выходом генератора прямоугольных импульсов. На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства с времязадающим узлом на базе RC-цепи в генераторе прямоугольных импульсов; на фиг.2 - принципиальная схема устройства с времязадающим узлом на базе интегратора в генераторе прямоугольных импульсов; на

фиг.З - графики напряжений на выходе основных узлов схемы устройства.

Схема на фиг.1 содержит транзисторный ключ 1, генератор 2 прямоугольных импульсов, построенный на базе триггера

Шмитта с времязадающим узлом во входной цепи, блок 3 определения перегрузки, вход которого соединен с выходом транзисторного ключа 1, а выход через диод 4 связан с входом, через диод 5 с выходом

генератора прямоугольных импульсов 2, соединенного с управляющим входом транзисторного ключа 1.

Блок 3 определения перегрузки представляет собой компаратор, собранный на

усилителе Нортона 6 с резисторами 7, 8, 9. Генератор 2 прямоугольных импульсов содержит усилитель 10 с резисторами 11, 12, 13 времязадающий узел содержит конденсатор 14 и резистор 15, общая точка которых связана через резистор 11 с инвертирующим входом усилителя 10, а второй вывод резистора 15 соединен с выходом усилителя 10,

Транзисторный ключ 1 содержит два

транзистора 16 и 17, а также резисторы 18- 21, Эмиттерная цепь выходного транзистора 17 служит для подключения к источнику 22 электропитания, в цепь которого включен выключатель 23. Коллекторная цепь тргнзисторэ 17, образующая выход транзисторного ключа 1, служит для подключения электрической нагрузки - лампы 24 накаливания, Цепь базы транзистора 16 образует управляющий зход ключа 1.

В схеме ьз фиг.2 времязадающий узел генератора прямоугольных импульсов представляет собой интегратор, собранный на операционном усилителе 25, конденсаторе 26, резисторе 27, в цепь обратной связи

между выходом усилителя 10 и входом интегратора включен резистор 29.

Устройство работает следующим образом.

После замыкания выключателя 23 на выходе усилителя 10 появляется сигнал высокого уровня, который подается на управляющий вход транзистора 16, транзисторы 16 и 17 открываются, напряжение от источника 22 через выключатель 23 и транзистор 17 подается на лампу 24. которая

загорается. Напряжение подается также на вход блока 3, параметры резисторов 7 и 8 которого подобраны таким образом, что на выходе усилителя после зажигания лампы 24 устанавливается низкий уровень сигнала.

Одновременно напряжение с выхода усилителя 10 подается через резистор 15 на конденсатор 14, который начинает заряжаться. Когда напряжение на конденсаторе 14 достигнет заданного уровня, на выходе генератора прямоугольных импульсов 2 установится низкое значение сигнала. Поэтому транзисторы 16, 17 закроются, ток через нагрузку (лампу) 24 прекратится; потенциал инвертирующего входа усилителя 6 становится близок к нулю, поэтому на выходе усилителя 6 установится высокий уровень сигнала, однако ток через диод 4 в цепи времязадающего узла не течет, поскольку точка между резистором 9 и диодом 4 связана с нулевым потенциалом корпуса через диод 5 и открытый усилитель 10. Поэтому конденсатор 14 разряжается через резистор 15 и открытый усилитель 10 до того момента, пока напряжение на инвертирующем входе усилителя 10 не снизится до уровня, при котором выход усилителя 10 переключится вновь на высокий уровень сигнала,

Такс.м образом происходит циклическое включение - выключение нагрузки (лам. ю) 24, причем период и скважность зависят от постоянной времени, времязадающего узла и пороговых свойств триггеров Шмитта, на базе усилителя 10.

В случае короткого замыкания в цепи нагрузки 24 при открытом транзисторе 17 (и высоком уровне сигнала на выходе усилителя 10), потенциал коллекторной цепи транзистора 17 близок к. нулю, поэтому на выходе усилителя 6 устанавливается высокий уровень сигнала, через резистор 9 и диод 4 протекает дополнительный ток зарядки конденсатора 14. этот ток, складывается с током, протекающим от выхода усилителя 10 через резистор 15, обеспечивает более быструю зарядку конденсатора 14 (с постоянной времени Ткз /R9//Ri5/Ci4), а следовательно быстрое переключение усилителя 10 с высокого уровня сигнала на низкий. Подбором соотношения номиналов резисторов 9 и 15 и емкости конденсатора 14 можно добиться очень малой длительности включения транзисторного ключа 1, для того, чтобы импульсы тока короткого замыкания не сказывались на надежность работы транзисторного ключа и был исключен перегрев проводов в цепи нагрузки 24.

При устранении короткого замыкания происходит автоматический возврат схемы 5 и нормальный циклический режим работы. Вышеописанные процессы, происходящие в нормальном и аварийном (при коротком замыкании) режимах работы устройства иллюстрируются графиками на фиг.З. На

0 фиг.За приведена зависимость напряжения на конденсаторе 14 Uc от времени t; на фиг.36 - зависимость Угн напряжения на выходе генератора прямоугольных импульсов 2 от времени t; на фиг.Зв - зависимость

5 напряжения UHsrp на выходе ключа 1 от времени t; на фиг.4г - зависимость напряжения Убл на выходе блока 3 от времени t; на фиг.Зд - зависимость тока Нагр в цепи нагрузки 24 от времени t.

0Алгоритм работы устройства на фиг.2 не

отличается от изложенного выше.

При коротком замыкании в цепи нагрузки 24усилитель 6 переключается на высокий уровень выходного сигнала, поэтому ток в

5 цепи неинвертирующего входа усилителя 25 складывается из тока от выхода усилителя 10 через резистор 28 и тока от выхода усилителя 6 через резистор 9 и диод 4, что обеспечивает ускоренное увеличение на0 пряжения на выходе интегратора и соответственно ускоренное переключение триггера Шмитта на усилителе 10 на низкий уровень выходного сигнала, что приводит к быстрому запиранию ключа 1. Скважность импуль5 сов определяется в этом случае параметрами интегратора.

Данная защита транзисторного ключа может с успехом применяться как в устройствах управления прерывистым (мигающим)

0 режимом включения ламп, так и в устройствах, обеспечивающих регулирование силы света лампы накаливания путем широтно- импульсной модуляции.

Таким образом, по сравнению с устрой5 ством, принятым за прототип, технико-экономическим преимуществом заявленного устройства является повышение надежности защиты.

Формула изобретения

0Устройство для управления и защиты

электрической нагрузки, содержащее первый диод, анодом соединенный с выходом блока определения перегрузки, транзисторный ключ, первый вход которого соединен с

5 первым входом генератора прямоугольных импульсов и имеет клемму для подключения к плюсу источника питания, второй вход имеет клемму для подключения к минусу источника питания, управляющий вход транзисторного ключа соединен с выходом

генератора прямоугольных импульсов, а его выход имеет клемму для подключения нагрузки, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства, в него дополнительно введен второй диод, при этом выход транзисторного ключа соединен с первым входом блока определения перегрузки, выход которого соединен с анодом

Фив. 2

второго диода, генератор прямоугольных импульсов выполнен с перестраиваемой частотой, катод первого диода соединен с вторым входом генератора прямоугольных импульсов, катод второго диода - с его выходом, а его первый вход соединен с вторым входом блока определения перегрузки.

Фиг./

Фиг,3