Электронное реле Советский патент 1980 года по МПК G05F1/58 H02M3/10 

(54) ЭЛЕКТРОННОЕ РЕЛЕ

Изобретение относится к элементам систем релейного регулирования и может быть использовано в качестве преобразователя входного сигнала, прецставленного постоянным напряжением, в цвухпозиционный выходной сигнал, представленный импульсной последовательностью, причем проходная характеристика электронного реле имеет опережающий гистерезис (срабатывание электронного реле происходит при входном сигнале меньшем, чем его выключение), а.само устройство не требует никаких дополнительных источников питания. В частности, предложенное электронное реле может быть использовано в системах автоматического заряда или подзаряда аккумуляторных батарей.

Известны различные устройства, имеющие двухпозиционную (релейную) прохось ную характеристику и способные работать JQ в системах регулирования, например триггер Шмитта с выходом на постоянном напряжении, балансный диодно-регенеративный компаратор с импульсным выходом

2

и др. .Наряду с широко иaвecтны ш нсполь-зуются и другие устройства для контроля уровня сигналов, например ij , Все они срабатывают по уровню, превышающему пороговый, все они достаточно сложны и дополнительных источникоэ питания для формирования управляк щего воздействия. В результате устройство в цачом получается еще более сложным и ненадежныКЬ Кроме того, в ряде случаев, например, при наличии в составе сигнала большого уровня помех, Q также при автоматической зарядке аккумуляторных батарей после из разряш и, при .поддержании повышенной температуры в заданных пределах, фовня жидкости три заполнении баков и в других аналогищгых системах регулирования, необходимо включать исполнительные органы (двигатель, выпрямитель, нагреватель, насос и пр). после снижения входного сигнала до определенного . уровня и выключать после требуемого; повышения регулируемого параметра. Для выполнения таких функцнй упомянутые устройства требуют дополнительных каскацов согласования, что еще более усложняет аппаратуру в целом и снижает ее надежность. Наиболее близким по. технической сущ ности 5юляется устройство управления тиристором, которое содержит выходной Е С-фильтр и генератор импульсов, выполненный на однопереходном транзисторе р времязадающей 1КС цепочкой 2. Однако это устройство не обладает гистерезисом, что исключает использование его в целом ряде систем автомати ческого регулирования, перечисленных выше, в частности в системах автоматической зарядки аккумуляторных батарей. Цель изобретения - придание устройству гистерезисных свойств с опережающим гистерезисом, что позволит расширить область применения предложенного устройства, упростит и повысит надежность систем управления, а за счет вход ного фильтра повысить помехоустойчивость. Эта цель достигается тем, что в устройство введен стабилитрон, подключенны параллельно конценсатору С времязадающей RC-цепочки. На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого элек тронного реле; на фиг. 2 --и 3 - его про ходная характеристика. Электронное-реле содержит однопереходный транзистор (ОПТ) Т и времязадающую RC-цепочку Р1С1,образующие генератор импульсов релаксационного типа, стабилитрон Д1, подключенный параллельно конденсатору С1 . врем яза дающей RC-цепочки, резистор К2, включен ный в цепь входного сигнала последовател но с генератором импульсов, и конденсато C2j подключенный параллельно генератору импульсов. Резистор R2 и конденсатор С2 образуют входной RC-фильтр, входное напряжение: и - напряжение на генераторе импульсов и конденсаторе С 2. На фиг. 2 приведена проходная характеристика 1 электронного реле. По оси абсцисс отложено напряжение U ц х. на входе устройства (оно же - напряже- ние на аккум 71ятс рнсй батарее, если предложенное устройство работает с упра ляемым выпрямителем в системе зарядки аккумуляторов), по оси ординат отложен импульсный ток о управления, формиру.- емый устройством, Пуктиром для сравнения показана характеристика 2 выхопног тока, формируемого устройством управле ния по заяйвке Франции N9 2245025, Напряжение стабилизации для этого устройства взято произвольно, В устройстве, выбранном в качестве прототипа, проходная характеристика не имеет разрывов, т. е. не имеет релейного участка (на чертеже не показано). На фиг. 3 цифрой 3 обозначена двухпозиционная характеристика предложенного устройства с точки зрения системы управления. Вместо стабилитрона Д Г на фиг. 1 при необходимости может быть использовано любое устройство, обладающее подобной характеристикой. Выходные импульсы могут быть сняты непосредственно с конденсатора С1 , но предпочтительнее - с резисторов (или с трансформаторов), включенных в цепь разряда конденсатора С1 и показанных на на фиг. 1 пунктиром. Форма выходных импульсов показана на фиг. 1 возле элементов, с которых эти импульсы снимаются. Работу устройства рассмотрим по чаоСначала рассмотрим работу генератора импульсов на ОПТ Т1 и времязадающей RC-цепочке RIC1 без остальных элементов. Затем рассмотрим особенности работы генератора импульсов, конденсатор С1 которого зашунтирован стабилитроном Д1 и, наконец, рассмотрим работу всего устройства. Генератор импульсов на элементах , С1 и Т1 работает следующим обра- зоц. При подаче на генератор импульсов напряжения U от источника потечет ток, содержащий две составляющих, одна из которьгх зависит от сопротивления внутренней структуры ОПТ Т1, а вторая от параметров цепочки R1C1. Суммарный ток в этом режиме между импульсами со времененм уменьщается, так как уменьшается по экспоненциальному закону составляющая тока, заряжающая конденсатор С1 через резистор R1, При этом на амиттерном переходе ОПТ Т1 образуется запирающий потенциал, равный lU , где 1 - коэффициент передачи напряжения - параметр ОПТ Т1. При увеличении напряжения на конденсаторе С 1 до значения, равного ntl ОПТ Т1 срабатьюает,. при этом формируется выходной импульс и начинается цикл разрядки конденсатора С.. В этом режиме за счет уменьшения сопротивления внутренней структуры ОПТ увеличивается первая составляющая тока от источника и , а за счет уменьшения н напряжения на конценсаторе С1 увеличивается и вторая составляющая тока попотребления.-. 11осле разряоки конценсатора С1 до определенного уровня начинается новый цикл его зарядки. Генератор импульсов находится в режимеавтоколебаний, и средний за период ток портребления в этом режиме может быть найден по параметрам схемы известными методами интегрирования составляющих тока за период и последующего их суммирования При этом имеют место четыре слагаемых тока за период: 1)ток через ОПТ Т1 в паузе между импульсами; 2)ток через резистор при зарядке конденсатора С1; 3)ток через ОПТ Т1 во время формирования импульса; 4)ток через резистор RI при разря . Ке конденсатора С1. При любом напряжении U генератор импульсов работает без изменений и сред ний ток потребления от источника увеличивается пропорционально напряжению U , т. е. с точки зрения потребления генератор импульсов представляет линейную систему. . . Рассмотрим теперь работу генератора импульсов, конденсатор С1 которого зашунтирован стабилитроном. Если напряжение питания таково, что г и DO , где UQ - напряжение стабилизации стабилитрона Д1, то работа гене ратара импульсов происходит так, как оп сан о выше. При увеличении напряжения питания до значения, при котором j7 U U Q , происходит выключение генерат.ора импульсов. Происходит это потому, что напряжение на конденсаторе С1 ограничивается значением UQ и не достигает значения nU , прикотором должно происходить срабатывание ОПТ Т1. В этом слу- чае остаются два слагаемых тока (нумерация слагаемых тока услрвна) 5)ток через ОПТ Т1, определяемый его внутренней структурой 6)ток через резистор RI, равный (U -UO) этом отсутствуют броски тока имевшие место при работе генерау-ора импульсов в автоколебательном режиме, и ток от источника питания уменьшается. 596 Генератор импульссж с тожи зрения потребления превращается в существенно нелинейную систему. И, наконец, рассмотрим работу устройства в целом. При малых значениях входного сигнала (напряжения) генератор импульсов работает в автоколебательном режиме и требляет ток, протекающий через резис- тор , определяемый слагаемыми 1/, 2/, 3/, 4/. При этом напряжение и мо- . жет быть найдено по законам Кирхгофа. При увеличении входного напряжения Ug)( до значения Uj на фиг. 2, при котоpOMi U UQ , происхощ{т выключениэ генератора и пульсов и относительное уменьшение потребляемого тока. При этом падение напряжения на резисторе R2 (фиг. 1) уменьшается, увеличивается напряжение и на конценсаторе С2, и генератор импульсов пкучает напряжение, заведомо больше того, при котором произошло выключение. При уменьшении входного напряжения до значения U (фиг. 2), при котором 1 и U(), происходит первое срабатывание генератора импульсов, в результате чего увеличивается ток потребления генератора импульсов, напржкение U умен шается,н генера ор импульсов перехоцит в режим автоколебаний. Таким образом, в характеристике 1 вход - выход (фиг. 2 ti фиг. 3) предложенного устройства имеет место опережающий гистерезис при двухпоаиционной характеристике. Подъем характеристики 1 на фиг. 3 объясняется тем, что по мере увеличения входного напряжения (Jo j( амлитуда вькодных импульсов также увеличивается. В правильно спроектированных системах изменение амплитуды вьо одных имп}льсов неприиципнально, что показано на фигс 3, в виде проходной характеристики 3, Провал в проходной характеристике I и 3 при малых (1-3 В) входных напряжениях объясняется тем, что при малых напряжениях U перестает работать ОПТ П. Формула изобретения Электронное релэ, содержащее Bxoitой RC-фильтр и генератор импульсов, ыполненный на однопереходном транзисоре и времязадающей RC-цепочкой, о тичающееся тем, что, с целью олучения гистерезисной характеристики опережающим гистерезисом оно снабжено стабилитроном, поокпюченным парап- пельно кадденсатору времязадающей RC-цепочки,

Источники информации, принятые во внимание при экппертизе

RZ 41.Патент ФРГ N9 1239764, кп. О-ОБ F 1/58,опу6лик. 1973.

рис. 12-12 (прототип).