Электронный ключ Советский патент 1981 года по МПК H03K17/567 

(54) ЭЛЕКТРОННЫЙ КЛЮЧ,

I

Изобретение отиосится к электротехнике и может, быть использовано для включения блоков электротехнической и электронной аппаратуры.

Известен электронный ключ для коммутацин нагрузки в сетн переменного напряжения, содержащий силовой тиристор, блок формирования импульсов управления в момент прохождения синусоидального напряжения питающей сетн через нулевое наченне, блок управления и усилитель мощности для запуска силового тиристора 1.

Недостатком известного электронного ключа является сложность электрической схемы управления и низкая помехоустойчивость, вызванная наличием релаксационных устройств.

Известен также электронный ключ, содержащий силовой синистор, оптрон управления, формирователь импульсов, усилитель мощности и выпрямительны1Й диод для пнтания цепей управления через резистор о|Г источника коммутируемого переменного напряження 2.

Недостаткн этого электронного ключа -; ограниченные функциональные возможности, вызванные коммутацией нагрузки только

с определенным импедансом. При изменении нмпеданса нагрузкн нужно изменять параметры элементов схемы.

Цель нзобрегения - расширение функ цнональных возможностей за счет обеспечения возможности коммутацин нагрузок с

S любым импедансом и повышения надежности работы.Поставленная цель достигается тем, что в электронном ключе, содержащем снловой снмнстор, оптрон управления, формировац тель импульсов, усилитель мощности н выпрямительный диод для питання цепей управления через первый резнстор от йсточннка коммутнруемого переменного напряжения, формирователь импульсов выполнен на оптроне и фоторезнсторе, при этом выход выпрямительного диода катодом соединен через первый резнстор с параллельно соеднНеннымн светоднодамн фототиристоров усилителя мощности н формирователя им/пульсов и через вторбй резистор и фотодиод оптрона формнрователя импульсов, вклю20 ченнымн последовательно к точке соединения катода светоднода фототнристора усилителя мощности, анода светоднода фототирнстора формирователя импульсов и перBoro резистора, с тремя параллельными цепями, первая из которых образована последовательно соединенными фототиристором формирователя импульсов, светодиодом оптрона формирователя импульсов и третьим резистором, вторая - последовательно соединенными фототиристором усилителя мощности, четвертым резистором и переходом управляющий электрод - катод силового симистора, а третья - последовательно соединенными фотодиодом оптрона управления и источником (-лостоянного напряжения.

На фиг. I представлена принципиальная электрическая схема электронного ключа; на фнг. 2 - эпюры напряжений и токов характерных точек схемы.

Электрический ключ содержит силовойсимистор I, подключенный через нагрузку 2 к клеммам 3 и 4 источника переменного напряжения. Управление силовым симистором I осуществляется через оптрон управления 5 сигналом генератора импульсов 6. Выход оптрона управления 5 соединен через источник постоянного напряжения 7 с формирователем импульсов, состоящим из оптрона 8, фототиристора 9 и резисторов 10 и 11. Для формирования синхронизирующих импульсов и питания оптрона 8 и фототиристора 9 через выпрямительный диод 12 и резистор 13 поступает с клемм 3 и 4 переменное напряжение. Для согласования по йощности выходного сигнала формирователя импульсов со входом силового снмистора 1 служит фототиристор 14, выход которого соединен через резистор 15 с управляющим электродом силового симистора 1.

Устройство работает следующим образом

При подключении источника переменного .напряжения к клеммам 3 и 4 в цепи: выпрямительный диод 12, резистор 13 и светодиод фототиристора 9 возбуждается пульсирующий ток положительной полярности. Для того; чтобы включение фототирнстора могло происходить на участке синусоиды между точками а ч б (фиг. 2), величина резистора 13 выбирается из условия U Ug где UgKfl. - напряжение порога включения фототиристора 9. Однако, фототиристор 9 будет обесточен в схеме до момента включения оптрона 5, фотодиод которого питается от источника постоянного напряжения 7. Величина выходного напряжения этого источника выбирается из условия обеспечения тока удержания фототиристора 9 и для создания через фототиристор 14 тока управления симистором 1, который должен,быть больще тока удержания фототиристора 14.

При отсутствии сигнала на входе генератора импульсов 6 схема выключена, поскольку закрыты фотодиоды оптронов 8 и 5. При подаче сигнала на светодиод оптрона 5 происходит включение его светодиода. Включение фототиристора 9 может произойти только в положительный полупериод переменного напряжения на участке синусоиды

между точками а и б (фиг. 2). В случае включения оптрона 5 в любой другой момент времени фототиристор 9 не включается из-за наличия в его цепи светодиода,оптрона 8. При поступлении сигнала от светодиода фототиристора 9 происходит его включение и самоблокировка с помощью светодиода оптрона 8 и резистора 11. Ток самоблокировки должен быть больще тока включения светодиода оптрона 8. Включивщийся светодиод оптрона 8 обеспечивает включение его фотодиода, который замыкает цепь источника постоянного напряжения 7. Учитывая быстродействие оптоэлектронных элементов, это произойдет в непосредственной близости от точки включения светодиода

фототиристора 9.

Величина резистора 10 выбирается из условия задания тока включения через светодиод фототиристора 14 при достижении

в положительный полупериод напряжения значения близкого нулю, например в точке г (фиг. 2). Из фиг. 2 видно, что ток Ig через светодиод фототиристора 9 уменьшается после включения фотодиода оптрона 8 на величину, которая ответвляется в цепь источника постоянного напряжения 7. Нулевой уровень тока через светодиод фототиристора 9 будет при равенстве токов, протекающих через резисторы 10 и 13 от источника постоянного напряжения 7 и источника на выпрямительном диоде 12, например в точке в. Положение этой точки на участке синусоиды между точками б и г зависит от величины резистора 13. При разбалансе токов фототиристоров 9 и 14 начнет протекать ток 1)4 через светодиод фототирис5 тора 14, который достигнет значения тока включения 1вкя. его светодиод в точке г, благодаря выбранной величине резистора 10. Светодиод фототиристора 14 включается и выдает сигнал на включение своего фототиристора 14, который замыкает цепь точника постоянного напряжения 7 через резистор 15, вызывая включение силового симистора I и самоблокировку фототиристора 14 током удержания. Величина резистора 15 выбирается из условия создания

5 необходимого тока управления силовым симистором 1 который в то же время должен быть равен илн больще тока удержания фототиристора 14.

Выключение устройства происходит при отсутствии сигнала на выходе генератора

0 импульсов 6. Силовой симистор 1 не выключается после снятия сигнала с управляющего электрода до тех пор, пока его анодный ток не упадет практически до нуля. Таким образом, устройство осуществляет коммутацию напряжения переменного тока в первоначальный момент включения только вблизи нулевого уровня на спаде положительной полуволны переменного напряжения, а затем в управляющий электрод симистора непрерывно поступает ток достаточный для переключений симистора в каждый полупериод с минимальной зоной нечувствительности, определяемой лишь эксплуатационной характеристикой симистора, что. уменьшает величину коммутационных помех (практически, сводит их к нулю) и улучшает технические показатели устройства при работе иа различные виды нагрузок. Формула изобретения Электронный ключ, содержащий силовой симистор, оптрон управления, формирователь импульсов, усилитель мощности и выпрямительный диод для питания цепей управления через первый резистор от источника коммутируемого переменного напряжения, отличающийся тем, что, с целью расщирен.ия функциональных возможностей и повышения надежности, формирователь импульсов выполнен на оптроне и фототиристоре, при этом выход выпрямительного диода катодом соединен через первый резистор с параллельно соеднненнымн светодиодами фототиристоров усилителя мощности и формирователя импульсов и через второй резистор и фотодиод оптрона формирователя импульсов, включенными последовательно к точке соединения катода светодиода фототиристора усилителя мощности, анода светодиода фототйристора формирователя импульсои и первого резистора, с тремя параллельными цепями, первая из которых образована последовательно соединенными фототиристором формирователя импульсов, светодиодом оптрона формирователя импульсов и третьим резистором, вторая - последовательно соединенными фототирнстором усилителя мощности, четвертым резистором и переходом управляющий электрод - катод силового симистора, а третья - последовательно соединенными фотодиодом- оптрона управления и источником постоянного напряжения. Источники информации, принятые во внимание .при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 396848, кл. Н 05 В И/ЗО, 1973. 2.«Электроника, t976, № И, с. 53.

Фиг. f

«г.