Транзисторный ключ с защитой от перегрузки

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве коммутационного элемента в устройствах управления с большим количеством этих элементов, например в программируемых контроллерах или управляющих вычислительных комплексах. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей ключа за счет адаптации к различным по характеру нагрузкам. Для этого в ключ введены регистр 5, инвертор 8, элемент ИЛИ 11, формирователь 9 импульсов сброса, блок 7 фиксации короткого замыкания, фильтр 6, клапан 10. Ключ также содержит коммутирующий транзистор-усилитель 1, датчик 3 тока, нагрузку 2, блок 4 ограничения тока. Имеются также шины 14,15 питания, информационная шина 23, шина 24 синхроимпульсов, шина 29 установки в исходное состояние, контрольный выход 26. Обеспечена возможность программной адаптации ключа к различного рода нагрузкам путем выбора частоты синхроимпульсов по шине 24. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (51) 4 Н 03 К 17/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4393426/24-21 (22) 15.03.88 (46) 23.12.89. Бюл. У 47 (71) Харьковское научно-производственное объединение по системам автомати..зированного управления (72) А.А. Ручинский, Г.К. Алдабаев, В.П. Бондаренко, Н.В. Харченко

H О.С. Куценко (53) 621.382(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1322457 кл. Н 03 К 17/60, 1985.

Авторское свидетельство СССР

Р 1026130, кл, G 05 F 1/58, 1982. (54) ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ С ЗАЩИТОЙ

ОТ ПЕРЕГРУЗКИ (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве коммутационного элемента в устройствах управления с большим количеством этих элементов, например

23 в программируемых контроллерах или управляющих вычислительных комплексах.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей ключа за счет адаптации к различным по характеру нагрузкам. Для этого, в ключ введены регистр 5, инвертор 8, элемент ИЛИ 11 формирователь 9 импульсов сброса, блок 7 фиксации короткого замыкания, фильтр 6, клапан 10. Ключ также содержит коммутирующий транзистор-усилитель 1, датчик 3 тока, нагрузку 2, блок 4 ограничения тока. Имеются шины 14 и 15 питания, информационная шина 23, шина 24 синхроимпульсов, шина 29 установки в исходное состояние, р контрольный выход 26. Обеспечена возможность программной адаптации ключа к различного рода нагрузкам путем выбора частоты синхроимпульсов по шине

24. 3 э.п.ф-лы, 2 ил.

1531203

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве коммутационного элемента в устройствах управлен iH с большим количеством этих элементов, например в программируемых контроллерах или управляющих вычислительных комплексах.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет адаптации к различным по характеру нагрузкам.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема транзисторного ключа; на фиг. 2 — схема блока ограничения тока

Транзисторный ключ (фиг. 1) содержит блок 1, коммутирующий транзисторусилитель, нагрузку 2, датчик 3 тока, блок 4 ограничения тока, регистр 5, фильтр 6, блок 7 фиксации короткого замыкания, инвертор 8, формирователь

9 импульсов сброса, клапан 10, элемент

ИПИ 11. Датчик 3, силовые выводы 12 и 13 блока 1 и нагрузка 2 соединены последовательно и включены между первой l4 и второй 15 шинами питания, первый вход 16 блока 4 соединен с ши ой 15 и первым выводом датчика 3, второй вход 17 блока 4 соединен со вторым выводом датчика 3 и выводом 12

i IoKQ 1, первый выход 18 блока 4 соединен с первым управляющим входом 19 блока 1, второй выход 20 блока 4 соединен со вторым управляющим входом

21 блока 1 и со входом фильтра 6.

Третий управляющий вход 22 блока 1 соединен с выходом регистра 5.

Информаии.нная шина 23 устройства подклю ена к первому входу регистра

5, шина 24 синхронизирующих импульсов через инвертор 8 соединена со вто рым входом регистра 5, первым входом

25 блока 7 и управляющим входом клапана 10, выход которого является конт рольным выходом 26 устройства, информационный вход клапана 10 подключен к первому зходу элемента ИЛИ 11 и выходу 27 блока 7, второи вход 28 блока 7 соединен с прямым выходом формирователя 9, второй вход которого подключен к шине 29 установки в исходное состояние, инверсный выход формирователя 9 соединен со вторым входом элемента ИЛИ 11, выход которого соединен с третьим входом регистра 5, третий вход 30 блока 7 соединен с выходом фильтра 6.

Блок 1, коммутирующий транзисторусилитель (фиг. 1), содержит силовой

20 о зистора 31.

31 и управляющий 32 транзисторы, оптрон 33, пять резисторов 34-38. Первый вывод светодиода оптрона 33 соединен с входом 22 блока 1, второй вывод через последовательно соединенные резисторы 34 и 35 соединен с входом

21 блока 1. Напряжение питания Цд, подключено к общей точке соединения резисторов 34 и 35. Эмиттеры транзистора 31 и фототранзистора оптрона

33 подключены к выводу 13 блока 1, коллектор транзистора 31 соединен с выводом 12 блока 1, с эмиттером транзистора 32 и через резистор 38— с базой транзистора 32, коллектор фототранэистора оптрона 33 через резистор 36 соединен с базой транзистора 32, которая подключена к входу

19 блока 1, коллектор транзистора 32 соединен с базой транзистора 31 и через резистор 37 — с эмиттером транБлок 7 фиксации короткого замыкания (фиг. 1) содержит элементы 2И-НЕ

39, ?И 40, RS-триггер 41. Первь|й вход элемента 40 соединен со входом 25 ,блока 7, второй вход — co входом 30 блока 7 и первым оходом элемента 39, второй вход которого подключен к входу 28 блока 7, выход элемента 39 соединен с S-входом триггера 41, выход элемента 40 соединен с R-входом триггера 41, выход которого подключен к выходу 27 блока 7.

Блок 4 ограничения тока (фиг ° 2) содержит три транзистора 42-44, два резистора 45 и 46, оптрон 47. Эмиттеры транзисторов 42 и 43 соединены с входом 17 блока 4, коллектор транзистора 42 подключен к выходу 18 блока 4, к первому выводу светодиода оптрона

47 и через резистор 46 с базой транзистора 43, коллектор которого соединен с базой транзистора 42, которая через резистор 45 соединена со вторым выводом светодиода оптрона 47, база и коллектор транзистора 44 подключены к базе транзистора 43, а эмиттер к входу 16 блока 4. Коллектор фототранзистора оптрона 47 подключен к выходу 20 блока 4.

Транзисторный ключ работает следующим образом.

Ключ устанавливается в исходное состояние при кратковременном воздействии на шину 24 сигнала низкого уровня, при этом через формирователь 9 элемент ИЛИ 11 на третий вход регистра 5

35

5 15312 поступает высокий уровень, в результате чего с его выхода на вход 22 блока 1 поступает сигнал третьего (высокоимпедансного) состояния и

5 нагрузка 2 оказывается отключенной, а через формирователь 9 устанавливается в "i состояние триггер 41 блока 7.

В нагрузке 2 ключа допускается 10 протекание тока активного, активноиндуктивного или емкостного характера, а отказы в нагрузке (увеличение тока или короткое замыкание) воспринимаетсл однотипным образом — со вто- 15 рого выхода 20 блока 4 через фильтр

6 сбрасывается триггер 41 блока 7.

Первая процедура — включение нагрузок с активным или активно-индуктивным характером сводится к следу- 20 ющему: на шину 24 подается синхроимпульс, а на шину 23 сигнал включения (низкий уровень), в результате чего в регистр 5 заносится логический "0", не выходе его устанавливается низкий 25 уровень, что приводит к включению нагрузки 2 через коммутирующий транзистор-усилитель 1, причем значение сигнала с датчика 3 тока, воздействующего на входы 16 и 17 блока 4, 30 недостаточно для формирования на его выходе 20 сигнала низкого уровня и там присутствует высокий уровень сигнала, поступающий через фильтр 6 уа вход 30 блока 7, триггер 41 не изменяет своего состояния, а через выход 18 и вход 17 блока 4 ток не протекает. В момент подачи синхроимпульса на шину 24 клапан 10 отпирается по его управляющему входу, 40 в результате чего сигнал высокого уровня с выхода блока 7 инвертируется и поступает на выход 26 ключа, что о=начает отсутствие перегрузок в нагрузке 2, что повторяется при следующих процедурах, аналогичных описанной.

Вторая процедура — включение нагрузки, имеющей емкостной характер, отличается от первой процедуры тем, 50 что в результате выброса тока в силовой цепи после включения нагрузки 2, описанным выше образом, на датчике 3 тока формируется сигнал, поступающий на входы 16 и 17 блока 4, в результате чего через выход 18 и вход 17 блока 4 начинает протекать ток и эта цепь шунтирует входную цепь управляющего 32 и силового 31 транзисторов блока 1, что приводит

t к его неполному запиранию, а на выходе 20 блока 4 формируется сигнал низкого уровня, который фильтруется фильтром 6 и поступает на вход 30 блока 7 в течение определенного времени, а так как период синхроимпульсов, поступающих на вход 25 блока 7 может быть выбран с учетом длительности выбросов тока в нагрузке 2, то синхроимпчльс не совпадает с сигналом выброса тока и фиксация выброса не производится.

При отказе в нагрузке 2 (увеличении тока или коротком замыкании) по очередному синхроимпульсу производится фиксация отказа по совпадению во времени этого сигнала синхронизации, характеризующего максимально допустимое время выброса, и сигнала с фильтра 6. В результате этого сигнал с выхода 27 блока 7 через элемент

KIH 11 по третьему входу регистра 5 переводит его выход в высокоимпедансное (третье) состояние, которое воспринимается коммутирующим транзистором-усилителем 1 как сигнал для отключения нагрузки.

Таким образом, положительный эффект в транзисторном ключе достигается за счет обеспечения возможности программной адаптации ключа к различного рода нагрузкам путем выбора частоты синхроимпульсов на шине 24, что позволяет широко применять ключ в устройствах с управлением от микропроцессорной шины.

Технико-экономическое преимущество предлагаемого ключа по сравнению с известным заключается в отсутствии аппаратных затрат при адаптации ключа к различного рода нагрузкам, т.е. в универсализации схемы ключа, позволя» щей без аппаратных затрат, программно адаптировать ключ под любого рода нагрузку.

Формула изобретенияо

1. Транзисторный ключ с защитой от перегрузки, содержащий датчик тока, коммутирующий транзистор-усилитель, блок ограничения тока, датчик тока, силовые выводы коммутирующего транзистора-усилителя и нагрузка соединены последовательно и включены между первой и второй шинами питания, первый вход блока ограничения тока соединен

1531203 с второй шиной литания и первым выводом датчика тока, а второй вход— с вторым выводом датчика тока и вторым силовыи выводом коммутирующего транзистора-усилителя, первый выход блока ограничения тока соединен с первым управляющим входом коммутирующего транзисторного усилителя, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей эа счет адаптации к различным по характеру нагрузкам, введены регистр, фильтр, блок фиксации короткого замыкания, инвертор, формирователь 15 импульсов сброса, клапан и элемент

ИЛИ, второй выход блока ограничения тока соединен с входом .фильтра и с вторым управляющим входом коммутирующего транзистора-усилителя, третий управляющий вход которого соединен с выходом регистра, первый вход которого подключен к информационной шине устройства, шина синхронизирующих импульсов через инвертор соединен с 25 вторым входом регистра, первым входом формирователя импульсов сброса, первым входом блока фиксации короткого замыкания и управляющим входом клапана, выход которого является контроль- 3п ным выходом устройства, информационный вход клапана подключен к первому входу элемента ИЛИ и выходу блока фиксации короткого замыкания, второй вход которого соединен с прямым выходом формирователя импульсов сброса, второй вход которого подключен к шине установки в исходное состояние, инверсный выход формирователя импульсов сброса соединен с вторым входом 4О элемента ИЛИ, выход которого соединен с третьим входом регистра, третий вход блока фиксации короткого замыкания соединен с выходом фильтра.

2. Ключ по. п. 1, о тли45 ч а ю шийся тем, что коимутирующий транзистор-усилитель содержит силовой и управляющий транзисторы, оптрон и пять резисторов, причем первый вывод светодиода оптрона соединен с третьим управляющим входом коммутирующего транэистораусилителя, второй вывод через последовательно соединенные первый и второй резисторы с вторым управляющим входом коммутирующего транэистораусилителя, напряжение питания подключено к точке соединения первого и второго резисторов, эмиттеры силового транзистора и фототранзистора оптрона подключены к первому силовому выводу коммутирующего транзистораусилителя, коллектор силового транзистора соединен с вторым силовым выводом коммутирующего транзистораусилителя, эмиттером управляющего транзистора и через пятый реэистор— с базой управляющего транзистора, которая через третий резистор соединена с коллектором фототранэистора оптрона и подключена к первому управляющему входу коммутирующего транзистора-усилителя, коллектор управляющего транзистора соединен с базой и через четвертый резистор с эмиттером силового транзистора.

3. Ключ по и. 1, о т л и ч ающи и с я теи, что блокфик.сации короткого замыкания содержит элементы 2И-iiE, 2И и RSтриггер, причем пе:алый вход элементы 2И соединен с первым входом блока фиксации, второй вход — с третьим входом блока фиксации и первым входом элемента 2И-HE второй вход которого подключен к второму входу блока фиксации, выход элемента

2И-НЕ соединен " S-входом RS-триггера, выход элемента 2И соединен

". R-входом RS-триггера, выход которого подключен к выходу блока фиксации.

4. Ключ по и. 1, о тли ч а ющий с я тем, что блок ограничения тока содержит три транзистора, два резистора и оптрон, причем змиттеры первого и второго транзисторов соединены с вторым входом блока ограничения тока, коллектор первого транзистора подключен к первому выходу блока ограничения тока, к первому выводу светодиода оптрона и через второй резистор— к базе второго транзистора, коллектор которого соединен с базой первого транзистора, которая через первый резистор соединена с вторым выводом светодиода оптрона, база и коллектор третьего транзистора подклю1чены к базе второго транзистора, а эмиттер — к первому входу блока ограничения тока, коллектор фототранзистора оптрона подключен к второму выходу блока ограничейия тока.

1531203

Фиг 2

Составитель Г. Терешина

Редактор Г. Волкова Техред M.Äèäûê Корректор М. 1Пароши 1

Заказ 7965/55 Тираж 884 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г.ужгород, ул. Гагари а, ll II

Г а ина 101