Многоканальное твердотельное реле с переключающимися контактами

Авторы патента:

H03K17/00 - Электронная коммутация или стробирование, т.е. без размыкания или замыкания контактов (выбор печатающего элемента или вспомогательного электрода при электрическом пеатании B41J 2/405; устройства для хранения и выборки информации G11C 27/02; переключающие или прерывающие устройства в волноводах H01P; стробированные усилители H03F 3/72; коммутирующие устройства для коммутаторных систем, содержащие статические приборы H04Q 3/52)

Владельцы патента RU 2589371:

Акционерное общество "Авиаавтоматика" имени В.В. Тарасова" (RU)

Изобретение относится к коммутационной технике. Технический результат - обеспечение коммутации двунаправленных сигналов, повышение быстродействия и увеличение надежности. Для этого в реле, содержащем генератор импульсов, входы управления, введены блок защиты и стабилизации, блок гальванической развязки, цепь сброса, N коммутационных каналов, состоящих из пары двунаправленных коммутаторов, первого, второго и третьего выходов реле; причем входы блока защиты и стабилизации соединены с входами управления, а выход блока защиты и стабилизации - с входом генератора импульсов; выход генератора импульсов - с первым входом блока гальванической развязки, первый и второй выходы которого - с первыми входами каждого из двунаправленных коммутационных элементов, а третий выход - с первым входом цепи сброса, первый выход первого коммутационного элемента и второй выход второго коммутационного элемента - со вторым и третьим входами цепи сброса, второй выход первого коммутационного элемента соединен с первым выходом реле, третий выход первого коммутационного элемента соединен с первым выходом второго коммутационного элемента и третьим выходом реле, а третий выход второго коммутационного элемента соединен со вторым выходом реле. 3 ил.

Изобретение относится к электронной коммутационной технике и может быть использовано для коммутации силовых цепей постоянного и переменного тока.

Известно твердотельное реле (Патент US №6462603, 2002), состоящее из источника постоянного тока, блока генератора, изолирующих трансформаторов и коммутаторов.

Недостатком устройства является избыточная сложность и количество элементов схемы, что приводит к увеличению габаритов и энергопотребления устройства.

Наиболее близким к заявленному изобретению является электронное переключающее реле с трансформаторной развязкой (Патент Российской Федерации №2375816, кл. Н03K 17/00, 2009), содержащее первый электронный ключ на DМОП транзисторе, генератор импульсов, импульсный трансформатор, имеющий первичную и первую вторичную обмотки, первый выпрямительный диод, первый токоограничительный резистор, токозадающий резистор, стабилитрон, первый и второй входы управления, первый и второй выходы, второй выпрямительный диод, второй токоограничительный резистор, второй электронный ключ на DМОП транзисторе со встроенным каналом, третий выход реле, первый и второй резисторы разряда, вторая вторичная обмотка импульсного трансформатора. В предложенном устройстве управляющее напряжение, приложенное к входам управления, стабилизируется до необходимого для работы реле уровня стабилитроном и поступает на входы генератора импульсов, который формирует прямоугольные импульсы, поступающие на первичную обмотку импульсного трансформатора. Во вторичных обмотках трансформатора также формируются прямоугольные импульсы, выпрямляемые при помощи выпрямительных диодов, и заряжающие через первый и второй токоограничительный резисторы затворы первого и второго DMOП транзисторов соответственно. При этом, внутреннее сопротивление Rси первого DМОП транзистора уменьшается до сотен мОм, реализуя, таким образом, функцию «замыкающего контакта», а внутреннее сопротивление Rси второго DMOП транзистора со встроенным каналом возрастает до сотен МОм, реализуя, таким образом, функцию «размыкающего контакта».

Недостатком прототипа является ограничение его функциональных возможностей из-за неспособности коммутации переменного напряжения и чувствительности к направлению протекающего через нагрузку тока.

Кроме того, прототип имеет низкое быстродействие, так как разряд затворных емкостей коммутирующих транзисторов осуществляется через разрядные резисторы, что неэффективно. При малом значении их сопротивлений увеличится ток потребления на холостом ходу по цепи управления, а при больших значениях их сопротивлений увеличится время разряда затворной емкости.

Помимо перечисленных недостатков, прототип имеет низкую надежность, так как не снабжено защитой от кратковременного превышения («скачков») управляющего напряжения. Стабилитрон, используемый для стабилизации входного напряжения, является маломощным электронным элементом, рассчитанным на малые токи; следовательно, высока вероятность того, что внезапный импульс повышенного напряжения, превышающего номинальное значение управляющего напряжения, приведет к пробою стабилитрона.

Технической задачей изобретения является обеспечение коммутации двунаправленных силовых сигналов и независимости от направления тока, текущего через нагрузку, а также повышение быстродействия и увеличение надежности устройства.

Технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее генератор импульсов, первый и второй входы управления, дополнительно введены блок защиты и стабилизации, блок гальванической развязки, цепь сброса; N коммутационных каналов, состоящих из пары двунаправленных коммутаторов, первого и второго выходов реле, третьего выхода реле; причем первый и второй входы блока защиты и стабилизации соединены с первым и вторым входами управления соответственно, а первый выход блока защиты и стабилизации - с первым входом генератора импульсов; первый выход генератора импульсов - с первым входом блока гальванической развязки, первый и второй выходы блока гальванической развязки - с первыми входами каждого из двунаправленных коммутационных элементов, третий выход блока гальванической развязки - с первым входом цепи сброса, первый выход первого коммутационного элемента и второй выход второго коммутационного элемента - со вторым и третьим входами цепи сброса, второй выход первого коммутационного элемента соединен с первым выходом реле, третий выход первого коммутационного элемента соединен с первым выходом второго коммутационного элемента и третьим выходом реле, а третий выход второго коммутационного элемента соединен со вторым выходом реле.

На фиг. 1 представлена структурная схема многоканального твердотельного реле с переключающимися контактами с количеством каналов N=1.

На фиг. 2 представлена структурная схема многоканального твердотельного реле с переключающимися контактами с количеством каналов N=1 с указанием внутриблочных входов и выходов.

На фиг. 3 представлена структурная схема многоканального твердотельного реле с переключающимися контактами.

Многоканальное твердотельное реле с переключающимися контактами состоит из блока защиты и стабилизации 1, представляющего из себя линейный понижающий стабилизатор, собранный из дискретных компонентов или на базе унифицированных микросхем, генератора импульсов 2, который может быть построен на элементах стандартной логики или транзисторах по схеме мультивибратора, блока гальванической развязки 3, выполненного на базе трансформатора, цепи сброса 4, представляющей из себя автоматически срабатывающий в момент снятия управляющего напряжения коммутатор, N коммутационных каналов, состоящих из пары двунаправленных коммутаторов - первого двунаправленного коммутатора 5, реализующего функцию «замыкающего контакта», и второго двунаправленного коммутатора 6, реализующего функцию «размыкающего контакта», первого 7 и второго 8 входов управления, первого 9 и второго 10 выходов реле, третьего 11 выхода реле.

Первый двунаправленный коммутатор может быть выполнен на МОП-транзисторах с индуцированным каналом (Enhancement mode MOSFET), биполярных транзисторах, мощных тиристорах или биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT). Второй двунаправленный коммутатор может быть выполнен на МОП-транзисторах со встроенным каналом (Depletion mode MOSFET) или полевых транзисторах с управляющим р-n переходом (JFET).

Многоканальное твердотельное реле с переключающимися контактами работает следующим образом.

В исходном состоянии, когда на входы управления 7 и 8 не подано управляющее напряжение, первый коммутатор 5 закрыт и ток между первым 9 и третьим 11 выходами реле не течет, второй коммутатор 6 открыт и ток свободно протекает между вторым 10 и третьим 11 выходами реле.

После подачи на входы управления 7 и 8 управляющего напряжения включается блок защиты и стабилизации 1, осуществляющий стабилизацию входного напряжения до уровня, необходимого для работы элементов генератора импульсов 2. Генератор импульсов, в свою очередь, начинает формировать прямоугольные импульсы, поступающие на первичную обмотку импульсного трансформатора, расположенного в блоке гальванической развязки 3. В соответствии с коэффициентом преобразования во вторичных обмотках трансформатора также формируются прямоугольные импульсы, которые впоследствии выпрямляются и фильтруются. Получаемый на выходе блока 3 управляющий сигнал поступает на входы первого 5 и второго 6 коммутаторов. Начинают заряжаться затворные емкости силовых транзисторов, расположенные внутри коммутаторов. Когда заряд затвора начинает превышать пороговый уровень, транзисторы переходят в режим насыщения. Причем при этом первый коммутатор 5 переходит в открытое состояние и ток начинает свободно протекать между первым 9 и третьим 11 выходами реле, а второй коммутатор 6 переходит в закрытое состояние и ток между вторым 10 и третьим 11 выходами реле протекать прекращает.

После снятия со входов управления 7 и 8 управляющего напряжения последовательно отключаются блок защиты и стабилизации 1, генератор импульсов 2 и блок гальванической развязки 3. Напряжение управляющего сигнала, выходящего из блока 3, начинает линейно снижаться. В момент, когда оно становится меньше потенциала заряженной емкости силовых транзисторов, расположенных внутри коммутаторов, включается цепь сброса 4, обеспечивающая интенсификацию процесса разряда затворных емкостей. После этого устройство переходит в свое исходное состояние.

Таким образом, обеспечение коммутации двунаправленных силовых сигналов и независимости от направления тока, текущего через нагрузку, а также повышение быстродействия и увеличение надежности устройства.

Многоканальное твердотельное реле с переключающимися контактами, содержащее генератор импульсов, первый и второй входы управления, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок защиты и стабилизации, блок гальванической развязки, цепь сброса; N коммутационных каналов, состоящих из пары двунаправленных коммутаторов, первого и второго выходов реле, третьего выхода реле; причем первый и второй входы блока защиты и стабилизации соединены с первым и вторым входами управления соответственно, а первый выход блока защиты и стабилизации - с первым входом генератора импульсов; первый выход генератора импульсов - с первым входом блока гальванической развязки, первый и второй выходы блока гальванической развязки - с первыми входами каждого из двунаправленных коммутационных элементов, третий выход блока гальванической развязки - с первым входом цепи сброса, первый выход первого коммутационного элемента и второй выход второго коммутационного элемента - со вторым и третьим входами цепи сброса, второй выход первого коммутационного элемента соединен с первым выходом реле, третий выход первого коммутационного элемента соединен с первым выходом второго коммутационного элемента и третьим выходом реле, а третий выход второго коммутационного элемента соединен со вторым выходом реле.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть применено в коммутационных устройствах. Технический результат заключается в повышении надежности силового ключа.

Коммутирующее устройство для источников переменного тока // 2568770

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах преобразования и распределения электроэнергии. Технический результат заключается в повышении надежности резервирования в системах бесперебойного питания с параллельной работой за счет сокращения до нуля времени резервирования.

Реверсивный полупроводниковый коммутатор, работающий на индуктивную нагрузку // 2562778

Изобретение относится к реверсивным полупроводниковым коммутаторам, работающим на индуктивную нагрузку. Технический результат заключается в повышении надежности устройства и уменьшении расхода электрической энергии.

Передатчик со следящей обратной связью // 2558609

Изобретение относится к области коммутационных сред для вычислительных систем и может быть использовано как составная часть высокоскоростного последовательного мультиканального приемопередатчика.

Трехканальный релейный коммутатор // 2543555

Изобретение относится к электронным устройствам автоматики. Технический результат заключается в повышении надежности и помехоустойчивости.

Устройство непрерывного контроля многопозиционного релейного коммутатора // 2540811

Изобретение относится к системам автоматического управления и контроля. Техническим результатом является обеспечение возможности выявления дефектов элементов в многопозиционном релейном коммутаторе до нарушения его функционирования путем контроля за временем переключения исполнительного реле.

Схема и топология высоконадежной системы силовой электроники // 2533317

Изобретение относится к силовой электронике. Технический результат заключается в упрощении схемы резервирования системы силовой электроники при сохранении ее надежности.

Силовой ключ на мдп-транзисторе // 2524853

Изобретение относится к импульсной технике и может быть применено в различных коммутационных устройствах. Техническим результатом является повышение надежности.

Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току // 2523024

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в источниках питания с защитой от перегрузки по току без использования датчика тока, преимущественно в системах управления космических аппаратов.

Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току // 2523021

Способ переключения в компоновке силовых переключателей и компоновка из множества силовых переключателей // 2595600

Группа изобретений относится к переключающим устройствам. Технический результат - создание средств переключения, обеспечивающих то, что отдельные ветви оборудования распределения энергии надежно подключаются или отключаются. Для этого предложен способ переключения в компоновке силовых переключателей, в которых переключающие блоки управляются устройствами обработки данных, включающий в себя следующие этапы: управление переключающим блоком первого силового переключателя для изменения его состояния переключения посредством устройства обработки данных первого силового переключателя, определение, возникло ли изменение состояния переключения, и если нет, то отправка сигнала посредством устройства обработки данных первого силового переключателя на устройство обработки данных второго силового переключателя, управление переключающим блоком второго силового переключателя для изменения его состояния переключения посредством устройства обработки данных второго силового переключателя. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Выключатель для участка передачи постоянного тока высокого напряжения // 2597998

Приводится выключатель для участка передачи постоянного тока высокого напряжения, содержащий вакуумный силовой выключатель (3) для отключения участка передачи и силовой выключатель (5) с газовой изоляцией для отключения участка передачи, причем силовой выключатель (5) с газовой изоляцией включен последовательно с вакуумным силовым выключателем (3). Кроме того, предусмотрено устройство (4) для создания противотока относительно тока на участке передачи для понижения тока через вакуумный силовой выключатель (3). Технический результат - элементы выключателя управляются устройством управления таким образом, чтобы отключение происходило при прохождении тока через нуль или около того. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току // 2599190

Использование: для защиты вторичных источников питания электронных коммутаторов от токовых перегрузок. Сущность изобретения заключается в том, что коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току содержит последовательно соединенные датчик тока, электронный ключ, блок нагрузки, а также управляющий транзистор, цепь отрицательной обратной связи по току ключа и цепь положительной обратной связи по падению напряжения на ключе, в цепь положительной обратной связи по падению напряжения на ключе дополнительно введен элемент задержки, предотвращающий ее срабатывание в течение заданного интервала времени. Технический результат: обеспечение возможности сохранения нормального функционирования нагрузки. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Интерфейсная схема цифровой связи для проводной пары с индивидуально регулируемыми границами перехода // 2624452

Изобретение относится к цифровому интерфейсу связи. Интерфейсная схема обеспечивает связь устройства с проводной парой. Интерфейсная схема включает: диодный мост, имеющий полярно независимые входные выводы, связанные с проводной парой, и первый и второй выходные выводы, имеющие положительную полярность и отрицательную полярность соответственно; первое гальваническое изолирующее устройство для вывода принимаемого сигнала, принимаемого по проводной паре через диодный мост; второе гальваническое изолирующее устройство, принимающее передаваемый сигнал; управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент, соединенный с положительным и отрицательным выходными выводами диодного моста; и первый и второй фильтры, соединенные каскадом между вторым гальваническим изолирующим устройством и управляемым напряжением изменяемым резистивным элементом. Первый фильтр имеет развязанные пути зарядки и разрядки таким образом, чтобы развязывать время нарастания передаваемого сигнала от времени падения передаваемого сигнала. Второй фильтр имеет частотную характеристику, зависимую от напряжения. Управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент предоставляет передаваемый сигнал проводной паре через диодный мост. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Детектор элементов каркаса со схемой регулирования // 2625440

Cхемное устройство для емкостного детектора скрытых объектов относится к области. емкостных измерительных средств - детекторов. Достигаемый технический результат - повышение чувствительности обнаружения скрытых объектов. Схемное устройство для емкостного детектора скрытых объектов содержит четыре конденсатора, на которые поданы зависящие от времени напряжения, усилитель, синхронный демодулятор, компаратор, тактовый генератор. Детектор для обнаружения скрытых элементов каркаса содержит упомянутое выше схемное устройство, при этом электроды конденсаторов образуют обкладки конденсаторов, которые выполнены различным образом. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 32 ил.

Управляемый ключевой электронный коммутатор // 2628129

Изобретение относится к электронной коммутационной технике применительно для обеспечения коммутации силовых энергетических цепей постоянного тока с защитой от перегрузки и использования их в качестве интерфейсных линий передачи информации. Технический результат заключается в повышении быстродействия защиты при недопустимых перегрузках по току, управляемого посредством создания коммутатора с дистанционным управлением, реализованного на полевом транзисторе с минимальным сопротивлением в открытом состоянии, используемого в качестве силового ключа, и обеспечении качества защиты за счет применения токового датчика и быстродействующей схемы защиты, работающей в режиме триггера по состоянию перегрузки, позволяющего удерживать ключ после возникновения перегрузки по току в отключенном состоянии до снятия управляющего сигнала и обеспечения повторного включения. 2 ил.

Высокочастотный переключатель для компактного модуля преобразователя энергии // 2628211

Изобретение относится к области электроники. Технический результат заключается в снижении потерь и уменьшении размеров высокочастотного переключателя. Указанный технический результат достигается благодаря тому, что разработан высокочастотный переключатель, содержащий: каскодную схему переключения, включающую в себя по меньшей мере два транзистора (VT1, VT2), источник (U1) неизменяемого вспомогательного напряжения, источник (U2) управляющего сигнала и дополнительный транзистор (VT3), имеющий тип проводимости, противоположный типу проводимости транзисторов (VT1, VT2) каскодной схемы переключения, причем источник (U2) управляющего сигнала выполнен с возможностью подавать управляющий сигнал на управляющий вывод первого транзистора (VT1) каскодной схемы переключения и на управляющий вывод дополнительного транзистора (VT3) для того, чтобы одновременно осуществлять управление первым транзистором (VT1) каскодной схемы переключения и дополнительным транзистором (VT3), посредством этого осуществляя управление вторым транзистором (VT2) каскодной схемы переключения. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Матричное устройство выдачи команд с оптической развязкой // 2628911

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники. Технический результат - повышение функциональной плотности и уменьшение массогабаритных параметров устройства выдачи команд. В устройстве осуществляется гальваническая развязка коммутируемых сигналов от схемы управления и между собой, а также уменьшение количества адресов в системе, за счет введения дополнительной дешифрации. Устройство содержит регистр, первый и второй дешифраторы, первое и второе буферные устройства и матрицу, построенную из оптронов, каждый из которых содержит светодиод и ключ. 1 ил.

Управляющее устройство органа управления в транспортном средстве // 2637075

Изобретение относится к области обеспечения авторизованного доступа к управлению агрегатами автомобиля. Рукоятка переключения передач (3) в автомобиле содержит датчики магнитного поля (6, 7). Датчики магнитного поля (6, 7) определяют магнитное поле, порождаемое электрическим полем, которое подводится к сиденью (2) водителя (1) источником электрического поля (5). Достигается определение присутствия водителя (1) на сиденье водителя (2). 15 з.п. ф-лы, 1 ил.

Автоматический коммутатор антенн // 2638362

Изобретение относится к коммутационной технике и может быть использовано для подключения антенн к радиопередатчикам. Предложено сопряжение переключателя антенн с переключателем сигналов от датчиков тока, установленных в основаниях антенн, и использование сигналов от указанных датчиков для настройки антенно-согласующих устройств радиопередатчиков с целью повышения отдаваемой ими мощности в антенну. Технический результат, наблюдаемый при реализации заявленного решения, направлен на повышение мощности, отдаваемой широкополосным радиопередатчиком в антенну. 2 ил.