Электронный коммутатор

(54) ЭЛЕКТРН (57) Изобретен ной технике и ние в специаль коммутации для цепи от перегр Рк импульс- применелектронной ммутируемой изобре ежност 6,я является расшитайвели ение Фун тройства возможносаничеиия 9,чины тока о через на ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Заявка ФРГ 1 353кл. Н 03 К 17/08, 198Заявка ФРГ 111 36016кл. Н 03 К 17/08 1981 Й КОМИУТАТОие относитсяможет найтичых схемах эзащиты коузок. Цельюовынение надкциональныхза счет огрпротекающег1629981 грузку 21, автоматического, регулирования величины выходного напряжения им. пульсного стабилизатора 1 напряжения для поддержания заданной величины то 5 ка, протекающего через нагрузку 21, ограничения минимальной величины напряжения на выходе импульсного стабилизатора 1 напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в электрон- О ный коммутатор, содержащий импульсный стабилизатор 1 напряжения и транзисторный ключ 20, к выходу которого подключена нагрузка 21 с изменяющимся во времени сопротивлением, введены 15 соединенный прямым выходом с входомИзобретение относится к импульсной технике и может найти применение в специальных схемах электронной коммутации для защиты коммутируемой цепи, от перегрузок, в частности в электронных коммутаторах с нагрузкой, изменяющей сопротивление во времени.Цель изобретения - повышение надежности и расширение Аункциональных возможностей устройства за счет ограничения величины тока, протекаацего через нагрузку, автоматчческого регулирования величины выходного на пряжения импульсного стабилизатора напряжения для поддержания заданной величины тока, протекающего через нагрузку, ограничения минимальной величины выходного напряжения импульсно го стабилизатора напряжения.На Лиг. 1 приведена принципиальная схема электронного коммутатора; на фиг. 2 - циклограмма работы электронйого коммутатора с нагрузкой (спи- ф 5 "раль накаливания).1Электронный коммутатор содержитимпульсный стабилизатор 1 напряжения, который состоит из делителя 2 напряжения,.компаратора 3, транзисторе 4 и фильтра 5, блок 6 сравнения, который состоит из делителя 7 напряжения, компаратора 8, логического элемента . И-ИЛИ-НЕ 9 расширяемого по ИЛИ блокФ55 10 защиты, который состоит из реостата 11, оптоэлектронного переключателяинвертора 12, генератора 13 тактовых импульсов, одновибратора 14, одновибтранзисторного ключа О, а инверс"ным выходом - с входом блока 6 сравнения, блок 10 защиты, который периодически с заданной частотой производит опрос датчика 19 тока о превьвпении граничной величины токе одиночнымимпульсом малой длительности, блок 16стабилизации тока, выход которого соединен с входом блока 6 сравнения, авход - с датчиком 19 тока, блок 6сравнения, входами соединенный с выходами блока 16 стабилизации тока иблока 10 защиты, а выходом - с блокирующим входом импульсного стабилизатора 1 напряжения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил . ратора 15 с перезапуском, блок 16 стабилизации тока, который состоит изреостата 17 и оптоэлектронного ключа18 с усилителем, датчик 19 тока, транзисторный ключ Л, нагрузку1,Вход компаратора 3 соединен с делителем 2 напряжения, блокирующий входкомпаратора 3 соединен с выходом логического элемента 9, а выход компаратора 3 соединен с базой транзистора 4. Эмиттер транзистора 4 соединен.с источником +У, а коллектор - с входом фильтра 5, выход которого соединен с делителемнапряжения, делителем 7 напряжения, с входом датчика 19тока, с входами оптоэлектронного переключателя-инвертора 12 и оптоэлектронного ключа 18 с усилителем. Входкомпаратора 8 соединен с делителем 7напряжения, а выход - с блокирующимвходом логического элемента 9. Первыйвход логического элемента 9 соединенс выходом оптоэлектронного ключа 18с усилителем. Второй вход логическогоэлемента 9 соединен с инверсным выходом одновибратора 15 с перезапуском.Выход датчика 19 тока соединен черезреостат 11 с вторым входом оптоэлектронного переключателя-инвертора 12,через реостат 17 - с .вторым входомоптоэлектронного ключа 18 с усилителем, с входом транзисторного ключа 2 О.Выход оптоэлектронного переключателяинвертора 12 соединен с входом одновибратора 15 с перезапуском, инверсный вход которого соединен с инверс5ным выходом одновибратора 14. Выход генератора 13 тактовых импульсов соединен с инверсным входом одновибратора 14, на прямой вход которого подается внещний.управляющий сигнал 1). Управпяющий вход транзисторного ключа,20 соединен с прямым выходом одновибратора 15 с перезапуском, а выход - с нагрузкой 21. На нину +1)п подается напряжение питания микросхем электронного коммутатора.Коммутатор работает следующим образом.При подключении питания +1) на микросхемы устройства и источника тока +Б электронньгй коммутатор готов к работе. На циклограмме (Фиг,2) работы коммутатора с нагрузкой (спираль накаливания) Б - изменение во времени состояния управляющего сигнала Б, Б 1 - тактовые импульсы, 1) измененце во времени состояния инверсного выхода одновибратора 15 с иере- запуском, 08 - изменение во времени состояния выхода оптоэлектронного ключа 18 с усилителем, 1)8 - изменение во времени состояния выхода компаратора 8, ц - изменение во времени напряжения эмиттер - база транзистора 4, Б 1 ет - изменение во времени величины напряжения на выходе импульсного стабилизатора 1 напряжения, Тд 1 - изменение во времени величины тока, протекающего через нагрузку 21.До подачи управляющего сигнала С (интервал времени .)-1) блок 6 сравнения поддерживает на выходе импульсного стабилизатора 1 напряжения минимальное напряжение стабилизации Б,дии, величина котороо устанавливается деюителем 7 напряжения. В этом слу - чае при уменьшении напряжения на выходе импульсного стабилизатора 1 напряжения ниже 11 т , компаратор 8 устанавливает сигнал высокого уровня на выходе логического элемента 9. В результате этого компаратор 3 откры" вает. транзистор 4, так как делительнапряжения установлен на величину максимального напряжения стабилизаПТ МдкО фст,мак 1)т мни)При достижении напряжения 1) т ии на выходе импульсного стабилизатора 1 напряжения компаратор 8 переключается н устанавливает сигнал. низкого уровня на выходе логического элемента 9, так как на его втором входе 9981 6 установлен сигнал высокого уровня синверсного выхода одновибрат,ра 15 сперезапуском. В результате этого ком"паратор 3 закрывает транзистор 4 . Та 1 5ким образом реализуется режим автогенерации, когда в зависимости от величин 0 1,. и О величины тока, разряжающего накопительньп 1 конденсаторФильтра 5, автоматически меняетсякак период автоколебаний, так и времяоткрытого состояния транзистора 4.После подачи сигнала 1)ч высокогоуровня на прямой вход одновибратора14 (момент времени й) по первому срезу сигнала с выхода генератора 13тактовых импульсов одновибратор 14запускает одновибратор 15 с перезапуском, прямой выход которого открывает 20 транзисторный ключ О, а инверсныйвыход устанавливает сигнал низкогоуровня на входе логического элемента 9. Одновибратор 14 Формирует импульсы длительностью 1) "с, а одновиб" 25 ратор 15 с перезапуском Формирует-9имггульсы длительностью, 10 с, превьвающей период следования тактовыхимпульсов 1) с. Таким образом, длительность выходного импульса одновиб ратор 15 с перезапуском равна промежутку времени межпу первым и последним запускающим импульсом одновибратора 14 с добавкой:1) с. В результате этого с блокирующего входа компаратора 3 снимается запрещающий сигналнизкого уровня.Компаратор 3 открывает транзистор4, который открыт до момента времениС достижения величины тока, протекаю О щего через нагрузку 1, равной величине тока стабип.эации- Т, устанавливаемой реостатом 17, Б этот момент навыходе оптоэлектронного ключа 18 сусилителем сигнал меняется с низкого 5 уровня на высокий уровень. В результате этого логичоский элемент 9 подает запрещанаий сигнал низкого уровня на блокирующий вход компаратора 3,который закрывает транзистор 4.5 р После этого ток через нагрузку 21начинает уменьнаться и при его величине, несколько меньшей 1 т, оптоэлектронный ключ 18 с усилителем переключается. С входа логического элемента 9 55 убирается сигнал высокого уровня, чтоприводит к изменению сигнала на выхо"де логического элемента 9 с низкогоуровня на высокий уровень. В результате этого компаратор 3 снова откры 1629981вавт транзистор 4, Таким образом1 устройство работает в режиме автогене- рации, когда в зависимости от.величины +У, величины напряжения на выходе5 импульсного стабилизатора 1 напряжения, величины тока, протекающего через нагрузку 21, и параметров фильтра 5 автоматически меняется период автоколебаний и время открытого состояния транзистора 4.Так как в результате омического 1 яагрева сопротивление нагрузки 21 постепенно возрастает, то при постоянном токе, протекающем через на грузку 21, возрастает величина выходного напряжения импульсного стабилизатора 1 напряжения.В момент временинаступает установившийся режим, при котором20 величина напряжения на выходе импульсного стабилизатора 1 напряжениявеличина сопротивления нагрузки 21 и величина тока, протекающего через нагрузку 21, не изменяются.Дпя рассмотрения принципа работы электронного коммутатора в режиме перегрузки допустим, что в момент временисопротивление нагрузки 21 мгновенно уменьшйлось до величины, не превышающей Уст,мии /1 ц, где 1 П предельно допустимая величина тока, протекающего через нагрузку 21, которая устанавливается реостатом 11, В этом случае величина У, щ опре 35 деляет ту минимальную величину сопротивления нагрузки 21, которую может иметь исправная спираль накаливания. При достижении величины токачерез нагрузку 21, равной 1, оптоэлектронный переключатель-ийвертор 1 переключается и прерывает сформированный одновибратором 15 с перезапуском импульс В Резупьтате этого тран 45 зисторный ключ 20 закрывается. Логический элемент 9 устанавливает запрещающий сигнал низкого уровня на блокирующем входе компаратора 3, который закрывает транзистор 4. Напряжение на выходе импульсного стабилизатора 150 напряжения снижается и удерживается блоком 6 сравнения на,уровне П ,. По первому следукщему срезу сигнала с выхода генератора 13 тактовых импульсов одновибратор 14 снова запускает одновибратор 15 с перезапуском, который открывает транзисторный ключ 20 и убирает сигнал высокого уровня с входа логического элемента 9. В результате этого логический элемент 9убирает запрещающий сигнал низкогоуровня с блокирующего входа компаратора 3, который открывает транзистор 4.При достижении тока через нагрузку 21 величины 1 оптоэлектронныйключ 18 с усилителем переключаетсяи убирает сигнал низкого уровня с вхо- .да логического элемента 9. При достижении тока через нагрузку 21 величины 1 П оптоэлектронный переключательинвертор 12 переключается и прерываетсформированный одновибратором 15 сперезапуском импульс. В результате .этого закрывается транзисторныйключ 20 и с входа логического элемента 9 убирается сигнал низкого уровняТок через нагрузку 21 прерывается,а величину напряжения У на выхоС. Иде импульсного стабилизатора 1 поддерживает компаратор 8. Длительностьимпульса тока через нагрузку 1 вэтом случае определяется быстродействием элементов устройства и длительностью формируемого одновибратором14 импульса и равна л 1) с.Этот процесс повторяется с частотой следования тактовых импульсов .Отношение периода следования тактовых3импульсов, равного .10 с, и длительности импульса тока через нагрузку21 в этом случае равно д 1"Такимобразом, величина эффективного токачерез нагрузку 21 равна 1 10При снятии перегрузки устройствоавтоматически переходит в режим стабилизации тока через нагрузку 21.В. случае, если величина сопротивления нагрузки 21 не меньше Пг д/1 г, импульсный стабилизатор 1 на-,пряжения стабилизирует на выходе на"пряженне Бкоторое определяется делителем 2 йапряжения,Предлагаемый коммутатор обеспечивает при режиме перегрузки уменьше-,ние величины эффективного тока вд 50 раэ и уменьшение величины пикового тока в5 раэ.Формула изобретения1. Электронный коммутатор, содержащий блок защиты, прямой выход которого соединен с управляющим входом транзисторного ключа, датчик тока, выход которого соединен с входом транзисторного ключа и первым входом блока защи 1 б 29981 10ты, вход датчика тока и второй входблока защиты соединены между собой.и подключены к источнику тока, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности, введеныимпульсный стабилизатор напряжения,блок сравнения, блок стабилизациитока, при этом вход импульсного стабилизатора напряжения подключен ккоммутируемому источнику тока, блокирукций его вход соединен с выходомблока сравнения, выход импульсногостабилизатора напряжения соединен спервым входом блока сравнения, первым входом блока стабилизации тока,вторым входом блока защиты, второйвход блока сравнения соединен с выходом блока стабилизации тока, третийвход блока сравнения соединен с инверсным выходом блока защиты, а второйвход блока стабилизации тока соединенс выходом датчика тока. 2. Коммутатор по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что блок сравнения выполнен в виде компаратора, делителя напряжения, один из выводов которого является первым входом блока сравнения, логического элемента И-ИЛИ-НЕ, расширяемого по ИЛИ, при этом вход компаратора соединен с делителем напряжения, а выход соединен с блокирующим входом логического элемента И-ИПЙ-НЕ, расширяемого по ИЛИ, входы и выход которого являются соот- ветственно вторым, третьим входом и выходом блока сравнения.3. Коммутатор по п. 1, о т л и- . ч а ю щ и й с я тем, что блок защиты содержит реостат, оптоэлектронный переключатель-инвертор, генератор тактовых импульсов, одновибратор и одновибратор с перезапуском, при этом один из выводов реостата является первым входом блока защиты, а другой соединен с входом оптоэлектронного переключателя-инвертора, выход кото" рого соединен с прерывающим входом одновибратора с перезапуском, выход ге" нератора тактовых импульсов соединен с инверсным входом одновибратора, инверсный выход которого соединен с инверсным входом одновибратора с перезапуском, прямой и инверсный выходы которого являются выходами блока защиты.169981 Составитель Л.СкобелеваТехред Л.Сердокова Корректор Л.Патай Редактор Н.Туп П Ти ательский комбинатПроизводствен Заказ 4 ВНИИПК Г сударственного комитета 113035, Москва, Ж писное ткрытиям при ГКНТ ССС д. 4/5 изобретениям и о Раушская наб.,г, Ужгород, ул. Гагарина, 101