CS210987B1 - Výkonový spínací obvod - Google Patents

Abstract

Vynález se týká výkonového spínacího obvodu s pamětí a omezením zkratového proudu u rozhodovacích obvodů automatických třídicích zařízení, kde vyřešil nedostatečnou gumovou imunitu a nedokonalé jištění proti zkratům. Výkonový spínací obvod je vybaven pamětí a omezením proudu zátěže 3 tyristorem a darlingtonovým zapojením dvou tranzistorů nebo jedním darlingtonovým zapojením. Ve spojení s operačním zesilovačem může pracovat jako rozhodovací obvod nebo může plnit funkci posuvného registru a současně výkonového spínacího obvodu s pamětí. Jeho použití má význam zejména u zařízení pro třídění ložiskových kuliček.

Description

Vynález se týká výkonového spínacího obvodu s pamětí a omezením skratového proudu.

U automatických třídicích zařízení, která zjištují stav určitá vlastnosti nebo několika vlastností kontrolované součásti a rozhodují, zda je tento vyhovující nebo nevyhovující, toto rozhodnutí indikují rozsvícením signálního světla a součást dále automaticky vytřiáuji do příslušná skupiny spínáním elektromechanického přívodníku, který ovládá třídící klapku, jsou k těmto úkonům nutné výkonová spínací obvody s pamětí.

Obvykle se používají bistobilní klopné obvody plnicí rozhodovací a parnělovou funkci, které, ovládají výkonový zesilovací stupeň spínající signální světlo nebo elektromagnetický převodník. Podobná obvody věak vykazují nedostatečnou ěumovou imunitu zvláště při vypínáni větších příkonů a především elektromagnetických převodníků, kdy nastávají značné přepětové špičky nebo zákmity. Bistobilní klopná obvody mohou náhodně změnit svůj stav nejen při nahodilém signálu na jejich vstupu, ale i při nahodilé změně jejich napájecího napětí.

To ovšem vede k nesprávnému vytřídění kontrolované součásti. Další nevýhodou používaných zapojeni je nevhodné nebo nedokonalé jištění výkonového spínacího stupně proti skratům, které mohou nastat především v obvodech elektromagnetických převodníků, umístěných v soustro jí automatických třídiček a především při neodborné obsluze. Pouhé jištění tepelnou pojistkou je pomalé a nemůže vyloučit poškození některého z aktivních polovodičových prvků.

Uvedené nevýhody odstraňuje předmět vynálezu, kterým je výkonový spínací obvod s pamětí a omezením proudu zátěže s tyristorem a darlingtonovým zapojením dvou tranzistorů v sérii se spínanou zátěží, přičemž k ovládací elektrodě tyristoru je připojena katoda ochranné diody, k její anodě je připojena anoda blokovací diody, jejíž katoda je připojena k blokovacímu vstupu a ke spojeným anodám těchto diod je připojen první omezovači odpor budicího proudu tyristoru, jehož druhý vývod je připojen ke Spínacímu vstupu. V bází budícího tranzistoru darlingtonova zapojení dvou tranzistorů je připojen druhý omezovači odpor jeho budícího * proudu, vazební kondenzátor a volná anóda sériového zapojení tří diod, přičemž druhý vývod druhého omezovacího odporu je připojen k přívodu kladného stabilizovaného napětí, druhý vývod vazebního kondenzátoru je připojen k nulovacímu vstupu a volná katoda sériového zapojení tří diod je připojena k nulovému vývodu.

K tomuto vývodu je připojen i třetí omezovači odpor spínaného proudu, zapojený druhým vývodem k emitoru výkonového tranzistoru darlingtonova zapojení.

Pokrok dosažený vynálezem spočívá ve vytvoření jediného obvodu, který má možnost blokování spínacího signálu, je spínán kladným pulsním nebo trvalým signálem, má pamět, je vypí nán záporným pulsem, omezuje spínaný proud na zvolené úrovni a má vysokou šumovou imunitu. Blokování a vypínání má přednost před spínáním. Až do omezení spínaného proudu je napětové i výkonové ztráta spínacího obvodu malá. Při zapnutí napájecího napětí zůstává obvod vždy ve vypnutém stavu. Všechny tyto funkce jsou docilovány pouhými třemi aktivními polovodičovými prvky: jedním tyristorem a dvěma tranzistory v darlingtonově zapojení nebo jedním integro váným darlingtonovým zapojením.

Předmět vynálezu je zobrazen na přiloženém výkresu, kde na obr. 1 je vlastní zapojení spínacího obvodu, na obr. 2 příklad využití dvou spínacích obvodů podle vynálezu pro automatické třídicí zařízení a na obr. 3 je časový diagram napětí v jednotlivých bodech zapojení podle obr. 2.

Na obr. 1 je vlastní zapojeni podle vynálezu. Spínací obvod tvoři sériové zapojení tyristoru Tv a darlingtonova zapojení tranzistorů TI a T2. z čehož TI je budicí tranzistor výkonového tranzistoru 12. Anoda tyristoru je připojena k spínacímu výstupu V, mezi nějž a napájecí napětí Un je zapojena spínaná zátěž Z. Mezi emitor výkonového tranzistoru T2 a nulový vývod 2 napájecího napětí je zapojen ještě třetí omezovači odpor R3 spínacího proudu.

Mezi spínací vstup £ obvodu a ovládací elektrodu tyristoru Ty je zapojen první omezovači odpor Sl budícího proudu tyristoru Ty a ochranná dioda £1.. K anodě diody Dl je připojena anoda blokovací diody £2, která je svou katodou připojena k blokovacímu vstupu g obvodu. Báze budícího tranzistoru ££ darlingtonova zapojení je trvale buzena z kladného stabilizovaného napětí Ua přes druhý omezovači odpor £2. Mezi bázi tohoto tranzistoru a nulovací vstup £ obvodu je zapojen vazební kondenzátor gl,. K ťéto bázi je konečně připojena volná anoda sériového spojení tři diod £2, jehož volná katoda je připojena k nulovému vývodu £ napájecího napětí.

K napájení obvodu slouží vyěěí nestabilizované napětí Un a nižší stabilizované napětí £2 získávané s výhodou stabilizací z napětí Un. Při zapnutí obou napětí je sice tranzistor TI buzen přes druhý omezovači odpor R2 a tím je dvojice tranzistorů otevřena, ale spínací obvod zůstane vypnut, protože není sepnut tyristor Tv. Spínací obvod sepne teprve tehdy, objeví-li se na jeho spínacím vstupu g kladné napětí, které způsobí průtok minimálního budícího proudu tyristoru Ty.

Toto napětí je dáno souStem napětového úbytku na prvním omezovacím odporu £1, napětí v propustném směru ochranné diody £1, napětí řídicí elektroda-katoda tyristoru Tv. saturačního napětí budicího tranzistoru £1. a napětí báze-emiter výkonového tranzistoru £2. Napětový úbytek malého budicího proudu tyristoru Ty na malém třetím omezovacím odporu R3 je možno pro ti souStu ostatních úbytků zanedbat. Tento součet úbytků napětí tvoří dostatečnou ěumovou imunitu spínacího obvodu.

Jednou sepnutý tyristor Ty zůstává sepnut, i když kladná napětí na spínacím vstupu g zmizí. Je-li však v okamžiku příchodu vstupního napětí na spínacím vstupu g blokovací vstup g spojen s nulovým vývodem £ napájecího napětí, teče proud ze vstupu g pouze prvním omezovacím odporem £1. a blokovací diodu £2> Tyristor Tv není vybuzen a spínací obvod nesepne.

Spínací obvod může být vypnut záporným napětovým skokem na nulovacím vstupu £, který vytvoří zápornou derivační špičku na bázi budícího tranzistoru TI darlingtonova zapojení.

Tlm se na krátkou dobu zavřou oba tranzistory £1 a £2 darlingtonova zapojení, čímž se vypne tyristor £y.

K omezení maximální hodnoty proudu spínacího obvodu slouží sériové zapojení tří diod D3 a třetí omezovači odpor R3. Při zvoleném napájecím napětí Us je spínaný proud dán především odporem zátěže g. Hodnota třetího omezovaclho odporu R3 je zvolena tak, aby při předpokládané velikosti spínaného proudu nevznikl na něm větěí napětový úbytek, než je napětí na jedné diodě v propustném směru. Napětí na bázi budicího tranzistoru TI je potom dáno součtem tohoto napětového úbytku na odporu R3 a napětím obou diodových přechodů báze-emiter obou tranzistorů TI. £2·

Je tedy menší než napětí sériového zapojení tří diod B3 v propustném směru a tyto diody zůstávají zavřeny a jsou bez účinku.

.Klesá-li odpor zátěže g, čímž stoupá spínaný proud, a napětový úbytek na odporu R3 dosáhne hodnoty napětí na jedné diodě v propustném směru, dosáhne napětí na bázi tranzistoru TI hodnoty napětí na třech didodách v propustném směru. Tlm se otvírá sériové zapojeni tří diod D3 a vede část proudu druhého omezovacího odporu £2, čímž se snižuje proud báze budicího tranzistoru £1, napětí na ní dále nestoupá a spínací proud obvodu je omezen na hodnotu danou napětím jedné diody v propustném směru, děleným hodnotou odporu R3.

Volbou hodnoty tohoto odporu je tedy možno limitovat maximální spínaný proud při nepřípustném snížení odporu zátěže g nebo jejím úplném skratu. V tomto případě stoupá napětí na kolektoru budicího i výkonového tranzistoru ££ a £2 až téměř na hodnotu napájecího napětí Un

Protože budicím tranzistorem TI teče pouze malý kolektorový proud nutný k vybuzení výkonového tranzistoru £2, zůstává jeho výkonová ztráta i při úplném skratu zátěže g malé.

Výkon měřený ve výkonovém tranzistoru T2 je však dán téměř součinem napájecího napětí Un a limitovaného proudu. Pro tuto výkonovou ztrátu je třeba dimenzovat výkonový tranzistor T2 i jeho chladič.

Popsaným zapojením k omezení maximálního spínaného proudu je odstranět^) nebezpečí zničení některého z aktivních polovodičových prvků obvodu, ke kterému by mohlo dojit při skratu zátěže Z. Jelikož touto zátěží je často elektromagnetický převodník, který je umístěn v mechanické části automatického třídicího zařízení, je nebezpečí skratu značné.

Výhody výkonového spínacího obvodu podle vynálezu jsou zřejmé ze zapojení pro automatické třídicí zařízení znázorněné na obr. 2. První výkonový spínací obvod 1 spolu s rozdílným zesilovačem J s velkým zesílením tvoří úrovňový rozhodovací obvod s pamětí, který spíná signálí žárovku 4. Druhý výkonový spínací obvod g tvoři jednostupňový posuvný registr, který spíná elektromagnetický převodník 2 třídiče.

Vazba mezi prvním výkonovým spínacím obvodem 4 a druhým výkonovým spínacím obvodem 2 je prováděna pomocí vazebního obvodu se čtvrtým omezovacím odporem 24, blokovací diodou £4 a vazebním tranzistorem TJ. Automatický pracovní cyklus zapojení je ovládán řídicím logickým signálem průběhu £ s časovými úseky £ a v pro kontrolu a výměnu součásti, který je přiváděn na nulovací vstup K prvního výkonového spínacího obvodu 4 a na blokovací vstup B druhého výkonového spínacího obvodu.

Invertovaný řídicí logický signál a pomocí invertoru 6, který má průběh c, je přiváděn na blokovací vstup B prvního výkonového spínacího obvodu 4 β na nulovací vstup 2 druhého výkonového spínacího obvodu g. Derivací logických signálů průběhu a a c pomocí vazebních obvodů C1-R2 vznikají na bázích budících tranzistorů J1 prvního a druhého výkonového spínacího obvodu 4 a g nulovací pulsy průběhu bad.

Má-li řídicí logický signál průběhu a logickou úroveň L, např. v prvním kontrolním časovém intervalu IQ, na blokovacím vstupu B prvního výkonového spínacího obvodu invertovaná logická úroveň H a výkonový spínací obvod je schopen přijímat informaci. Překroěí-li kontrolovaný signál průběhu £ na neinvertujícím vstupu rozdílového zesilovače J nastavenou srovnávací úroveň a na jeho invertujícím vstupu, objeví se na spínacím vstupu S prvního výkonového spínacího obvodu 4 kladný signál, který jej sepne a signální žárovka 4 ^se rozsvítí, jak znázorňuje průběh g. Tím klesne napětí na výstupu V prvního výkonového spínacího obvodu pod úroveň kladného stabilizovaného napětí Us a vazební tranzistor T3 typu PNP připojí tato napětí na spínací vstup S druhého výkonového spínacího obvodu 2.

Tento obvod spínající elektromagnetický převodník 2 třídiče věak nemůže sepnout, protože je blokován úrovni L řídicího logického signálu a na blokovacím vstupu B a sepne se teprve po změně řídicího logického signálu a ^z logické úrovně L na H a po doznění derivaění špičky průběhu £ na bázi budicího tranzistoru 44. V časovém intervalu pro výměnu součásti vl zůstává ještě zapnuta i signální žárovka 4 prvním výkonovým spínacím obvodem 4 a je vypnuta až derivaění špičkou průběhu b na konci tohoto intervalu.

Od tohoto okamžiku probíhá kontrolní časový interval k2 další součástí. Objevi-li se v jeho časovém průběhu větší kontrolovaný signál f než srovnávací úroveň a> sepne první výkonový spínací obvod opět signální žárovku 4 a vypne ji až na konci časového intervalu V2 pro výměnu součásti. Druhý výkonový spínací obvod g zůstává sepnut až do konce kontrolního časového intervalu HZ, ϋθ krátkodobě vypnut derivaění špičkou průběhu 4 a opětovně sepnut sepnutým prvním výkonovým spínacím obvody 4 prostřednictvím vazebního tranzistoru T3.

Jestliže při kontrole další spučásti v časovém intervalu k3 nedosáhne kontrolovaný signál £ srovnávací úroveň a, není již sepnut první výkonový spínací obvod 4 a tím ani signální žárovka 4· Druhý výkonový spínací obvod g a tím i elektromagnetický převodník se vypne na konci kontrolního časového intervalu KJ.

Z průběhu g je zřejmé, Se signální žárovka £ je sepnuta v okamžiku, kdy kontrolovaný signál překročí srovnávací úroveň s. a svítí až do konce následujícího časového intervalu v. Svítí tedy nejméně po dobu časového intervalu χ pro výměnu součásti. U dosud používaných zařízení je vypínána již ňa konci kontrolního časového intervalu k a překročení vztažné úrovně s. kontrolovaným signálem těsně před tímto koncem je v důsledku tepelné setrvačnosti žárovky £ indikováno nedokonale nebo vůbec ne.

Z průběhu £ je zřejmé, že třídicí klapka ovládaná elektromechanickým převodníkem je překládána na začátku časového intervalu v pro výměnu součásti, kdy zkontrolovaná součást opouští kontrolní místo, a je v této poloze až do začátku dalšího časového intervalu v pro výměnu součásti, což je maximální možná doba. Následují-li po sobě dvě nebo více součástí, které mají být vyřazeny, je elektromagnetický převodník 2 na začátku časového intervalu v pro výměnu zkontrolované součásti vypínán na tak krátkou dobu, že vypnuti nestačí sledovat.

V důsledku toho mění třídicí klapka svou polohu pouze tehdy, následuje-li po dobré součásti součást, která má být vyřazena a naopak. Tím je minimalizován mechanický pohyb elektromagnetického převodníku 2 ⁸ jeho třídicí klapky a ovšem i jejich opotřebení.

Má-li automatické třídicí zařízení více kanálů zapojených podle obr. 2, které kontrolují stav různých vlastností součásti, přičemž překročení stavu jedné vlastnosti má při vyhodnoceni přednost před překročením stavu jiných vlastností, je třeba, aby sepnutý tranzistor £2 tohoto kanálu nejen spínal svůj vlastní druhý výkonový spínací obvod £, ale přitom blokoval sepnutí výkonového spínacího obvodu £ ostatních kanálů. To je možno provést vřazením diody mezi emiter tranzistoru T3 a stabilizované napětí Us u ostatních kanálů tak, že její anoda je připojena k stabilizovanému napětí Us a další diodou zapojenou katodou na bázi tranzistoru 13 ostatních kanálů, přičemž anody všech těchto diod jsou připojeny ke kolektoru tranzistoru T3 kanálu s předností.

Výkonový spínací obvod podle vynálezu je možno konstrukčně uspořádat na malý plošný spoj se šesti vývody, který tvoří samostatný stavební prvek, nebo je možno jej včlenit do rozložení ostatních obvodů. Při spínání odporové zátěže a malých proudů nebo malé žárovky resp. luminiscenční diody v sérii s odporem, kdy není nebezpečí skratů, je možno z popsaného zapojení vypustit výkonový tranzistor T2. třetí omezovači odpor R3 a sériové zapojení tří diod £2. Emiter tranzistoru TI je potom zapojen přímo k nulovému vývodu O. Kromě omezení maximálního proudu zůstávají ostatní popsané funkce obvodu zachovány.

Claims (1)

1. Výkonový spínací obvod s paměti a omezením proudu zátěže s tyristorem a darlingtonovým zapojením dvou tranzistorů v sérii se zátěží, vyznačený tím, že k ovládací elektrodě tyristoru (Ty) je připojena katoda ochranné diody (D,), k její anodě je připojena anoda blokovací diody (D2), jejíž katoda je připojena k blokovacímu vstupu (B), ke spojeným anodám těohto diod je připojen první omezovači odpor (Rl) budicího proudu tyristorů (Ty) a jeho druhý vývod je připojen ke spínacímu vstupu (S), kdežto k bázi budicího tranzistoru (II) darlingtonova zapojení je připojen druhý omezovači odpor (R2) jeho budicího proudu, vazební kondenzátor (Cl) a volná anoda sériového zapojení tří diod (D3), přičemž druhý vývod druhého omezovacího odporu (R2) je připojen k přívodu kladného stabilizovaného napětí (Us), druhý vývod vazebního kondenzátorů (C1) je připojen k nulovacímu vstupu (R) a volná katoda sériového zapojení tří diod (D3) je připojena k nulovému vývodu (0), ke kterému je připojen třetí omezovači odpor (R3) zapojený druhým vývodem k emitoru výkonového tranzistoru (T2) darlingtonova zapojení.