CS242001B1

CS242001B1 - Galvanically separated transistor high-duty switch connection with overload indication

Info

Publication number: CS242001B1
Application number: CS821438A
Authority: CS
Inventors: Vaclav Skala; Jaroslav Susa
Original assignee: Vaclav Skala; Jaroslav Susa
Priority date: 1982-03-03
Filing date: 1982-03-03
Publication date: 1986-04-17
Also published as: CS143882A1

Abstract

Účelem řešení zapojení galvanicky oddě leného výkonového tranzistorového- spínače s indikací přetížení je takové zapojení- tranzistorového spínače, napájeného ze zdroje malého stejnosměrného napětí, který je proti přetížení nebo zkratu na zátěži, při čemž jsou vstupní svorky spínače galvanicky odděleny od výstupních svorek. Indikač ní obvod, který, v normálním režimu dvouhodnotově indikuje stav tranzistorového spínače a jiným dalším způsobem indikuje přetížení. P-o odstranění přetížení tranzistorový spínač automaticky přejde do normální funkce bez nutnosti dalšího zásahu. Zapojení lze použít zejména v měřicí a regulační technice, kde se používají tranzistorové spínače, u kterých se vyžaduje odolmost proti přetížení zátěží; galvanické oddělení vstupních svorek od svorek vý stupních a optická indikace přetížení.The purpose of the wiring solution is galvanically separated power transistor switch with overload indication, it is a transistor wiring power switch a small dc voltage that is against overload or short circuit on load, at whereby the input terminals of the switch are galvanic separated from the output terminals. Indikač circuit, which, in normal mode two-valued indicates transistor state switch and indicates in another way overload. P-o transistor overload removal the switch automatically switches to normal functions without the need for further intervention. The connection can be used especially in measuring and control technology where transistor is used switches that require durability load overload; galvanic separating input terminals from terminals degrees and optical overload indication.

Description

Vynález se týká zapojení tranzistorového výkonového spínače napájeného ze zdroje malého stejnosměrného napětí s galvanickým oddělením vstupních svorek od výstupních svorek a s optickou indikací přetížení.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to the connection of a transistor power switch powered from a low DC voltage source with galvanic separation of input terminals from output terminals and with optical overload indication.

Dosud známá zapojení tranzistorových spínačů jednodušších provedení nejsou odolná proti zkratu nebo přetížení. Pokud je překročena dovolená hodnota proudu do zátěže, může dojít k poškození tranzistorového spínače. Složitější zapojení, která mají omezení proudu do zátěže při přetížení, jsou odolná proti krátkodobému přetížení. Při zkratu na zátěži se však plné napájecí napětí objeví na tranzistorovém spínači a pokud je překročena dovolená výkonová ztráta tranzistorového spínače, může dojít k jeho zničení. Nejdokonalejší zapojení tranzistorových spínačů obsahují obvody, které chrání výkonový stupeň nejen proti krátkodobému přetížení, ale i proti trvalému zkratu. U dosud známých zapojení se používají dva základní typy ochran. U prvního typu při přetížení dojde k trvalému odpojení spínače od zátěže a po odstranění zkratu musí obsluha spínač opět připnout. U druhého typu je tranzistorový spínač při přetížení periodicky spínán. Pro řízení spínání se používají monostabilní klopné obvody. Poměr doby sepnutí a rozepnutí je zvolen tak, aby nedošlo k překročení dovolené ztráty výkonového tranzistorového spínače. Po odstranění zkratu spínače automaticky přejde do provozního stavu. Dosud používané indikační obvody u tranzistorových spínačů indikují pouze dva stavy tranzistorových spínačů, sepnuto — rozepnuto. Přetížení nebo zkrat na zátěži tyto Indikační obvody neindikují.The hitherto known transistor switch connections of simpler designs are not short-circuit or overload resistant. If the permissible current to the load is exceeded, the transistor switch may be damaged. More complicated circuits that have current limitation to overload are resistant to short-term overload. However, in the event of a short circuit to the load, the full supply voltage appears on the transistor switch and may be destroyed if the permissible power loss of the transistor switch is exceeded. The most perfect transistor switch connections include circuits that protect the power stage not only from short-term overload but also from permanent short-circuit. Two basic types of protection are used in the known circuits. With the first type of overload, the switch is permanently disconnected from the load and after the short circuit has been removed, the operator must switch the switch on again. In the second type, the transistor switch is periodically switched when overloaded. Monostable flip-flops are used for switching control. The ON / OFF ratio is selected so that the permissible loss of the power transistor switch is not exceeded. When the short circuit is removed, the switch automatically goes into the operating state. The indication circuits used so far in the transistor switches indicate only two states of the transistor switches, closed - open. Overload or short circuit on the load does not indicate these indication circuits.

Zapojení galvanicky odděleného výkonového tranzistorového spínače s indikací přetížení, jehož podstata spočívá v tom, že kladný pól napájecího zdroje je připojen na první svorku proudového čidla a současně na první vstup nadproudové ochrany a druhá svorka proudového čidla je připojena na druhý vstup nadproudové ochrany a na první vstup výkonového stupně, jehož výstup je připojen na výstupní svorku a na první vstup indikačního obvodu, přičemž výstup nadproudové ochrany je připojen na druhý vstup výkonového stupně, na druhý vstup indikačního obvodu a přes integrační člen na vstup Schmittova klopného obvodu, přičemž výstup Schmittova klopného obvodu je připojen na první vstup budicího stupně, jehož výstup je připojen na třetí vstup výkonového stupně, přičemž druhý vstup budicího stupně je připojen na výstup obvodu galvanického oddělení, jehož vstup je připojen na vstupní svorku.Connection of galvanically isolated power transistor switch with overload indication, which consists in that the positive pole of the power supply is connected to the first terminal of the current sensor and at the same time to the first input of the overcurrent protection and the second terminal of the current sensor is connected to the second input of the overcurrent protection. a power stage input whose output is connected to an output terminal and a first input circuit input, wherein the overcurrent protection output is connected to a second power stage input, a second input circuit input, and via an integrator to a Schmitt flip-flop input; it is connected to a first input of the drive stage, the output of which is connected to the third input of the power stage, the second input of the drive stage is connected to the output of the galvanic isolation circuit, the input of which is connected to the input terminal.

Zapojení podle vynálezu odstraňuje nevýhody výše uvedené a má výhody a přednosti proti známým zapojením. Největší předností a výhodou je odolnost proti trvalému přetížení a zkratu, galvanické oddělení vstupních a výstupních svorek a využití jediného indikačního obvodu jak pro indikaci stavu tranzistorového spínače, tak i pro indikaci přetížení. Další výhodou je větší odolnost proti vnějším rušivým signálům než u spínačů s monostabilním klopným obvodem. Další výhodou je obnovení funkce spínače automaticky po odstranění přetížení.The wiring according to the invention eliminates the disadvantages of the above and has advantages and advantages over known wiring. The biggest advantage and advantage is resistance to permanent overload and short circuit, galvanic separation of input and output terminals and use of a single indication circuit for both transistor switch status indication and overload indication. Another advantage is greater resistance to external interference signals than monostable flip-flop switches. Another advantage is to restore the switch function automatically after overload removal.

Zapojení galvanicky odděleného výkonového tranzistorového spínače s indikací přetížení podle vynálezu je zřejmé z připojeného výkresu.The wiring of the galvanically isolated overload power transistor switch according to the invention is apparent from the attached drawing.

Zapojení podle vynálezu sestává z obvodu 1 galvanického oddělení, realizovaného například optoelektrickým vazebním členem, na jehož vstupní svorku A je přiveden logický signál, přičemž výstup obvodu 1 galvanického oddělení je připojen na druhý vstup f budicího stupně 2'. Výstup budicího stupně 2 je připojen na třetí vstup d výkonového stupně 3, tvořeného výkonovým tranzistorem, přičemž jeho výstup tvoří výstupní svorka B celého zapojení a zároveň je veden do prvního vstupu h indikačního obvodu 8, tvořeného například obvodem se svítivou diodou. Kladný pól napájecího zdroje -j-U je připojen jednak na první svorku proudového čidla 4 realizovaného měřicím bočníkem a současně na první vstup a nadprOudóvé ochrany 5. Druhá svorka proudového čidla 4 je přivedena jak na druhý vstup b nadproudové ochrany S, tak i na první vstup c výkonového stupněThe circuit according to the invention consists of a galvanic isolation circuit 1, realized, for example, by an optoelectric coupler, to whose input terminal A a logic signal is applied, the output of the galvanic isolation circuit 1 being connected to the second input f of the driving stage 2 '. The output of the driving stage 2 is connected to the third input d of the power stage 3 formed by the power transistor, its output being the output terminal B of the entire circuit and at the same time fed to the first input h of the indicating circuit 8, for example. The positive pole of the power supply -JU is connected both to the first terminal of the current sensor 4 realized by the measuring shunt and at the same time to the first input and overcurrent protection 5. The second terminal of the current sensor 4 is connected to the second input b of the overcurrent protection S and to the first input c power stage

3. Výstup nadproudové ochrany 5 je připojen na druhý vstup β výkonového stupně 3 a současně je připojen jednak na vstup integračního Členu S, vytvořeného pasivními elektronickými prvky, a jednak na druhý vstup i indikačního obvodu 8. Výstup integračního členu 6 Je přiveden na vstup Schmittova klopného obvodu 7, realizovaného operačním zesilovačem nebo tranzistory, přičemž jeho výstup je přiveden na první vstup g budicího stupně 2. Výstup budicího stupně 2 je připojen na třetí vstup d výkonového stupně 3.3. The output of the overcurrent protection 5 is connected to the second input β of the power stage 3 and is connected to the input of the integrating element S formed by passive electronic elements and to the second input of the indicating circuit 8. Output of the integrating element 6 a flip-flop 7 implemented by an operational amplifier or transistors, the output of which is connected to the first input g of the driving stage 2. The output of the driving stage 2 is connected to the third input d of the power stage 3.

Zapojení je provedeno tak, že dvouhodnotový signál se přivádí na vstupní svorku A, která je zároveň vstupem obvodu 1 galvanického oddělení, který je tvořen optickým vazebním členem a odděluje galvanicky vstup od výstupu. Z výstupu obvodu 1 galvanického oddělení je dvouhodnotový signál veden do druhého vstupu f budicího stupně 2, kde je tento signál výkonově zesílen na úroveň potřebnou k vybuzení výkonového stupně 3. Z kladné svorky napájecího zdroje Í+U malého napětí je přes proudové čidlo 4 napájen výkonový stupeňThe connection is made in such a way that the two-valued signal is applied to the input terminal A, which is also the input of the galvanic isolation circuit 1, which consists of an optical coupler and separates the galvanic input from the output. From the output of the galvanic isolation circuit 1, the two-valued signal is fed to the second input f of the excitation stage 2, where this signal is amplified to the level required to excite the power stage 3. From the positive terminal of the power supply. degree

3. Výstup výkonového stupně 3 je připojen na výstupní svorku B celého zapojení tranzistorového spínače a zároveň je na výstup výkonového stupně 3 připojen první vstup h indikačního obvodu 8, který indikuje stav tranzistorového spínače. Signál o velikosti proudu je ze svorek proudového čidla 4 veden do vstupů a a b nadproudové ochrany3. The output of power stage 3 is connected to the output terminal B of the entire transistor switch wiring, and at the same time, the output of power stage 3 is connected to the first input h of the indicator circuit 8, which indicates the status of the transistor switch. The signal of the magnitude of current is fed from the terminals of the current sensor 4 to the inputs a and b of the overcurrent protection

5. V provozním stavu není na výstupu nadproudové ochrany 5 napětí. Při překročení nastavené hodnoty proudu do zátěže (tj. při přetížení) nadproudová ochrana 5 zapůsobí a na jejím výstupu se objeví napětí zdroje. Toto napětí se přivádí do druhého vstupu e výkonového stupně 3, čímž je omezen jeho proud na předem nastavenou hodnotu. Zároveň je toto napětí vedeno jednak do integračního členu 6 a jednak do druhého vstupu i indikačního obvodu 8. Tím je indikován stav „sepnuto“ i při zkratu na výstupu. V integračním členu 6 s malou časovou konstantou pro nabíjení se nabíjí kondenzátor. Napětí kondenzátoru je vedeno do Schmittova klopného obvodu 7, kde po dosažení určité hodnoty způsobí jehoi překlopení. Signál z výstupu Schmittova klopného obvodu 7 je veden do prvního vstupu g budicího stupně 2, kde způsobí jeho zablokování, a tím i uzavření výkonového stupně 3 jeho třetím vstupem d. Uzavřeným výkonovým stupněm 3 neteče proud, a tím přestane působit nadproudová ochrana 5. Na výstupu nadproudové ochrany 5 není napětí, a tím není ani na vstupu integračního obvodu 6, ani na druhém vstupu i indikačního obvodu 8. Protože není napětí ani na prvním vstupu h indikačního obvodu 8 je indikován stav „vypnuto“. V integračním obvodu 6 se začne vybíjet kondenzátor s větší časovou konstantou než při nabíjení. Napětí na kondenzátoru integračního článku 6 klesá až na hodnotu, kdy překlopí zpět Schmittův klopný obvod 7, a tím se odblokuje budicí stupeň 2 a výkonový stupeň 3. Jestliže přetížení trvá, celý cyklus se opakuje a indikační obvod 8 přerušovanou činností indikuje přetížení. Po odstranění přetížení se obvod automaticky vrátí do provozního stavu. Poměr doby vypnutí a zapnutí výkonového stupně 3 při přetížení je zvolen tak, aby nebyl překročen dovolený ztrátový výkon tranzistoru výkonového stupně 3.5. There is no voltage at the output of the overcurrent protection in the operating state. If the set value of the current to the load is exceeded (ie, overloaded), the overcurrent protection 5 will operate and its source voltage will appear at its output. This voltage is applied to the second input e of power stage 3, thereby limiting its current to a preset value. At the same time, this voltage is fed both to the integrator 6 and to the other input and the indicator circuit 8. This indicates the "closed" state even in the case of a short-circuit at the output. In the integrator 6 with a small charging time constant, the capacitor is charged. The capacitor voltage is routed to the Schmitt flip-flop 7, where it causes the flip-flop after reaching a certain value. The signal from the output of the Schmitt flip-flop 7 is routed to the first input g of the excitation stage 2, where it causes it to be blocked and thereby to close the power stage 3 by its third input d. There is no voltage at the output of the overcurrent protection 5, and this is neither at the input of the integration circuit 6, nor at the second input of the indicator circuit 8. Since there is no voltage at the first input h of the indicator circuit 8. In the integration circuit 6, the capacitor starts to discharge with a greater time constant than during charging. The voltage at the capacitor of the integrator 6 drops to the point where it flips back the Schmitt flip-flop 7, thereby unlocking the drive stage 2 and power stage 3. If the overload persists, the entire cycle repeats and the indicator circuit 8 indicates an overload. After overload removal, the circuit automatically returns to the operating state. The overload / trip time ratio of power stage 3 is selected so that the permissible power loss of power stage 3 transistor is not exceeded.

Výše popsané zapojení galvanicky odděleného výkonového tranzistorového spínače s indikací přetížení lze použít zejména v měřicí a regulační technice a všude tam, kde se používají tranzistorové spínače, u kterých se vyžaduje odolnost proti přetížení, jeho indikace činnosti a galvanické oddělení vstupních a výstupních obvodů.The above described connection of the galvanically isolated power transistor switch with overload indication can be used in particular in measuring and control technology and wherever transistor switches are used where overload resistance is required, its indication of operation and galvanic separation of input and output circuits.

Claims

SUBJECT

Connection of galvanically isolated power transistor switch with overload indication, characterized in that the positive pole of the power supply (+ U) is connected to the first terminal of the current sensor (4j) and to the first input (a) of the overcurrent protection (5) and the second terminal of the current sensor 4) is connected to the second input (b) of the overcurrent protection (5) and to the first input (c) of the power stage (3), the output of which is connected to the output terminal (B) and to the first input (h) of the indication circuit (8) wherein the output of the overcurrent protection (5) is connected to ynAlez the second input (s) of the power stage (3), to the second input (i) of the indicating circuit [8] and via the integrating member (6) to the input of Schmitt's flip-flop (7) the output of the Schmitt flip-flop (7) is connected to the first input (gj of the driving stage (2), whose output is connected to the third input (d) of the power stage (3), up circuit of the galvanic isolation circuit (1), the input of which is connected to the input terminal (Aj.