FI67634B

FI67634B - OVER ANGLE CONNECTION FOR DRAWING AV CONTACT

Info

Publication number: FI67634B
Application number: FI823684A
Authority: FI
Inventors: Paavo A Saeaeksjaervi; Lauri Lamberg
Original assignee: Kone Oy
Priority date: 1982-10-28
Filing date: 1982-10-28
Publication date: 1984-12-31
Also published as: FI67634C; FI823684A0; FI823684L

Description

6763467634

MENETELMÄ JA LAITE KYTKENTÄHÄIRIöIDEN VAIMENTAMISEKSI -FÖRFARANDE OCH ANORDNING FÖR DÄMPANDE AV KONTAKTSTÖRNINGARMETHOD AND APPARATUS FOR REDUCING CONNECTION FAILURES -FARRING REQUIREMENTS FOR DANGERING CONNECTION

Tämän keksinnön kohteena on menetelmä ja laite kytkentähäi-riöiden vaimentamiseksi mekaanisessa kytkimessä.The present invention relates to a method and apparatus for attenuating coupling disturbances in a mechanical coupling.

Mekaanisten kytkimien ja releiden kytkintapahtuma ei ole kovin lähellä ideaalista tilannetta, jossa "ON"-tila välittömästi vaihtuu "OFF"-tilaksi ja päinvastoin. Mekaanisesta rakenteesta johtuvien jousivoimien, likaantumisen ja metallipinnoille muodostuneen oksidikerroksen takia kytkintapahtuma on kytkimen tyypistä ja siirrettävästä tehosta riippuen 1-100 millisekuntia kestävä epämääräinen tila, jonka lopputulos vaikeimmissa olosuhteissa voi olla päinvastainen kuin toivottu, eli kytkintä painettaessa mitään ei tapahdu.The switching event of mechanical switches and relays is not very close to the ideal situation where the "ON" state immediately changes to the "OFF" state and vice versa. Due to the spring forces due to the mechanical structure, fouling and the oxide layer formed on the metal surfaces, the coupling event is a vague state lasting 1-100 milliseconds, depending on the coupling type and the power transmitted, which can be the opposite in the most difficult conditions.

Kytkemiseen liittyvä värähtely aiheuttaa runsaasti häiriö-piikkejä piirin muihin osiin, jolloin esim. pulsseihin reagoivat digitaaliset laitteet saavat virheellistä informaatiota. Transitiotilojen häiriöpiikit saattavat myös olla jännitteeltään tai virraltaan ylisuuria, mikä voi vaurioittaa syötettävän piirin komponentteja. Metallipinnoille muodostuva oksidikerros aiheuttaa myös häiriöitä.The oscillation associated with the switching causes a lot of interference spikes in other parts of the circuit, whereby, for example, digital devices that react to pulses receive incorrect information. The interference spikes in the transition states may also be excessive in voltage or current, which can damage the components of the input circuit. The oxide layer formed on metal surfaces also causes interference.

Perinteiset ratkaisut yllä luonnehdittuihin ongelmiin ovat joko vanhentuneita tai kattavat vain osan ongelma- tai sovellutusalueesta. Triviaali ratkaisu on nostaa virtaa tai jännitettä sellaiseksi, että kytkettävä energia on kyllin suuri poistaakseen valtaosan häiriötekijöistä.Traditional solutions to the problems described above are either outdated or cover only part of the problem or application area. The trivial solution is to raise the current or voltage so that the energy to be connected is large enough to eliminate most of the interference factors.

Toinen tapa on liittää napojen väliin vastus ja kondensaattori kytkettyinä rinnan, jolloin varautunut kondensaattori ylläpitää hetkeksi häiriöitä vaimentavavn varauksen napojen yli kytkintä avattaessa. Eräs sovellutus tästä on esitetty amerikkalaisessa patenttijulkaisussa 3,184,619.Another way is to connect a resistor and a capacitor connected in parallel between the terminals, whereby the charged capacitor momentarily maintains a damping charge over the terminals when the switch is opened. One application of this is disclosed in U.S. Patent No. 3,184,619.

Elektronisilla piireillä, kuten Schmitt-triggereillä, voidaan aikaansaada tasareunaisia ja vakaita jännite- ja vir-tavaihteluja kytkintä käytettäessä.Electronic circuits, such as Schmitt triggers, can provide smooth-edged and stable voltage and current fluctuations when using a switch.

2 676342,67634

Virran tai jännitteen nostaminen parantaa vikaväliä vain tiettyyn rajaan asti. Kytkimen ja kytkettävän laitteiston elinikä saattaa lyhentyä, varsinkin jos kysymyksessä on nykyaikaiset digitaalipiirit. Suurempi siirrettävä teho maksaa tietenkin enemmän jo sinänsä, mutta lisäksi on otettava huomioon useat kerrannaisvaikutukset kuten komponentteihin kohdistuvat suuremmat tehonkäsittelyvaatimukset.Increasing the current or voltage only improves the fault range up to a certain limit. The service life of the switch and the equipment to be connected may be shortened, especially in the case of modern digital circuits. Of course, higher transferable power costs more per se, but several multiplier effects must also be taken into account, such as higher power handling requirements for components.

RC- piirit muodostavat yksinkertaisen ja luotettavan vaihtoehdon, mutta toimivat vain kytkintä avattaessa. Schmitt-triggerit yms. piirit ovat käytännöllisiä vain heikkotehoisissa laitteissa. Näitä viimeksimainittuja ratkaisuja rasittaa myös se, että ne eivät ehkäise itse kytkimessä tapahtuvaa virhettä, joten mekaanisen kytkimen vikataajuus ei mitenkään muutu vaikka näitä vaimennus- ja tasoituspiirejä käytetäänkin.RC circuits are a simple and reliable option, but only work when the switch is opened. Schmitt triggers and similar circuits are only practical in low power devices. These latter solutions are also burdened by the fact that they do not prevent the error in the switch itself, so that the fault frequency of the mechanical switch does not change in any way even if these damping and smoothing circuits are used.

Tämän keksinnön tarkoituksena on välttää edellä mainitut haitat ja aikaansaada kytkinhäiriöiden vaimennus, joka toimii kaikissa olosuhteissa, teholuokissa mahdollisimman pienellä teholla ja joka myös tehoaa ulkoapäin tuleviin häiriöpiikkeihin. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on siten tunnusomaista se, että kytkimen läpi johdetaan kytkettävän virran mukana jatkuvasti virtapulsseja. Virta-pulssit ovat kestoltaan lyhyitä kytkemistapahtumaan verrattuna ja amplitudiltaan huomattavasti suurempia kuin kytkettävä signaali. Tämä aikaansaa sen, että teho on kytkimen sulkeutumistilanteessa riittävä luotettavan kontaktin aikaansaamiseksi ja aukaisutilanteessa riittävä puhdistavan kipinän aikaansaamiseksi, keskimääräisen tehon kuitenkin pysyessä niin alhaisena, että se ei vaikuta haittaavasti kytkennän komponentteihin ja niiden toimintaan, virtapuls-sit näkyvät varsinkin pienivirtaisessa järjestelmässä ulkoiselle häiriölähteelle kytkettävän laitteen pienempänä impedanssina, mikä vaimentaa häiriöpiikkejä samalla tavalla kuin jos käytettäisiin jatkuvaa suurempaa virtaa.The object of the present invention is to avoid the above-mentioned disadvantages and to provide attenuation of switch disturbances which operates in all conditions, power classes with the lowest possible power and which also acts on external interference spikes. The method according to the invention is thus characterized in that current pulses are continuously passed through the switch with the current to be switched. The current pulses are short in duration compared to the switching event and have a much larger amplitude than the signal to be switched. This ensures that the power is sufficient to provide reliable contact when the switch is closed and sufficient to provide a cleaning spark when it is opened, but the average power remains so low that it does not adversely affect the switching components and their operation. as impedance, which attenuates interference spikes in the same way as if a continuous higher current were used.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on lisäksi tunnusomaista 3 67634 se, että virtapulssien taajuus, amplitudi ja leveys ovat säädettävissä kulloinkin kytkettävän virran ja kytkimen mukaan, kuitenkin niin, että jokaisessa kytkintapahtumassa ainakin yksi pulssi kokonaan kulkee kytkimen siirtymätilan aikana kytkimen läpi. Tarvittavan virtapulssin suuruus ja kestoaika on sovitettava kytkettävään virtaan ja laitteisiin nähden, jotta tulos olisi mielekäs. Lisäksi kytkimen ominaisarvot määräävät sen, millä taajuudella pulsseja tulisi lähettää, koska kytkemisen kannalta on tärkeintä, että ainakin yksi pulssi kulkee kytkimen läpi epämääräisen kytkemisajan aikana.The method according to the invention is further characterized in that the frequency, amplitude and width of the current pulses can be adjusted according to the current and the switch to be switched in each case, however, so that in each switching event at least one pulse passes through the switch. The magnitude and duration of the required current pulse must be adapted to the current and equipment to be connected in order for the result to be meaningful. In addition, the eigenvalues of the switch determine at what frequency the pulses should be transmitted, because it is most important for switching that at least one pulse passes through the switch during an indefinite switching time.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on vielä tunnusomaista se, että virtapulssin amplitudi on suuri kytkettävään jatkuvaan virtaan verrattuna; suuruuden ollessa 10 1000- kertainen. Tyypillinen tapaus on 24V:n tasavirtareleen kosketin, jonka läpi johdetaan esim. 1 mA:n kytkentävirran tapauksessa 100 mA:n pulsseja kestoajaltaan 20 ps 1 ms:n välein, eli 1 kHz:n taajuudella. Useissa järjestelmissä kosketintuloja on useita, jopa satoja, jolloin lämpöhäviöt ja jännitelähteiden suuret tehot muodostuvat ongelmiksi mikäli käytetään jatkuvaa suurta virtaa, tai myös mikäli yksinkertaisesti kaikkiin tuloihin kytketään samanaikaisesti virtapulsseja. Tällöin kannattaa virtapulssit multi-pleksoida siten, että kerralla kytketään vain yhteen tai muutamaan tuloon virtapulssi.The method according to the invention is further characterized in that the amplitude of the current pulse is large compared to the continuous current to be switched; with a magnitude of 10 1000-fold. A typical case is the contact of a 24V DC relay, through which, for example, in the case of a switching current of 1 mA, pulses of 100 mA with a duration of 20 ps every 1 ms, i.e. at a frequency of 1 kHz, are passed. In many systems, there are several contact inputs, even hundreds, in which case heat losses and high powers of voltage sources become problems if continuous high current is used, or also if current pulses are simply connected to all inputs simultaneously. In this case, it is advisable to multi-plex the current pulses so that a current pulse is connected to only one or a few inputs at a time.

Keksinnön mukaista menetelmää soveltavalle laitteelle on tunnusomaista se, että virtavahvistin on toteutettu kahdella aktiivisella puolijohdekomponentilla siten, että kytkin on virran kulkusuunnasta riippumatta aina kytketty yhteen ja samaan napaan, ja että kulkusuunnasta riippuen käytetään jompaa kumpaa puolijohdekomponenttia virtapulssien generointiin. Näin vahvistin muodostuu yksinkertaiseksi ja selväpiirteiseksi, ja sen tarvitsema ohjaus muodostuu ainoastaan vahvistettavista pulsseista.The device applying the method according to the invention is characterized in that the current amplifier is implemented with two active semiconductor components so that the switch is always connected to one and the same terminal regardless of the current direction, and that either semiconductor component is used to generate current pulses. In this way, the amplifier becomes simple and unambiguous, and the control it needs consists only of the pulses to be amplified.

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin esimerkin 67634 avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissaThe invention will now be described in more detail by means of Example 67634 with reference to the accompanying drawings, in which

Kuv. 1. esittää aika- jännitekäyrän tyypillisessä päälle-kytkemistapahtumassa mekaanisella kytkimellä.Fig. 1 shows the time-voltage curve in a typical switch-on event with a mechanical switch.

Kuv. 2. esittää virtapulsseja niiden kulkiessa kytkimen läpi kytkettävän virran kanssa.Fig. 2 shows the current pulses as they pass through the switch with the current to be switched.

Kuv. 3. esittää keksinnön mukaisen laitteen periaateratkaisua .Fig. 3. shows the principle solution of the device according to the invention.

Kuv. 4. esittää keksinnön mukaista virtavahvistinta ja sen kytkentää.Fig. 4 shows a current amplifier according to the invention and its connection.

Kuviossa 1 on esitetty tyypillinen kytkentätapahtuma, jossa päällekytkemisen seurauksena on n. 1-10 ms pitkä epämääräinen tila kytkimessä virran vaihdellessa satunnaisesti nollan ja nimellisarvonsa välillä. Tämän tilan päättämiseksi mahdollisimman nopeasti ja tehokkaasti kytkimeen voidaan syöttää virtapulssi, joka amplitudiltaan on kytkettävää virtaa huomattavasti suurempi, mutta kestoajaltaan vain pieni murto-osa kytkentääjasta.Figure 1 shows a typical switching event in which switching on results in a vague state of about 1-10 ms in the switch with the current randomly varying between zero and its nominal value. In order to end this state as quickly and efficiently as possible, a current pulse can be applied to the switch, the amplitude of which is considerably larger than the current to be switched on, but only a small fraction of the switching time.

Kuviossa 2 on esitetty tilanne, jossa kytkimen läpi kulkevaan tasavirtaan on lisätty pulsseja. Nämä toimivat kytkemisen varmistajina kytkemistilanteessa ja kulkevat syötettävän virran mukana jatkuvasti kytkimen ollessa päällä. Pienen keskimääräisen tehonsa vuoksi ne eivät muodostu rasitteeksi kytkennän eri osille. 1^ tarkoittaa kytkentä-virtaa.Figure 2 shows a situation in which pulses have been added to the direct current flowing through the switch. These act as circuit breakers in the event of a switch and travel with the supplied power continuously when the switch is on. Due to their low average power, they do not become a burden on different parts of the connection. 1 ^ means switching current.

Kuviossa 3 esitetty periaateratkaisu koostuu ohjauspiiristä 1, suotopiiristä 2, virtavahvistimesta 3 ja kytkimistä 4a,4b. Suotopiiriin 2 tuleva kytkettävä virta virtapulssei-neen suodatetaan ennen eteenpäin syöttämistään niin, että virtapulssien aiheuttama lisäys keskimääräiseen signaalita-soon on mahdollisimman pieni, ts. virtavahvistimen 3 aikaansaamat "raakapulssit" saatetaan suodattimessa 2 lopul- 5 67634 liseen muotoonsa ennen kuin ne päästetään verkkoon. Ohjaus-piiri 1 määrää pulssien taajuuden ja leveyden. Virtavahvis-tin 3 synnyttää tarvittavat virtapulssit virran kulkusuunnasta riippumatta. Kytkimessä 4a virta kulkee siten toiseen suuntaan ja kytkimessä 4b toiseen.The principle solution shown in Fig. 3 consists of a control circuit 1, a filter circuit 2, a current amplifier 3 and switches 4a, 4b. The current to be connected to the filter circuit 2 is filtered before being fed so that the increase in the average signal level caused by the current pulses is as small as possible, i.e. the "raw pulses" produced by the current amplifier 3 are finalized in the filter 2 before being fed into the network. The control circuit 1 determines the frequency and width of the pulses. The current amplifier 3 generates the necessary current pulses regardless of the direction of current flow. In switch 4a the current thus flows in one direction and in switch 4b in the other.

Kuviossa 4 on esitetty virtavahvistimen 3 rakenne. Siinä transistorit T1,T2 muodostavat kaksisuuntaisen vahvistimen. Virtapulssin ohjauspulssi syötetään navasta 5, joka vahvistetaan sen transisitorin Tl,T2 toimesta, jonka läpi kytkettävä virta kulkee. Ylempi transistori Tl syöttää kytkimeen 13 kuormaan 12 (napa 6) nähden positiivista virtaa (napa 7) ja alempi transistori T2 siihen nähden negatiivista virtaa (napa 8). Pulssien välillä virta ohittaa transistoriasteen kulkien vastusten kautta suoraan takaisin verkkoon. Vastukset R2 ja R4 säätävät jatkuvan virran suuruuden ja vastukset Rl ja R3 virtapiikin suuruuden.Figure 4 shows the structure of the current amplifier 3. In it, transistors T1, T2 form a bidirectional amplifier. The current pulse control pulse is fed from terminal 5, which is amplified by the transceiver T1, T2 through which the current to be switched passes. The upper transistor T1 supplies a positive current (terminal 7) to the load 12 (terminal 6) and the lower transistor T2 has a negative current (terminal 8). Between the pulses, the current bypasses the transistor stage through the resistors directly back to the grid. Resistors R2 and R4 control the magnitude of the continuous current and resistors R1 and R3 control the magnitude of the current peak.

Useissa järjestelmissä kosketintuloja on useita, jopa satoja, jolloin lämpöhäviöt ja jännitelähteiden suuret tehot muodostuvat ongelmiksi mikäli käytetään jatkuvaa suurta virtaa, tai myös mikäli keksinnön yksinkertaisimman sovel-lutusmuodon mukaisesti kaikkiin tuloihin kytketään samanaikaisesti virtapulsseja. Tällöin kannattaa virtapulssit multipleksoida siten, että kerralla kytketään vain yhteen tai muutamaan tuloon virtapulssi. Tällainen järjestely selviää kuviosta 4, jossa tulot 9 edustavat esim. binäärilaskuripiirin signaaleja, jotka dekoodataan BCD-dekooderissa 10, joka ohjaa multipleksoria 11 antamaan virtavahvistimien 3 tuloihin 5 ohjauspulsseja halutun sekvenssin mukaisesti.In many systems, there are several, even hundreds, contact inputs, where heat losses and high powers of voltage sources become problems if a constant high current is used, or also if current pulses are connected to all inputs simultaneously according to the simplest embodiment of the invention. In this case, it is advisable to multiplex the current pulses so that a current pulse is connected to only one or a few inputs at a time. Such an arrangement can be seen in Figure 4, where the inputs 9 represent, for example, binary counter circuit signals which are decoded in a BCD decoder 10 which controls the multiplexer 11 to supply control pulses to the inputs 5 of the current amplifiers 3 according to the desired sequence.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellu-tusmuodot eivät rajoitu ainoastaan ylläolevaan esimerkkiin, vaan voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa.It will be clear to a person skilled in the art that the various embodiments of the invention are not limited to the above example, but may vary within the scope of the claims set out below.

Claims

67634

A method for attenuating switching disturbances in a mechanical switch (4a, 4b, 4c), characterized in that current pulses are continuously passed through the switch with the current to be switched.

Method according to Claim 1, characterized in that the frequency, amplitude and width of the current pulses can be adjusted according to the current to be switched and the switch (4a, 4b, 4c), however, so that in each switching event at least one pulse passes completely through the switch transition state. during the switch.

Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the amplitude of the current pulse is large in relation to the continuous current to be switched; with a magnitude of 10 to 1000 times.

Device for applying claims 1, characterized in that the current amplifier (3) is implemented with two active semiconductor components (T1, T2) so that the switch (4a, 4b, 4c) is always connected to one and the same terminal (6), regardless of the direction of current flow , and that depending on the direction of travel, one of the two semiconductor components (T1, T2) is used to generate current pulses.