FI67634C - Foerfarande och anordning foer daempande av kontaktstoerningar - Google Patents

Description

67634

MENETELMÄ JA LAITE KYTKENTÄHÄIRIöIDEN VAIMENTAMISEKSI -FÖRFARANDE OCH ANORDNING FÖR DÄMPANDE AV KONTAKTSTÖRNINGAR

Tämän keksinnön kohteena on menetelmä ja laite kytkentähäi-riöiden vaimentamiseksi mekaanisessa kytkimessä.

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.

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.

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.

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.

Elektronisilla piireillä, kuten Schmitt-triggereillä, voidaan aikaansaada tasareunaisia ja vakaita jännite- ja vir-tavaihteluja kytkintä käytettäessä.

2 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.

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.

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.

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.

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.

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.

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin esimerkin 67634 avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa

Kuv. 1. esittää aika- jännitekäyrän tyypillisessä päälle-kytkemistapahtumassa mekaanisella kytkimellä.

Kuv. 2. esittää virtapulsseja niiden kulkiessa kytkimen läpi kytkettävän virran kanssa.

Kuv. 3. esittää keksinnön mukaisen laitteen periaateratkaisua .

Kuv. 4. esittää keksinnön mukaista virtavahvistinta ja sen kytkentää.

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.

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.

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.

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.

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.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellu-tusmuodot eivät rajoitu ainoastaan ylläolevaan esimerkkiin, vaan voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (4)

67634

1. Menetelmä kytkentähäiriöiden vaimentamiseksi mekaanisessa kytkimessä (4a,4b,4c), tunnettu siitä, että kytkimen läpi johdetaan kytkettävän virran mukana jatkuvasti virtapulsseja.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että virtapulssien taajuus, amplitudi ja leveys ovat säädettävissä kulloinkin kytkettävän virran ja kytkimen (4a,4b,4c) mukaan, kuitenkin niin, että jokaisessa kyt-kintapahtumassa ainakin yksi pulssi kokonaan kulkee kytkimen siirtymätilan aikana kytkimen läpi.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että virtapulssin amplitudi on suuri kytkettävään jatkuvaan virtaan verrattuna; suuruuden ollessa 10 - 1000- kertainen.

4. Patenttivaatimusten 1 soveltamiseen tarkoitettu laite, tunnettu siitä, että virtavahvistin (3) on toteutettu kahdella aktiivisella puolijohdekomponentilla (T1,T2) siten, että kytkin (4a,4b,4c) on virran kulkusuunnasta riippumatta aina kytketty yhteen ja samaan napaan (6), ja että kulkusuunnasta riippuen käytetään jompaa kumpaa puolijohdekomponenttia (Tl,T2) virtapulssien generointiin.