FI93065C - Menetelmä ja sovitelma kytkinelimen ylikuormitustilanteen ilmaisemiseksi - Google Patents

Description

x 93065

Menetelmä ja sovitelma kytkinelimen ylikuormitustilanteen ilmaisemiseksi.

Keksinnön kohteena on menetelmä kytkinelimen yli-5 kuormitustilanteen ilmaisemiseksi, jossa menetelmässä mi tataan ohjauskytkimellä varustetun signaalitietä syöttävän kytkinelimen ylikuormitusta.

Tunnetuissa ratkaisuissa tasavirtakytkimien ylivir-tatilanteiden ilmaisu on suoritettu tutkimalla vasta kyt-10 kimen jälkeistä tilannetta, eli on tutkittu syötettävän johtimen jännitettä, jolloin joudutaan väistämättä käsittelemään suuria jännitteitä ja tämän vuoksi on myös jouduttu käyttämään erillisiä liitäntäpiirejä, jotta tietoa kytkimen ylivirtatilanteesta voitaisiin käsitellä esimer-15 kiksi mikroprosessorilogiikalla.

Tunnettuja ratkaisuja ylivirtailmaisussa ovat komparaattorien yhteydessä olevat virtapeilit tai jännitteen jakokytkennät vastuksilla toteutettuna. Komparaattoria on käytetty tutkimaan virtapeililtä tai jännitteenjakovas-20 tuksilta saatavaa virtaa ja komparaattori on ilmaissut kytkimen mahdollisen ylivirtatilanteen. Tasavirtakytkimil-tä usein edellytetään pieniohmisuutta ja tällöin myös jännitehäviö kytkimessä jää niin pieneksi ettei se riitä vir-tapeilimittaukseen. Virtapeilimittaus ei aina siis ole 25 käyttökelpoinen.

Tämän keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin uuden-tyyppinen menetelmä, joka välttää tunnettuihin ratkaisuihin liittyvät ongelmat.

Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisella me-30 netelmällä, jolle on tunnusomaista, että ylikuormituksen • havaitsemiseksi tutkitaan kytkinelimen ohjauskytkimen kautta kulkevaa virtaa ja että havaittaessa signaalitietä syöttävän kytkinelimen ohjauskytkimen kautta kulkevan virran muuttuminen, niin tällöin ohjauskytkimen päävirtatiel-35 tä muodostetaan ylivirtatilanteen ohjaussignaali ilmaisu- 2 95065 kytkimelle jolla muodostetaan ilmaisusignaali ylivirtati-lanteesta.

Keksinnön mukainen menetelmä perustuu siihen ajatukseen, että ylikuormittumisen mittaaminen suoritetaan 5 pienjännitepuolelta mittaamalla kytkinelimiä ohjaavaa piiriä sen sijaan että mitattaisiin kytkimen jälkeistä syötettävää johdinta. Ideana on se, että kytkinelintä tai kytkinelimiä ohjaavan piirin virran muutosta käytetään itse kytkinelimien ylikuormituksen havainnointiin.

10 Keksinnön mukaisella menetelmällä saavutetaan usei ta etuja, sillä keksinnön mukaisessa sovitelmassa voidaan käyttää pienjännitekomponentteja. Uudessa ratkaisussa ei myöskään tarvita erillisiä liitäntäpiirejä mikroprosesso-riliitäntää varten, jolloin mahdollistetaan ylivirtailmai-15 su suoraan logiikka-tasolle. Uusi ratkaisu on myös toiminnaltaan riippumaton kriteeriojännitteen eli tasavirtakyt-kimellä kytkettävän ja kytkintä kuormittavan jännitteen vaihteluista. Ylikuormituksen mittaamista varten ei tarvita mitään vastuksia kuten jännitejakokytkennässä, jotka 20 vastukset pienentäisivät katkostilan resistanssia maihin ja tämän vuoksi saadaan vuotovirta pieneksi. Keksinnön mukaisen ratkaisun vaatima komponenttimäärä on pieni.

Keksinnön kohteena on myös sovitelma kytkinelimen ylikuormitustilanteen ilmaisemiseksi, joka sovitelma käs-25 ittää signaalitietä syöttävän puolijohdekytkinelimen, joka käsittää ohjauselektrodin ja päävirtatie-elektrodin, joka sovitelma edelleen käsittää ohjauselektrodin virtaa rajoittavan välineen, joka on sovitettu ohjauselektrodin ja signaalitien välille, joka sovitelma edelleen käsittää 30 kytkinelimen ohjauselektrodille kytketyn ohjauskytkimen, joka käsittää ohjauselektrodin ja päävirtatie-elektrodit.

Menetelmän osalta esitetyissä tunnetuissa ratkaisuissa esiintyvien ongelmien poistamiseksi sovitelmalle on tunnusomaista, että sovitelma edelleen käsittää ohjauskyt-35 kimen päävirtatielle sovitetun resistanssin ja edelleen • 3 93065 sovitelma käsittää ilmaisukytkimen, joka käsittää ohjaus-elektrodin ja päävirtatie-elektrodit, joka ohjauselektrodi on kytketty ohjauskytkimen päävirtatielle sovitettuun resistanssiin.

5 Keksintöä selitetään seuraavassa lähemmin viitaten oheiseen piirustukseen, jossa kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen ylivirtailmaisi-men piirikaaviota.

Kuvion 1 mukaisesti sovitelma kytkinelimen yli-10 kuormitustilanteen ilmaisemiseksi käsittää signaalitietä A (potentiaalissa -VCRN) syöttävän puolijohdekytkinelimen Q4, Q5. Potentiaali -VCRN esittää kytkettävää kriteerio-jännitettä, jota kytkinelimet Q4, Q5 kytkevät. Kriteerio-jännite voi olla esimerkiksi välillä - 20 V - - 70 V.

15 Puolijohdekytkimet ovat esimerkiksi npn-transistoreja, jotka käsittävät kannan B, emitterin E ja kollektorin C. Toiminnan kannalta on riittävää että on vain yksi trans-sistori, esimerkiksi Q4. Puolijohdekytkin Q4 käsittää, oh-jauselektrodin 1 ja päävirtatie-elektrodit 2 ja 3 eli kan-20 nan B, kollektorin C ja emitterin E. Vastaavasti toinen kytkinelin eli transistori Q5 käsittää ohjauselektrodin 4 ja päävirtatie-elektrodit 5 ja 6 eli kannan B, kollektorin C ja emitterin E. Edelleen sovitelma käsittää ohjauselekt-rodien 1 ja 4 virtaa rajoittavan välineen,kuten Zenerdio-25 din Z3, joka on sovitettu ohjauselektrodin 1 ja signaali- > · · : tien A, vastaavasti ohjauselektrodin 4 ja signaalitien A välille. Zenerdiodin Z3 rinnalle on kytketty resistanssi R55. Kytkinelimen Q4 toisen päävirtatie-elektrodin 3 eli emitterin, ja signaalitien A välille on kytketty resis-30 tanssi R33, ja vastaavasti toisen kytkinelimen Q5 toisen päävirtatie-elektrodin 6 eli emitterin ja signaalitien A välille on kytketty resistanssi R34. Kummankin kytkinelimen Q4, Q5 kollektorit eli elektrodit 2 ja 5 ovat maapo-tentiaalissa.

35 Edelleen sovitelma käsittää kytkinelimen Q4 vas- 4 93065

taavasti Q5, ohjauselektrodille l, vastaavasti 4, eli kannoille B kytketyn ohjauskytkimen Q3, joka käsittää ohjaus-elektrodin 7 ja päävirtatie-elektrodit 8 ja 9. Ohjauskyt-kin Q3 on myös edullisesti npn-transistori, jossa kanta B, 5 kollektori C ja emitteri E. Ohjauskytkimen Q3 ohjauselekt-rodi 7 on kytketty resistanssin R53 kautta control-pistee-seen 10, joka käytännössä on maapotentiaali. Ohjaustran-sistorin Q3 emitterin E, eli elektrodin 9 ja kannan B eli elektrodin 7 välille on kytketty suuriohminen resistanssi 10 R30. Kytkinelimien ohjauselektrodien 1 ja 4 eli kantojen B

ja niitä ohjaavan ohjauskytkimen Q3 kollektorin C eli elektrodin 8 väliin on sovitettu resistanssi R54, joka muodostaa tarvittavan jännite-eron kytkinelimien ja ohjauskytkimen välille.

15 Sovitelma edelleen käsittää ohjauskytkimen Q3 pää- virtatielle sovitetut resistanssit R52 ja R29. Ohjauskytkimen Q3 päävirtatie eli kollektori-emitteri -virtapiiri on yhteydessä potentiaaliin V5P (5 volttia, positiivinen) pisteessä 11.Edelleen sovitelma käsittää ilmaisukytkimen 20 Q12, joka käsittää ohjauselektrodin 12 ja päävirtatie-

elektrodit 13 ja 14. Ilmaisukytkimen ohjauselektrodi 12 on kytketty ohjauskytkimen Q3 päävirtatielle eli emitteripii-riin sovitettuun resistanssiin R52. Ilmaisukytkin Q12 on edullisesti pnp-transistori, jonka toinen päävirtatie-25 elektrodi 14 eli emitteri E on kytketty potentiaaliin V5P

• · pisteessä 15. Transistorin eli ilmaisukytkimen Q12 kanta B eli ohjauselektrodin 12 on kytketty ohjaustransistorin Q3 emitteripiirissä olevaan resistanssiin R52. Ilmaisukytkimen Q12 toinen päävirtatie-elektrodi 13 eli kollektori on 30 kytketty resistanssin R51 kautta maapotentiaaliin. Resis- .: tanssin R51 toinen pää ja samalla myös ilmaisutransisto- • · rin Q12 kollektori C on yhteydessä linjan 16 kautta mikroprosessoriin 17, jolle mahdollinen ylivirtatilanne ilmaistaan. Kyseessä on siis suora ylivirtailmaisu logiikka-ta-35 solle eli mikropiirille 17 5 voltin jännitteellä.

93065 5

Kytkinelimiä eli transistoreita ohjataan ohjausvir-ralla I, joka tulee ohjauskytkimeltä Q3. Q3 puolestaan voidaan aktivoida control-signaalilla pisteestä 10 kytkemällä control nollaksi eli maapotentiaaliin. Normaaliti-5 lanteessa eli tilanteessa, jossa ei ole ylivirtaa tulee virta pisteestä 11 eli positiivisesta potentiaalista V5P Q3:n läpi, joka vakiovirta syötetään transistorien Q4 ja Q5 kantapiiriin 1, vastaavasti 4. Q3:n kollektorivirralla siis ohjataan kytkinelimiä Q4 ja Q5.

10 Ylikuormitustilanteessa Zenerdiodi Z3 rajoittaa virran transistoreilla Q4 ja Q5 sillä tavalla, että kun R33:n ja R34:n jännite on riittävän suuri, niin Zenerdiodi Z3 alkaa imeä kannalle tulevaa ohjausvirtaa ja rajoittaa sitä. Zenerdiodin Z3 kynnysjännite on 3.3 Volttia. Kun 15 kytkinelimien eli kytkintransistoreiden Q4 ja Q5 kantavir-taa otetaan Zenerdiodin Z3 kautta signaalitielle A, niin se aiheuttaa sen, että virta ohjaustransistorin Q3 pää-elektrodien 8 ja 9 kautta eli kollektori-emitteri -virtapiirissä kasvaa, koska kytkintransistoreiden Q4 ja Q5 20 potentiaali kantojensa B välisessä pisteessä elektrodeilla 1 ja 4 menee negatiivisemmaksi, koska Zenerdiodi Z3 vetää sitä negatiivisemmaksi. Kun jännite kannalla 1 ja 4 tulee negatiivisemmaksi, niin virta ohjaustransistorin Q3 läpi siis kasvaa ja resistanssien R52 ja R29 välinen piste 18 25 menee negatiivisemmaksi. Tällöin jänniteasetus muodostuu • · sellaiseksi, että ilmaisutransistorin eli ilmaisukytkimen Q12:n kanta B eli elektrodi 12 saa ohjausvirran eli avautuu ja silloin se kytkee R51:n positiiviseen potentiaaliin 15 ja mikroprosessori 17 saa tiedon, että lähtö on muu-30 ttunut ykköseksi eli on kyseessä ylikuormitustilanne.

·* Edullisessa toteutusmuodossa kytkennässä vastukset R52, •« R29 ja R51 on mitoitettu siten, että kun control-piste 10 on ei-aktiivinen, niin ohjaustransistorin Q3 läpi ei mene virtaa, jolloin jännite R52 ja R29 välisessä pisteessä ei 35 voi mennä riittävän alas aktivoidakseen ilmaisintransis- • 6 93065 torin Q12 kantaa 12 ja sitä kautta mikroprosessoria 17 linjasta 16.

Ylikuormitus siis havaitaan kytkimen Q4, Q5 kan-tavirtaa ohjaavasta ohjaustransistorin Q3:n emitteripii-5 ristä eli päävirtatieltä resistanssilta R52. Ylikuormitus näkyy ohjaavan piirin virran kasvuna.

Sovitelmaa hyväksikäyttävässä menetelmässä kytkin-elimen Q4, Q5 ylivirtatilanteen ilmaisemiseksi mitataan ohjauskytkimellä Q3 varustetun signaalitietä A syöttävän 10 kytkinelimen Q4, Q5 ylikuormitusta ja menetelmässä ylikuormituksen havaitsemiseksi tutkitaan kytkinelimen Q4, Q5 ohjauskytkimen Q3 kautta kulkevaa virtaa ja havaittaessa signaalitietä A syöttävän kytkinelimen Q4, Q5 ohjauskytkimen Q3 kautta kulkevan virran I muuttuminen, niin täl-15 löin ohjauskytkimen Q3 päävirtatieltä eli emitteripiiristä muodostetaan ylivirtatilanteen ohjaussignaali K ilmaisu-kytkimen Q12 kannalle 12. Ilmaisukytkimellä muodostetaan ilmaisusignaali L ylivirtatilanteesta linjaan 16 mikroprosessorille 17.

20 Menetelmän edullisessa toteutusmuodossa kytkineli men Q4, Q5 ohjauskytkimen Q3 kautta kulkevan virran muuttuminen aikaansaadaan siirtämällä virtaa virranrajoitusvä-lineellä eli esimerkiksi Zenerdiodilla Z3 ohi kytkinelimen Q4, Q5. Kyseinen tapa on vaivaton tapa muodostaa signaali, . 25 jonka perusteella ylivirtatilannetta tutkitaan. Edelleen * · edullisessa toteutusmuodossa ilmaisusignaali L muodostetaan ilmaisukytkimen Q12 päävirtatielle sovitetun resistanssin R51 yli muodostuvasta jännitteestä U(R51), joka kytketään ohjauskytkimen Q3 päävirtatieltä muodostetun 30 ylivirtatilanteen ohjaussignaalilla K ilmaisukytkimelle ·· Q12. Menetelmän edullisessa toteutusmuodossa ilmaisukyt- kimen eli ilmaisutransistorin Q12 kannalle 12 muodostetaan ohjaussignaali K kytkinelimien Q4, Q5 ohjauskytkimen Q3 päävirtatielle sovitetun resistanssin R52 yli muodostuvan 35 jännitteen muutoksesta U(R52).

Il 7 93065

Keksinnön mukaisen sovitelman edullisessa toteutus-muodossa ilmaisukytkimen Q12 päävirtatielle on sovitettu suuriohminen resistanssi R51, jonka yli muodostuva jännite U(R51) saatuna pisteestä 15 on ilmaisukytkimellä Q12 kyt-5 kettävissä ohjauskytkimeltä Q3 saatavalla ohjauksella K. Suuriohmisuus aikaansaa sen, että jännitehäviö vastuksessa R5l tulee riittäväksi, jotta syntyy riittävä signaali linjaan 16. Ohjauskytkimen Q3 päävirtatielle sovitettu resistanssi R52 ja myös R29 ovat pieniohmisia, jotta ohjaus-10 transistorin Q3 emitteripiiri toimisi oikealla tavalla.

Keksinnön mukaista ratkaisua voidaan hyväksikäyttää esimerkiksi tasavirtamerkinantolaitteissa, jolloin signaa-litie A esittää linjaa, jolle merkinantoimpulsseja halutaan kytkeä. Kuviossa 1 tasavirtakytkimet Q4, Q5 kytkevät 15 maapotentiaalia signaalitielle A.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, on selvää ettei keksintö ole rajoittunut niihin, vaan sitä voidaan monin tavoin muunnella oheisten patenttivaatimusten esit-20 tämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

• · • < • «

Claims (7)

1. 8 93065
2. 1. Menetelmä kytkinelimen ylivirtatilanteen ilmaisemiseksi, jossa menetelmässä mitataan ohjauskytkimellä 5 (Q3) varustetun signaalitietä (A) syöttävän kytkinelimen (Q4, Q5) ylikuormitusta, tunnettu siitä, että ylikuormituksen havaitsemiseksi tutkitaan kytkinelimen oh-jauskytkimen kautta kulkevaa virtaa (I) ja että havaittaessa signaalitietä (A) syöttävän kytkinelimen ohjauskyt-10 kimen kautta kulkevan virran (I) muuttuminen, niin tällöin ohjauskytkimen (Q3) päävirtatieltä muodostetaan ylivirtatilanteen ohjaussignaali (K) ilmaisukytkimelle (Q12), jolla muodostetaan ilmaisusignaali (L) ylivirtatilanteesta.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n-15 n e t t u siitä, että kytkinelimen ohjauskytkimen (Q3) kautta kulkevan virran (I) muuttuminen aikaansaadaan siirtämällä virtaa virranrajoitusvälineellä (Z3) ohi kytkin-elimen.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että ilmaisusignaali (L) muodostetaan ilmaisukytkimen (Q12) päävirtatielle sovitetun resistanssin (R51) yli muodostuvasta jännitteestä U(R51), joka kytketään ohjauskytkimen (Q3) päävirtatieltä muodostetun ylivirtatilanteen ohjaussignaalilla (K) ilmaisukytkimelle ·: 25 (Q12). • ·
5. 4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ilmaisukytkimen (Q12) ohjaussignaali (K) muodostetaan kytkinelimien (Q4, Q5) ohjaus-kytkimen (Q3) päävirtatielle sovitetun resistanssin (R52) 30 yli muodostuvan jännitteen muutoksesta. ;;; 5. Sovitelma kytkinelimen ylikuormitustilanteen il- maisemiseksi, joka sovitelma käsittää - signaalitietä (A) syöttävän puolijohdekytkinelimen (Q4, Q5), joka käsittää ohjauselektrodin (1) ja päävirtatie-35 elektrodit (2, 3), li 9 93065 - ohjauselektrodin (1) virtaa rajoittavan välineen (Z3), joka on sovitettu ohjauselektrodin (1) ja signaalitien (A) välille - kytkinelimen (Q4, Q5) ohjauselektrodille kytketyn oh-5 jauskytkimen (Q3), joka käsittää ohjauselektrodin (7) ja päävirtatie-elektrodit (8, 9), tunnettu siitä, että sovitelma edelleen käsittää - ohjauskytkimen (Q3) päävirtatielle sovitetun resistanssin (R52), 10. ilmaisukytkimen (Q12), joka käsittää ohjauselektrodin (12) ja päävirtatie-elektrodit (13, 14), joka ohjauselekt-rodi (12) on kytketty ohjauskytkimen (Q3) päävirtatielle sovitettuun resistanssiin (R52).
6. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen sovitelma, t u n-15 n e t t u siitä, että ilmaisukytkimen (Q12) päävirtatielle on sovitettu suuriohminen resistanssi (R51), jonka yli muodostuva jännite on ilmaisukytkimellä (Q12) kytkettävissä ohjauskytkimeltä (Q3) saatavalla ohjauksella (K).
7. 7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen sovitelma, t u n-20 n e t t u siitä, että ohjauskytkimen (Q3) päävirtatielle sovitettu resistanssi (R52) on pieniohminen. . · « 0 « ‘ • . • ' 10 93065