PT822907E - Celula para entradas de corrente alternada destinada a circuitos de aquisicao de informacoes - Google Patents

Description

S2220?

DESCRIÇÃO "Célula para entradas de corrente alternada destinada a circuitos de aquisição de informações"

Objecto do invento O presente invento respeita, essencialmente, a uma célula para entradas de corrente alternada destinada a circuitos de aquisição de informações, em particular no meio ferroviário.

Estado da técnica anterior

Actualmente, as células para entradas de corrente alternada destinadas a circuitos de aquisição de informações são, essencialmente, constituídas por relés mecânicos de segurança que estão ligados entre si por simples cabos. EP-A-0 183 406 divulga uma célula de entradas de corrente alternada conforme o preâmbulo da reivindicação 1.

Objectivos do invento O presente invento visa propor uma célula para entradas de corrente alternada destinada a circuitos de aquisição de informações, em particular no domínio ferroviário, que apresenta um comportamento pelo menos equivalente, do ponto de vista da segurança, ao do estado da técnica, mantendo vantagens próprias, que são um reduzido atravancamento, uma maior facilidade de manutenção e de adaptação e ainda uma longevidade superior.

Em particular, o presente invento visa propor uma célula onde erros de leitura se dêem sempre do lado da segurança. O presente invento visa igualmente a detecção de falhas que possam produzir-se nos diferentes elementos constitutivos da célula. O presente invento visa, além disso, minimizar a influência da variação das características dos componentes utilizados sob o efeito de um factor exterior, tal como uma subida de temperatura, por exemplo.

Principais elementos característicos do presente invento O presente invento respeita a uma célula para entradas de corrente alternada contendo características conforme a reivindicação 1.

Segundo uma primeira forma de concretização preferencial do presente invento, os elementos que constituem cada um dos dois dispositivos de detecção acima mencionados estão dispostos num ramo, sendo os dois ramos dispostos em paralelo.

Neste caso, os elementos que constituem o dispositivo de detecção para a alternância negativa estão dispostos em montagem inversa em relação aos que constituem o dispositivo de detecção para a alternância positiva.

Segundo uma outra forma de concretização, os dois dispositivos de detecção estão dispostos em série num mesmo ramo. Neste caso, os elementos que constituem o dispositivo de detecção para a alternância negativa estão dispostos em montagem inversa em relação aos que constituem o dispositivo de detecção para a alternância positiva.

De um modo particularmente vantajoso, dispôs-se sobre cada um dos optoacopladores uma resistência em paralelo, de modo a permitir a limitação da influência da corrente de fuga dos díodos Zener.

Breve descrição das figuras O presente invento será descrito mais detalhadamente com a ajuda 3 das seguintes figuras:

As figuras 1 e 2 representam esquemas de princípio que mostram os elementos essenciais que constituem um dispositivo conforme o presente invento; A figura 3 representa a implementação de uma forma de concretização do dispositivo conforme o presente invento, aplicando os princípios descritos nas figuras 1 e 2.

Descrição de diversas formas preferenciais de concretização do invento A fim de se compreender os princípios subjacentes à concepção do dispositivo conforme o presente invento, far-se-á essencialmente referência às figuras 1 e 2, onde se incluem os principais elementos característicos. O dispositivo conforme o presente invento, correntemente denominado célula para entradas de corrente alternada destinada a circuitos de aquisição de informações, tal como representado na figura 1, é essencialmente composto por dois ramos, denominados ramos A e B, que compreendem, respectivamente, um dispositivo de detecção de uma tensão superior à referência para a alternância positiva na tensão de entrada (ramo A) e um dispositivo de detecção de uma tensão superior à referência para a alternância negativa da tensão de entrada (ramo B).

De um modo geral, a obtenção do limiar de tensão é realizada contando o tempo durante o qual, no decurso de uma alternância, a tensão de entrada é superior à tensão de referência. Se este tempo for superior ao tempo limite pré-definido, considera-se que a tensão de entrada é suficiente; caso contrário, considera-se que não há uma tensão suficiente na entrada.

Os ramos A e B compreendem os mesmos elementos, mas dispostos segundo uma montagem inversa. O ramo A, que constitui o dispositivo de detecção para a alternância positiva, compreende um díodo

Zener DZ1, um optoacoplador U1, um díodo D2 e uma resistência R1, sendo estes elementos dispostos em série; enquanto que o ramo B, que constitui o dispositivo de detecção para a alternância negativa, compreende um díodo Zener DZ2, um optoacoplador U2, um díodo D4 e uma resistência R3, igualmente dispostos em série mas segundo uma montagem inversa.

Segundo uma outra forma de concretização preferencial, representada na figura 2, considera-se a disposição de todos os elementos representados nos ramos A e B na figura 1 num único ramo, sendo as duas séries de elementos díodo Zener DZ1, optoacoplador U1 e díodo Zener DZ2, optoacoplador U2 dispostas em montagem inversa. O principal inconveniente desta montagem descrita na figura 2 reside no facto de os díodos Zener DZ1 e DZ2 poderem apresentar uma corrente de fuga particularmente importante que aumenta com a temperatura.

Vantajosamente, a fim de resolver este problema, dispôs-se uma resistência R7 ou R13 em paralelo com os LED dos optoacopladores U1 e U2.

Poder-se-ia igualmente considerar a disposição de um outro elemento em paralelo com U1 ou U2 que teria a mesma função. Contudo, a resistência parece ser o elemento de concepção mais segura e mais simples.

Esta disposição apresenta a vantagem essencial de obter um limiar de corrente.

Uma outra vantagem desta disposição é um ganho no volume e um ganho na segurança. A figura 3 descreve um exemplo prático de um dispositivo segundo o presente invento, utilizando os princípios descritos na figura 2. O dispositivo descrito na figura 3 é uma célula de entradas de corrente alternada 110 volts - 50 Hertz que compreende essencialmente 3 blocos funcionais dispostos em cascata. O primeiro bloco (bloco I) permite, essencialmente, limitar as sobretensões. O segundo bloco (bloco II) garante o consumo em potência da entrada. O terceiro bloco (bloco III) realiza a obtenção do limiar de tensão da célula, assim como o isolamento galvânico entre a entrada e as linhas de processamento de saída. O bloco I é constituído por uma resistência variável VR1, uma resistência R5, díodos e disjuntores com vista a proteger a célula contra as sobretensões, enquanto que o bloco II, que assegura o consumo nominal mínimo (força reactiva), é constituído por um condensador "4 terminais" C4 que faz a ligação aos terminais de entrada da célula no bloco III, bloco que assegura o limiar de tensão. A resistência variável VR1 corta as sobretensões que surgem aquando das descargas em diferencial, enquanto que a resistência R5 limita a amplitude dos picos de corrente no condensador "4 terminais" C4 aquando das descargas, assim como as dV/dt. O condensador "4 terminais" C4 deve ser determinado de modo a garantir um consumo mínimo para uma dada tensão de entrada de 50 Hertz. O dispositivo de detecção de uma tensão superior à referência para a alternância positiva da tensão de entrada, que está situado no ramo A, é essencialmente constituído pelos elementos descritos nas figuras 1 e 2: o díodo Zener DZ1, o optoacoplador U1, o díodo D2 e a resistência R1, enquanto que o dispositivo de detecção de uma tensão superior à referência para a alternância negativa da tensão de entrada, que está situado no ramo B, é essencialmente constituído por elementos iguais aos descritos nas figuras 1 e 2: o díodo Zener DZ2, o optoacoplador U2, o díodo D4 e a resistência R3.

Além disso, um fusível F1 ou F2 está presente em cada um dos ramos A e B. O principal critério de escolha para os dois acopladores principais U1 e U2 é o de funcionarem com uma corrente de LED o mais fraca possível, a fim de permitir a dissipação do mínimo de potência nas resistências em série

R1 e R3. Isto permite igualmente minimizar a contribuição da característica do LED de emissão no valor do limiar de tensão. A contagem do tempo de condução do acopladores U1 e U2 faz-se colhendo amostras, 32 vezes a intervalos regulares de 20 milésimos de segundo (correspondendo, por isso, a uma frequência de 50 Hertz), do nível eléctrico fornecido às linhas de processamento de saída e contabilizando o número de amostras para os quais se tem um estado lógico "0". O LED de emissão de U1 emite durante todo o tempo em que a tensão de entrada for superior ao limiar de tensão do ramo A. A emissão deste LED do optoacoplador U1 materializa-se pela ligação à massa das resistências R2, R9 e R10 dispostas em "Pull Up" sobre o optoacoplador U1, conduzindo assim ao bloqueamento de Q1 e à leitura de um nível lógico "0" na entrada do multiplexador testado pela linha A de processamento (emissor Q1). O LED de emissão de U2 emite durante todo o tempo em que a tensão de entrada for superior ao limiar de tensão do ramo B. A emissão deste LED do optoacoplador U2 materializa-se pela ligação à massa das resistências R4, R11 e R12 dispostas em "Pull Up" sobre o optoacoplador U2, conduzindo assim à leitura de um nível lógico "0" na entrada do multiplexador testado pela linha B de processamento (colector do transístor de saída de U2).

Os critérios de segurança garantidos para as células de entrada 100 volts CA são dois: - o limiar de detecção não deve cair abaixo de um limite para uma tensão sinusoidal de 50 Hertz; - a potência consumida sob uma tensão sinusoidal de 50 Hertz para uma entrada no estado lógico 1 não pode cair abaixo de um segundo valor limite.

Convém notar que, à excepção do condensador de 4 terminais, os componentes utilizados para a realização de uma célula de entradas de corrente alternada não apresentam nenhuma garantia de segurança intrínseca. Consequentemente, a segurança deve repousar no recurso à redundância e a um controlo da coerência das informações colocadas à disposição das linhas de processamento.

Em particular, a linha de processamento A testa a tensão no emissor Q1, enquanto que a linha B fica conectada ao colector do transístor de saída do optoacoplador U2. No fim de cada ciclo de teste, A e B, a fim de se verificarem mutuamente, trocam os seus próprios valores quanto ao número de amostras tomadas quando U1 ou U2 eram condutores.

Os sinais úteis na saída da célula apresentam-se naturalmente nos colectores dos optoacopladores de saída com um nível de impedância de saída alto para o estado eléctrico "1" e um nível de impedância baixo para o estado eléctrico "0". Uma precaução consiste, assim, na utilização, unicamente na linha de processamento A, de um estágio tampão com transístor que inverte o nível das impedâncias de saída de tal modo que se passa a ter um nível de impedância baixo para o estado eléctrico "1" e um nível de impedância alto para o estado eléctrico "0".

Aquela característica apresenta o risco de se poder efectuar entre as duas linhas de processamento uma função "OU" lógica (do ponto de vista do estado das entradas) no caso de defeitos que consistam no aparecimento de curto-circuito entre os sinais de saída das diferentes células.

Este estágio tampão é constituído pelo transístor Q1 e pela resistência R6, colocados na linha de processamento A.

Ao criar-se, assim, uma dissimetria entre as duas linhas, no caso de aparecimento de múltiplos circuitos condutores parasitas afectando eventualmente as mesmas células para as duas linhas de processamento, tira-se proveito do seguinte comportamento: o equivalente a uma função cabelada OU (a nível eléctrico) é efectuado nas células da linha A, enquanto que o equivalente de um E cabelado (a nível eléctrico) é efectuado nas células da linha B.

Isto conduz à detecção de uma divergência entre as linhas de processamento, logo que as duas células afectadas pelos circuitos condutores parasitas se encontrem em estados diferentes.

Porto, 28 de Abril de 2000 O Mandatário

RUY PELAYO DE SOUSA HENRIQUES Rua Sá da Bandeira, 706-2°.-E - 4000-432 PORTO

Claims (5)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Célula de entradas de corrente alternada destinada a circuitos de aquisição de informações, em particular, no meio ferroviário, compreendendo pelo menos duas linhas (A, B) que constituem os meios de detecção de uma tensão de entrada de corrente alterana e compreendem elementos idênticos dispostos de modo inverso em duas linhas, compreendendo cada linha pelo menos um díodo Zener (DZ1, DZ2), um optoacoplador (U1, U2) que compreende um díodo LED, um díodo (D2, D4) e uma resistência (R1, R3), estando cada um destes elementos disposto em série.
2. 2. Célula conforme a reivindicação 1, caracterizada por as duas linhas (A, B) estarem dispostas em paralelo, sendo os elementos da primeira linha montados segundo uma montagem inversa relativamente aos elementos da segunda linha.
3. 3. Célula conforme a reivindicação 1, caracterizada por as duas linhas de elementos (A, B) serem colocadas em série, sendo os elementos da primeira linha montados segundo uma montagem inversa relativamente aos elementos da segunda linha.
4. 4. Célula conforme qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por uma resistência (R7, R13) estar disposta em paralelo com o díodo LED de cada um dos optoacopladores (U1, U2).
5. 5. Célula conforme qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por compreender apenas numa das linhas (A) um estágio tampão com transístor (Q1, R6) que inverte o nível da impedâncía de saída do optoacoplador (U1). RESUMO Célula para entradas de corrente alternada destinada a circuitos de aquisição de informações, em particular no meio ferroviário, compreendendo pelos menos duas linhas (A e B) de elementos idênticos, compreendendo cada linha pelo menos um díodo Zener (DZ1 ou DZ2), um optoacoplador (U1 ou U2) que compreende um díodo LED, um díodo (D2 ou D4) e uma resistência (R1 ou R3), estando cada um destes elementos disposto em série.