RU216376U1

RU216376U1 - DC SOLID STATE RELAY

Info

Publication number: RU216376U1
Application number: RU2022123946U
Authority: RU
Inventors: Николай Александрович Коротченков
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Протон-Импульс" (ЗАО "Протон-Импульс")
Filing date: 2022-09-07
Publication date: 2023-01-31

Abstract

Полезная модель относится к электронной коммутационной технике и может быть использована для коммутации силовых цепей постоянного тока.The utility model relates to electronic switching technology and can be used for switching DC power circuits.

Технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью, заключается в повышении надежности реле.The technical result achieved by the claimed utility model is to increase the reliability of the relay.

Технический результат достигается тем, что реле содержит преобразователь напряжения, схему управления и защиты, схему управления статусом и выходной коммутатор, при этом выходы преобразователя напряжения связаны со схемой управления статусом и схемой управления и защиты, выходы которой связаны с входом коммутатора и входом схемы управления статусом, причем схема управления и защиты содержит блок опорных напряжений, блок защиты от низкого напряжения, блок защиты от превышения коммутируемого тока нагрузки, блок перезапуска защиты и блок управления выходным коммутатором, при этом блок перезапуска защиты содержит три резистора, конденсатор и транзистор, причем база транзистора связана через первый резистор со входом блока, через второй резистор - с эмиттером транзистора и одним полюсом источника питания, а коллектор связан с выходом блока и через параллельно подключенные третий резистор и конденсатор со вторым полюсом источника питания.

The technical result is achieved by the fact that the relay contains a voltage converter, a control and protection circuit, a status control circuit and an output switch, while the outputs of the voltage converter are connected to the status control circuit and the control and protection circuit, the outputs of which are connected to the input of the switch and the input of the status control circuit , moreover, the control and protection circuit contains a reference voltage block, a low voltage protection block, a protection block against exceeding the switched load current, a protection restart block and an output switch control block, while the protection restart block contains three resistors, a capacitor and a transistor, and the base of the transistor is connected through the first resistor to the input of the block, through the second resistor - to the emitter of the transistor and one pole of the power source, and the collector is connected to the output of the block and through the third resistor and capacitor connected in parallel with the second pole of the power source.

Description

Известно твердотельное реле (Патент Российской Федерации №2589371, 2016), содержащее преобразователь напряжения, первый и второй входы управления и включающий блок стабилизации, последовательно соединенные генератор импульсов и блок гальванической развязки, цепь сброса (управления), N коммутационных каналов, состоящих из пары двунаправленных коммутаторов, первого и второго выходов реле.A solid-state relay is known (Patent of the Russian Federation No. 2589371, 2016), containing a voltage converter, the first and second control inputs and including a stabilization unit, a pulse generator connected in series and a galvanic isolation unit, a reset (control) circuit, N switching channels, consisting of a pair of bidirectional switches, the first and second relay outputs.

Недостатком реле является отсутствие защиты от перегрузки тока нагрузки и отсутствие контроля работы ТТР (статус управления).The disadvantage of the relay is the lack of protection against load current overload and the lack of control of the operation of the SSR (control status).

Наиболее близким к заявленной модели является твердотельное реле, выпускаемое заводом - заявителем по техническим условиям ЯШГК.648.129.003ТУ (www.proton-impuls.ru), содержащее преобразователь напряжения с двумя входами, схему управления и защиты, схему управления статусом и выходной коммутатор, при этом преобразователь напряжения включает последовательно связанные стабилизатора напряжения, генератор импульсов, блок гальванической развязки и выпрямитель с фильтром, а схема управления и защиты содержит блок опорных напряжений, блок управления и защиты от низкого напряжения, блок защиты от превышения коммутируемого тока нагрузки, блок перезапуска защиты и блок управления выходным коммутатором, при этом блок перезапуска защиты содержит (смотри Приложение фиг. 3) 5 резисторов, 4 диода, конденсатор и три полевых транзистора. Данное твердотельное реле принято за прототип.The closest to the claimed model is a solid-state relay manufactured by the applicant plant according to the specifications YASHGK.648.129.003TU (www.proton-impuls.ru), containing a voltage converter with two inputs, a control and protection circuit, a status control circuit and an output switch, in this case, the voltage converter includes a series-connected voltage stabilizer, a pulse generator, a galvanic isolation unit and a rectifier with a filter, and the control and protection circuit contains a reference voltage unit, a low voltage control and protection unit, a protection unit against exceeding the switched load current, a protection restart unit and an output switch control unit, while the protection restart unit contains (see Appendix of Fig. 3) 5 resistors, 4 diodes, a capacitor and three field-effect transistors. This solid state relay is taken as a prototype.

Недостатком этого реле является то, что блок перезапуска защиты содержит достаточно много разнотипных элементов и электрических связей между ними, что в совокупности с изготовлением удорожает реле и влияет на его надежность.The disadvantage of this relay is that the protection restart unit contains quite a lot of different types of elements and electrical connections between them, which, together with manufacturing, increases the cost of the relay and affects its reliability.

Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении надежности и сокращении стоимости реле.The technical problem solved by the utility model is to increase the reliability and reduce the cost of the relay.

Решение технической задачи достигается тем, что реле содержит преобразователь напряжения с двумя входами, схему управления и защиты, схему управления статусом и выходной коммутатор, при этом выходы преобразователя напряжения связаны со схемой управления статусом и схемой управления и защиты, выходы которой связаны с входом коммутатора и входом схемы управления статусом, причем схема управления и защиты содержит блок опорных напряжений, блок защиты от низкого напряжения, блок защиты от превышения коммутируемого тока нагрузки, блок перезапуска защиты и блок управления выходным коммутатором, при этом первый выход блока опорных напряжений схемы управления и защиты через первый вход блока защиты от низкого напряжения связан со входом блока управления коммутатором, выходы которого являются выходами схемы управления и защиты, при этом второй выход блока опорных напряжений связан с первым входом блока защиты от превышения коммутируемого тока нагрузки, второй вход которого связан с выходным коммутатором, а выход через блок перезапуска защиты связан со вторым входом блока защиты от низкого напряжения. При этом блок перезапуска защиты содержит три резистора, конденсатор и транзистор, причем первый резистор первым концом связан со входом блока, а вторым концом с базой транзистора, второй резистор одним концом подключен к базе транзистора, а вторым концом связан с эмиттером транзистора и первым полюсом источника питания, причем коллектор транзистора связан с выходом блока и параллельно через подключенные конденсатор и третий резистор - со вторым полюсом источника питания этого блока.The solution of the technical problem is achieved by the fact that the relay contains a voltage converter with two inputs, a control and protection circuit, a status control circuit and an output switch, while the outputs of the voltage converter are connected to the status control circuit and the control and protection circuit, the outputs of which are connected to the input of the switch and input of the status control circuit, wherein the control and protection circuit contains a reference voltage block, a low voltage protection block, a protection block against exceeding the switched load current, a protection restart block and an output switch control block, while the first output of the reference voltage block of the control and protection circuit through the first input of the low voltage protection unit is connected to the input of the switch control unit, the outputs of which are the outputs of the control and protection circuit, while the second output of the reference voltage unit is connected to the first input of the protection unit against exceeding the switched load current, the second input of which is connected to the output switch mutator, and the output through the protection restart block is connected to the second input of the low voltage protection block. In this case, the protection restart block contains three resistors, a capacitor and a transistor, the first resistor being connected with the input of the block by its first end, and with the base of the transistor at the second end, the second resistor is connected at one end to the base of the transistor, and at the other end is connected to the emitter of the transistor and the first pole of the source supply, and the collector of the transistor is connected to the output of the block and in parallel through the connected capacitor and the third resistor - with the second pole of the power source of this block.

На чертеже (фиг. 1) приведена структурная электрическая схема твердотельного реле постоянного тока, где приняты следующие обозначения:The drawing (Fig. 1) shows a structural electrical diagram of a DC solid-state relay, where the following designations are accepted:

1 - преобразователь напряжения с двумя входами 1.1,1.2 и выходами 1.3 и 1.4; при этом преобразователь напряжения включает последовательно связанные стабилизатор напряжения, генератор импульсов, блок гальванической развязки и выпрямитель с фильтром (на рисунке не показаны), причем выход 1.3 связан с одним из входов схемы управления статусом 7, а выход 1.4 со всеми блоками схемы управления и защиты, обеспечивая основное питание блоков; 2,3,4,5,6 - блоки схемы управления и защиты, где: 2 - блок опорных напряжений с выходами 2.1 и 2.2; 3 -блок защиты от превышения коммутируемого тока нагрузки с входами 3.1, 3.2 и выходом 3.3; 4 - блок перезапуска защиты с входом 4.1 и выходом 4.2; 5- блок защиты от низкого напряжения, выполненный на микросхеме DA5.1 с входами 5.1, 5.2 и выходом 5.3; 6- блок управления выходным коммутатором с входом 6.1 и выходами 6.2 и 6.3; 7- схема управления статусом с входом 7.1 и выходом 7.2; VT1, R1, R2 - элементы выходного коммутатора, вход транзистора VT1 которого подключен к выходу 6.2 блока управления коммутатором, а выходами через резисторы R1,R2 к нагрузке (объекту управления).1 - voltage converter with two inputs 1.1,1.2 and outputs 1.3 and 1.4; in this case, the voltage converter includes a series-connected voltage regulator, a pulse generator, a galvanic isolation unit and a rectifier with a filter (not shown in the figure), with output 1.3 connected to one of the inputs of the status control circuit 7, and output 1.4 to all blocks of the control and protection circuit , providing the main power supply to the blocks; 2,3,4,5,6 - control and protection circuit blocks, where: 2 - reference voltage block with outputs 2.1 and 2.2; 3 - protection unit against exceeding the switched load current with inputs 3.1, 3.2 and output 3.3; 4 - protection restart block with input 4.1 and output 4.2; 5 - low voltage protection unit, made on a DA5.1 chip with inputs 5.1, 5.2 and output 5.3; 6- output switch control unit with input 6.1 and outputs 6.2 and 6.3; 7 - status control scheme with input 7.1 and output 7.2; VT1, R1, R2 - elements of the output switch, the input of the transistor VT1 of which is connected to the output 6.2 of the switch control unit, and through the outputs through resistors R1, R2 to the load (control object).

На фиг. 2 приведены принципиальная электрическая схема блока перезапуска защиты 4 и блока 5 схемы защиты от низкого напряжения. Блок 4 содержит резисторы, транзистор и конденсатор (R_4.1.R_4.2,R_4.3,VT_4.1,C_4.1), при этом база транзистора связана через первый резистор со входом блока, через второй резистор с эмиттером транзистора и одним полюсом источника питания, а коллектор связан с выходом блока и через параллельно подключенные третий резистор и конденсатор со вторым полюсом источника питания. Блок 5 включает в себя схему сравнения напряжений на микросхеме DA_5.1, три резистора и диод.In FIG. 2 shows a circuit diagram of the protection restart unit 4 and the low voltage protection circuit unit 5. Block 4 contains resistors, a transistor and a capacitor (R _4.1 .R _4.2 ,R _4.3 ,VT _4.1 ,C _4.1 ), while the base of the transistor is connected through the first resistor to the input of the block, through the second resistor to the emitter of the transistor and one pole of the power source, and the collector is connected to the output of the block and through the third resistor and capacitor connected in parallel with the second pole of the power source. Block 5 includes a voltage comparison circuit on a DA _5.1 chip, three resistors and a diode.

Работа реле осуществляется в трех режимах следующим образом.The relay operates in three modes as follows.

Нормальный режим.Normal mode.

На входы 1.1 и 1.2 блока 1 прикладывается напряжение управления, на выходах 1.3 и 1.4 формируется питающее напряжение. При отсутствии сигнала на входе 6.1 блока 6 сигнал с его выхода 6.3 включает транзистор VT1 коммутатора, который коммутирует ток нагрузки, а сигнал с выхода 6.3 поступает на вход 7.1 блока 7 (оптическая связь через оптронную пару), отчего на его выходе 7.2 формируется сигнал высокого уровня, означающий нормальную работу реле.A control voltage is applied to inputs 1.1 and 1.2 of block 1, and a supply voltage is formed at outputs 1.3 and 1.4. In the absence of a signal at input 6.1 of block 6, the signal from its output 6.3 turns on the transistor VT1 of the switch, which switches the load current, and the signal from output 6.3 goes to input 7.1 of block 7 (optical communication through an optocoupler), which causes a high signal to be generated at its output 7.2 level, indicating the normal operation of the relay.

Функционирование твердотельного реле постоянного тока при срабатывании защиты от низкого напряжения цепи питания.The operation of the DC solid state relay when the low voltage protection of the power circuit is triggered.

При нормальной работе реле выход 2.1 источника опорных напряжений 2 удерживает на входе 5.1 блока 5 стабильное напряжение, например 2 В, которое является опорным для микросхемы DA5.1. Происходит сравнение напряжения опорного сигнала и напряжения полученного с делителя напряжения R5.1,R5.2, которое изменяется пропорционально напряжению питания. При снижении уровня напряжения питания напряжение на делителе (R5.1, R5.2) соответственно снижается ниже опорного напряжения, вследствие чего на выходе 5.3 микросхемы сформируется сигнал, который через блок управления коммутатором 6 (выход 6.2) выключит транзистор VT1 в коммутаторе, а через выход 6.3 выключит из работы блок 7 управления статусом, сформировав на выходе 7.2 сигнал низкого уровня, означающего о выключенном состоянии реле.During normal operation of the relay, the output 2.1 of the reference voltage source 2 keeps a stable voltage at the input 5.1 of the block 5, for example 2 V, which is the reference for the DA5.1 chip. There is a comparison of the voltage of the reference signal and the voltage received from the voltage divider R5.1, R5.2, which varies in proportion to the supply voltage. With a decrease in the supply voltage level, the voltage at the divider (R5.1, R5.2) accordingly decreases below the reference voltage, as a result of which a signal is generated at the output 5.3 of the microcircuit, which, through the switch control unit 6 (output 6.2), turns off the transistor VT1 in the switch, and through output 6.3 will turn off the status control unit 7, generating a low level signal at output 7.2, indicating that the relay is off.

Функционирование ТТР постоянного тока при срабатывании защиты от превышения коммутируемого тока нагрузкиFunctioning of a DC SSR when the protection against switching load current exceeds

Когда через резистор R1 выходного коммутатора начинает протекать ток, значение которого формирует напряжение на входе 3.2 выше опорного на входе 3.1 блока 3, срабатывает блок 3, на выходе 3.3 которого сформируется сигнал для открытия транзистора VT4.1 блока 4, через который происходит заряд конденсатора С4.1. Напряжение на конденсаторе увеличивается и поступает с выхода 4.2 на вход микросхемы DA5.1 через вход 5.2 блока 5. Когда оно станет больше напряжения, сформированного делителем напряжения R5.1, R5.2 на другом входе микросхемы DA5.1, то сформируется сигнал на выходе 5.3 блока 5, который через блок 6 управления выходным коммутатором (выход 6.2) выключит из работы транзистор VT1 коммутатора, а через выход 6.3 выключит из работы блок 7 управления статусом, сформировав на его выходе 7.2 сигнал низкого уровня, означающего о выключенном состоянии реле. Конденсатор С4.1 блока 4 начнет разряжаться через резистор R4.3 и при достижения одинакового уровня напряжения на входах микросхемы DA5.1 через определенный промежуток времени на выходе 5.3 блока 5 сигнал исчезнет, отчего на выходе 6.2 блока 6 появиться сигнал, открывающий транзистор VT1 коммутатора, включая нагрузку в работу, а с выхода 6.3 поступит сигнал на вход 7.1 блока 7, отчего на его выходе 7.2 формируется сигнал высокого уровня, означающий нормальную работу реле. Если значение коммутируемого тока останется выше допустимого, то цикл защиты повторится вновь до момента, когда коммутируемый ток будет в допустимом диапазоне, а на выходе 7.2 блока 7 будет вновь появляться сигнал низкого уровня, означающего о выключенном состоянии реле.When a current begins to flow through the resistor R1 of the output switch, the value of which generates a voltage at input 3.2 higher than the reference voltage at input 3.1 of block 3, block 3 is activated, at the output 3.3 of which a signal is generated to open the transistor VT4.1 of block 4, through which capacitor C4 is charged .1. The voltage on the capacitor increases and comes from output 4.2 to the input of the DA5.1 microcircuit through the input 5.2 of block 5. When it becomes greater than the voltage generated by the voltage divider R5.1, R5.2 at the other input of the DA5.1 microcircuit, an output signal will be generated 5.3 of block 5, which, through the control unit 6 of the output switch (output 6.2), will turn off the transistor VT1 of the switch, and through the output 6.3 will turn off the status control unit 7, generating a low level signal at its output 7.2, indicating that the relay is off. Capacitor C4.1 of block 4 will begin to discharge through resistor R4.3, and when the same voltage level is reached at the inputs of the DA5.1 microcircuit, after a certain period of time, the signal will disappear at output 5.3 of block 5, which causes a signal to open transistor VT1 of the switch to appear at output 6.2 of block 6 , including the load in operation, and from output 6.3 a signal will be sent to input 7.1 of block 7, which is why a high level signal is generated at its output 7.2, which means the normal operation of the relay. If the value of the switched current remains above the allowable value, then the protection cycle will repeat again until the switched current is in the allowable range, and a low level signal will again appear at the output 7.2 of block 7, indicating that the relay is off.

Выполнение блока перезапуска защиты на одном pnp-транзисторе с тремя резисторами и конденсатором по сравнению с N-канальными полевыми транзисторами и рядом других элементов позволяет сократить в 2,6 раза количество элементов, в 3 раза количество связей между элементами, что указывает на повышение надежности блока. Кроме того, элементная стоимость блока уменьшается в 3 раза, а с учетом технологии изготовления уменьшается и стоимость всего изделия.The implementation of the protection restart block on one pnp transistor with three resistors and a capacitor compared to N-channel field-effect transistors and a number of other elements makes it possible to reduce the number of elements by 2.6 times, the number of connections between elements by 3 times, which indicates an increase in the reliability of the block . In addition, the elemental cost of the block is reduced by 3 times, and taking into account the manufacturing technology, the cost of the entire product also decreases.

Claims

A solid-state DC relay comprising a two-input voltage converter, a control and protection circuit, a status control circuit, and an output switch, wherein the outputs of the voltage converter are connected to the status control circuit and the control and protection circuit, the outputs of which are connected to the switch input and the control circuit input status, moreover, the control and protection circuit contains a reference voltage block, a low voltage protection block, a protection block against exceeding the switched load current, a protection restart block and an output switch control block, while the first output of the reference voltage block of the control and protection circuit through the first input of the block protection against low voltage is connected to the input of the control unit of the output switch, the outputs of which are the outputs of the control and protection circuit, while the second output of the reference voltage unit is connected to the first input of the protection unit against exceeding the switched load current, the second input of which is connected to the output switch orom, and the output through the protection restart block is connected to the second input of the low voltage protection block, characterized in that the protection and control circuit restart block contains three resistors, a capacitor and a transistor, and the base of the transistor is connected through the first resistor to the input of the block, through the second the resistor - with the emitter of the transistor and one pole of the power source, and the collector is connected to the output of the block and through the third resistor and capacitor connected in parallel with the second pole of the power source.