SK141597A3 - Ac input cell for data acquisition circuits - Google Patents

Description

Jednotka pre striedavé vstupy v obvodoch zberu dát

Oblasť techniky

Vynález sa týka jednotky pre striedavé vstupy v obvodoch zberu dát najmä v oblasti železničnej dopravy.

Súčasný stav techniky

Podstatou vynálezu je jednotka pre striedavé vstupy, ktorá je určená pre obvody zberu dát najmä v železničnej doprave. Bezpečnostné parametre jednotky podlá vynálezu sú prinajmenšom rovnocenné súčasnej technike a výhodou je ich nižšia poruchovosť, l’ahšia údržba, montáž a väčšia životnosť.

Usporiadanie jednotky podl’a vynálezu vylučuje chyby snímania, umožní odhaliť prípadné poruchy v obvode a na najmenšiu mieru znížiť kolísanie parametrov použitých súčiastok vplyvom vonkajších faktorov, napr. vplyvom teploty.

Jednotku podlá vynálezu tvorí aspoň jeden detektor napätia presahujúci referenciu pre kladnú polvlnu vstupného napätia a detektor napätia presahujúci referenciu pre zápornú polvlnu vstupného napätia.

Každý detektor obsahuje Zenerovu diódu, optočlen vybavený svietiacou diódou LED, diódu a rezistor. Tieto súčiastky sú radené do série.

Podlá prvého vhodného uskutočnenia vynálezu sú súčiastky každého detektora umiestnené na jednej vetve a obe vetvy sú paralelné.

V tomto prípade sú súčiastky tvoriace detektor pre zápornú polvlnu zapojené inverzne k súčiastkam detektora pre kladnú polvlnu.

Podía inej realizácie sú obidva detektory zapojené do série do jednej vetvy. V tomto prípade sú súčiastky detektora pre zápornú polvlnu zapojené inverzne k súčiastkam detektora pre kladnú polvlnu.

V osobitne vhodnej realizácii je na každý optočlen paralelne pripojený rezistor, a tým sa obmedzí vplyv zvodového prúdu Zenerových diód.

Prehíad obrázkov na výkrese

Vynález bude bližšie objasnený s pomocou výkresu, na ktorom zobrazuje :

obr. 1 a 2 schému princípov zapojenia súčiastok zariadení podía vynálezu.

obr. 3 praktickú realizáciu vynálezu použitím princípov vyobrazených na obr. 1 a 2.

Príklady realizácie vynálezu

Na obr. 1 a 2 sú vyobrazené princípy usporiadania zariadení podía vynálezu.

Zariadenie obyčajne nazývané jednotka pre striedavé vstupy v obvodoch zberu dát (obr. 1) tvorí v podstate dve vetvy A a B súčiastok, pričom vetva A tvorí detektor napätia presahujúceho referenciu pre kladnú polvlnu vstupného napätia a vetva B tvorí detektor napätia presahujúceho referenciu pre zápornú polovinu vstupného napätia.

Prah napätia sa obyčajne stanoví tak, že sa zmeria čas, pri ktorom v priebehu poloviny vstupné napätie prekročí referenčné napätie. Ak je tento čas vyšší ako vopred hraničný čas, potom môžeme vstupné napätie za dostatočné napätie; v opačnom prípade definovaný považovať predpokladáme, že na vstupe nie je dostatočné napätie.

Vetvy A a B obsahujú rovnaké súčiastky, ktoré sú však zapojené inverzne. Vetva A, ktorú tvorí detektor pre kladnú polovinu obsahuje Zenerovu Diódu DZ1. optočlen Ul, diódu D2 a rezistor Rl. Tieto súčiastky sú radené do série. Vetva B, tvoriaca detektor pre zápornú polovinu, obsahuje Zenerovu diódu DZ2, optočlen U2. diódu D4 a rezistor R3. Tieto súčiastky sú tiež zapojené do série, avšak inverzne.

Podía iného vhodného stvárnenia vyobrazeného na obr. 2 sa predpokladá umiestnenie všetkých súčiastok vetví A a B z obr. 1 do jednej vetvy a obe série súčiastok, Zenerova dióda DZ1 s optočlenom Ul a Zenerova dióda DZ2 s optočlenom U2 sú zapojené inverzne. Nevýhoda usporiadania vyobrazeného na obr. 2 spočíva v tom, že Zenerovými diódami DZ1 a DZ2 prechádza značný zvodový prúd, ktorý sa zvyšuje s teplotou.

Tento problém je možné výhodne vyriešiť pripojením rezistorov R7 alebo R13 paralelne k diódam LED optočlánkom Ul a U2.

Paralelne k Ul alebo U2 je možné zaradiť aj inú súčiastku rovnakej funkcie. Jednako len je rezistor spoľahlivejší a jednoduchší.

Hlavná výhoda tohto usporiadania je dosiahnutie pokojového prúdu.

Iná výhoda tohto usporiadania je spoľahlivosť a menšie rozmery jednotky.

Na obr. 3 je vyobrazené praktické zhotovenie zariadenia podľa vynálezu na základe princípov z obr. 2.

Zariadenie zobrazené na obr. 3 je jednotka striedavých vstupov 110 V, 50 Hz, ktorá v podstate pozostáva z troch kaskádovíto usporiadaných blokov.

Prvý blok I v podstate umožňuje obmedziť prepätie.

Druhý blok II garantuje spotrebu vstupného príkonu.

Tretí blok III realizuje prahové napätie jednotky a galvanické oddelenie medzi vstupom a výstupnými spracovatelskými reťazcami.

Blok I tvorí varistor VRI. rezistor Rl, diódy a iskrište pre ochranu jednotky proti prepätiu. Blok II, ktorý zabezpečuje minimálnu nominálnu spotrebu (jalový výkon), tvorí štvorsvorkový kondenzátor C4 . ktorého svorky sú spojené so vstupnými svorkami jednotky bloku III.

Varistor VRI obmedzuje amplitúdu prepätí, ktoré sa objavujú pri vybíjaní potenciálov, zatial čo rezistor R5 obmedzuje amplitúdu prúdových špičiek v štvorsvorkovom kondenzátore pri vybíjaní a nárast napätí (dV/dt).

Štvorsvorkový kondenzátor C4 musí byť dimenzovaný tak, aby garantoval minimálny odber pre dané vstupné napätie 50 Hz.

Detektor napätia presahujúceho referenciu pre kladnú polovinu vstupného napätia, ktorý je umiestnený na vetve A, tvoria v podstate súčiastky popísané na obr. 1 a 2 : Zenerova dióda DZ1. optočlen Ul, dióda D2 a rezistor R3. Detektor napätia presahujúceho referenciu pre zápornú polovinu vstupného napätia, ktorý je umiestnený na vetve B, tvoria v podstate tie isté súčiastky, ktoré boli popísané na obr. 1 a 2 : Zenerova dióda DZ2, optočlen U2, dióda D4 a rezistor R3.

Okrem toho je do každej vetvy A alebo B zaradená tavná poistka F1 alebo F2.

Hlavným kritériom výberu oboch hlavných optočlenov Ul a U2 je schopnosť pracovať s čo najmenším prúdom LED, aby rezistory Rl a R3 mohli prijať minimum dodávaného výkonu. To aj umožní minimalizovať vplyv emisie LED na hodnotu prahového napätia.

Meranie času zopnutia optočlánkov Ul a U2 sa uskutočňuje vzorkovaním 32 krát v pravidelných intervaloch 20 milisekúnd (čo zodpovedá frekvencii 50 Hz) elektrickej úrovne dodávanej do výstupných spracovateľských reťazcov a evidencii počtu vzoriek, pre ktoré je stav log. 0.

Dióda LED na U1 emituje počas celej doby, keď je vstupné napätie vyššie ako prahové napätie vetvy A. Emisia diódy LED optočlena U1 sa aktivuje pripojením na kostru zdvíhacích rezistorov R2. R9 a RIO. umiestnených v optočlene U1, čo vedie k blokovaniu U1 a k snímaniu úrovne log. 0 na vstupe multiplexera vybraného spracovateľským reťazcom A (emitor Ql).

Emisia LED optočlena U2 prebieha počas celej doby, kedy je vstupné napätie vyššie ako je prahové napätie vetvy B. Emisia tejto diódy LED na optočlene U2 sa aktivuje pripojením na kostru zdvíhacích rezistorov R4 . Rll a R12. umiestnených v optočlene U2. čo vedie k snímaniu úrovne log. 0 na vstupe multiplexera vybraného spracovateľským reťazcom B (kolektor výstupného tranzistora na U2).

Garantované podmienky spoľahlivosti vstupných jednotiek 100 V AC sú dve :

- prah detekcie nesmie poklesnúť pod hranicu sínusového napätia 50 Hz;

- dodávaný výkon pod sínusovým napätím 50 Hz pre vstup v log. stavu 1 nesmie poklesnúť pod druhú hraničnú hodnotu.

Je potrebné poznamenať, že s výnimkou štvorsvorkového kondenzátora, súčiastky použité pre stavbu jednotky striedavých vstupov neposkytujú žiadnu garanciu vnútornej spoľahlivosti. Z toho dôvodu musí spolahlivosť spočívať v použití redundancie a kontroly koherencie dát poskytovaných spracovateľským reťazcom.

Spracovateľský reťazec A vyhodnocuje napätie na emitore Ql. zatial čo reťazec B je pripojený na kolektor výstupného tranzistora optočlena U2. Na konci každého výberového cyklu vymení reťazce A a B za účelom vzájomnej kontroly ich vlastnej hodnoty o počet načítaných vzoriek, keď

Ul alebo U2 viedli.

Užitočné signály na výstupe z jednotky sa objavujú na kolektoroch výstupných opotočlenov so zvýšenou úrovňou výstupnej impedancie pre elektrický stav l a so slabou úrovňou impedancie pre elektrický stav 0. Táto charakteristika predstavuje nebezpečenstvo vzniku logickej funkcie OU na oboch zpracovatelských reťazcoch (z hladiska stavu vstupov) v prípade porúch vplyvom krátkych spojení medzi výstupnými signálmi rôznych jednotiek. Tomu je možné predísť tým, že len do reťazca A, ako je zobrazené na obr. 5, sa zaradí koncový stupeň s tranzistorom, ktorý invertuje úroveň výstupných impedancií takým spôsobom, aby v tomto prípade bola nízka úroveň impedancie pre elektrický stav 1 a zvýšená úroveň impedancie pre elektrický stav 0. Koncový stupeň tvoria nasledujúce prvky : R9, Q3 , RIO, Rll a 04.

Vytvorením asymetrie medzi oboma reťazcami A a B sa využije, v prípade viacnásobných porúch zasahujúcich prípadne rovnaké jednotky oboch zpracovatelských reťazcov, nasledujúce chovanie : ekvivalent funkcie OU (na elektrickej úrovni) sa realizuje na jednotkách reťazca A, zatial čo ekvivalent funkcie ET (na elektrickej úrovni) sa realizuje na jednotkách reťazca B.

To vedie k detekcii odchýlky medzi spracovateľskými reťazcami, akonáhle sa obe jednotky zasiahnuté poruchovými obvodmi nachádzajú v rôznych stavoch.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ N Á R O H Y

   1. Jednotka pre striedavé vstupy v obvodoch zberu dát, najmä v železničnej doprave, ktorú tvoria aspoň dva reťazce (A a B) rovnakých súčiastok, keď každý reťazec obsahuje aspoň jednu Zenerovu diódu (DZ1 alebo DZ2), optočlen (Ul alebo U2) vybavený diódou LED, diódu (D2 alebo D4 ) a rezistor (R1 alebo R3), pričom každá z týchto súčiastok je radená do série.
2. 2. Jednotka podlá nároku 1, vyznačujúca sa tým, že oba reťazce sú usporiadané paralelne a súčiastky prvého reťazca sú vzhíadom na súčiastky druhého reťazca zapojené inverzne.
3. 3. Jednotka podlá nároku 1, vyznačujúca sa tým, že oba reťazce (A a B) súčiastok sú preskupené do série a súčiastky prvého reťazca sú vzhíadom na súčiastky druhého reťazca zapojené inverzne.
4. 4. Jednotka podlá ktoréhokolvek z predchádzajúcich nárokov 1 až 3,vyznačujúca sa tým, že rezistor (R7 alebo R13) je pripojený paralelne na diódu LED každého optočlena (Ul alebo U2).
5. 5. Jednotka podlá ktoréhokolvek z predchádzajúcich nárokov 1 až 4, vyznačujúca sa tým, že len jeden reťazec (A) obsahuje koncový stupeň s tranzistorom (Q1 a R6), ktorý invertuje úroveň výstupných impedancií.