SU1762406A1 - Оптоэлектронный ключ с защитой по току - Google Patents

Abstract

Использование изобретение относитс  к импульсной технике и может быть использовано в электронной коммутационной технике устройств автоматики и робототехники. Сущность изобретени : устройство содержит 1 фототранзисторный оп- трон (1), транзистор (2), 4 резистора (5. 6, 7, 8), 2 элемента односторонней проводимости (3, 4), 1 конденсатор (9) 2 ил

Description

Изобретение относитс  к импульсной технике и может быть использовано в электронной коммутационной технике устройств автоматики и робототехники.

Известен оптоэлектронный ключ с защитой по току, содержащий транзисторный оптрон, два транзистора разного типа проводимости , четыре резистора и элемент односторонней проводимости, светодиод оптрона подключен к входным шинам, первый резистор включен между базой первого транзистора и первой шиной питани , второй резистор включен параллельно переходу база-эмиттер второго транзистора, коллектор фототранзистора оптрона соединен с первым выводом третьего резистора, эмиттеры фототранзистора оптрона и второго транзистора соединены с второй шиной питани , второй вывод третьего резистора соединен с первым выводом элемента односторонней проводимости и с базой первого транзистора, эмиттер которого через четвертый резистор соединен с первой шиной питани , а коллектор - с базой второго транзистора, коллектор которого

соединен с вторым выводом элемента односторонней проводимости и выходной шиной ключа.

Недостатком такого устройства  вл етс  низка  надежность, обусловленна  большим количеством функциональных элементов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  оптоэлектронный ключ с защитой по току, содержащий транзисторный оптрон, элемент односторонней проводимости, три резистора и транзистор, проводимость которого противоположна проводимости фототранзистора оптрона, светодиод оптрона подключен к входным шинам, причем коллектор фототранзистора оптрона соединен с базой транзистора и первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с эмиттером транзистора и первой шиной питани , база и эмиттер фототранзистора оптрона соединены с второй шиной питани  соответственно через второй и третий резисторы, база фототранзистора оптрона соединена непосредственно с первым выСП

С

VI

С

ю

&

х

водом элемента односторонней проводимости , второй вывод которого соединен с коллектором транзистора и выходной шиной устройства.

В большинстве случаев исполнительными элементами, которые коммутируют электронные ключи,  вл ютс  устройства и механизмы, которые как нагрузка электронного ключа характеризуетс  большой кратностью (различием) пускового и номинального токов К таким нагрузкам относ тс  нагрузки емкостного характера, электромагниты, двигатели, нагрузки нелинейного характера - нагревательные элементы , лампы накаливани  и пр. При работе ключа на указанные типы нагрузок ток ограничени  токовой зчщиты ключа должен превышать значение пускового тока нагрузки, т.к. в противном случае срабатывание защиты в течение переходного (пускового) режима нагрузки ключа будет квалифицировано как функциональный отказ ключа.Загрубле- ние порога токоограничени  защиты ключа из расчета большой кратности пускового и номинального токов нагрузки делает невозможным срабатывание защиты как при токовой перегрузке, при которой ток превышает номинальное значение, но меньше пускового Обауказанных фактора вынужденное заглубление характеристики токоограничени  и работа ключз без срабатывани  защиты в указанном :;иие ре,к .r.ic перегрузки, обус лавлиьают в совокупное т i принципиальные недостатки про-о ипа н , КПД и функциональна  нэпе , ость ключа

Целью изобретени   вп в1с  повыше- ние сщежност/( отбыты и КПД кл -оча в режиме пирргрузки

Поставленна  i(eль достигаетс  тем, что в устройство сод ржаш°е транзисторный оптрон. тосшз1 г.ср противоположной к фо- тотрзноисгпру оптроиа проводимости, элемент односторонней проводимости ; первый, второй и третий резисторы, причем светодиод оптоонз соедппен с входными выводами устройства база фотстранзисго- ра оптрона через первый резистор соединена со втооой шиной питани  а через элемент односторонней проводимости - с выходной шиной устройства коллектор фо- тотрэнзисторз ог .трома через птоэой pest стор соединен с первой шиной -Ж тзни , с которой соединен эмит-ер .сгерз, 6з- за которого соединена с л.лекторим фототранзистора оптрона а коллектор - с выходной ш М Ой устройова дополнительно введены резистор, ко дзнсатор и элемент односторонней проводимости, при этом введеннь й элемент од1 осторонней проводимости соединен встречно-параллельно с база-эмиттерным переходом фото- транзистора оптрона, а параллельно соединенные введенные резистор и конденсатор через третий резистор включены между

эмиттером фототрэнзистора оптрона и второй шиной питани .

Физическа  сущность изобретени  заключаетс  в формировании введенными резистором и конденсатором токовой

0 нагрузочной характеристики, сопр женной с врем -токовой характеристикой нагрузки ключа, и в формировании посредством введенного элемента односторонней проводимости автоматического возврата элементов

5 защиты в исходное состо ние.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что за вл емое устройство отличгетс  наличием резистора, конденсатора и элемен га односторонней проводимо0 сти а также их св з ми с остальными элементами устройства Это позвол ет сделать вывод о соответствии технического решени  критерию новизна.

Введенные элементы известны, однако

5 в указанных взаимосв з х они позвол ют формировать двухуровневую характеристику токового ограничени  устройства, обеспечива  таким образом повышение его надежное и КПД, что позвол ет сделать

0 зычод о соответствии за вл емого технического решени  критерию изобретени  существенные отличи 

На фиг 1 представлена схема предлагаемого устройства на фиг 2 - функци 

5 токового огра..бни  устройства от времени (а) и врем  - нагрузочна  характеристика исполнителоного элемента ча выходе элек- -ронмого ключа (5).

Устройство (фиг. 1) состоит из транзи0 сторного оптрона 1,транзистора 2 первого 3 и второго 4 элементов односторонней проводимости , первого 5, второго 6, третьего 7 и четвертого 8 резисторов и конденсатора 9. Светодиод транзисторного оптрона 1

5 соединен с входными выводами устройства, база фоютранзистора оптрона 1 через резистор 5 соединена со второй шиной питани  и через элемент односторонней проводимости 3 с выходной шиной устройС гтва, эмиттер фототранзисторз оптрона 1 через элемент односторонней проводимости 4 соединен с базой фототранзистора оптрона, эмитгер фототранзистора оптрона 1 соединен с параллельно соединенными

5 резистором 8 и конденсатором 9, которые через резистор 7 соединены со второй шиной питани . Коллектор фототранзистора оптрона 1 соединен с базой транзистора 2 и через резистор 6 с первой шиной питани , г которой соединен эмиттер транзистора 2.

коллектор которого соединен с выходной шиной устройства.

Устройство работает следующим образом . В исходном состо нии, при отсутствии входного сигнала, оптрон 1 закрыт, ток базы транзистора 2 не протекает - транзистор 2 закрыт - ток в нагрузку ключом не передаетс .

При подаче входного сигнала и коротком замыкании в нагрузке ключа фототранзистор оптрона 1 закрыт за счет шунтировани  нагрузкой базы фототранзистора оптрона 1 на вторую шину питани  через элемент односторонней проводимости 3. Ток коллектора фототранзистора, а следовательно ток базы транзистора 2 не протекает - ток в нагрузку ключом не передаетс .

В безаварийной состо нии нагрузки, характеризующийс  различием пускового и номинального токов, фототранзистор оптрона 1 открываетс  световым потоком све- тодиода оптрона 1, на вход которого подаетс  сигнал управлени . Конденсатор 9 разр жен, напр жение на нем равно нулю - в случае предыдущего включени  устройства конденсатор 9 разр жен через резистор 8. Ток коллектора фототранзистора оптрона 1 протекает через базу транзистора 2, открыва  его, при этом в цепи эмиттера ток протекает через незар женный конденсатор 9 и резистор 7, мину  шунтированный конденсатором с нулевым напр жением резистор 8. В этом момент времени ток коллектора фототранзистора оптрона 1, а следовательно, ток базы транзистора 2, Определ етс  только резистором 7 таким образом , что максимально возможный выходной ток ключа (И. фиг. 2) несколько превышает значение пускового тока нагрузки (начальна  точка кривой б, фиг. 2). По мере уменьшени  тока нагрузки ключа, в устройстве конденсатор 9 зар жаетс  током резистора 7 с посто нной времени, определ емой произведением сопротивлени  резистора 7 на емкость конденсатора 9. Напр жение на конденсаторе 9 начинает возрастать, часть тока резистора 7 ответвл етс  в резистор 8. Посто нна  времени зар да конденсатора 9 выбираетс  большей или равной посто нной времени переходного процесса в нагрузке. По окончании переходного процесса конденсатор 9 зар жен полностью, напр жение на нем определ етс  соотношением величин сопротивлений резисторов 7 и 8, ток коллектора фототранзистора оптрона 1 (ток базы транзистора 2) определ етс  теперь суммарным значением сопротивлений 7 и 8 на уровне (12, фиг. 2), превышающем максимально возможный

номинальный ток нагрузки Таким образом устройство формирует два порога токовой защиты - максимальный в начальный момент времени (11) и минимальный Ь) по окон- 5 чэнии переходного процесса в нагрузке.

В случае перегрузки устройства в любой момент времени, т.е. при превышении током нагрузки ключа значений характеристики а (фиг. 2). фототранзистор оптронз 1 и 10 транзистор 2 выход т из режима насыщени , напр жение коллектор - эмиттер транзистора 2 растет, что вызывает шунтирование базы фототранзистора оптрона 1 нагрузкой через открывающийс  эле- 15 мент односторонней проводимости 3. Выходной ток устройства начинает ограничиватьс .

В случае аварийного состо ни  нагрузки - значительной перегрузки или короткого

0 замыкани  выходных шин ключа, после включени  устройства, разр женный (или частично зар женный во врем  переходного процесса) конденсатор 9 разр жаетс , помимо резистора 8, через сформирован5 ную цепь разр да: элемен гы односторонней проводимости 4, 3 - нагрузка ключа - втора  шина питани  - резистор 7. Указанна  цепь выполн ет несколько важных функций дл  устройства. Во-первых, открытый разр д0 ным током конденсатора 9 элемент односторонней проводимости 4 надежно закрывает фототрэнзистор оптрона 1 обратным напр жением на база-эмиттерном переходе, защища  в то же врем  указанный переход от

5 обратного напр жени  пробо . Во-вторых, форсированный разр д конденсатора 9 создает услови  дл  более оперативного повторени  цикла включени  с последующим переходным процессом, при устранении не0 исправности в нагрузке. Таким образом введенные элементы обеспечивают быстрый переход устройства в режим токового ограничени  при перегрузке.

Следует отметить дополнительно, что

5 введенные элементы позвол ют исключить переход устройства в режим токового ограничени  в режимах эксплуатации, провоцирующих ложные срабатывани  защиты. Так, например, при скачке напр жени  на шинах

0 питани  нагрузки, особенно на нагрузке нелинейного или емкостного характера, будет вызван скачок тока на уровне (игш превышающем уровень) пускового тока нагрузки Переход ключа в режим токоог рзничени 

5 будет восприн т как функционально ложное срабатывание защиты, т к увеличение тока не вызвано аварийным рех-имом нагрузки. В то же врем  в за вл емом устройстве скачок напр жени  вызывает скачок тока в конденсаторе 9. при этом на врем  Ьроска

напр жени  питани  конденсатор 9 полностью шунтирует током зар да резистор 8 - порог токового ограничени  ключа определ етс  исключительно резистором 7 на уровне, превышающем значение i (из-за по- вышени  напр жени  на шинах питани  нагрузки ). Описанные процессы подтверждают повышение функциональной надежности устройства.

При устранении перегрузки или корот- кого замыкани  в нагрузке, в устройстве автоматически обеспечиваетс  возврат режимов всех элементов в исходное состо ние .

Положительный эффект изобретени  заключаетс  во введении в известное устройство элемента односторонней проводимости 4, резистора 8 и конденсатора 9 со св з ми, при этом за вл емым устройством про вл ютс  новые качества:

-за вл емое устройство переходит в режим токоограничени  при токах в нагрузке , меньших пусковых токов. Уменьшение значени  тока перегрузки обуславливает повышение КПД ключа,

-устройство исключает ложное срабатывание защиты при выбросах напр жени  на нагрузке, что обуславливает повышение функциональной надежности ключа.

Устройство обеспечивает работу на нз- грузку с большой кратностью пускового и номинального токов с одновременным улучшением энергетических характеристик.

В режиме перегрузки и короткого замыкани  устройство обеспечивает оперативный переход в режим токового ограничени .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Оптоэлектронный ключ с защитой по току , содержащий транзисторный оптрон, транзистор противоположной к фототранзистору оптрона проводимости, элемент односторонней проводимости и ппрвый, второй и третий резисторы, причем светоди- од оптрона соединен с входными выводами устройства, база фототрэнзистора оптрона через первый резистор соединена со второй шиной питани , а через элемент односторонней проводимости - с выходной шиной устройства, коллектор фототранзистора оптрона через второй резистор соединен с первой шиной питани , с которой соединен эмиттер транзистора, база которого соединена с коллектором фототранзистора оптрона, а коллектор - с выходной шиной устройства, отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности работы и КПД, введены четвертый резистор, конденсатор и второй элемент односторонней проводимости , который соединен встречно-параллель- но б аза-эмиттерному переходу фототранзистора оптрона, а параллельно соединенные четвертый резистор и конденсатор через третий резистор включены между эмиттером фототранзистора оптрона и второй шиной питани .

   foot

   s

   3

   I

   Фиг. 2