Реле оптоэлектронное с фотовольтаическим источником питания
Существующие конструкции реле оптоэлектронных имеют в своем составе трансформаторный источник питания внутренних цепей. Наличие трансформатора усложняет конструкцию оптоэлектронного реле, увеличивает его массу и габариты. Предлагается заменить трансформаторный источник питания на фотовольтаический. Фотовольтаический источник питания содержит один или несколько светодиодов, оптически связанных с последовательно соединенными фотодиодами. Изготовленный по микроэлектронной технологии фотовольтаический источник питания занимает площадь в 6-10 раз меньше, чем трансформаторный. Такая схема питания внутренних цепей реле оптоэлектронного с фотовольтаическим источником питания упрощает его конструкцию, уменьшает массу и габариты. Упрощается так же и сборка реле оптоэлектронного с фотовольтаическим источником питания, поскольку все компоненты выполнены по единой микроэлектронной технологии.
Полезная модель относится к электронной технике и может быть использована для коммутации электрических цепей в электронной аппаратуре.
Известно реле оптоэлектронное с изолированным питанием управляющих цепей, в котором роль изолированного источника питания выполняет фотовольтаический оптрон, а управление происходит посредством транзисторных оптопар (полезная модель RU12308). Недостатком данного реле оптоэлектронного является ограниченная функциональность, так как необходимо подключение дополнительного источника питания со стороны цепей коммутации, что в большинстве применений недопустимо. К числу недостатков можно отнести так же то, что указанное оптоэлектронное реле не имеет функции диагностики состояния цепей коммутации.
Цель полезной модели - улучшение функциональности реле оптоэлектронного.
Указанная цель достигается за счет использования в качестве управляющего элемента фотовольтаического оптрона, подключенного к управляющим цепям ключевого транзистора, схемы управления, статуса и защиты, питание которой подается от фотовольтаического источника питания, состоящего из нескольких последовательно соединенных светодиодов, оптически связанных с несколькими последовательно соединенными фотодиодами, оптопары сигнала статуса и оптопары сигнала защиты.
Техническим результатом, обеспечиваемьм приведенной совокупностью признаков является улучшение функциональности реле оптоэлектронного.
Конструкция поясняется Фиг., на которой изображена схема реле оптоэлектронное с фотовольтаическим источником питания.
Реле оптоэлектронное с фотовольтаическим источником питания работает следующим образом. При подаче внешнего питания в цепь «+Епит», через ограничительный резистор 1, светодиоды 2 источника питания 10 начинает протекать ток. Излучение со светодиодов 2 падает на фотодиоды 3, которые начинают генерировать напряжение. Это напряжение подается на блок схем 4, обеспечивая работу этих элементов реле оптоэлектронного. При подаче управляющего сигнала на вход «Управление», сигнал поступает на оптопару 5, далее этот сигнал поступает на управляющий вход ключа 8, обеспечивая его закрытое или открытое состояние. С резистора 9, а также со стока ключа 8 снимаются сигналы, несущие информацию о состоянии ключа 8, которые подаются на блок схем 4. В этих схемах сигналы обрабатываются по необходимому алгоритму и передаются с помощью оптопар 6 и 7 на цепи «Статус» и «Защита», которые используются управляющей системой, к которой подключено реле оптоэлектронное.
В описываемом реле оптоэлектронном с фотовольтаическим источником питания обеспечена оптическая изоляция цепей управления от силовых цепей.
Источник питания 10 реализован на фотовольтаическом принципе следующим образом - несколько высокоэффективных светодиодов освещают линейку из нескольких последовательно соединенных фотодиодов. Современные высокоэффективные светодиоды на структурах ЭСАГА-60 с удаленной подложкой развивают мощность оптического излучения до 1500 мкВт при протекающем прямом токе 10 мА, обеспечивая ток короткого замыкания в кремниевом фотодиоде до 2 мА при напряжении холостого тока до 0.5 В. Таким образом, линейка из 4 таких пар развивает на выходе 2 В при токе 2 мА. Современные компараторы, операционные усилители и логические схемы, на которых могут быть реализованы схемы управления, статуса и защиты 6, выполняются по КМОП-технологии, и имеют токи потребления на уровне нескольких десятков микроампер и минимально допустимое напряжение питания 1.6 В, что позволяет питать их от вышеупомянутого фотовольтаического источника питания. (Например, компаратор МАХ965 имеет ток потребления всего 10 мкА и минимальное напряжение питания 1.6 В). Светодиоды оптопар 6 и 7 могут быть так же выполнены на высокоэффективных светоизлучающих структурах, что позволяет управлять фототранзисторами этих оптопар небольшим током на уровне 300-500 мкА. При необходимости, количество фотодиодов в линейке фотовольтаического источника питания 5 можно увеличить, чтобы обеспечить необходимое напряжение питания схем управления, статуса и защиты 6.
В качестве коммутационного ключа, как правил, используются МОП-транзисторы, имеющие пороговое напряжение не менее 10 Вольт. Для управления такими транзисторами наилучшим образом подходят фотовольтаические оптроны, развивающие на выходе напряжение холостого хода более 10 Вольт. Такое напряжение развивают, например, два последовательно соединенных по выходу оптрона типа К293ПП1А. Для питания схем диагностики такой оптрон использовать нецелесообразно, так как он развивает небольшой ток на уровне 2-5 мкА, которого не хватает для питания элементов схемы и светодиодов оптопар статуса и защиты.
Схема управления, статуса и защиты может быть выполнена на основе известных технических решений, основанных на измерении токов, протекающих через управляющий ключ и напряжений, подаваемых на управляющий ключ и обрабатываемых по определенным алгоритмам, широко описанным в технической литературе.
Реле оптоэлектронное с фотовольтаическим источником питания, характеризующееся тем, что состоит из управляющего фотовольтаического оптрона, подключенного к управляющим цепям ключевого транзистора, схемы управления, статуса и защиты, питание которой подается от фотовольтаического источника питания, состоящего из нескольких последовательно соединенных светодиодов, оптически связанных с несколькими последовательно соединенными фотодиодами, оптопары сигнала статуса и оптопары сигнала защиты.
