Коммутационное устройство

Предлагаемая полезная модель относится к технике переключения сигналов повышенного напряжения и мощности и может быть использована в качестве формирователя разовых команд в цифровых управляющих системах. Коммутационное устройство содержит твердотельное реле, анод входного светодиода которого подключен через резистор к шине цифрового напряжения питания, сток твердотельного реле является выходом устройства для подключения нагрузки. Для увеличения надежности введены второй, третий, четвертый и пятый резисторы, конденсатор, транзистор, логическая схема НЕ и D-триггер. Первый вывод второго резистора подключен к эмиттеру транзистора и шине силового напряжения питания, второй вывод второго резистора подключен к стоку твердотельного реле и через третий резистор к базе транзистора, коллектор которого подключен к первым входам четвертого, пятого резисторов и конденсатора. Вторые выводы четвертого резистора и конденсатора подключены к шине земли, а второй вывод пятого резистора через логическую схему НЕ подключен ко входу R D-триггера, инверсный выход которого подключен к катоду входного светодиода твердотельного реле, причем вход D D-триггера является входом управления, а вход С является входом импульсных сигналов.

Предлагаемая полезная модель относится к технике переключения сигналов повышенного напряжения и мощности и может быть использована в качестве формирователя разовых команд в цифровых управляющих системах.

Известны коммутационные устройства (см. Слепов Ю.В. Коммутационное устройство А.С. 1387065 А1, 1988) содержащие электромагнитное реле с замыкающим контактом, транзистор, ТТЛ-вентиль с открытым коллектором, причем выход ТТЛ-вентиля соединен с базой транзистора, коллектор которого через обмотку электромагнитного реле подключен к источнику питания и через контакт реле подключен к резистору, второй вывод которого подключен к нагрузке, эмиттер транзистора подключен к аноду первого диода, катод которого подключен к земле, база транзистора подключена к аноду второго диода, катод которого подключен к нагрузке.

Недостатком устройства является низкая надежность из-за отсутствия защиты от перегрузки по току.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является коммутационное устройство (см. Александр Зыбайло. Твердотельные реле производства International Rectifier. Журнал Компоненты и технологии, 3, 2004. рис.3, 2), содержащее твердотельное реле, анод входного светодиода которого подключен через резистор к шине цифрового напряжения питания, а катод подключен к шине земли, сток твердотельного реле является выводом подключения нагрузки, а исток покпючен к шине силового питания.

Недостатком устройства является малая надежность из-за отсутствия защиты от перегрузки по току.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является увеличение надежности за счет обеспечения защиты от перегрузки по току.

Сущность полезной модели состоит в том, что коммутационное устройство содержит твердотельное реле, анод входного светодиода которого подключен через резистор к шине цифрового напряжения питания, сток твердотельного реле является выходом устройства для подключения нагрузки.

Новым в предлагаемой полезной модели является то, что введены второй, третий, четвертый и пятый резисторы, конденсатор, транзистор, логическая схема НЕ и D-триггер, при этом первый вывод второго резистора подключен к эмиттеру транзистора и шине силового напряжения питания, второй вывод второго резистора подключен к стоку твердотельного реле и через третий резистор к базе транзистора, коллектор которого подключен к первым входам четвертого, пятого резисторов и конденсатора, вторые выводы четвертого резистора и конденсатора подключены к шине земли, а второй вывод пятого резистора через логическую схему НЕ подключен ко входу R D-триггера, инверсный выход которого подключен к катоду входного светодиода твердотельного реле, причем вход D D-триггера является входом управления, а вход С является входом импульсных сигналов.

Введение новых узлов и связей обеспечило защиту реле от перегрузки по току, что увеличило надежность устройства.

На Фиг.1 представлена схема коммутационного устройства.

Устройство содержит твердотельное реле 1, анод входного светодиода которого подключен через резистор 2 к шине цифрового напряжения питания, сток твердотельного реле является выводом подключения нагрузки, первый вывод второго резистора 3 подключен к эмиттеру транзистора 4 и шине силового напряжения питания, второй вывод второго резистора 3 подключен к стоку твердотельного реле 1 и через третий резистор 5 к базе транзистора 4, коллектор которого подключен к первым входам четвертого 6, пятого 7 резисторов и конденсатора 8, вторые выводы четвертого резистора 6 и конденсатора 8 подключены к шине земли, а второй вывод пятого резистора 7 через логическую схему НЕ 9 подключен ко входу R D-триггера 10, инверсный выход которого подключен к катоду входного светодиода твердотельного реле 1, причем вход D D-триггера 10 является входом управления, а вход С является входом импульсных сигналов.

Коммутационное устройство функционирует следующим образом.

При отсутствии перегрузки потоку через последовательно соединенные четвертый 6 и пятый 7 резисторы на вход логического элемента НЕ 9 поступает нулевое напряжение, формируя на его выходе напряжение единичного логического уровня, которое никак не сказывается на работе D-триггера 10.

Если на входе управления имеется сигнал нулевого логического уровня, D-триггер 10 устанавливается в нулевое состояние по переднему фронту импульса на импульсном входе. Высокий уровень с инверсного выхода D-триггера 10 запирает светодиод твердотельного реле 1 и оно находится в разомкнутом состоянии.

Если на входе управления имеется сигнал единичного логического уровня, D-триггер 10 устанавливается в единичное состояние по переднему фронту импульса на импульсном входе. Низкий уровень с инверсного выхода D-триггера 10 вызывает ток Iсд в цепочке «первый резистор 2 - светодиод твердотельного реле 1», оно включается, на выход устройства коммутируется напряжение Uc через второй резистор 3, которое поступает в нагрузку.

Ток через светодиод Iсд определяется из соотношения:

где:

Uц - цифровое напряжение питания,

Uсд - прямое падение на включенном светодиоде,

R1 - сопротивление резистора 2.

Величина резистора 3 R2 выбирается из условий:

где:

Iраб, Iпер - рабочий и ток перегрузки устройства,

R2 - сопротивление резистора 2,

Uотс - напряжение отсечки транзистора 4.

Напряжение отсечки кремниевых транзисторов составляет порядка 0,6 В. Поэтому при рабочем токе транзистор 4 надежно закрыт, его коллекторный ток равен нулю, и не дает падения напряжения на резисторах 6 и 7.

Сопротивление резистора 5 R3 выбирается на порядок большим сопротивления резистора 3 R2.

Период следования импульсов на импульсном входе выбирается из условия максимально допустимой задержки переключения устройства.

При наличии перегрузки по току падение напряжения на резисторе 3 превышает напряжение отсечки транзистора 4, он отпирается, через резистор 6 протекает ток. При превышении порогового уровня логический элемент НЕ 9 срабатывает и сбрасывает D-триггер 10. Твердотельное реле 1 выключается. При поступлении очередного импульса при наличии единичного уровня на входе управления D-триггер 10 снова взводится, но, если перегрузка не снята, сбрасывается вновь. Номинал резистора 7 выбирается из условия, чтобы ток, протекающий через входную защитную цепь логического элемента НЕ 9 не превышал допустимого. Конденсатор 8 предотвращает срабатывание защиты при емкостной нагрузке устройства.

В системах управления реального времени период обновления разовых команд достигает 20 мс и более, а время выключения твердотельных реле менее 100 мкс, так что подобная защита от перегрузки легко обеспечивается, что увеличивает надежность устройства.

Коммутационное устройство, содержащее твердотельное реле, анод входного светодиода которого подключен через резистор к шине цифрового напряжения питания, сток твердотельного реле является выходом устройства для подключения нагрузки, отличающееся тем, что введены второй, третий, четвертый и пятый резисторы, конденсатор, транзистор, логическая схема НЕ и D-триггер, при этом первый вывод второго резистора подключен к эмиттеру транзистора и шине силового напряжения питания, второй вывод второго резистора подключен к стоку твердотельного реле и через третий резистор к базе транзистора, коллектор которого подключен к первым входам четвертого, пятого резисторов и конденсатора, вторые выводы четвертого резистора и конденсатора подключены к шине земли, а второй вывод пятого резистора через логическую схему НЕ подключен ко входу R D-триггера, инверсный выход которого подключен к катоду входного светодиода твердотельного реле, причем вход D D-триггера является входом управления, а вход С является входом импульсных сигналов.