Электронное реле с гальванической развязкой
Электронное реле с гальванической развязкой относится к области электронной техники и может быть использовано в коммутационных устройствах. Технический результат заключается в устойчивости реле к радиационному и космическому излучению и в уменьшении времени срабатывания реле. Для достижения данного технического результата в электронном реле, содержащее входы управления реле, коммутирующее устройство, выполненное на n-МОП транзисторе, устройство разряда, выполненное на резисторе, первый и второй выводы которого, являются первым и вторым выходами устройства разряда, подключены соответственно к затвору и истоку n-МОП транзистора, являющимися первым и вторым входами коммутирующего устройства, выходами которого являются сток и исток n-МОП транзистора, служащие выходами реле, узел гальванической развязки состоящий из генератора импульсов, импульсного трансформатора, имеющего первичную и вторичную обмотки, и выпрямительного диода, причем первичная обмотка импульсного трансформатора подключена к выходу генератора импульсов, входами которого являются входы управления электронным реле, первый вывод вторичной обмотки импульсного трансформатора соединен с анодом выпрямительного диода, при этом катод выпрямительного диода и второй вывод вторичной обмотки импульсного трансформатора подключены соответственно к первому и второму входам устройства разряда и коммутирующего устройства, являющимся соответственно первым и вторым выводами резистора, затвором и истоком n-МОП транзистора коммутирующего устройства.
Полезная модель относится к области электронной техники и может быть использована в коммутационных устройствах с гальванической развязкой.
Известны различные типы электронных реле с гальванической развязкой, содержащие: входы управления реле, коммутирующее устройство, устройство разряда, узел гальванической развязки, выполненный на светодиоде и оптически связанной с ним матрицей последовательно включенных фотодиодов [l].
В качестве прототипа выбрано электронное реле с гальванической развязкой, содержащее: входы управления реле, коммутирующее устройство, выполненное на n-МОП транзисторе, устройство разряда, выполненное на резисторе, первый и второй выходы которого являются первым и вторым выходами устройства разряда, подключены соответственно к затвору и истоку n-МОП транзистора, являющимися первым и вторым входами коммутирующего устройства, выходами которого являются сток и исток n-МОП транзистора, служащие выходами реле, узел гальванической развязки, выполненный на светодиоде и оптически связанной с ним матрицей последовательно включенных фотодиодов [2].
Основным недостатком известных электронных реле является низкая устойчивость к радиационному и космическому излучению.
Другим существенным недостатком известных электронных реле является большое время включения (от 2 до 3 мс) и выключения (от 3 до 5 мс). Для уменьшения времени срабатывания в оптоэлектронное реле вводят устройство ускоренного разряда, но это усложняет оптоэлектронное реле и снижает его надежность.
Полезная модель направлена на повышение устойчивости электронного реле к радиационному и космическому излучению, а так же на улучшение динамических характеристик реле.
Поставленная цель достигается тем, что в электронном реле, содержащем входы управления реле, коммутирующее устройство, выполненное на n-МОП транзисторе, устройство разряда, выполненное на резисторе, первый и второй выводы которого, являющиеся первым и вторым выходами устройства разряда, подключены соответственно к затвору и истоку n-МОП транзистора, являющимися первым и вторым входами коммутирующего устройства, выходами которого являются сток и
исток n-МОП транзистора, служащие выходами реле, узел гальванической развязки состоящий из генератора импульсов, импульсного трансформатора, имеющего первичную и вторичную обмотки, и выпрямительного диода, причем, первичная обмотка импульсного трансформатора подключена к выходу генератора импульсов, входами которого являются входы управления электронным реле, первый вывод вторичной обмотки импульсного трансформатора соединен с анодом выпрямительного диода, при этом катод выпрямительного диода и второй вывод вторичной обмотки импульсного трансформатора подключены соответственно к первому и второму входам устройства разряда и коммутирующего устройства, являющимися соответственно первым и вторым выводами резистора, затвором и истоком n-МОП транзистора коммутирующего устройства.
На фиг.1 представлена блок-схема электронного реле с гальванической развязкой, имеющего повышенную радиационную стойкость, стойкость к космическому излучению и улучшенные динамические характеристики.
На этой схеме:
поз.1 - n-МОП транзистор коммутирующего устройства;
поз.2 - резистор устройства разряда;
поз.3, поз.4 - выходы реле;
поз.5, поз.6 - входы управления реле;
поз.7 - узел гальванической развязки;
поз.8 - генератор импульсов;
поз.9 - импульсный трансформатор;
поз.10 - первичная обмотка импульсного трансформатора;
поз.11 - вторичная обмотка импульсного трансформатора;
поз.12 - выпрямительный диод;
Uупр - напряжение управления реле;
Uз - напряжение на затворе n-МОП транзистора коммутирующего устройства;
УР - устройство разряда;
КУ - коммутирующее устройство.
Электронное реле с гальванической развязкой содержит коммутирующее устройство, выполненное на n-МОП транзисторе 1, устройство разряда, выполненное на резисторе 2, первый и второй выводы которого являются первым и вторым выходами устройства разряда 2, подключенные соответственно к затвору и истоку n-МОП транзистора 1, являющимися первым и вторым входами коммутирующего устройства, выходами которого являются сток и исток n-МОП транзистора 1,
служащие выходами реле 3, 4, входы управления реле 5, 6, узел гальванической развязки 7, состоящий из генератора импульсов 8, импульсного трансформатора 9, имеющего первичную 10 и вторичную 11 обмотки, и выпрямительный диод 12, причем первичная обмотка 10 импульсного трансформатора 9 подключена к выходу генератора импульсов 8, входами которого являются входы 5, 6 управления реле.
Первый вывод вторичной обмотки 11 импульсного трансформатора 9 соединен с анодом выпрямительного диода 12, при этом катод выпрямительного диода 12 и второй вывод вторичной обмотки 11 импульсного трансформатора 9 подключены соответственно к первому и второму входам устройства разряда и коммутирующему устройству, являющимся соответственно первым и вторым выводами резистора 2, затвором и истоком n-МОП транзистора 1 коммутирующего устройства.
Электронное реле с гальванической развязкой работает следующим образом. При подаче на входы управления реле 5, 6 напряжения управления Uупр генератор импульсов 8 формирует прямоугольные импульсы, которые поступают на первичную обмотку 10 импульсного трансформатора 9, на вторичной обмотке 11 которого формируются прямоугольные импульсы. Прямоугольные импульсы с вторичной обмотки 11 импульсного трансформатора 9 выпрямляются выпрямительным диодом 12 и заряжают входную емкость n-МОП транзистора 1 коммутирующего устройства. Импульсный трансформатор 9 обеспечивает гальваническую развязку между входами 5, 6 и выходами 3, 4 электронного реле. Так как входная емкость n-МОП транзистора 1 составляет порядка тысяч пикофарад, то одновременно она является емкостью фильтра для прямоугольных импульсов частотой около 250 кГц, поступающих на затвор n-МОП транзистора 1.
Следовательно, прямоугольные импульсы, поступающие со вторичной обмотки 11 импульсного трансформатора 9 выпрямляются выпрямительным диодом 12 и фильтруются входной емкостью n-МОП транзистора 1, на затворе которого формируется постоянное напряжение Uз=10 В, которое открывает n-МОП транзистор 1 и удерживает его во включенном состоянии в течение времени пока на входы управления реле 5, 6 подается напряжение Uупр.
При отключении на входах 5, 6 управляющего напряжения Uупр генератор импульсов 8 прекращает формировать прямоугольные импульсы. Входная емкость n-МОП транзистора через резистор 2 устройства разряда разряжается до порогового напряжения n-МОП транзистора 1, при котором он закрывается.
Так как импульсный трансформатор 9 может формировать на вторичной обмотке 11 импульсный ток более 50 мА, то входная емкость n-МОП транзистора 1 зарядится намного быстрее (на 2-3 порядка), чем при использовании в качестве источника тока заряда входной емкости n-МОП транзистора 1 матрицы последовательно включенных фотодиодов в оптоэлектронных реле, где максимальный выходной ток составляет 100 мкА.
В связи с тем, что нагрузочная способность импульсного трансформатора 9 намного выше матрицы последовательно включенных фотодиодов оптоэлектронного реле, резистор 2 устройства разряда может иметь сопротивление порядка 10 кОм, что приведет к уменьшению времени выключения n-МОП транзистора 1 в десятки раз.
Предлагаемое техническое решение, за счет использования узла гальванической развязки, содержащего генератор импульсов, импульсный трансформатор и выпрямительный диод, позволило повысить устойчивость реле к радиационному и космическому излучению и улучшить динамические характеристики реле.
В качестве элементов для реализации устройства могут быть использованы логические элементы серии 1526, 1564, полевые n-МОП транзисторы 2П7169Б, 2П7161Б, импульсные трансформаторы ТИИ4. Вместе с тем элементы устройства могут иметь непринципиальные отличия.
Литература
[1] ЕР №0226395 кл. НОЗК 17/78, опубликованный 04.12.1986 г.
[2] RU 2163417 C1 НОЗК 17/78, 17/00, опубликованный 20.02.2001 г.
Электронное реле с гальванической развязкой, содержащее входы управления реле, коммутирующее устройство, выполненное на n-МОП транзисторе, устройство разряда, выполненное на резисторе, первый и второй выводы которого являются первым и вторым выходами устройства разряда, подключены соответственно к затвору и истоку n-МОП транзистора, являющимися первым и вторым входами коммутирующего устройства, выходами которого являются сток и исток n-МОП транзистора, служащие выходами реле, узел гальванической развязки, отличающееся тем, что узел гальванической развязки состоит из генератора импульсов, импульсного трансформатора, имеющего первичную и вторичную обмотки, и выпрямительного диода, причем первичная обмотка импульсного трансформатора подключена к выходу генератора импульсов, входами которого являются входы управления электронным реле, первый вывод вторичной обмотки импульсного трансформатора соединен с анодом выпрямительного диода, при этом катод выпрямительного диода и второй вывод вторичной обмотки импульсного трансформатора подключены соответственно к первому и второму входам устройства разряда и коммутирующего устройства, являющимися соответственно первым и вторым выводами резистора, затвором и истоком n-МОП транзистора коммутирующего устройства.
