CS235695B1

CS235695B1 - Power contactless short-circuit protection switch

Info

Publication number: CS235695B1
Application number: CS836228A
Authority: CS
Inventors: Vaclav Otys
Original assignee: Vaclav Otys
Priority date: 1983-08-26
Filing date: 1983-08-26
Publication date: 1985-05-15
Also published as: CS622883A1

Abstract

Výkonový bezkontaktní spínač s ochranou proti zkratu je určen pro spínání přístrojů na malé stejnosměrné napětí v průmyslové automatizaci. Spínač má elektronickou ochranu proti přetížení a proti zkratovému výstupnímu proudu. Obsahuje integrovaný spínací obvod a výkonový spínací tranzistor. Spínač využívá kromě základního zdroje napájecího napětí ještě zdroj pomocného napětí. ■The power contactless switch with short-circuit protection is designed for switching devices on low DC voltage in industrial automation. The switch has electronic protection against overload and short-circuit output current. It contains an integrated switching circuit and a power switching transistor. In addition to the main supply voltage, the switch also uses an auxiliary voltage source. ■

Description

Vynález se týká výkonového bezkontaktního spínače s ochranou proti zkratu pro spínání stejnosměrných obvodů, obsahujícího integrovaný spínací obvod a výkonový spínací tranzistor.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a short-circuit protection contactless power switch for switching DC circuits comprising an integrated switching circuit and a power switching transistor.

bezkontaktních.contactless.

Dosavadní známá provedení výkonových /spínačů s ochranou proti zkratu obsahují proudový měřící odpor, zapojený v obvodu výkonového transistoru. Z použití tohoto odporu vyplývají následující nevýhody. Na odporu vzniká úbytek napětí o který je sníženo napětí na spotřebiči. Souěasně vzniká na odporu ztráta výkonu, kterou je nutno odvést chlazením. Navíc tento odpor zvyšuje i cenu celého spínače, vzhledem k tomu, že jeho hodnota je řádově zlomky ohmu, takže bývá ručně vinutý a musí být přesný.Prior art known short-circuit protection power / switch designs include a current measuring resistor connected to the power transistor circuit. The following disadvantages result from the use of this resistance. On the resistor there is a voltage drop by which the voltage on the appliance is reduced. At the same time, there is a loss of power on the resistor which must be dissipated by cooling. Moreover, this resistance also increases the cost of the entire switch, since its value is of the order of fractions of ohm, so it is manually wound and must be accurate.

. Podstata výkonového bezkontaktního spínače s ochranou proti zkratu podle vynálezu spočívá v tom, že nulový vývod integrovaného spínacího obvodu je připojen na nulovou svorku výkonového bezkontatního spínače a současně na katodu Zenerovy diody a na záporný pól zdroje napájecího napětí, jehož kladný pól je připojen na kolektor výkonového spínacího transistoru a na záporný pól zdroje pomocného napětí, jehož kladný pól je připojen na napájecí vývod integrovaného spínacího obvodu a že vstupní vývod integrovaného spínacího obvodu je připojen na vstupní svorku-výkonového bezkontaktního spínače a že omezovači vývod integrovaného spínacího obvodu je připojen na anodu Zenerovy diody a že výstupní vývod integrovaného spínacího obvodu je připojen na bázi výkonového spínacího transistoru,jehož emitor je připojen na kompenzační vývod integrovaného spínacího obvodu a současně na výstupní svorku výkonového bez2. The essence of the short-circuit protection contactless switch according to the invention is that the neutral terminal of the integrated switching circuit is connected to the neutral terminal of the powerless contact switch and simultaneously to the cathode of the Zener diode and the negative pole of the power supply. of the switching transistor and the negative pole of the auxiliary voltage source, the positive pole of which is connected to the power supply terminal of the integrated circuit and that the input circuit of the integrated circuit is connected to the input terminal of the power contactless switch; and that the output of the integrated switching circuit is connected on the basis of a power switching transistor whose emitter is connected to the compensating terminal of the integrated switching circuit and at the same time to the output terminal of ého bez2

235 895 kontaktního spínače, ze které je připojena zátěžná impedance na nulovou svorku výkonového bezkontaktního spínače.235 895 of the contact switch, from which the load impedance is connected to the zero terminal of the power contactless switch.

Výkonový bezkontaktní spínač s ochranou proti zkratu odstraňuje dosavadní nevýhody výše uvedené a jeho hlavní předností je velmi malý úbytek napětí na bezkontaktním spínači v sepnutém stavu docílený jednak tím, že zapojení neobsahuje proudový měřicí odpor a dále tím, že úbytek napětí na výkonovém spínacím transistoru je použitím zdroje pomocného napětí snížen na hodnotu několika desetin voltu. Další výhodou je malá výkonová ztráta na, spínacím transistoru, což umožňuje zmenšit rozměry chladiče, a tím i celého bezkontaktního spínače.The short-circuit power contact-less switch eliminates the disadvantages of the above and its main advantage is the very low voltage drop on the contact-less switch in the closed state, achieved both by the fact that the wiring does not contain current measuring resistor and auxiliary voltage source reduced to a few tenths of volts. Another advantage is the low power loss on the switching transistor, which makes it possible to reduce the size of the heatsink and thus of the entire contactless switch.

Výkonový bezkontaktní spínač s ochranou proti zkratu podle vynálezu je zřejmý z připojených vyobrazení. Na obr. 1 je celkové zapojení výkonového bezkontaktního spínače. Na obr. 2 je znázorněna výstupní charakteristika výkonového spínacího transistoru s vyznačením pracovního bodu nadproudové ochrany.The short-circuit protection contact-less power switch according to the invention is apparent from the attached figures. Fig. 1 shows the overall wiring of a power contactless switch. Fig. 2 shows the output characteristic of a power switching transistor with an indication of the operating point of the overcurrent protection.

Výkonový bezkontaktní spínač s ochranou proti zkratu sestává z integrovaného spínacího obvodu J, jenž splňuje funkci nevýkonového spínacího obvodu s elektronickým omezením maximálního výstupního proudu, jehož nulový vývod a je připojen na nulovou svorku O výkonového bezkontaktního spínače a současně na katodu Zenerovy diody Jj, která omezuje napěťové překmity při vypínání výstupního proudu a na záporný pól zdroje 2 napájecího napětí, jenž dodává energii potřebnou pro buzení zatěžovací impedance 8. Kladný pól zdroje χ napájecího napětí je připojen na kolektor výkonového spínacího transistoru 11 a na záporný pól zdroje 6, pomocného napětí, který slouží ke kompenzaci úbytku napětí na výkonovém bezkontaktním spínači. Napájecí vývod £ integrovaného spínacího obvodu j je připojen na kladný pól zdroje 6 pomocného napětí. Vstupní vývod b integrovaného spínacího obvodu J je připojen na vstupní svorku X výkonového bezkontaktního spínače. Omezovači vývod f integro váného spínacího obvodu je přes anodu Zenerovy diody £ připojen jednak na nulový vývod a integrovaného spínacího obvo3The short-circuit protection contactless power switch consists of an integrated switching circuit J which fulfills the function of a non-power switching circuit with an electronic maximum output current limitation whose neutral output is connected to the zero terminal of the power contactless switch. voltage surges when the output current is switched off and on the negative pole of the power supply 2, which supplies the energy necessary to drive the load impedance 8. The positive pole of the power supply χ is connected to the collector of the power switching transistor 11 and negative. used to compensate for voltage drop on the power contactless switch. The supply terminal 6 of the integrated switching circuit is connected to the positive pole of the auxiliary voltage source 6. The input terminal b of the integrated switching circuit J is connected to the input terminal X of the power contactless switch. The limiting terminal f of the integrated switching circuit is connected via the anode of the Zener diode 6 to both the neutral terminal and the integrated switching circuit.

235 695 čtu 2, jednak na nulovou svorku £ výkonového bezkontaktního spínače a jednak na záporný pól zdroje napájecího napětí. Výstupní vývod d integrovaného spínacího obvodu .4 je připojen na bázi výkonového spínacího transistoru £»235 695 I read 2, both on the zero terminal 8 of the power contactless switch and, on the other hand, on the negative pole of the power supply. The output terminal d of the integrated switching circuit 4 is connected on the basis of a power switching transistor 8 ».

Bnitor tohoto transistoru je připojen na kompenzační vývod £ integrovaného spínacího obvodu^ a současně na výstupní svorku 2 výkonového bezkontaktního spínače.The bitter of this transistor is connected to the compensating terminal 6 of the integrated switching circuit 4 and simultaneously to the output terminal 2 of the power contactless switch.

Systém podle vynálezu pracuje tak, že výkonový bezkontaktní spínač s ochranou proti zkratu se uvádí do sepnutého stavu přivedením kladného napětí na jeho vstupní svorku i, která je βThe system according to the invention operates in such a way that the short-circuit-proof power contact-less switch is switched on by applying a positive voltage to its input terminal i, which is β

spojena se vstupním vývodem b integrovaného spínacího obvodu V sepnutém stavu protéká proud z napájecího vývodu £ na výstupní vývod £ integrovaného spínacího obvodů Tímto proudem je buzena báze výkonového spínacího trahsistoru £ a transistorem protéká proud z kladného pólu zdroje napájecího napětí na výstupní svorku 2 bezkontaktního výkonového spínače a odtud do zatěžovací impedance 8. Kompenzační vývod £ inte grovaného spínacího obvodu který je připojen na emitor výkonového spínacího transistoru £ slouží ke kompenzaci zbytkového proudu transistoru. Zenerova dioda Jjj, zapojená mezi omezovači vývod f integrovaného spínacího obvodu 2 ^a mezi nulovou svorku výkonového bezkontaktního spínače 0 omezuje přepětí vznikající v okamžiku rozpínání proudu v zatěžovací impedanci 8. ^řro. funkci ochrany proti přetížení a proti zkratovému výstupnímu proudu se využívá následujících vlastností integrovaného spínacího obvodu · Úbytek napětí mezi napájecím vývodem £ a výstupním vývodem d integrovaného spínacího obvo4 du J je úměrný velikosti protékajícího zatěžovacího proudu.connected to the input terminal b of the integrated switching circuit In the closed state, the current from the supply terminal 6 flows to the output terminal 6 of the integrated switching circuit. and from there to the load impedance 8. The integrated switching circuit compensating terminal 6 which is connected to the emitter of the power switching transistor 8 serves to compensate for the residual current of the transistor. JJJ Zener diode connected between the regulating terminal F of an integrated circuit 2 ^and between the zero terminal of the power switch of contactless 0 limiting overvoltages arising at the time of expansion of the current in the load impedance ^of the eighth ro. The following characteristics of the integrated switching circuit are utilized for the overload and short-circuit output function. The voltage drop between the supply terminal 8 and the output terminal d of the integrated switching circuit J is proportional to the magnitude of the load current flowing through it.

Při zvýšení zatěžovacího proudu,a tím i odpovídajícího úbytku napětí nad určitou předem nastavenou mez dojde k okamžitému přerušení výstupního proudu a po určité době, dané časovou konstantou integrovaného spínacího obvodu j, dojde opět k jeho sepnutí. Tento děj se neustále opakuje dokud trvá zvýšený odběr proudu a střední hodnota výstupního proudu přitom je mnohonásobně menší než jmenovitý výstupní proud. Celková funkce výkonového bezkontaktního spínače je obdobná jako funkce samot4When the load current increases, and thus the corresponding voltage drop exceeds a predetermined limit, the output current is immediately interrupted and, after a certain time given by the time constant of the integrated switching circuit, is switched on again. This process is repeated as long as the current draw takes longer and the mean value of the output current is many times smaller than the nominal output current. The overall function of the power proximity switch is similar to that of samot4

235 895 ného integrovaného spínacího obvodu J. Z výstupní charakteristiky výkonového spínacího transistoru znázorněné na obr. 2 je zřejmé, že při zvyšování kolektorového proudu výkonového spínacího transistoru se zvětšuje i úbytek napětí mezi kolektorem a emitorem. Tato změna napětí se projeví zvýšeným úbytkem napětí na integrovaném spínacím obvodu X čímž je zajištěno automatické rozepnutí výkonového bezkontaktního spínače při překročení určité maximální velikosti výstupního proudu. Integrovaný spínací obvod určuje maximální úbytek napětí na výkonovém spínacím transistoru v sepnutém stavu U max. kterému podle výstupní zatěžovací charakteristiky na obr. 2 odpovídá maximální omezený proud výkonového spínacího transistoru I max při konstantním budicím proudu báze výkonového spínacího transistoru Ib.Zdroj 6 pomocného napětí slouží ke kompenzaci úbytků napětí v obvodu buzení výkonového spínacího transistoru za účelem docílení jeho dokonalého sepnutí.It is apparent from the output characteristic of the power switching transistor shown in FIG. 2 that the voltage drop between the collector and the emitter increases as the collector current of the power switching transistor increases. This voltage change results in an increased voltage drop across the integrated switching circuit X, thereby ensuring automatic opening of the power contactless switch when a certain maximum output current is exceeded. The integrated switching circuit determines the maximum voltage drop across the switched-on power transistor U max which, according to the output load characteristic in Fig. 2, corresponds to the maximum limited current of the switched-power transistor I max at a constant excitation current. to compensate for voltage drops in the excitation circuit of the power switching transistor for perfect switching.

Výkonový bezkontaktní spínač s ochranou proti zkratu podle vynálezu je vhodný zejména při skupinovém uspořádání řady spínačů na jednom modulu, např, na jedné stavebnicové jednotce. V tomto případě může být zdroj pomocného napětí společný pro všechny spínače stávebnicové jednotky aArýhodné jej realizovat přímo na jednotce jako měnič napájený ze zdroje napájecího napětí. Při skupinovém uspořádání spínačů se projeví ještě další výhoda zapojení spočívající v tom, že kolektory všech výkonových spínacích transistorů jsou připojeny na stejný potenciál, takže transistory mohou být umístěny na společném chladiči bez potřeby jejich vzájemného odisolování. Vnitřní zapojení integrovaného spínacího obvodu 10. znázorněné na obr. 2 je předmětem vynálezuThe short-circuit-proof non-contact power switch according to the invention is particularly suitable for grouping a series of switches on a single module, eg on a single modular unit. In this case, the auxiliary voltage source can be common to all the switches of the staging unit and it may be convenient to realize it directly on the unit as an inverter powered by the power supply. In the group arrangement of the switches, there is a further wiring advantage in that the collectors of all power switching transistors are connected to the same potential, so that the transistors can be placed on a common heat sink without the need for their desalination. The internal connection of the integrated switching circuit 10 shown in FIG. 2 is an object of the invention

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

235 695

Short-circuit protection contactless power switch consisting of an integrated switching circuit and a power switching transistor, characterized in that the neutral terminal (a) of the integrated switching circuit (3) is connected to the neutral terminal (0) and the cathode of the Zener diode (5) negative pole of the power supply voltage / 7 /, whose positive pole is connected to the collector * power switching transistor / 4 / and the negative terminal of a source of auxiliary voltage / 6 /, whose positive pole is connected to, ^the power pin / c / integrated circuit (3), the input terminal (b) of the integrated switching circuit (3) being connected to the input terminal (1).

the integrated switching circuit (3) is connected to the anode of the Zener diode (5) and the output switching circuit (d) of the integrated switching circuit (3) is based on a power switching transistor (4) whose emitter is connected to the compensation terminal (e) of an integrated switching circuit (3) and at the same time to an output terminal (2) which is connected via a load impedance (8) with a zero terminal (0)