IT8367643A1 - Circuito commutatore ad effetto di prossimita' - Google Patents

Description

DOCUMENTAZIONE

RILEGATA

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:

"Circuito commutatore ad effetto di prossimit?"

30/56552/030 di: SQUARE D COMPANY, nazionalit? statunitense, Executive

Plaza, Palatine, Illinois 60067, U.S.A.

Inventore designato: HARRIS Geoffrey John

Depositata il: 10 Giugno 1903 67343 A/83

* # * ? *

Riassunto

Il circuito comanda un interruttore principale SCR per

far passare un'alimentazione V in corrente alternata attra O O

g verso un carico L quando un oggetto metallico ? in prossimi e t? della bobina LI. La bobina LI ? comandata da un oscillato ,g *> re comprendente il transistore T2 e rispettivi componenti.

J? SCR ? inserito al contemporaneo verificarsi di un'uscita

dal rivelatore di livello T3 e di un segnale da T5, questi

essendo messi in collegamento AND da T4.

La temporizzazione del segnale proveniente da T5 nel

ciclo di alimentazione ? governata dalla costante di tempo

RC di C4, ZI, R14 ed ? tale che la potenza alimentata all'oscillatore e al rivelatore di livello ? la minima necessaria,

per un'ampia gamma di tensioni di alimentazione e di correnti di carico. (Figura 1).

*****

AV 'fc i =3??

La presente invenzione si riferisce ai commutatori di

v? prossimit? del tipo in cui una bobina di induzione ? comanda- (*o

CE. AL/mg

ta da un oscillatore e la presenza di un oggetto metallico in prossimit? del commutatore provoca una variazione dell'ampiezza di oscillazione che ? rivelata da un circuito rivelatore chiudendo un elemento commutatore quale un transistore o tiristore. Tali dispositivi sono in linea di principio ben noti, un esempio essendo descritto nel brevetto britannico allo stesso nome No. 1531217.

In tali commutatori conviene avere una bassa dissipazione nell'interruttore e una minima caduta di tensione ai capi del medesimo quando si trova nella condizione "inserito", e un oggetto della presente invenzione consiste nel provvedere un circuito commutatore di prossimit? che favorisce l'ottenimento di tali scopi.

Un inconveniente dei commutatori finora noti ? che potevano essere usati soltanto per una limitata gamma di tensioni applicate, ed era necessario per il fabbricante provvedere una gamma di commutatori per l'impiego con la gamma di tensioni che si incontrano nella pratica industriale. Un ulteriore oggetto dell'invenzione consiste pertanto nel provvedere un circuito commutatore di prossimit? che pu? essere usato con un'ampia gamma di tensioni applicate, ma senza dissipare una quantit? inaccettabile di potenza alle tensioni applicate superiori.

Di conseguenza, l'invenzione provvede un commutatore di prossimit? utilizzabile con un'alimentazione in corrente alternata per controllare un carico inserito in circuito

con il commutatore, il commutatore comprendendo:

un'alimentazione includente un condensatore accumulatore;

una bobina di induzione;

un oscillatore collegato in modo da comandare la bobina;

un rivelatore di livello collegato all'oscillatore in

modo da fornire un segnale di uscita di rivelatore in risposta alla riduzione dell'ampiezza di oscillazione provocata

ci dalla prossimit? di un oggetto metallico alla bobina; e S un elemento commutatore controllabile collegato, duran-?oco te l'uso, ai capi di detta alimentazione in corrente alterna '3 e? ?o ta e avente un'entrata di controllo; Ez caratterizzato da mezzi di controllo disposti in modo

da eccitare l'entrata di controllo dell'elemento commutatore

al contemporaneo verificarsi di un segnale di uscita di rivelatore e detto condensatore accumulatore raggiungendo una

tensione avente una relazione predeterminata con la tensione

di alimentazione, per cui l'oscillatore e il rivelatore di

livello sono alimentati soltanto con una quantit? minima

di potenza richiesta per il loro funzionamento.

Preferibilmente, l'alimentatore comprende un diodo Zener che controlla la tensione applicata al condensatore accumulatore, e un circuito regolatore a transistore disposto

in modo da mantenere una corrente controllata attraverso

il diodo Zener.

Pure preferibilmente, i mezzi di controllo comprendono

mezzi a porte, per esempio un transistore.

L'elemento commutatore ? convenientemente un tiristore

o un triac.

Si descriver? ora una forma di attuazione dell'invenzione, a titolo di esempio, con riferimento ai disegni annessi,

in cui:

la figura 1 ? uno schema circuitale di un circuito che

attua l'invenzione; g Cra3 le figure 2a e 2b illustrano forme d'onda del circuito; -s e -a le figure 3a e 3b illustrano forme d'onda di corrente

g di carico.

Il circuito 10 di figura 1 ? destinato ad essere incapsulato in un astuccio e collegato mediante fili 12, 14

a una sorgente di tensione V attraverso un carico L che pu?

essere un dispositivo controllato o una bobina di rel? o

simili. La tensione V nella presente forma di attuazione

pu? essere compresa nell'intervallo 24V-240V. VDR ? un

varistore ad ossido di metallo che serve da protezione per

il commutatore contro transitori di tensione esterna al disopra di 280V. Un esempio di una conveni?nte costruzione fisica del commutatore ? rappresentato nella domanda di brevetto

internazionale in corso di rilascio No. PCT/GB81/00226.

Un ponte raddrizzatore ad onda intera 16 applica corrente raddrizzata alle linee 18, 20. Quando il commutatore ?

"inserito", un tiristore SCR conduce in modo controllato

come sar? descritto in seguito, provocando il passaggio di

corrente attraverso il carico L.

Una bobina di induzione LI ? comandata da un oscillatore comprendente i transistori TI e T2, il condensatore Cl,

e i resistori R1,R2,R3 e Rx. Il resistore Rx viene affinato durante la fabbricazione per regolare la sensibilit? del

O

commutatore. Il collegamento del percorso base-emettitore SCS3

S2 del transistore TI con la base del transistore T2 concorre

3 alla compensazione della deriva di temperatura. Il condensa R? tore C2 mantiene corrente in R3 durante il semiperiodo in

cui T2 non conduce.

La presenza di un oggetto metallico in prossimit? della

bobina LI carica l'oscillatore, riduce l'ampiezza di oscillazione, e provoca una riduzione nella corrente di collettore

del transistore T2 deviando la corrente dalla base di T2

attraverso il percorso base-emettitore di TI.

La riduzione nella corrente di collettore di T2 ? rilevata da un circuito rivelatore di livello comprendente il

transistore T3, il diodo fotoemittente (l.e.d.) 22, e i resistori R4-R6. Il transistore T3 ? normalmente disinserito

a seguito della caduta di tensione relativamente elevata

ai capi del resistore R3. Quando il metallo si avvicina alla \ -v\sS bobina LI, l'azione sopra descritta fa elevare la tensione

sul collettore di T2, portando T3 alla conduzione. Il resistere RI introduce un grado di reazione alla base del transistore T2; questa reazione ? ridotta quando T3 conduce, dando

cosi al rivelatore di livello un'azione a scatto o effetto

di isteresi. La conduzione di T3 fa accendere il l.e.d. 22,

dando cos? un'indicazione visiva dello stato del commutatore.

Il tiristore SCR ? controllato dal transistore T3 in

combinazione con il circuito alimentatore che sar? descrito O

to. In essenza, il transistore T4 opera quale porta AND sgan s S2 ciando il tiristore SCR quando T3 ? inserito e ad un punto

??-?CO del semiperiodo di tensione determinato dal circuito alimentatore. Questo punto di accensione ? disposto in modo che

la potenza alimentata all'oscillatore e ai circuiti rivelatori di livello ? appena sufficiente per il loro funzionamen--to, e cos? l'angolo di accensione ? piccolo per elevate tensioni di alimentazione e maggiore per basse tensioni di alimentazione.

Il circuito alimentatore comprende un diodo Zener ZI

per controllare il massimo livello di tensione ai capi delle

linee 20 e 24 e un condensatore accumulatore C4. I transistori T6,T7 e T8 regolano la corrente attraverso il diodo Zener

ZI quando il tiristore SCR non conduce. I transistori T7

e T8 sono collegati da circuito Darlington ad alto guadagno

per regolare la corrente di riposo richiesta su un'ampia

gamma di tensioni applicate. Il resistore R18 devia la corrente di dispersione proveniente da T7 dal circuito base-emettitore di T8 in modo che questa corrente di dispersione,

particolarmente in condizioni di tempeatura elevata, non

provoca l'inserzione del transistore T8.

Quando il commutatore ? nello stato "disinserito", il

transistore T4 e quindi il tiristore SCR sono non conduttori.

La piena tensione di alimentazione ? disponibile all'uscita

del ponte di raddrizzatori 16 ed ? applicata al circuito

rt O

regolatore costituito dai transistori T6,T7,T8, diodo Zener S cn? ZI e resistore R14. La corrente che fluisce nel diodo Zener

?f-ce B??o? ZI pu? essere regolata alterando il valore di R14. La regolazione si verificher? quando la corrente che fluisce in ZI

e R14 ? sufficiente ad elevare la tensione prodotta ai catodi R14 per superare la tensione base-emettitore di T6, facendo s? che T6 conduca corrente prelevandola dalla base di

T7. Questa disposizione assicura che la corrente che fluisce

nel diodo Zener ZI rimane stabile con ampie variazioni della

tensione di alimentazione e della corrente di carico prelevata da C4.

Quando il commutatore passa allo stato inserito, il

segnale di accensione della porta per il tiristore SCR ?

controllato dal transistore T5 che ? forzato alla conduzione

quando la corrente che percorre ZI e R14 ? sufficiente ad

elevare la tensione prodotta ai capi di R4 in modo da supera

re le tensioni base-emettitore di T5 e T5; cio?, l'angolo

di accensione ? regolato dalla costante di tempo di carica

del circuito C4, ZI, R14. Come risultato si ha che per un'e?

levata tensione applicata, l'angolo di accensione o( ? picco?

lo, come si vede nella figura 2a, mentre per una bassa ten?

sione applicata <X ? relativamente grande, come si vede nel?

la figura 2b. In entrambi i casi la potenza alimentata all'o?

scillatore e al rivelatore di livello ? la stessa, ci? che

? rappresentato dalle aree tratteggiate di figura 2.

co ? Il condensatore C3 provvede un percorso di corrente s c coo supplementare in parallelo al resistore R12 per introdurre

*p "c5o2 una certa corrente di comando di base supplementare in T7 -a quando l'uscita del commutatore ? nello stato inserito. Il

resistore R17 introduce una certa limitazione alla corrente

attraverso C3. Il diodo DI provvede un percorso di scarica

per C3 durante la parte di ciascun semiperiodo quando l'SCR

? conduttore cosicch? ? sufficientemente scaricato all'ini?

zio del successivo semiperiodo.

Come risultato si ha che il circuito regola il tempo

in cui SCR rimane disinserito in modo che sia fornita una

potenza appena sufficiente per comandare il regolatore, per

tutti i valori di tensione applicata e di resistenza di cari?

co.

Tuttavia per quanto riguarda il carico, la forma d'onda

applicata ? sensibilmente uguale ad un'onda sinusoidale com

piet?. Come rappresentato nella figura 3a, per un'elevata

corrente, la corrente di carico comprende un piccolo intervallo di tempo A in cui il flusso avviene attraverso il regolatore e un grande intervallo di tempo B in cui avviene attraverso l'SCR. Per una bassa corrente di carico, l'area

A ? relativamente maggiore, come mostrato nella figura 3b.

La corrente di carico risultante in ogni caso ? leggermente

distorta da una effettiva onda sinusoidale a seguito dell'effetto del condensatore accumulatore C4.

<& ors Il circuito di figura 1 provvede pure un ritardo di g C3 tempo per impedire la temporanea eccitazione del carico al eco l'inserzione dell'alimentazione. a e? E1 usuale nei commutatori della tecnica anteriore provvedere tale ritardo mediante una rete RC supplementare che

agisce direttamente sul dispositivo commutatore di uscita.

Un vantaggio del circuito di figura 1 ? che l'uscita dell'SCR non pu? essere inserita finch? il diodo Zener ZI

sta regolando e conducendo corrente, il che elimina la necessit? di un circuito temporizzatore supplementare. Tuttavia

il condensatore C4 pu? prelevare una corrente di carico relativamente elevata per un breve periodo di tempo all'inserzione attraverso la coppia Darlington T7,T8. Questo fatto si

riduce a limiti accettabili grazie alla presenza del transistore T9 e deiifesistori R15,R16. All'inserzione, la corrente

di carica del condensatore C4 fluisce in R15 facendo cos?

applicare una tensione alla base di T6 attraverso R14. Cos?,

il transistore T6 conduce e devia la corrente dalla base

di T7, limitando quindi la corrente di uscita da T8 in C4,

e controllando in tal modo la sovracorrente di inserzione.

Una volta che C4 si ? caricato, la corrente nel circuito

oscillatore passa attraverso la linea 26 inserendo il transistore T9. Cos? nel normale funzionamento, le estremit? inferiori di R14 e C4 sono effettivamente collegate direttamente

alla linea negativa 20, R15 essendo shuntateda T9. L'inclusione di T9 ai capi di R15 permette di rendere il valore Cai n & C3 di R15 sufficientemente elevato per limitare la corrente

di carica iniziale di C4 ad un livello paragonabile con la f? i normale corrente di dispersione costante di stato disinserito del commutatore. S?nza T9, tale elevato valore di R15

influenzerebbe negativamente il normale funzionamento del

commutatore. Tuttavia, per la maggioranza di applicazioni

pratiche non ? necessario che la corrente di carica iniziale

di C4 sia limitata in tale misura. In questo caso T9 e R16

possono essere omessi e la linea 26 proveniente dall'oscillatore direttamente coll?gata alla linea 20. Il valore di R15

? allora scelto sufficientemente elevato per limitare la

corrente iniziale di carica di C4 in modo da trasferire un'energia insufficiente all'azionamento del carico, ma non cos?

elevato da influenzare negativamente il normale funzionamento del commutatore.

E' stato cosi descritto un circuito commutatore a prossimit? perfezionato la cui corrente di dispersione allo stato disinserito ? essenzialmente la stessa per un'ampia gamma

di tensioni applicate. L'invenzione rende possibile l'uso

di un progetto standard per soddisfare ad un'ampia gamma

di alimentazioni di tensione. Per esempio, un commutatore

secondo l'invenzione presenta le seguenti caratteristiche:

Tensione applicata 24V - 240V

Corrente di carico 5mA - 300mA

Corrente di dispersione o ?c s ?a allo stato disinserito 2mA max.

?p - C?O RIVENDICAZIONI ??a 1. - Commutatore di prossimit? utilizzabile con un'alimentazione in corrente alternata per controllare un carico

collegato in circuito con il commutatore, il commutatore

comprendendo:

un alimentatore includente un condensatore accumulatore;

una bobina di induzione;

un oscillatore collegato per comandare la bobina;

un rivelatore di livello collegato all'oscillatore per

fornire un segnale di uscita di rivelatore in risposta alla

riduzione dell'ampiezza di oscillazione provocato dalla prossimit? di un oggetto metallico alla bobina; e

un elemento commutatore controllabile collegato, in

uso, ai capi di detta alimentazione in corrente alternata

ed avente un'entrata di controllo;

caratterizzato da mezzi di controllo disposti in modo da eccitare l'entrata di controllo dell'elemento commutatore al verificarsi contemporaneo di un segnale di uscita del rivelatore e al raggiungimento da parte di detto condensatore accumulatore di una tensione avente una relazione predeterminata con la tensione,di alimentazione, per cui l'oscillatore e il rivelatore di livello sono alimentati soltanto con una quantit? minima della potenza necessaria per il loro funzionamento.

2. - Commutatore di prossimit? secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi di controllo comprendono un circuito AND collegato in modo da ricevere detto segnale di uscita del rivelatore e l'uscita di un elemento commutatore controllato dalla costante di tempo RC di detto condensatore e di una resistenza in parallelo con esso.

3. - Commutatore di prossimit? secondo la rivendicazione 2, includente mezzi alimentatori regolati disposti in modo da*controllare la tensione massima ai capi di detto condensatore.

4. - Commutatore di prossimit? secondo la rivendicazione 3, in cui detti mezzi alimentatori includono un diodo Zener e un circuito a transistori che controlla il flusso di corrente attraverso il diodo Zener.

5. - Commutatore di prossimit? secondo la rivendicazione 4, in cui detto circuito a transistori ? una coppia Darlington .

PER INCARICO

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9- Gii/s ppips QUINTERNO

(In prc prjio e per gli altri I

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Ufficio Brevetti, 25 Southampton Buildings, Londra 67643+A/83

10.6.1983 Io, sottoscritto, funzionario debitamente autorizzato, conformemente all' art. 62( 3) della Legge sui Brevetti e Modelli

del 1907, a- firmare e rilasciare certificati per conto del Con-* trollore Generale, certifico con la presente che l'allegato ? una

copia conforme dei documenti come ori ginari amente depositati unitamente alla domanda di brevetto ivi identificata.

In conformit? con la norma sui Brevetti (ri-registrazione

delle societ?) del 1982, se una societ? menzionata in questo certificato od in qualsiasi documento allegato, ha effettuato una

ri-registrazione, in Base alla- Legge sulle Societ? del 1 ?!80, con

lo stesso nome con cui fu registrata immediatamente prima della

ri? regi strazione , salvo per quanto riguarda la sostituzione, 0 per

quanto riguarda la inclusione , dell 'ultima parte del nome comprendente le parole "public limited company" 0 il loro equivalente

in gallese, i riferimenti al nome della societ? in questo certificato dovranno essere considerati riferimento al nome con il quale ? stata ri-registrata.

In conformit? con il regolamento, le parole "public limited company" possono essere sostituite con "p. l. cw , pie, P. L.C., oppure

PL .C" .

La ri-r?gi strazione in "base alla legge sulle societ? non d?

vita ad una nuova entit? legale, ma si limita ad assoggettare la

societ? a determinate norme statutarie aggiuntive. > In fede, sottoscritto il 9 giugno 1983

F.to A.W. Russell

LEGGE SUI BREVETTI DEL 1977 11 GIUGNO 1982 Modulo brevetti No. 1/77

; (Regole 6, 16, 19) 17084/1982

Al Funzionario addetto alla tenuta dei registri

UFFICIO BREVETTI

25 Southampton Buildings

LONDON WC2A 1AY

DOMANDA PER IL RILASCIO DI UN BREVETTO

Il sottoscritto richiede il rilascio di un brevetto in

base alla presente domanda

I. Riferimento del richiedente o del suo rappresentante

(si prega di inserire se disponibile) 30/56552/000

II. Titolo dell 1 invenzione : "Circuito commutatore ad. effetto di prossimit?"

III . Richiedente o richiedenti (vedere nota 2)

Nome (primo o unico richiedente) : SQUARE D COMPANY

Indirizzo: Executive Plaza, Palatine, Illinois 6??67

Stati Uniti d'America

Nazionalit?: Stati Uniti d'America

Nome (del secondo richiedente se ve ne sono pi? di vino) :

Indirizzo:

Nazionalit?:

IV. Inventore (vedi nota 3)

xj^pna^b) ? allegata/ verr? fatta seguire una dichiarazione sul Modulo Brevetti No. 7/77

V. Lettera di incarico (vedi nota 4) FITZPATRICKS

VI. Domicilio eletto (vedi nota 5)

Fitzpatricks, 48 St. Vincent Street, Glasgow, G2 5TT

VII . Dichiarazione di priorit? (vedi Nota 6) nessuna

Paese data di deposito No. di deposito

f.

Vili. La domanda rivendica una data anteriore in base

agli artt. 8(3), 12(6), 15(4) o 37(4) (vedi Nota 7)

Domanda precedente o numer? del brevetto ...

data di deposito .

IX. Tavola di controllo (da compilarsi dal richiedente o rappresentante)

A La domanda contiene il B La domanda come depositata seguente numero di fogli comprende i seguenti allegati

(3 1 Domanda . .1..fogli 1 Documento di priorit? no 2 Descrizione fogli 2 Trad?zione del documento no 3 Rivendicazioni pp.fogli di priorit?

4 Disegni . ?. .fogli 3 Domanda di ricerca no 5 Riassunto . pp.fogli 4 Dichiarazione di inventore e dimostrazione del diritto a depositare no

5 Autorizzazione distinta di no

X. Si consiglia di accompagnare la Figura No. 1 dei disegni al riassunto per la pubblicazione.

??> Firma (vedi nota 8)

O ETTZFATRICKS

NOTE:

1. - Questo modulo una volta completato dovr? essere recapispedito all'Ufficio Brevetti insieme con la tassa prescritta e con due copie della descrizione dell1invenzione.

2* - ?1 nome indirizzo e nazionalit? di ogni domanda devono essere indicati negli spazi previsti sotto III. I nomi delle persone fisiche devono essere riportati al completo. Le persone giuridiche devono essere indicate con la ragione sociale. Se vi sono pi? di due richiedenti le informazioni riguardanti il terzo richiedente ed il ?successivi devono essere 'fom ite su un foglio separato.

3. - Se il richiedente o i richiedenti ?/sono l'unico inventore o inventori congiunti, la dichiarazione (a) a questo scopo sub IV deve essere completata e cancellata la dichiarazione alternativa (b), Se non sia questo il caso, dovr? essere cancellata la dichiarazione (a) e dovr? essereifornita una apposita dichiarazione sul modulo brevetti No. 7/77.

4. - Se il richiedente desidera nominare un rappresentante, dovr? indicare il suo nome e indirizzo dell'ufficio negli spazi previsti sub V e VI; 1?indicazione di cui si parla verr? considerata autorizzazione al rappresentante di curare la prosecuzione della domanda fino al rilascio del brevetto e ad amministrare il brevetto rilasciato.

5. - Se non viene nominato un rappresentante occorre indicare sub VI un indirizzo nel Regno Unito al quale possono venire recapitati tutti i documenti. Si raccomanda di fornire un numero telefonico se possibile.

6. - La dichiarazione di priorit? sub VII deve contenere la data del deposito precedente ed il paese nel quale esso ? stato effettuato ed indicare il numero ufficiale se disponibile.

7. - Quando la domanda viene depositata in?base agli artt. 8(3), 12(6), 15(4) o 37(4) occorre indicarlo sub VIII e fornire il numero della domanda precedente o di un eventuale brevetto gi? rilasciato.

8. - Un?rappresentante pu? sottoscrivere se autorizzato in. precedenza. Una autorizzazione espressa sottoscritta dal richiedente o dai richiedenti deve pervenire all'Ufficio Brevetti entro lo scadereidi tre mesi dalla data di deposito. '

9. - Si richiama l'attenzione dei richiedenti sull'opportunit? di evitare la pubblicazione di invenzioni relative a qualunque articolo, materiale o dispositivo atto o adattabile all'uso bellico (leggi sui segreti ufficiali del 19111920). Inoltre, dopo il deposito di una domanda di brevetto all'Ufficio Brevetti, il funzionario addetto esaminer? se pubblicazione o divulgazione dell'invenzione debba essere vietata o limitata in base all'art. 22 della legge e, qualora tale divieto sia necessario, ne dar? informazione al depositante.

10. - Si rammenta pure ai depositanti residenti nel Regno Unito che, come disposto dall'art. 23, non possono essere depositate domande all'estero senza permesso scritto o salvo che una domanda sia stata depositata nel Regno Unito almeno sei settimane prima per ottenere la concessione di.un brevetto sulla medesima invenzione e nessuna comunicazione o disposizione vietante la pubblicazione sia stata ricevuta.

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Domanda di brevetto inglese

a nome della SQUARE D COMPANY

"Circuito commutatore ad effetto di prossimit?" DESCRIZIONE _ _ _ ;

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La presente invenzione si riferisce ai commutatori di prossimit? del tipo in cui una bobina di induzione ? comandaci AL/mg ta da un oscillatore e la presenza di un oggetto metallico in prossimit? del commutatore provoca una variazione dell'ampiezza di oscillazione che ? rivelata da un circuito rivelatore chiudendo un elemento commutatore quale un transistore o tiristore. Tali dispositivi sono in linea di principio ben noti, un esempio essendo descritto nel brevetto britannico allo stesso nome No. 1531217.

In tali commutatori conviene avere una bassa dissipazione nell'interruttore e una minima caduta di tensione ai capi del medesimo quando si trova nella condizione "inserito", e un oggetto della presente invenzione consiste nel provvedere un circuito commutatore di prossimit? che favorisce l'ottenimento di tali scopi.

Un inconveniente dei commutatori finora noti ? che potevano essere usati soltanto per una limitata gamma di tensioni applicate, ed era necessario per il fabbricante provvedere una gamma di commutatori per 1'impiego con la gamma di tensioni che si incontrano nella pratica industriale. Un ulteriore oggetto dell?invenzione consiste pertanto nel provvedere un circuito commutatore di prossimit? che pu? essere usato con un'ampia gamma di tensioni applicate, ma senza dissipare una quantit? inaccettabile di potenza alle tensioni applicate superiori.

Di conseguenza, l'invenzione provvede un commutatore di prossimit? utilizzabile con un'alimentazione in corrente

2.

alternata per controllare un carico inserito in circuito con il commutatore, il commutatore comprendendo:

un'alimentazione includente un condensatore accumulatore;

una bobina di induzione;

un oscillatore collegato in modo da comandare la bobina;

un rivelatore di livello collegato all'oscillatore in modo da fornire un segnale di uscita di rivelatore in risposta alla riduzione dell'ampiezza di oscillazione provocata dalla prossimit? di un oggetto metallico alla bobina;^'

un elemento commutatore controllabile collegato, durante l'uso, ai capi di detta alimentazione in corrente alternata e avente un'entrata di controllo; ? .. , . .. , e'BAlCiboJb&V, ?A A -U et tz-?? Sto ?*Ve ??^??

OU tujAa VtJUtu&uX* At U toM<UMMA?uMAAIaA?i>VL?. ? ?** ;

?carofeterlenato do mezz i di controllo disposti in modo da eccitare l'entrata di controllo dell'elemento commutatore al contemporaneo verificarsi di un segnale di uscita di rivelatore e detto condensatore accumulatore raggiungendo ???? Ju tensione avanta? uua?gslaztona .predeterminato^con lo tensione

-di? alinientQaionc? per cui l'oscillatore e il rivelatore di livello sono alimentati soltanto con una quantit? minima di potenza richiesta per il loro funzionamento.

Preferibilmente, l'alimentatore comprende un diodo Zener che controlla la tensione applicata al condensatore accumulatore, e un circuito regolatore a transistore disposto in modo da mantenere una corrente controllata attraverso

3.

il diodo Zener.

Pure preferibilmente, i mezzi di controllo comprendono

mezzi a porte, per esempio un transistore.

L'elemento commutatore ? convenientemente un tiristore

o un triac.

Si descriver? ora una forma di attuazione dell'invenzio?

ne, a titolo di esempio, con riferimento ai disegni annessi,

in cui:

la figura 1 ? uno schema circuitale di un circuito che

attua l'invenzione;

C5 O

le figure 2a e 2b illustrano forme d'onda del circuito; g Cd e ? rpceo > le figure 3a e 3b illustrano forme d'onda di corrente

di carico.

Il circuito 10 di figura 1 ? destinato .ad essere in?

capsulato in un astuccio e collegato mediante fili 12, 14

a una sorgente di tensione V attraverso un carico L che pu?

essere un dispositivo controllato o una bobina di rel? o

simili. La tensione V nella presente forma di attuazione

pu? essere compresa nell'intervallo 24V-240V. VDR ? un

varistore ad ossido di metallo che serve da protezione per

il commutatore contro transitori di tensione esterna al diso?

pra di 280V. Un esempio di una conveniente costruzione fisi?

ca del commutatore ? rappresentato nella domanda di brevetto .

internazionale in corso di rilascio No. PCT/GB81/00226.

4.

Un ponte raddrizzatore ad onda intera 16 applica corrente raddrizzata alle linee 18, 20. Quando il commutatore ? "inserito", un tiristore SOR conduce in modo controllato come sar? descritto in seguito, provocando il passaggio di corrente attraverso il carico L.

Una bobina di induzione LI ? comandata da un oscillatore comprendente i transistori TI e T2, il condensatore CI, e i resistor! R1,R2,R3 e Rx. Il resistore Rx viene affinato durante la fabbricazione per regolare la sensibilit? del commutatore. Il collegamento del percorso base-emettitore del transistore TI con la base del transistore T2 concorre alla compensazione della deriva di temperatura. Il condensatore C2 mantiene corrente in R3 durante il semiperiodo in cui T2 non conduce.

La presenza di un oggetto metallico in prossimit? della bobina LI carica l'oscillatore, riduce l'ampiezza di oscillazione, e provoca una riduzione nella corrente di collettore del transistore T2 deviando la corrente dalla base di T2 attraverso il percorso base-emettitore di TI.

La riduzione nella corrente di collettore di T2 ? rilevata da un circuito rivelatore di livello comprendente il transistore T3, il diodo fotoemittente (l.e.d.) 22, e i resistori R4-R6. Il transistore T3 ? normalmente disinserito a seguito della caduta di tensione relativamente elevata ai capi del resistore R3. Quando il metallo si avvicina alla

5.

bobina LI, l'azione sopra descritta fa elevare la tensione

sul corettore di T2, portando T3 alla conduzione. Il resistere RI introduce un grado di reazione alla base del transistore T2; questa reazione ? ridotta quando T3 conduce, dando

cos? al rivelatore di livello un'azione a scatto o effetto

di isteresi. La conduzione di T3 fa accendere il l.e.d. 22,

dando cos? un'indicazione visiva dello stato del commutatore.

Il tiristore SCR ? controllato dal transistore T3 in combinazione con il circuito alimentatore che sar? descritto. In essenza, il transistore T4 opera quale porta AND sganciando il tiristore SCR quando T3 ? inserito e ad un punto

f del semiperiodo di tensione determinato dal circuito alimentatore. Questo punto di accensione ? disposto in modo che

la potenza alimentata all'oscillatore e ai circuiti rivelatori di livello ? appena sufficiente per il loro funzionamen'-to, e cos? l'angolo di accensione ? piccolo per elevate tensioni di alimentazione e maggiore per basse tensioni di alimentazione.

Il circuito alimentatore comprende un diodo Zener ZI

per controllare il massimo livello di tensione ai capi delle

linee 20 e 24 e un condensatore accumulatore C4. I transistori T6,T7 e T8 regolano la corrente attraverso il diodo Zener

ZI quando il tiristore SCR non conduce. I transistori T7

e T8 sono collegati da circuito Darlington ad alto guadagno

per regolare la corrente di riposo richiesta su un'ampia

6.

gamma di tensioni applicate. Il resistore R18 devia la corrente di dispersione proveniente da T7 dal circuito base-emettitore di T8 in modo che questa corrente di dispersione, particolarmente in condizioni di tempeatura elevata, non provoca l'inserzione del transistore T8.

Quando il commutatore ? nello stato "disinserito", il transistore T4 e quindi il tiristore SCR sono non conduttori. La piena tensione di alimentazione ? disponibile all'uscita del ponte di raddrizzatori 16 ed ? applicata al circuito regolatore costituito dai transistori T6,T7,T8, diodo Zener ZI e resistore R14. La corrente che fluisce nel diodo Zener ZI pu? essere regolata alterando il valore di R14. La regolazione si verificher? quando la corrente che fluisce in ZI e R14 ? sufficiente ad elevare la tensione prodotta ai catodi R14 per superare la tensione base-emettitore di T6, facendo si che T6 conduca corrente prelevandola dalla base di T7. Questa disposizione assicura che la corrente che fluisce nel diodo Zener ZI rimane stabile con ampie variazioni della tensione di alimentazione e della corrente di carico prelevata da C4.

Quando il commutatore passa allo stato inserito, il segnale di accensione della porta per il tiristore SCR ? controllato dal transistore T5 che ? forzato alla conduzione quando la corrente che percorre ZI e R14 ? sufficiente ad elevare la tensione prodotta ai capi di R4 in modo da supera-7.

re le tensioni base-emettitore di T5 e T6; cio?, l'angolo

di accensione ? regolato dalla costante di tempo di carica

del circuito C4, ZI, R14. Come risultato si ha che per un'elevata tensione applicata, l'angolo di accensione oi ? piccolo, come si vede nella figura 2a, mentre per una bassa tensione applicata ?? ? relativamente grande, come si vede nella figura 2b. In entrambi i casi la potenza alimentata all'oscillatore e al rivelatore di livello ? la stessa, ci? che

? rappresentato dalle aree tratteggiate di figura 2.

Il condensatore C3 provvede un percorso di corrente

supplementare in parallelo al resistore R12 per introdurre

p V

una certa corrente di comando di base supplementare in T7 p quando l'uscita del commutatore ? nello stato inserito. Il

resistore R17 introduce una certa limitazione alla corrente

attraverso C3. Il diodo DI provvede un percorso di scarica

per C3 durante la parte di ciascun semiperiodo quando l'SCR

? conduttore cosicch? ? sufficientemente scaricato all'inizio del successivo semiperiodo.

Come risultato si ha che il circuito regola il tempo

in cui SCR rimane disinserito in modo che sia fornita una

potenza appena sufficiente per comandare il regolatore, per

tutti i valori di tensione applicata e di resistenza di carico.

Tuttavia per quanto riguarda il carico, la forma d'onda

applicata ? sensibilmente uguale ad un'onda sinusoidale com

piet?. Come rappresentato nella figura 3a, per un'elevata

corrente, la corrente di carico comprende un piccolo inter?

vallo di tempo A in cui il flusso avviene attraverso il rego?

latore e un grande intervallo di tempo B in cui avviene at?

traverso l'SCR. Per una bassa corrente di carico, l'area

A ? relativamente maggiore, come mostrato nella figura 3b.

La corrente di carico risultante in ogni caso ? leggermente

distorta da una effettiva onda sinusoidale a seguito dell'ef?

fetto del condensatore accumulatore C4.

Il circuito di figura 1 provvede pure un ritardo di

g tempo per impedire la temporanea eccitazione del carico al s p o? l'inserzione dell'alimentazione.

?? E' usuale nei commutatori della tecnica anteriore prov?

vedere tale ritardo mediante una rete RC supplementare che

agisce direttamente sul dispositivo commutatore di uscita.

Un vantaggio del circuito di figura 1 ? che l'uscita del-

1 'SCR non pu? essere inserita finch? il diodo Zener ZI

sta regolando e conducendo corrente, il che elimina la neces?

sit? di un circuito temporizzatore supplementare. Tuttavia

il condensatore C4 pu? prelevare una corrente di carico rela?

tivamente elevata per un breve periodo di tempo all'inserzio?

ne attraverso la coppia Darlington T7,T8. Queste) fatto si

riduce a limiti accettabili grazie alla presenza del transi?

store T9 e dei resistor! R15,R16. All'inserzione, la corrente

di carica del condensatore C4 fluisce in R15 facendo cosi

9

applicare una tensione alla base di T6 attraverso R14. Cos?,

il transistore T6 conduce e devia la corrente dalla base

di T7, limitando quindi la corrente di uscita da T8 in C4,

e controllando in tal modo la sovracorrente di inserzione.

Una volta che C4 si ? caricato, la corrente nel circuito

oscillatore passa attraverso la linea 26 inserendo il transistore T9. Cos? nel normale funzionamento, le estremit? inferiori di R14 e C4 sono effettivamente collegate direttamente

alla linea negativa 20, R15 essendo shuntateda T9. L'inclusione di T9 ai capi di R15 permette di rendere il valore

Co? di R15 sufficientemente elevato per limitare la corrente &

di carica iniziale di C4 ad un livello paragonabile con la co normale corrente di dispersione costante di stato disinse I m rito del commutatore. Senza T9, tale elevato valore di R15

influenzerebbe negativamente il normale funzionamento del

commutatore. Tuttavia, per la maggioranza di applicazioni

pratiche non ? necessario che la corrente di carica iniziale

di C4 sia limitata in tale misura. In questo caso T9 e R16

possono essere omessi e la linea 26 proveniente dall'oscillatore direttamente collegata alla linea 20. Il valore di R15

? allora scelto sufficientemente elevato per limitare la

corrente iniziale di carica di C4 in modo da trasferire un'energia insufficiente all'azionamento del carico, ma non cos?

elevato da influenzare negativamente il normale funzionamento del commutatore.

10.

Claims (1)

1. E' stato)qos? descritto un circuito cornr?j,tatore a pros-\ 1

   simit? perfezif^ii?to la cui corrente di dispersione allo sta,- *

   .'??,?*?J

   to disinserito ? essenzialmente la stessa per un'ampia gamma

   di tensioni applicate. L'invenzione rende possibile l'uso

   di un progetto standard per soddisfare ad un'ampia gamma

   di alimentazioni di tensione. Per esempio, un commutatore

   secondo l'invenzione presenta le seguenti caratteristiche:

   Tensione applicata 24V - 240V

   Corrente di carico 5mA - 300mA

   Corrente di dispersione

   CD

   O

   allo stato disinserito ? 2mA max. g CD C3

   TRADUZIONE CQN'C

   tng. Piero SACONNEY ,

   | /ri proprio e ppr gli elfrH

   *

   l?, -Ns: ? f 1