PL221498B1 - Dwustanowy układ wejściowy o zmiennej oporności z izolacją galwaniczną - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem, wynalazku jest dwustanowy układ wejściowy o zmiennej oporności z izolacją galwaniczną, stosowany w układach wejściowych przemysłowych urządzeń sterujących, zwłaszcza w środowisku o wysokim poziomie zakłóceń.

Znany z polskiego opisu patentowego PL198296 B3 dwustanowy układ wejściowy o zmiennej oporności z izolacją galwaniczną zawiera diodę Zenera połączoną szeregowo ze źródłem prądowym i z diodą świecącą transoptora przełączającego oraz połączoną z opornikiem wejściowym, który jest połączony z mostkiem prostowniczym i opornikiem obciążającym połączonym z kluczem normalnie otwartym transoptora wysokonapięciowego. Klucz normalnie otwarty transoptora przełączającego jest połączony z opornikiem wyjściowym będącym układem polaryzacji i opornikiem szeregowym, który jest połączony z kondensatorem stanowiąc obwód całkujący wejściem przerzutnika Schmitta. Wyjście przerzutnika Schmitta jest połączone z diodą świecącą transoptora wysokonapięciowego poprzez opornik ograniczający.

Zaletą tego układu jest możliwość pracy w szerokim zakresie napięć wejściowych z zachowaniem bariery przeciwzakłóceniowej i ograniczeniem mocy wydzielanej w układzie, co umożliwia zastosowanie mniejszych i tańszych rozwiązań konstrukcyjnych. Natomiast jego wadą, ze względu na ograniczenia prądowe, jest trudność ze zrealizowaniem wymagań dla minimalnego prądu dla styku przekaźnika zewnętrznego podczas łączenia go z tym układem.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL215862 B1 układ, który pozwala na chwilowe zwiększenie prądu, dociążającego dla styku przekaźnika zewnętrznego poprzez sterowane załączanie opornika dociążającego, lecz jego wadą jest znaczny stopień skomplikowania układu, ponieważ w ymaga stabilizatora napięcia, komparatora napięcia, napięcia referencyjnego i rozbudowanego układu sterującego.

Znane jest również rozwiązanie techniczne dwustanowego układu przełączającego zawierające elementy sterowania w formie dzielnika złożonego z kondensatora i rezystora z równolegle podłączoną diodą, który steruje przekaźnikiem elektromechanicznym i zapewnia izolacje na stykach i służy do czasowego załączania obciążenia (forum elektroda.pl, temat „Softstart baterii kondensatorów, nr wpisu #4: „prezeswal”, 28 Cze 2009 22:29). Układ ten nie nadaje się jednak do załączania napięć przemiennych oraz wymaga stosowania przekaźnika, który jest elementem wielkogabarytowym. Nie nadaje się również do zastosowania w dwustanowych układach sterowania urządzeń przemysłowych ze względu na niepowtarzalne parametry, na przykład histerezy.

Istotą wynalazku jest dwustanowy układ wejściowy, który zawiera opornik wejściowy połączony szeregowo z wejściem mostka prostowniczego i od plusa mostka prostowniczego poprzez diodę Zenera oraz źródło prądowe do anody diody świecącej transoptora przełączającego, której katoda połączona jest z minusem mostka prostowniczego. Opornik obciążający połączony jest z jednej strony z plusem mostka prostowniczego, a z drugiej strony z kluczem wysokonapięciowym normalnie otwa rtym. Klucz transoptora przełączającego normalnie otwarty połączony jest z opornikiem wyjściowym będącym układem polaryzacji i opornikiem szeregowym, który jest połączony z kondensatorem filtrującym, stanowiąc obwód całkujący i wejściem, przerzutnika Schmitta. Wyjście przerzutnika Schmitta połączone jest z diodą świecącą transoptora wysokonapięciowego poprzez opornik ograniczający. Opornik obciążający połączony z analogowym stykiem normalnie otwartym, transoptora wysokonapięciowego tworzy dzielnik oporowy poprzez mostek prostowniczy z opornikiem wejściowym dla zasilania diody Zenera. Równolegle za opornikiem wejściowym i mostkiem prostowniczym, pomiędzy zacisk dodatni i ujemny mostka prostowniczego, włączony jest układ dociążający złożony z klucza analog owego normalnie otwartego, którego pierwszy styk połączony jest szeregowo z opornikiem dociążającym, a jego wejście sterujące połączone jest z jedną stroną szeregowego dwójnika załączającego złożonego z kondensatora będącego w dwójniku załączającym i z opornika będącego w dwójniku załączającym i podłączonego z drugiej strony do zacisku dodatniego mostka prostowniczego. Do wejścia sterującego podłączone są również, jeden zacisk opornika polaryzującego i katoda diody zabezpieczającej, a jej anoda i drugi zacisk opornika polaryzującego oraz drugi styk klucza analogowego normalnie otwartego podłączone są do zacisku ujemnego mostka prostowniczego.

Zaletą układu jest ograniczenie prądu na oporności opornika wejściowego włączonego przed mostek prostowniczy. Ograniczenie prądu na jego oporności chroni mostek prostowniczy przed krótkotrwałymi napięciami udarowymi mogącymi pojawić się w układzie wejściowym podczas przełączeń energetycznych, przy zachowaniu pozostałych parametrów układu wejściowego.

PL 221 498 B1

Zaletą układu według wynalazku jest też możliwość uzyskania odpowiednio dużego prądu łączeniowego styku przekaźnika zewnętrznego włączonego w obwód z układem wejściowym ograniczonym w czasie stałą czasową układu RC i z zachowaniem możliwości pracy w szerokim zakresie napięć wejściowych oraz bariery przeciwzakłóceniowej. Jest to realizowane kosztem niewielkiego zwiększenia mocy wydzielanej w układzie w chwili podania napięcia.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku w postaci schematu.

W układzie wyróżnione są dwa stany: przed przełączeniem i po przełączeniu. Pierwszy występuje, gdy napięcie na wejściu jest niższe od napięcia progowego przełączania. Napięcie wejściowe WE poprzez opornik wejściowy R1 będący częścią dzielnika oporowego wraz z opornikiem R2, mostek diodowy M i diodę Zenera DZ wymusza w źródle prądowym ŹP prąd, który przepływa przez diodę świecącą transoptora przełączającego TP. Źródło prądowe ŹP wymusza stałą wartość prądu niezależnie od napięcia wejściowego, przez co straty mocy są ograniczane.

Dopóki napięcie na dzielniku oporowym złożonym z oporników wejściowego R1 i obciążającego R2 jest niższe od napięcia diody Zenera DZ, nie działa źródło prądowe ŹP i prąd przez diodę świecącą nie płynie. Analogowy styk czynny normalnie otwarty transoptora przełączającego TP jest rozwarty i na wejście przerzutnika Schmitta PS podane jest napięcie przez oporniki wyjściowy R4 i szeregowy M3. Opornik szeregowy R3 z kondensatorem filtrującym C tworzą układ całkujący określający stałą czasową działania układu. Na wyjściu przerzutnika Schmitta PS i na wyjściu WY układu jest stan niski. W tym stanie przez diodę świecącą transoptora wysokonapięciowego TW płynie prąd poprzez opornik ograniczający R5 i analogowy styk czynny normalnie otwarty tego transoptora przewodzi i występuje przepływ prądu przez opornik obciążający R2. Powoduje to spadek oporności układu widziany od strony wejścia układu WE. Gdy napięcie na dzielniku oporowym złożonym z oporników wejściowego R1 i obciążającego R2 wzrasta powyżej napięcia diody Zenera DZ, źródło prądowe ŹP zaczyna działać i przez diodę świecącą transoptora TP zaczyna płynąć prąd o stałej wartości określonej przez wydajność źródła prądowego ŹP. Analogowy styk czynny transoptora przełączającego TP zostaje zwarty i na oporniku wyjściowym R4 pojawia się spadek napięcia. Ten spadek napięcia z opóźnieniem zależnym od opornika szeregowego R3 i kondensatora filtrującego C wywołuje zmianę napięcia wejściowego przerzutnika Schmitta PS, co spowoduje poniżej pewnego progu przełączania zmianę stanu przerzutnika Schmitta PS i zmianę stanu na wyjściu WY na wysoki.

Dioda świecąca transoptora wysokonapięciowego TW gaśnie, jego analogowy styk czynny rozwiera się i prąd przestaje płynąć przez opornik obciążający R2. Oporność układu widziana od strony wejścia WE wzrasta. Wartość napięcia załączania układu jest zależna od wartości oporników wejściowego R1 i obciążającego R2, stanowiących wejściowy dzielnik oporowy i napięcia pracy Uz diody Zenera DZ. Wartość napięcia wyłączania jest zależna od napięcia diody Zenera DZ. Dwustanowy układ wejściowy posiada histerezę napięciową. Dodatkowo w układzie zastosowano układ dociążający włączony między zacisk dodatni i ujemny mostka prostowniczego M. Układ dociążający złożony jest z klucza analogowego T normalnie otwartego (tranzystor MOS, bipolarny, IGBT) z włączonym szeregowo opornikiem dociążającym R7. Zamknięcie klucza analogowego T dociąża wejście dwustanowe w pierwszej chwili po podaniu na nie napięcia. Wysterowanie tego układu uzależnione jest od stałej czasowej szeregowego dwójnika załączającego złożonego z opornika w dwójniku załączającym R6 i kondensatora w dwójniku załączającym C1, oraz będącego wraz z nimi w dzielniku opornika polaryzującego R8. Dioda D podłączona równolegle do opornika polaryzującego R8 zapobiega podaniu ujemnego napięcia na wejście sterujące WS klucza analogowego T, przez to nie dopuszcza do jego uszkodzenia podczas rozładowania pojemności w dwójniku załączającym C1.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Dwustanowy układ wejściowy o zmiennej oporności z izolacją galwaniczną zawierający m ostek prostowniczy, diodę Zenera, źródło prądowe, transoptor przełączający, transoptor wysokonapięciowy, dzielnik oporowy złożony z rezystora wejściowego i obciążającego, przerzutnik Schmitta, układ całkujący i układ polaryzacji, znamienny tym, że w obwód przed mostkiem prostowniczym (M) włączony jest opornik wejściowy (R1) będący w dzielniku oporowym z opornikiem obciążającym (R2).
2. 2. Dwustanowy układ wejściowy według zastrz. 1, znamienny tym, że na wejściu układu dwustanowego (WE) za opornikiem wejściowym (R1) i mostkiem prostowniczym (M) włączony jest układ dociążający złożony z klucza analogowego (T) normalnie otwartego, którego pierwszy styk (S1) połą4

   PL 221 498 B1 czony jest szeregowo z opornikiem dociążającym (R7), a jego wejście sterujące (WS) połączone jest z jedną stroną szeregowego dwójnika załączającego złożonego z kondensatora będącego w dwójniku załączającym (C1), i z opornika będącego w dwójniku załączającym (R6) i podłączonego z drugiej strony do zacisku dodatniego mostka prostowniczego (M) oraz do wejścia sterującego (WS) podłączone są, jeden zacisk opornika polaryzującego (R8) i katoda diody zabezpieczającej (D), a jej anoda i drugi zacisk opornika polaryzującego (R8) oraz drugi styk (S2) klucza analogowego (T) normalnie otwartego podłączone są do zacisku ujemnego mostka prostowniczego (M).