Швидкодіюче твердотільне реле для сигнальних кіл

Реферат: Винахід належить до імпульсної техніки, та може застосовуватись для швидкої комутації слабких сигналів. Реле для сигнальних кіл містить фотовольтаїчний оптрон, гальванічну розв'язку за допомогою цифрового ізолятора з індуктивним зв'язком і формувач керуючих імпульсів на швидкісних логічних елементах. Технічним результатом, що досягається даним винаходом є зниження прохідної ємності між керуючою та вихідною частиною, і збільшенню швидкодії у твердотільному реле. UA 115508 C2 (12) UA 115508 C2 UA 115508 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до імпульсної техніки, та може застосовуватись для швидкої комутації слабких сигналів. Відомий двополярний ключ [патент України UA25511 від 10.08.2007], що містить вхідний оптрон з ланцюжком фотодіодів на виході (фотовольтаїчний оптрон), позитивний вихід якого з'єднаний з затворами вихідного вузла, а негативний - з витоками, причому вихідний вузол являє собою два зустрічно-послідовно ввімкнених МДН- транзистора з ізольованими затворами зі спільно з'єднаними затворами та витоками, а їх стоки являють собою виходи ключа. Недоліком такого реле є мала швидкодія, зумовлена необхідністю перезарядки вхідної ємності пари МДН-транзисторів малопотужним виходом фотовольтаїчного оптрона. Типовий час ввімкнення реле становить 1 мс. Найбільш близьким за технічною суттю та результатами, що досягаються, є швидкодіюче твердотільне реле з контролером [патент США US 8704409 В2 від 22.08.2014] що містить ізольований блок живлення з трансформаторною розв'язкою, пристрій для гальванічної розв'язки керуючого сигналу на базі оптрона, один або більше вихідних ключів та формувач керуючої напруги, що живиться від ізольованого блока живлення, отримує сигнал з пристрою гальванічної розв'язки та подає керуючу напругу на ключі. Недоліками вищезгаданої конструкції є значна ємність між керуючою та вихідною частиною, зумовлена застосуванням ізольованого блока живлення з трансформаторною розв'язкою, високочастотні наводки від роботи перетворювача напруги, та обмежена швидкодія через застосування компонентів, оптимізованих для роботи у силовій електроніці. Причиною, яка перешкоджає отриманню бажаного результату є використання трансформаторного перетворювача напруги як джерела напруги для вторинного кола, що є загальним недоліком для всіх систем, у яких приймальна частина елементу гальванічної розв'язки керуючого сигналу та формувач керуючих імпульсів споживають значний струм холостого ходу. В основу винаходу поставлена задача понизити прохідну ємність, усунути потенційне джерело пульсацій напруги у керуючих та вихідних колах, а також підвищити швидкодію. Поставлена задача вирішуються тим, що заміняють гальванічну розв'язку на основі оптрона цифровим ізолятором з індуктивним зв'язком, заміні спеціалізованої мікросхеми для керування транзисторними ключами на швидкісні логічні елементи, та використанню для живлення цифрового ізолятора та логічних елементів фотовольтаїчного оптрона замість трансформаторного блока живлення. При відсутності хоча б однієї суттєвої ознаки технічний результат не досягається. Суть винаходу пояснює креслення. На кресленні зображена схема швидкодіючого твердотільного реле для сигнальних кіл, де фотовольтаїчний оптрон 5 та вхідна частина цифрового ізолятора з індуктивним зв'язком 4 отримують живлення від джерела постійної напруги через клеми 1 та 2. Керуючий сигнал подається на вхід 3 цифрового ізолятора 4. З його виходу сигнал подається на підсилювач імпульсів 6, складений з кількох інвертуючих логічних елементів, входи та виходи яких об'єднані паралельно. З виходу інверторів керуючий сигнал подається на затвори зустрічно-послідовно ввімкнутих МДН-транзисторів 7, які комутують коло, підключене до вихідних клем 8. Гальванічно розв'язане живлення для вихідної частини гальванічної розв'язки 4 та підсилювача імпульсів 6 забезпечується фотовольтаїчним оптроном 5. Приклад реалізації: апробоване виконання твердотільного реле включало в себе фотовольтаїчний оптрон типу ASSR-V621E, цифровий ізолятор з індуктивним зв'язком ADuM1100B, інвертортуючі логічні елементи SN74AC14 та ключі IRLML2030. У стані спокою вихідні кола швидкодіючого твердотільного реле споживають струм, що не перевищує 60 мкА (проти 15 мА у прототипу), саме ця обставина дозволила відмовитись від використання трансформаторних перетворювачів напруги, та досягти вказаного технічного результату. При використанні зазначених деталей, описане швидкодіюче твердотільне реле має значно менші у порівнянні з прототипом ємність між первинним та вторинним колом (3,2 пФ проти 80 пФ) затримки передачі керуючого сигналу (20 нс проти 85 нс) та тривалості фронту перемикання (3 нс проти 6 нс), а також не містить у своєму складі джерел електромагнітних перешкод, що дозволяє застосовувати його для комутації кіл зі слабкими сигналами. Доказом наявності причинно-наслідкового зв'язку між сукупністю суттєвих ознак винаходу та технічним результатом є та обставина, що технічний результат - малий ємнісний зв'язок та відсутність джерел пульсацій - може бути досягнутий тільки при виконанні всієї сукупності суттєвих ознак винаходу. 60 1 UA 115508 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 Швидкодіюче твердотільне реле для сигнальних кіл, що містить ізольоване джерело живлення, елемент гальванічної розв'язки керуючого сигналу, формувач керуючих імпульсів, та вихідний ключ, яке відрізняється тим, що як ізольоване джерело живлення використовують фотовольтаїчний оптрон, який забезпечує гальванічну розв'язку керуючого сигналу з вихідною частиною цифрового ізолятора з індуктивним зв'язком та формувачем керуючих імпульсів, який побудований на швидкісних інвертуючих логічних елементах, з'єднаних паралельно. Комп’ютерна верстка О. Гергіль Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2