197124. lajstromszámú szabadalom • Áramköri elrendezés kapcsolóelem túlterhelés ellen
1 197 i 24 2 A találmány a normálisan kétállapotú villamos kapcsolóelemek túlterhelés elleni védelmére szolgáló áramkörök azon csoportjába tartozik, amelyeknél tetszőleges mértékű és jellegű túlterhelés (beleértve a teljes zárlatot is) üzemszerűen és gyakran előfordul. Ilyen körülmények jellemzőek pl. ha a terhelés terepi, vezetékes adatátviteli vonal, mert ennek viselkedése a kapcsolóelem környezetéből nem befolyásolható. A túlterhelésvédelem a kapcsolóelemre megengedett maximális feszültség és áramértékeken belüli üzem biztosítása mellett a megengedett hőmérséklethatárokon belüli üzem biztosítását is jelenti. A találmány elsősorban ez utóbbira, vagyis a kapcsolóelem energiamérlegének figyelésére, és a visszacsatolás megvalósítására kíván egy új, az ismerteknél kedvezőbb megoldást adni. A kapcsolóelemek túlterhelés elleni védelmére igen sokféle megoldás ismeretes, ezek azonban vagy a túlterhelés mértékétől függetlenül azonnali leoldást váltanak ki, vagy fix késleltetéssel működnek. A 163.579 lajstromszámú „Kapcsolóüzemű feszültségstabilizátor túláram és túlfeszültség védőköre” c. HU szabadalmi leírásban ismertetett megoldás pl. a kapcsolóelemen eső feszültséggel arányos poíenciálfüggetlen feszültséget képez, és e feszültséget egy műveleti erősítő segítségével összehasonlítja egy referenciajellel, amely erősítő kimenetéről közvetlen negatív vezérlőkön visszacsatolást valósít meg. E megoldás a rendeltetésként megjelölt kapcsolóüzemű feszültségstabilizátor céljára megfelelő, de általánosabb felhasználásban, pl. amikor a terhelés egy hosszú kábel, amelynek jelentős saját kapacitása miatt az átkapcsolások alkalmával a kapcsolóelemen rövid ideig nagy áramok folyhatnak, hamis leoldáshoz vezet. A 178.329 lajstromszámú „Visszacsatolás különösen impulzusos feszültségátaíakítókhoz” c. HU szabadalmi leírás a korlátozás céljára egy összehasonlító-komparáló elemet mutat be, mely elem egyik bemenetére egy referencia feszültségforrás kapcsolódik, míg másik bemenetére a terheléssel arányos jel, és az összehasonlító-komparáló elem ki menete nem invertáló módon van a vezérlőkörre visszacsatolva. Ez a védelem meghatározott késleltetést el is bír, a késleltetés azonban nem függ a túlterhelés mértékétől. A találmányunk szerinti megoldás a túlterhelés időbeli lefolyását is figyelembe véve csak akkor korlátozza a kapcsolóelem működését, ha annak energiamérlegéből az következik, hogy hőmérséklete a megengedett határérték közelébe került. A találmány azon a felismerésen alapszik, hogy ha egy áramkorlátozással bíró kapcsolóelemen túlterhelés lép fel, a rajta disszipálódó teljesítmény integrálja (energia) határozott összefüggésben van a kapcsolóelem hőmérsékletével. Ha a túlterhelés alatt az áramot konstans értéken tartjuk, a disszipációs teljesítmény egyenesen arányos a kapcsolóelemen mérhető feszültséggel, így nz integrálás egyszerű feszültségintegrálásként, a kapcsolóelem működésének korlátozása pedig az integrált feszültségnek egy küszöbfeszültséggel való összehasonlítása útján történhet. A találmányt általánosságban az 1. ábra segítségével ismertetjük, ahol a vezérlő feszültségforrás kétállapotú logikai kimenettel rendelkezik, míg a 2. ábra az elrendezés egy lehetséges kivitelét mutatja be. Az 1. ábra szerinti elrendezésben a K kapcsolóelem a T terheléssel sorosan van az UT tápfeszültségforrásra kapcsolva, a K kapcsolóelem sorosan van továbbá kapcsolva egy vezérlőköri visszacsatolással bíró L áramkorlátozóval is. Az UV vezérlő feszültségforrás egy tiltható A kapun keresztül van a K kapcsolóelem vezérlő bemenetére csatolva, mely A kapu tiltó bemenete egy I integrátor kimenetével van összekötve. Ezen I integrátor bemenete egy S segédkapcsolón keresztül van vagy a K kapcsolóelem és a T terhelés közös pontjára, vagy egy US segéd-feszültségforrásra kapcsolva. Az S segédkapcsoló vezérlő bemenete szintén az UV vezérlő feszültségforrásra van csatlakoztatva. Az elrendezés működése a következő: Ha az UV vezérlő feszültségforrás kimenete „0”ál!apotú, a K kapcsolóelem ki van kapcsolva, az I integrátor bemenete pedig az S segédkapcsolón keresztül az US segédfeszültségforrásra van kapcsolva. A logikai kimenettel bíró I integrátor viszonyítási bázisfeszültsége belső áramköri kialakítással a K kapcsolóelem maximálisan megengedett statikus disszipációjához tartozó feszültség értékével azonosra van beállítva. Az US segéd-feszültségforrás feszültsége ennél az értéknél alacsonyabb, konstans feszültség. Az UV vezérlő feszültségforrás kimenetének „O” állapotánál tehát az 1 integrátor kiürülése következik be egy alsó határértékre. Ekkor az I integrátor kimenete „O” állapotú, és a működést nem befolyásolja. Az UV vezérlő feszültségforrás kimenetének „1” állapotánál normál üzemben a K kapcsolóelem bekapcsol, de kapcsain a viszonyítási bázisfeszültségnél alacsonyabb feszültség esik, tehát az I integrátor változatlanul kiürült állapotban marad. Az UV vezérlő feszültségforrás kimenetének „1” állapotánál, és túlterhelés esetén az L áramkorlátozó egy maximális, koastans értékre korlátozza a K kapcsolóelemen átfolyó áramot, ugyanakkor a K kapcsolóelemen eső feszültség valamilyen mértékben magasabb lesz, mint az I integrátor viszonyítási bázisfeszültsége. Az eltéréstől (és így a túlterhelés mértékétől) függő idő múlva az 1 integrátor kimenete „1” állapotba billen, és a K kapcsolóelemet kikapcsolja. Ekkor az I integrátor bemenete a T terhelésen keresztül közvetlenül az UT tápfeszültségforrásra kapcsolódik, ami pozitív visszacsatolásnak felel meg. így ez az állapot mindaddig megőrződik, amíg az UV vezérlő feszültségforrás ki menete „O” állapotba nem megy. Az US segédfeszültségforrás kimenő feszültségének értékét a K kapcsolóelemről történő hőelvezetés mértékével arányosan célszerű megválasztani. A találmány szerinti megoldás előnye, hogy széles határok között változó túlterhelések esetén is 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
