本发明方案是关于电气信号系统用闪光继电器的改进,是一种新颖电子闪光继电器技术方案。闪光继电器广泛应用于电气控制信号回路,常用的闪光继电器有上海继电器厂生产的DX-3型闪光继电器,其应用见图1,虚线框内即DX-3型闪光继电器,正常时控制开关KK9、10接点接通,断路器DL接点打开,DX-3继电器无负电源不工作,当断路器因故自动断开时,其DL接点接通,负电源经合闸接触器线圈HC、DL接点、绿灯LD、控制开关KK9、10接点后送到闪光母线(+)SM,DX-3闪光继电器线圈有正、负电源,由于有电阻R及继电器K线圈的直流电阻,使绿灯LD的两端分压到的电压较低,绿灯LD不亮。闪光继电器有正、负电源后,继电器K线圈开始励磁,电容C经R充电,延时至C两端电压大于K动作电压后,K-1接点打开,K-2接点接通,K-2接点接通后使(+)SM母线得到正电源,绿灯LD得到正常工作电压而亮,K-1断开后K线圈失电,电容C对K线圈放电,经延时直至电容器两端电压低于K的返回电压后,K-2接点断开,K-1接点接通,这时绿灯LD又灭。(+)SM又得到负电源,K励磁,如此不断循环,绿灯交替亮、灭闪光亮。绿灯闪光亮表示是断路器因故障自动掉闸,工作人员可以很方便的看到闪光亮的绿灯而判别自动掉闸的断路器,直至工作人员操作控制开关KK使KK9、10断开,KK11、12接通,这时(+)SM失去负电闪光继电器停止工作,绿灯LD得到正电源而长时亮。 已有技术闪光继电器有三个不足之处,由于继电器K动作功率较大,只适合于传统的白炽灯信号灯,灯的工作电流约130mA,对于目前新出现的发光二极管信号灯,灯工作电流约15mA,及氖灯信号灯,灯工作电流约3mA.闪光继电器中的继电器K根本动作不了。第二个不足之处是在实际应用中,有时会同时有多个断路器掉闸,这时并在(+)SM与负电源间会有多个绿灯回路,这时闪光继电器分压得到的电压比只有一只绿灯时大得多,使闪光继电器的闪光频率会随灯的多少而变,当绿灯很多时,闪光频率变得很高,灯的亮灭就不明显,使工作人员难以判断自动掉闸的断路器,失去了闪光的作用。第三个不足之处是闪光频率会随电源电压高、低而变。
本发明方案的目地是提供一种改进了的电子闪光继电器,它动作很灵敏,15mA的发光二极管信号灯及3mA的氖灯信号灯也能动作,传统的130mA信号灯也能动作,其闪光频率固定,不受信号灯回路的多少而变,也不随电源电压变化而变。
本发明方案总的构思是采用电子技术构成新型电子闪光继电器,本实用新型是这样实现的,在外壳内,如图2、图3所示,由起动元件1、延时元件2、振荡波形发生器3、控制元件4、放大驱动元件5、电源降压元件6组成,如闪光继电器工作电源较低,适合于电子电路的工作电压,则电源降压元件6可以不要。
起动元件1类似图1接在正电源与(+)SM闪光小线线间,正常经起动元件使(+)SM闪光小母线有正电位,当被制的信号灯回路接通(DL接点接通),(+)SM闪光小母线上就有负电位,起动元件1就动作,即去启动延时元件2。延时元件2是瞬时动作延时返回延时元件,其返回延时大于闪光继电器的二分之一闪光周期。需要延时元件2是因为闪光继电器动作后,其输出接点就把正电源与(+)SM小母线短接,从而使被控制的灯亮,这时起动元件被短接就立即返回,闪光继电器也返回,这时正电源与(+)SM闪光小母线间短接的接点又断开,启动元件1又动作,也就是说,在闪光继电器工作时,起动元件1是间断性动作的,延时元件2的作用是把间断的起动信号变成连续的起动信号,以使后面的振荡波形发生器也能连续工作,发出合格的闪光信号,延时元件2的返回延时大于闪光继电器的二分之一闪光周期,闪光期间延时元件2均不返回,只有当被控制的信号灯回路与(+)SM闪光小母线断开,起动信号消失,时间超过延时元件2的返回延时后,延时元件才返回。振荡波形发生器3是产生周期性变化波形的波形发生器,其输出波形经放大后去驱动被控制的灯闪光。控制元件4在图2中是把延时元件2输出的连续起动信号去控制振荡波形发生器3,使振荡波形发生器3产生振荡波形;或者是如图3所示,振荡波形发生器平时就工作,其输出受控制元件4控制,只有当延时元件动作时,控制元件4开放,振荡波形发生器的输出才能经控制元件4后送给放大驱动元件5。放大驱动元件5是把受控制元件控制的振荡波形信号,放大后去驱动输出电路使被控制的信号灯亮、灭闪光。电源降压元件6是把信号回路工作电源降低到适合电子电路工作的电压,以供给上述各元件工作电源,如果信号回路电源电压较低,能适合电子电路工作,则电源降压元件6可以不要。
以下进一步对组成电子闪光继电器的各元件作详细介绍:起动元件1可以如图4所示,由分压电阻R1、R2、三极管V1组成。也可以如图5所示由CMOS门电路D代替三极管V1,三极管V1也可以由场效应管代替,为了提高起动回路的技术性能,方便分压电阻的选择,可以如图6所示在分压电阻与三极管V1基极间反向串联一个稳压二极管V7。起动元件1也可如图7所示由限流电阻R7、光电耦合隔离器N1组成。起动元件1也可以如图8所示由灵敏继电器K2组成。
延时元件2可以如图9、图10所示由电容C1、电阻R3及具有开启门坎电压的输出部件CMOS门电路D组成,当延时元件由输出具有拉负载电流和灌负载电流的器件带动时,延时元件增加隔离二极管V8,V8的作用是在D4输出为0电位时,阻止C1经D4放电。无起动信号时,三极管V1截止或D4输出0电位,CMOS门电路D输入低电平,当有起动信号时三极管V1导通或D4输出高电位,电容C1瞬时充电至工作电源电压,CMOS门电路D输入高电平,其输出随之变态,立刻去控制元件4使放大驱动元件输出随振荡波形发生器波形而变的输出信号,使被控制的信号灯亮、灭交替变化,在信号灯亮时起动信号消失,三极管V1截止或D4输出0电位,电容C1通过电阻R3放电,这里选择放电时间常数大于闪光继电器的二分之一闪光周期,在信号灯亮的期间电容C1电压仍然大于COMS门电路D的开启门坎电压;COMS门电路D输出状态不变回来,一旦被控制信号灯又灭,起动信号又有,三极管V1又导通,或D4输出高电位,电容C1又瞬时充电至工作电源电压,如此不断循环,只有当起动信号长期消失,大于延时元件返回时间,电容C1放电至电压低于COMS门电路D开启电压时COMS门电路D输出返回到初始状态,闪光继电器才停止工作。延时元件2也可以如图11所示,由电容C1、电阻R8、稳压管V5、三极管V6组成,正常时电容C1经电阻R8充电至稳压管V5导通,三极管V6也导通,电容C1电压等于稳压管V5电压加V6发基正向电压之和,当有起动信号时,起动元件K2动作,K2接点把C1电荷放光,三极管V6截止,闪光继电器开始工作,当闪光继电器输出使被控制的灯亮时,起动信号消失,K2返回,C1又开始经R8充电,这里选择电容充电时间常数大于二分之一闪光周期,在被控制的信号灯亮时电容C1电压充不到足以使稳压管V5击穿的电压,也就是说在整个闪光继电器闪光期间三极管V6一直保持截止状态,只有当被控制的灯回路断开,启动信号长期消失,电容C1电压充到使稳压管V5击穿后,三极管V6又返回到导通状态,闪光继电器才停止工作。
振荡波形发生器3可以如图12所示由反相器D1、D2、电容C2、电阻R4组成,也可以如图13由555时基地电路N2、电容C3、电阻R9组成,也可以由多谐振荡器等用电子元件组成的其他任何振荡波形发生器作为振荡波形发生器,其中以输出波形为方波的较好,它使闪光的灯亮、灭分明,使放大驱动元件的功率损耗降低。上述12、图13所示的即为输出波形为方波的振荡波形发生器。
控制元件4可以如图14由与门D1组成,这里选用CMOS门电路,所以它又是振荡波形发生器3的一部分,又是延时元件2的具有开启门坎电压的输出部件。正常时V1截止,电容C1两端电压为0,与门D1上端输入为0,振荡形波发生器不振荡,D2输出保持在0态。被控制的灯回路接通后起动元件中的V1导通,电容C1瞬时充到电源电压,与门D1上端输入变为1态,振荡波形发生器3就振荡,其输出经放大驱动后输出闪光信号。只要被控制的灯回路一直接通,与门D1上端输入由于延时元件作用一直保持1态,振荡波形发生器一直振荡,只有当被控制的灯回路断开后,起动元件长时返回,其时间大于延时元件返回延时后,电容C1经电阻R3放电,当C1两端电压低于与门D1开启门坎电压后,D1上端输入变为0态,振荡波形发生器停止振荡,D1输出变为1态,D2输出变为0态。控制元件也可如图15由V6、R10组成,图中K2是起动元件之接点,正常打开,C1、R8、V5、V6是延时元件2,C1充电至稳压管V5击穿后V6导通,V6发、集电压等于0,由D1、D2、C2、R4组成的振荡波形发生器3的电源取自V6发、集极,D1、D2因电源等于0而停止振荡,在被控制的灯回路接通后起动元件K2动作,接点K2接通电容C1被短接,V6立即截止,D1、D2经R10得到电源立即开始振荡,其工作过程与前述相似。控制元件也可以如图16由V6组成,V6正常导通,C3被短接,振荡器停振,当起动元件1动作后V6截止,振荡器起振,其工作过程与上述相似。控制元件也可以如图17所示由与门D3组成,D3有二个输入,一个为振荡波形发生器的输出,另一个为C1、R4组成的延时元件2的输出,这里选用CMOS电路做与门,因此D3又是延时元件的具有开启门坎电压的输出部件,这个方案控制元件4是控制振荡波形发生器的输出,其工作过程与上述相似。
放大驱动元件5可以如图18所示,由三极管V2、继电器K1、电阻R5、二极管V3组成,V2也可以由场效应管等其他放大器件代替,用场效应管时R5可以取消,V3是限制过电压用,也可以由电容器代替,如V2耐压足够高,V3或电容器可以取消。放大驱动元件5也可以如图19由V2、K1、V3组成,这里V2是作为射极跟随器使用,V3作用替代及取消的原则同上,V2也可以由场效应管等其他放大器件代替。放大驱动元件中的继电器K1也可以由大功率三极管或电子继电器代替,图21中的V12、R10即是一个例子。
电源降压元件6可以如图20~24所示由电阻R6、稳压二极管V4组成,也可以由三端稳压器件组成,也可以将上述第一方案中的稳压二极管V4改为电阻,由电阻分压组成。从经济性和技术指标考虑,由电阻R6及稳压二极管V4组成的电源降压元件方案较佳。
以下结合附图和实施例,对本发明方案作进一步说明:
图1是已有技术闪光继电器及其应用电路,虚线框内是DX-3型闪光继电器。
图2是电子闪光继电器的技术方案之一方框图。
图3是电子闪光继电器的技术方案之二方框图。
图4~图8是起动元件电路方案。
图9~图11是延时元件电路方案。
图12、图13是振荡波形发生器电路方案。
图14~图17是控制元件电路方案。
图18、图19是放大驱动元件电路方案。
图20~图24是电子闪光继电器实施例电路方案。
以下列举5个实施例对电子闪光继电器作详细介绍。
实施例1如图20所示,虚线框内是电子闪光继电器,其组成的各元件上面已有详细介绍,电子元件符号及编号与介绍的相同。按钮SB和灯H是试验回路,是代替实际工作中的被控制的信号灯回路,正常时因SB断开V1无基极电流而截止,CMOS与非门D1上端输为0态,振荡波形发生器不振荡,D2输出为0态,V2截止,K1不励磁,其并在+与(+)SM间的K1接点不通,如将SB按住,负电源经H、SB而送至(+)SM,V1经R1、R2分压而得到基极电流,V1立即导通,D1上端输入变为1态,振荡波形发生器开始振荡,D2输出周期性地在1态与0态间变化,V2也随之导通与截止,K1接点即接通、断开交替变化,信号灯即随之亮、灭闪光。在K1接通时V1截止,由于C1经R3放电的时间常数,即延时元件返回延时大于C2、R4决定的二分之一振荡周期,因此在闪光期间D1上端始终保持1态,只有当SB断开,(+)SM无负电源经延时元件的返回延时后,D1上端输入变为0态,振荡波形发生器停止振荡,V2截止,闪光继电器停止工作。这里R1、R2选择的原则是其总阻值>>H的阻值,使闪光继电器工作K1打开时H不亮,同时选择R1、R2之数值使闪光继电器取得合适的起动电流,由于电子元件动作功率很小,因此,可以设计得使起动电流非常小。
实施例2如图21所示,这里用N1及R7作起动元件,以大功率三极管V12代替继电器K1,振荡波形发生器正常一直振荡,控制元件D3控制振荡波形发生器的输出,其工作过程与实施例1类似。
实施例3如图22所示,这里用CMOS非门D4作起动元件,二极管V9是D4输入保护二极管,通常CMOS门电路已有输入保护二极管,只要选择R2使各种情况下经过保护二极管的电流不超过10mA均是安全的,困此V9也可以不要。其工作过程与实施例1类似。
实施例4如图23所示,它与实施例3的区别在于控制元件是控制的振荡波形发生器的输出,V2是作射极跟随器使用,另外一个不同之处是增加了二极管V10、V11及电容C4,因此该电子闪光继电器是交直流两用的,其工作过程与上述实施例相类似。
实施例5如图24所示,这里是用灵敏继电器K2作起动元件,用555时基电路N2作振荡波形发生器,正常C1充足电而使V6导,N2输出0态,SB接通后K2动作,K2接点把C1短接而使V6截止,N2输出振荡方波,V2交替导通与截止,H灯亮、灭闪光,由于闪光时C1充不到V5导通电位,因此V6保持截止,只有SB断开后V6才又导通,闪光继电器停止工作。
通过上述介绍可以看出本发明方案电子闪光继电器可以做得起动电流很小,适合于当前流行的工作电流小的节能指示灯闪光要求,同时由于闪光周期取决于振荡皮形发生器的电容、电阻组成的时间常数参数,不受电源电压高、低和闪光继电器所带负荷大小影响,达到了本发明方案的目的。本发明方案电路构思巧妙,一个门电路顶几个功能,如图20、22中的D1是延时元件的具有起动门坎电压部件,又是振荡波形发生器的一个门电路,又是控制元件。实际生产中只需一片CMOS四与非门电路CD4011和少量电容、电阻这能做成图22、图23所示的起动元件、振荡波形发生器、控制元件。由于CMOS电路输入阻抗极高,因此可以选用价格低的小容量电容和大阻值电阻做延时元件和振荡波形发生器中的阻容元件。整个闪光继电的器件费用只需十几元。并可方便的制成交、直流两用闪光继电器,本发明方案电子闪光继电器是高性能、低成本、制造方便,比已有技术闪光继电器有突出的实质性特点和显著进步。是传统闪光继电器的极好更新换代产品。