Выходной токовый каскад с автоматическим активно-пассивным переключением

Выходной токовый каскад с автоматическим активно-пассивным переключением

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к выходному токовому каскаду с автоматическим активно-пассивным переключением.

Из уровня техники известно множество выходных токовых каскадов. Они обычно представляют собой активные выходные токовые каскады или пассивные выходные токовые каскады.

Активный выходной токовый каскад регулирует выходной ток и обеспечивает энергию выходного тока. Этот активный выходной токовый каскад применим для управления пассивным приемником, как показано на фиг.1а.

Пассивный выходной токовый каскад регулирует выходной ток, а энергия выходного тока обеспечивается извне активным приемником. Этот пассивный выходной токовый каскад применим для управления активным приемником, как показано на фиг.1б.

Соответственно, в случае применения выходных токовых каскадов, всегда необходимо сначала знать, является ли вход, на который должен подаваться ток, активным или пассивным входом.

Тем не менее, часто имеет место неправильное применение, поскольку во многих случаях сразу не ясно, является ли вход, на который должен подаваться ток, активным или пассивным входом.

Кроме того, разработка и создание запасов различных выходных токовых каскадов промышленного назначения связаны с высокими затратами.

Хотя в более современных выходных токовых каскадах объединены два варианта, в таких каскадах по-прежнему используется физическое разделение на два различных выхода, и пользователи должны выбирать соответствующие выходы для использования. Такие выходные токовые каскады применяются, например, в устройствах выделения сигналов МАСХ MCR-EX-SL-RPSSI-I-SP, производимых заявителем. Устройство этого типа также известно из DE 102006024311.

Тем не менее, в этих случаях также имеет место неправильное применение, поскольку часто не ясно, является ли вход, на который должен подаваться ток, активным или пассивным входом.

Дополнительным недостатком таких решений является необходимость использования большего числа клемм, в результате чего увеличивается размер корпуса, тогда как общей тенденцией является уменьшение размеров корпуса.

В свете вышесказанного, в основу изобретения положена задача создания выходного токового каскада, в котором за счет изобретательского замысла преодолен один или несколько из недостатков известного уровня техники.

Решение этой задачи обеспечивается за счет выходного токового каскада, который имеет вход и выход для подсоединения к входу устройства, в которое должен подаваться ток. Выходной токовый каскад дополнительно имеет регулирующую ступень, которая устанавливает выходной ток, и ступень подачи энергии, которая способна обеспечивать энергию выходного тока. Выходной токовый каскад дополнительно имеет первый транзистор, который регулирует выходной ток в пассивном режиме работы, и второй транзистор, который регулирует выходной ток в активном режиме работы, при этом первый транзистор и второй транзистор управляются регулирующей ступенью, а в активном режиме работы ступенью подачи энергии управляют таким образом, чтобы она обеспечивала энергию выходного тока.

Решение задачи также обеспечивается за счет выходного токового каскада, который имеет вход и выход для подсоединения к входу устройства, в которое должен подаваться ток. Выходной токовый каскад дополнительно имеет, регулирующую ступень, которая устанавливает выходной ток, и ступень подачи энергии, которая способна обеспечивать энергию выходного тока. Выходной токовый каскад имеет детектор, который определяет на выходе, действует ли выходной токовый каскад в пассивном или активном режиме работы, и при обнаружении активного режима работы управляет ступенью подачи энергии таким образом, чтобы она обеспечивала энергию выходного тока, а при обнаружении пассивного режима работы энергия выходного тока поступает с входа устройства, в которое должен подаваться ток.

В одном из вариантов осуществления выходного токового каскада регулирующей ступенью является трансформатор напряжения в ток или трансформатор тока в ток.

В одном из вариантов осуществления изобретения выходной токовый каскад рассчитан на биполярную работу.

В еще одном из вариантов осуществления регулирующая ступень содержит операционный усилитель.

В одном из дополнительных вариантов осуществления детектор содержит один или несколько транзисторов.

В еще одном из вариантов осуществления изобретения детектор содержит по меньшей мере один полевой МОП-транзистор.

Далее изобретение будет более подробно описано со ссылкой на чертежи. На чертежах показано:

на фиг.1а - пассивный приемник,

на фиг.1б - активный приемник,

на фиг.2 - вариант проволочных соединений выходного токового каскада согласно изобретению с автоматическим активно-пассивным переключением,

на фиг.3 - дополнительный вариант проволочных соединений выходного токового каскада согласно изобретению с автоматическим активно-пассивным переключением, и

на фиг.4 - еще один вариант проволочных соединений выходного токового каскада согласно изобретению с автоматическим активно-пассивным переключением.

На фиг.2 проиллюстрирован один из вариантов осуществления выходного токового каскада 100 согласно изобретению. Выходной каскад имеет вход IN и выход OUT для подсоединения к входу устройства 200, в которое должен подаваться ток.

Это устройство 200, в которое должен подаваться ток, может являться пассивным, как показано на фиг.1а, или активным, как показано на фиг.1б.

Выходной токовый каскад 100 дополнительно имеет регулирующую ступень ОР1, которая устанавливает выходной ток, и ступень Uv подачи энергии, которая способна обеспечивать энергию выходного тока lout.

Выходной токовый каскад 100 дополнительно имеет первый транзистор Т1, который регулирует выходной ток lout в пассивном режиме работы, и второй транзистор Т2, который регулирует выходной ток lout в активном режиме работы, при этом первый транзистор Т1 и второй транзистор Т2 управляются регулирующей ступенью ОР1, а в активном режиме работы ступенью Uv подачи энергии управляют таким образом, чтобы она обеспечивала энергию выходного тока lout.

Выходной токовый каскад содержит детекторы Т1, Т2, Z1, которые определяют на выходе OUT, действует ли выходной токовый каскад в пассивном или активном режиме работы, и при обнаружении активного режима работы управляет ступенью Uv подачи энергии таким образом, чтобы она обеспечивала энергию выходного тока lout, а при обнаружении пассивного режима работы энергия выходного тока lout поступает с входа устройства 200, в которое должен подаваться ток.

Для ясности далее будет более подробно описан режим работы.

Когда активное устройство 200, схематически проиллюстрированное на фиг.1б, должно быть подсоединено к выходу OUT, выходной ток lout, возбуждаемый источником Uext внешнего напряжения, протекает через выходную нагрузку Rb устройства 200. Оттуда ток поступает через Т1, R1 и D1 и тем самым снова достигает устройства 200. В этом случае выходной ток lout устанавливается детектором Т1.

В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.2, ОР1 входит в состав трансформатора напряжения в ток и, соответственно, регулирующей ступени, которая устанавливает ток посредством Т1 пропорционально напряжению Uin на входе IN.

Поскольку Т2 подсоединен посредством Z-диода Z1, в этом режиме работы блокируется транзистор Т2, т.е. из источника Uv энергии не поступает ток. Соответственно, выходной ток lout протекает через управляемый Т1.

Если к выходу OUT должено быть подсоединено пассивное устройство, как схематически проиллюстрировано на фиг.1а, операционный усилитель ОР1 сначала попытается установить выходной ток с использованием транзистора Т1.

Тем не менее, поскольку приемник не имеет источника тока, последующее размыкание транзистора Т1 не обеспечит ток lout, поскольку он также заблокирован Т2.

Для противодействия этому транзистор дополнительно приводится в действие, а выходное напряжение U повышается в операционном усилителе.

Если выходное напряжение U операционного усилителя ОР1, входящего в состав трансформатора напряжения в ток и, соответственно, регулирующей ступени, преодолевает напряжение пробоя и т.п. Z-диода Z1, проиллюстрированного в качестве примера, регулирование тока может перейти от ступени Uv подачи энергии кТ2.

Затем выходной ток lout, возбуждаемый ступенью Uv подачи энергии, протекает через Т2 и далее посредством выходной нагрузки Rb через полностью транзитно соединенный (разомкнутый) транзистор Т1 и посредством R1 обратно в ступень Uv подачи энергии.

Само собой разумеется, что в качестве транзисторов Т1 и Т2, показанных на чертежах, могут применяться транзисторы различных типов, и, соответственно, их выбор не ограничен биполярными транзисторами, полевыми транзисторами или транзисторами Дарлингтона.

Кроме того, само собой разумеется, что Т1 и Т2 могут являться транзисторами различных типов, т.е. Т1 может являться полевым транзистором, а Т2 - биполярным транзистором.

Вариант осуществления, проиллюстрированный на фиг.3, отличается от варианта осуществления, проиллюстрированного на фиг.2, главным образом тем, что вместо трансформатора напряжения в ток в качестве регулирующей ступени используется трансформатор тока в ток, как явствует из отличающихся проволочных соединений операционного усилителя ОР1.

Кроме того, в варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.4, обеспечивается биполярная работа.

В этом случае Т2 и Т3 образуют биполярный выходной каскад, который устанавливает ток аналогично Т2 на фиг.2 и 3 в активном режиме, т.е. для пассивного устройства 200.

В свою очередь, Т1 устанавливает ток в пассивном режиме, т.е. для активного устройства 200.

Т4 представляет собой переключатель, который включает D1 во время работы в пассивном режиме.

В связи с этим, для транзисторов выбирают такие пороги чувствительности, чтобы транзистор Т3 устанавливал выходной ток lout при отрицательных выходных напряжениях U операционного усилителя ОР1. В этом случае проиллюстрированный выходной ток lout, является отрицательным.

В этом режиме работы, Т1, Т2 и Т4 действуют как блоки.

В отличие от этого, если Т1 устанавливает выходной ток lout в пассивном режиме работы, Т4 является проводящим, а Т2 и Т3 действуют как блоки.

Если Т2 регулирует выходной ток lout в активном режиме работы, Т1 и Т4 являются проводящими, а Т3 действует как блок.

В этом случае пороги чувствительности реализуются в виде Z-диодов в соответствующих выводах базы или узла.

При отрицательном выходном токе lout в активном режиме диод D1 должен быть выключен Т4, поскольку в противном случае D1 замкнет накоротко отрицательный выходной ток lout.

Кроме того, в цепи, проиллюстрированной на фиг.4, транзистор Т1 представляет собой полевой МОП транзистор. Его преимуществом является то, что за счет своего технического решения транзистор пропускает отрицательный выходной ток lout, поскольку он по своей природе оснащен диодной структурой. Этот входящий в конструкцию диод пропускает ток, даже если Т1 заблокирован в основном направлении.

И в этом случае само собой разумеется, что вместо трансформатора напряжения в ток может использоваться трансформатор тока в ток, как показано на фиг.3.

Список позиций

Т1, Т2, Т3, Т4	Транзистор
D1	Диод
Z1	Z-диод
ОР1	Операционный усилитель
IN	Вход
OUT	Выход
lout	Выходной ток
Uin	Входное напряжение
lin	Входной ток
+Uv, -Uv	Напряжение питания
100	Выходной токовый каскад
200	Питаемое устройство

1. Выходной токовый каскад (100), имеющий вход (IN), выход (OUT) для подсоединения к входу устройства (200), в которое должен подаваться ток, регулирующую ступень (T1, T2, Z1), которая устанавливает выходной ток (Iout), и ступень подачи энергии (Uv; Uv, -Uv), которая способна обеспечивать энергию выходного тока (Iout),отличающийся тем, что выходной токовый каскад (100) дополнительно содержит детектор (T1, T2, Z1), который определяет на выходе, действует ли выходной токовый каскад (Iout) в пассивном или активном режиме работы, и при обнаружении активного режима работы управляет ступенью (Uv; Uv, -Uv) подачи энергии таким образом, чтобы она обеспечивала энергию выходного тока (Iout), a при обнаружении пассивного режима работы энергия выходного тока (Iout) поступает с входа устройства (200), в которое должен подаваться ток.

2. Выходной токовый каскад по п.1, в котором регулирующей ступенью является трансформатор напряжения в ток или трансформатор тока в ток.

3. Выходной токовый каскад по п.1, отличающийся тем, что выходной токовый каскад рассчитан на биполярную работу.

4. Выходной токовый каскад по п.1, отличающийся тем, что регулирующая ступень содержит операционный усилитель (ОР1).

5. Выходной токовый каскад по п.1, отличающийся тем, что детектор содержит один или несколько транзисторов (T1, T2; T1, T2, Т3, Т4).

6. Выходной токовый каскад по любому из предшествующих пунктов 1-5, отличающийся тем, что детектор содержит по меньшей мере один полевой МОП-транзистор (Т4).