Ключ (электротехника)

Ключ схема

Механические ключи служат для непосредственного управления цепью, так как диэлектрический рычаг механического ключа обычно напрямую связан с токоведущими частями ключа. Применяются обычно в случае, когда не требуется отделять управляемую цепь.

  • Выключатели освещения
  • Пакетные выключатели
  • Тумблеры
  • Переключатели различных конструкций: галетные, клавишные, движковые и др.

Электромагнитные

Электромагнитные ключи служат для дистанционного управления, управления высоковольтными цепями (в случаях, когда опасно управлять напрямую механическим ключом), гальванической развязки между устройством управления и нагрузками, синхронного управления несколькими цепями от одного сигнала.

Для защиты управляющей цепи от импульса самоиндукции, возникающей при снятии напряжения с обмотки, параллельно ей включают диод в направлении, обратном полярности управляющего напряжения. Данный способ неприменим при использовании обмотки, питаемой переменным током.

Электронные

Электронные ключи основаны на работе биполярных транзисторов. Когда на базе транзистора «0» относительно эмиттера, транзистор «закрыт», ток через него не идёт, на коллекторе всё напряжение питания (сигнал высокого уровня — «1»). Когда на базе транзистора «1», он «открыт», возникает ток коллектор-эмиттер и падение напряжения на сопротивлении коллектора, напряжение на коллекторе, а с ним и напряжение на выходе, уменьшается до низкого уровня «0».

Также возможно использование полевых транзисторов. Принцип их работы схож с принцип работы электронных ключей на биполярных транзисторах. Цифровые ключи на полевых транзисторах потребляют меньший ток управления, обеспечивают гальваническую развязку входных и выходных цепей, однако быстродействие их ниже по сравнению с биполярными.

Неуправляемые

  • Диод

Управляемые

  • Электронная лампа
  • Тиристор
  • Симистор
  • Транзистор

Транзисторный ключ — токовый ключ, выполненный на одном или нескольких транзисторах, работающих в ключевом режиме. Изменение электропроводности транзистора, обусловливающее переключение тока в нагрузке, обеспечивается подачей на его базу управляющего напряжения (сигнала) определённой полярности и уровня. Нагрузка, подключённая к транзисторному ключу, оказывается зашунтированной большим или малым сопротивлением транзистора. В ключевом режиме могут работать как обычные (полевые и биполярные) транзисторы, так и транзисторы, специально разработанные для работы в ключевом режиме (IGBT-транзисторы).

Нюансы графической маркировки

Эта вольт-амперная характеристика строится по двум точкам 1 и 2 рис. При изменении тока в пределах активной двухполюсник эквивалентный источник отдает энергию во внешнюю цепь участок I вольт-амперной характеристики на рис. Схема электрической цепи Вопросы Каково назначение источника тока в электрической цепи? Чтобы избежать искрения, в электрическую цепь добавляются дроссели, а в выключатель устанавливают контакты специального вида.

Для того, чтобы понять как будет работать система при переключении контакта необходимо мысленно переместить элемент контакта, от одной линии связи к другой.

Первую используют как в статическом режиме, так и при медленно изменяющихся процессах. Для того, чтобы все эти вещи взаимодействовали, нужно построить электрическую цепь, с помощью которой энергия будет доставляться потребителям от источника тока.

Упражнение 23 Мы уже выяснили, что для использования электроэнергии нужны такие вещи, как источник тока, проводники, приборы и т.

На этом и основано действие выключателей.

Чтобы в цепи был ток, она должна быть замкнутой.

Схема электрической цепи нужна прежде всего при сборке любого электрического прибора, и при эксплуатации без нее тоже не обойтись. Важными в этом плане являются специальные детали схем, которые обладают сопротивлением, что характеризуется вольт-амперной зависимостью, поскольку они взаимно влияют друг на друга.
Как проверить полевой транзистор с помощью тестера.

Пример работы

Давайте рассмотрим более детально, как функционирует простой транзисторный ключ. Коммутируемый сигнал передаётся с одного входа и снимается с другого выхода. Чтобы запереть ключ, на затвор транзистора используют подачу напряжения, которое превышает значения истока и стока на величину, большую в 2-3 В. Но при этом следует соблюдать осторожность и не выходить за пределы допустимого диапазона. Когда ключ закрыт, то его сопротивление относительно большое – превышает 10 Ом. Такое значение получается благодаря тому, что дополнительно влияет ещё и ток обратного смещения p-n перехода. В этом же состоянии емкость между цепью переключаемого сигнала и управляющим электродом колеблется в диапазоне 3-30 пФ. А теперь откроем транзисторный ключ. Схема и практика покажут, что тогда напряжение управляющего электрода будет близиться к нулю, и сильно зависит от сопротивления нагрузки и коммутируемой характеристики напряжения. Это обусловлено целой системой взаимодействий затвора, стока и истока транзистора. Это создаёт определённые проблемы для работы в режиме прерывателя.

В качестве решения данной проблемы были разработаны различные схемы, которые обеспечивают стабилизацию напряжения, что протекает между каналом и затвором. Причем благодаря физическим свойствам в таком качестве может использоваться даже диод. Для этого его следует включить в прямое направление запирающего напряжения. Если будет создаваться необходимая ситуация, то диод закроется, а р-n-переход откроется. Чтобы при изменении коммутируемого напряжения он оставался открытым, и сопротивление его канала не менялось, между истоком и входом ключа можно включить высокоомный резистор. А наличие конденсатора значительно ускорит процесс перезарядки емкостей.

↑ Схема простейшего кодового замка на реле

Принцип работы замка очень прост. На рисунке представлена схема замка в исходном положении при открытой двери.
При закрытии двери геркон замыкается и питание подается через нормально замкнутые контакты Р1 на нормально разомкнутые контакты Р2 (второе реле). Реле Р2 — Р5 включены по схеме самоподхвата.

В наборе кода участвуют кнопки КЛ2 — КЛ5. При нажатии кнопки КЛ2 запитывается реле Р2, и соответственно реле получает питание, и ее контакты замыкаются. При отпускании КЛ2 реле продолжает питаться через собственные контакты. Дальше питание поступает на контакты реле Р3 и таким-же образом до реле Р5. При замыкании контактов реле Р5, питание поступает, но исполняющее устройство (в моем случае это электромагнитная защелка, но может быть и высоковольтное реле, при питании механизма замка от 220В.)

Есть еще кнопки КЛ1 и КЛ6. При нажатии кнопки КЛ1 обесточивается вся дальнейшая схема, все реле сбрасываются в начальное положение. Паралельно КЛ1 включаются все свободные кнопки наборной панели.
Кнопка КЛ6 — это открытие замка изнутри помещения. При нажатии КЛ6 поочередно срабатывают реле р5-р4-р3-р2 и продолжают держать свои контакты, пока не откроется дверь (не разомкнется геркон и вся цепь не обесточится. Тоже происходит и при правильном наборе кода, только реле срабатывают в обратном порядке 2-3-4-5).

К относительным недостаткам этого замка можно отнести следующее:
1. Открытие двери и при одновременном нажатии всех «правильных кнопок».
2. Отсутствие резервного источника питания. При пропадании питания — замок не открыть. Хотя зарезервировать можно с помощью акума и еще одной релюшки.
3. Нельзя выбрать код с повторяющимися цифрами, например такой: 2325.

Вот фото моих двух замков. Работают уже больше года без проблем. Главное — придумать кодовую панель, но это уже дело вкуса.

  • Аппараты для коммутации цепей управления: кнопки, выключатели и переключатели.
  • Проходной выключатель.
  • Хлопковые выключатели для дома (недоступная ссылка) .
  • «Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов» Рожкова Л. Д., Козулин В. С. — 3-е изд., перераб. и доп. — М. : Энергоатомиздат, 1987. — 648 с.: ил. ББК 31.277.1 Р63
Читайте также  Динамический плотномер д 51
Электрические ключи на Викискладе

Что такое wiki.moda Вики является главным информационным ресурсом в интернете. Она открыта для любого пользователя. Вики это библиотека, которая является общественной и многоязычной.

Основа этой страницы находится в Википедии. Текст доступен по лицензии CC BY-SA 3.0 Unported License.

Самостоятельное программирование ключа

Метод, как прописать ключ в домофон состоит, исключительно, в записи данных индивидуального идентификатора. Она внедряется в память устройства, которое контролирует дверь. Чтобы осуществить данное действие самому, надо обладать непосредственным доступам к имеющимся функциям.

Специалисты, занимающиеся организацией домофона в доме, должны осуществить перепрограммирование, изменить коды, установленные на заводе. Также они обязаны проверить всю информацию, касающуюся работы устройства.

Если подобная работа проделана, пути перепрограммирования ключа с помощью привычных комбинаций просто не сработают. Но большое число устройств на двери могут откликнуться на заводские коды, разрешает привести в активность другие функции, касающиеся обслуживания.

Интеллектуальные ключи. Вопросы и ответы

Интеллектуальные ключи используются для коммутации питания ИС, отдельных цепей и частей схемы. Они оказываются полезными как с точки зрения уменьшения потребления, так и с точки зрения возможности использования нескольких уровней питающих напряжений. В данной статье, построенной в виде вопросов и ответов, рассматривается техническая реализация интеллектуальных ключей, обсуждаются их основные особенности и преимущества. При этом речь идет об интеллектуальных ключах, предназначенных для работы с умеренными напряжениями и токами (десятки Вольт – единицы Ампер), и которые изготавливаются в рамках стандартной КМОП-технологии. При этом на рынке присутствуют интеллектуальные ключи, способные коммутировать более высокие напряжения и токи.

Что из себя представляет коммутатор нагрузки?

Говоря простым языком, коммутатор нагрузки представляет собой электронный ключ, который осуществляет коммутацию питания микросхем, групп микросхем или отдельных частей схемы.

Многие микросхемы имеют специальный вывод, который позволяет перевести микросхему в режим ожидания. В ряде случаев ИС поддерживают различные режимы пониженного потребления, которые можно активизировать программно. Зачем же нужно коммутировать питание ИС?

Да, в большинстве современных микросхем реализованы подобные функции, но бывают случаи, когда требуется сэкономить как можно больше энергии за счет полного отключения отдельных частей схемы. Речь идет, например, о цепях подтяжки, портах ввода/ вывода ИС, резистивных делителях или даже о дискретных транзисторах, которые могут становиться причинами утечек. Дело в том, что перевод микросхемы в режим ожидания отключает только саму микросхему, а цепи обвязки с пассивными компонентами будут продолжать потреблять. Кроме того, существуют системы с несколькими уровнями питающих напряжений, в которых последовательность включения и выключения питания имеет решающее значение (подробнее об этом рассказывается ниже). В таких случаях коммутация нагрузок позволяет разработчику устанавливать требуемый порядок подачи различных уровней напряжений питания.

Как осуществить коммутацию питания?

Базовая схема коммутации относительно проста и содержит силовой МОП-транзистор и драйвер (рис. 1). В данной схеме предполагается, что ток течет от истока к стоку. Включение и выключение МОП-транзистора осуществляется с помощью драйвера, который формирует на затворе управляющий сигнал с требуемыми параметрами тока и напряжения. Драйвер отвечает за то, чтобы транзистор включался и выключался полностью и максимально «чисто».

Рис. 1. В принципе, все, что требуется для коммутации питания нагрузки с помощью цифрового сигнала управления – это МОП-транзистор (верхний ключ) и соответствующий драйвер (нижний ключ)

Электронные ключи являются идеальной заменой для механических выключателей?

Нет, электронные ключи не являются идеальной заменой для механических переключателей, но существующие между ними различия оказываются некритичными в большинстве приложений. Сопротивление контактов замкнутого механического переключателя составляет единицы мОм или даже меньше, а в разомкнутом состоянии сопротивление стремится к бесконечности. Электронный ключ в замкнутом состоянии имеет сопротивление единицы и десятки мОм, а в разомкнутом состоянии на уровне единиц МОм. В то же время, в большинстве случаев использование электромеханических переключателей (в частности, реле) оказывается непрактичным с точки зрения размера, веса, скорости и конечной стоимости электронной схемы и печатной платы.

Какие трудности возникают при использовании обычных МОП-транзисторов для коммутации нагрузки?

Во-первых, как отмечалось выше, МОП-транзистор нуждается в правильно спроектированном драйвере, так как затвор большинства полевых транзисторов не может напрямую управляться низковольтным цифровым выходом. Кроме того, выходного/ входного тока стандартных портов ввода/ вывода также не всегда хватает для управления транзистором.

Во-вторых, схема, состоящая из одного МОП-транзистора, не защищает от многих негативных явлений, возникающих на линиях питания. Речь идет о помехах, генерируемых источником питания или нагрузкой, коротких замыканиях и ВЧ-шумах. Наконец, приведенная на рис. 1 схема управления затвором обеспечивает только включение и выключение транзистора, но не позволяет эффективно задавать скорость переходных процессов коммутации. То есть, для некоторых приложений скорость включения/выключения окажется слишком высокой, а для других слишком низкой.

В-третьих, несмотря на кажущуюся простоту, даже элементарная схема, состоящая из транзистора и драйвера, требует времени на проработку. Разработчик должен определить ключевые параметры схемы, задать минимальные и максимальные значения, выполнить анализ надежности с учетом требуемой производительности и условий эксплуатации.

Существует ли альтернатива?

Производители интегральных микросхем заметили потребность рынка и создали специализированные интегральные решения – интеллектуальные ключи, которые не только выполняют коммутацию нагрузки, но и реализуют множество других полезных функций, обеспечивая при этом простоту использования.

Что такое интеллектуальный ключ?

Интеллектуальный ключ – это интегральный компонент, который позволяет осуществлять коммутацию питания нагрузки с помощью низковольтного цифрового выхода (например, порта ввода/ вывода микроконтроллера).

Трудно ли использовать интеллектуальный ключ?

Нет, на самом деле работать с ними очень просто. Обычные интеллектуальные ключи имеют четыре вывода: вывод для подключения входной шины питания, вывод для подключения выходной шины питания, земля, вход управления (рис. 2). Интеллектуальные ключи объединяют в одном корпусе МОП-транзистор, драйвер, а также другие функциональные блоки. При этом их габариты оказываются весьма компактными. Некоторые интеллектуальные ключи требуют размещения дополнительных развязывающих конденсаторов на силовом входе и выходе.

Рис. 2. Интегральный интеллектуальный ключ имеет четыре вывода и отличается максимально простой схемой включения

Какие дополнительные функции могут выполнять интеллектуальные ключи?

Интеллектуальные ключи имеют множество дополнительных возможностей, которые с одной стороны повышают их функциональность, а с другой стороны не требуют каких-либо усилий от пользователя и мало влияют на габариты. В частности интеллектуальные ключи контролируют скорость нарастания и спада выходного сигнала, обеспечивают защиту от различных негативных факторов (перенапряжений, перегрузок по току, перегрева и т.д.), выполняют мониторинг аварийных ситуаций (рис. 3).

Рис. 3. Интеллектуальные ключи кроме коммутации нагрузки способны выполнять и множество других дополнительных функций

Какие преимущества дает использование интеллектуальных ключей?

Существует несколько важных преимуществ:

  • Драйвер, интегрированный в микросхему интеллектуального ключа, управляет зарядом и разрядом затвора МОП-транзистора, обеспечивая тем самым контроль скорости нарастания/ спада при включении/ выключении ключа. Это оптимизирует работу МОП-транзистора, позволяет избежать перерегулирования и звона, а также уменьшить уровень генерируемых электромагнитных помех.
  • Кроме того, контроль скорости включения МОП-транзистора предотвращает просадку напряжения питания при коммутации значительной емкостной нагрузки. Просадка напряжения может стать серьезной проблемой, если другие устройства, подключенные к данной шине питания, должны оставаться в рабочем состоянии при выполнении коммутации.
  • Интеллектуальные ключи могут предлагать широкий выбор защитных функций, в том числе защиту от перегрева, защиту от перенапряжения, защиту от перегрузки по току, защиту от обратной полярности и т.д. Эти функции способствуют повышению общего уровня безопасности.
  • Некоторые интеллектуальные ключи имеют функцию подтяжки выхода (разряда выхода). Она реализуется с помощью встроенного резистора, подключаемого между выходом и землей. Данная функция активируется при выключении устройства. При этом заряд, накопленный на выходе, плавно уменьшается, тем самым удается избежать ложных включений нагрузки.
Читайте также  Фуганок это

Последняя функция не всегда полезна. Если выход интеллектуального ключа подключен к аккумулятору, то при наличии функции подтяжки выхода аккумулятор начнет разряжаться через резистор. Так ли это?

Да, это правда. Проблема решается двумя способами: одни производители позволяют отключать эту функцию, а другие предлагают два варианта исполнения интеллектуального ключа – с функцией подтяжки выхода и без нее.

Какие еще преимущества дают интеллектуальные ключи?

Используя несколько интеллектуальных ключей, можно независимо коммутировать питание отдельных частей схемы с помощью цифровых выходов (например, портов ввода/ вывода микроконтроллера) (рис. 4). При этом коммутация потребителей будет производиться в соответствии с требуемой последовательностью и с заданными задержками. Таким образом, интеллектуальные ключи способны выступать в качестве силовых вентилей в масштабируемой и эффективной системе управления питаниям.

Рис. 4. Используя несколько интеллектуальных ключей, можно напрямую управлять временем и очередностью включения отдельных частей схемы. Это имеет большое значение для сложных систем, использующих несколько уровней питающих напряжений

На какие основные параметры следует обратить внимание при выборе интеллектуального ключа?

Параметры интеллектуальных ключей во многом аналогичны параметрам МОП-транзисторов:

  • Сопротивление во включенном состоянии (Ron) определяет падение напряжения и позволяет рассчитать мощность, рассеиваемую на ключе. Типовые значения сопротивления составляют около 10 мОм.
  • Максимальное напряжение (Vin) и максимальный ток (Imax) определяют максимальную нагрузочную способность интеллектуального ключа;
  • Ток собственного потребления (Quiescent current) – ток, который потребляет ключ во включенном состоянии. Собственное потребление интеллектуального ключа обычно пренебрежимо мало по сравнению с мощностью, которую потребляет нагрузка.
  • Ток в выключенном состоянии – ток утечки, который поступает в нагрузку, когда интеллектуальный ключ находится в разомкнутом состоянии.
  • Другими важными характеристиками могут стать: корпусное исполнение, доступные поставщики, дополнительные специальные функции, например, функция подтяжки выхода, о которой говорилось выше и др.

Заключение

Интеллектуальные ключи представляют собой компактные, удобные и простые в использовании компоненты, которые позволяют решать многие проблемы на системном уровне, включая увеличение срока службы аккумулятора, уменьшение уровня рассеиваемого тепла, точное управление временем и последовательностью включения/ выключения нагрузок. Достоинством интеллектуальных ключей также является невысокая стоимость.

Классификация

Выключатели можно классифицировать следующим образом:

  1. по числу фиксированных положений контактов:
    • двухпозиционные («включен» и «отключен»):
      • с нормально-замкнутыми контактами;
      • с нормально-разомкнутыми контактами;
    • многопозиционные (как правило, переключатели, имеющие более двух фиксированных положений своих контактов);
  2. по рабочему напряжению:
    • низковольтные ( до 1000 вольт );
    • высоковольтные ( выше 1000 вольт );
  3. по рабочему току;
  4. по отключаемому току короткого замыкания;
  5. по способу управления приводом:
    • местного управления (как правило, выключатели, имеющие ручной привод);
    • дистанционного управления (выключатели, имеющие, помимо ручного, ещё и механический привод. Здесь стоит отметить, что не все виды выключателей можно включить или отключить вручную);
  6. по типу привода:
    • выключатели с ручным приводом;
    • выключатели с пневматическим приводом;
    • выключатели с электромагнитным приводом;
    • выключатели с электромеханическим приводом;
    • выключатели с механическим приводом;
    • выключатели с магнитным приводом (геркон);
    • автоматические выключатели (которые, помимо ручного привода, имеют один или несколько приводов, приводимых в действие расцепителями автоматической защиты);
  7. по способу установки:
    • открытого исполнения (то есть, выключатели, допускающие установку на открытом воздухе без защиты от атмосферных осадков);
    • закрытого исполнения (то есть, выключатели, которые не допускается устанавливать на открытом воздухе);
  8. по степени влаго-, пыле- и взрывозащищённости (IP);
  9. по климатическому исполнению;
  10. по наличию или отсутствию дугогасящих устройств:
    • без специальных устройств дугогашения (как правило, слаботочные выключатели и переключатели или выключатели, в которых наличие дугогасящих устройств конструктивно не предусмотрено, например рубильники, разъединители);
    • со специальными устройствами дугогашения (выключатели, в задачу которых входит отключение цепей под большой токовой нагрузкой, в том числе и при возникновении короткого замыкания, вследствие отключения которых велик риск образования электрической дуги);
  11. по способу гашения дуги или по виду дугогасящих устройств:
    • воздушные выключатели:
      • с дугогасительными камерами магнитного дутья;
      • с дугогасительными камерами газового дутья;
    • масляные выключатели:
      • с дугогасительными камерами магнитного дутья;
      • с дугогасительными камерами масляного дутья;
    • маломасляные выключатели;
    • вакуумные выключатели;
  12. по характеру дугогасящей среды:
    • воздух;
    • элегаз;
    • вакуум;
    • трансформаторное масло;
  13. по материалу и исполнению коммутирующих контактов:
    • цельнометаллические контакты;
      • медные;
      • латунные;
      • серебряные;
    • цельнометаллические контакты с напылениемдрагоценных металлов:
      • с серебряным напылением;
      • с золотым напылением;
    • металло-керамические контакты:
      • контакты, выполненные из сплава технического серебра с гранулированным керамическим наполнителем методом порошковой металлургии;
    • жидкие контакты:
      • ртутный контакт. Например, в выключателях, реагирующих на изменение положения в пространстве, жидким контактом является капля ртути, которая, попадая между электродами, замыкает электрическую цепь (газовое реле);
      • контакт, роль которого выполняет любая токопроводящая жидкость. Например, в датчиках уровня вода, попадая между электродами, замыкает электрическую цепь.

Бытовой выключатель [ | ]

Бытовой выключатель — это двухпозиционный коммутационный аппарат с нормально-разомкнутыми контактами, предназначенный для работы в сетях с напряжением до 1000 вольт , не предназначенный для отключения токов короткого замыкания, без специальных устройств дугогашения, местного управления, с ручным приводом.

Остальные характеристики этого выключателя, такие как рабочий ток, степень влаго-, пыле- и взрывозащищённости (IP), климатическое исполнение, способ установки, материал контактов — определяются производителем и зависят от конкретной модели.

Более того, для бытового выключателя актуально конструктивное исполнение:

  • для внутренней установки (встраиваемым в стену, для скрытой проводки);
  • для внешней установки (устанавливаемым на стену, для открытой проводки).

В основном применяются для включения и выключения освещения (люстр, плафонов). Для этой же цели в продаже появились выключатели с плавным управлением освещённости: светорегуляторы, диммеры, триммеры.

Акустический выключатель [ | ]

Акустический выключатель — электрический выключатель, управляемый звуком.

Типы акустических выключателей:

  1. выключатели, реагирующие на шум. Такой выключатель включает свет при появлении шума в помещении. Применяется в подъездах и коридорах для экономии электроэнергии;
  2. выключатели, реагирующие на хлопок. Такой выключатель применяется в квартирах, удобен для применения в спальнях;
  3. выключатели, реагирующие на слова. Такой выключатель реагирует на определённое слово или тон голоса.