Устройство защиты от перенапряжения (его варианты)

 

1Устройство защиты от перенапряжения , содержацее транзистор, включенный промежутком коллектор-эмиттер между соответствующими входным и выходным. выводами , резистор и опорный элемент, о т л и ч а ю щ е|е с я тем, что, с целью уменьшения потерь мощности и напряжения в нормальном режиме работы, в него введены генератор тока, два нелинейных элемента, генератор переменного напряжения , усилитель мощности, выпрямитель и фильтр низкой частоты, выход которогчэ соединен с базой тран . зистора и с точкой соединения двух указанных нелинейных элемента, включенных последовательно с генератором тока, свободный, вывод которого под ключен к коллектору транзистора, и с опорным элементом, свободный вывод которого подключен к общей шине, генератор переменного напряжения включен между общей шиной и одним из выводов резистора, другой вывод которого подключен к коллектору транзистора, питающий вывод генератора переменного напряжения подключен к точке соединения нелинейного элемента и опорного элемента, а выход генератора переменного напряжения подключен к входу усилителя мсяцности , включенного последовательно с выпрямителем и фильтром низкой частоты, причем питающие выводы выпрямителя и усилителя мощности подключены к эмиттеру транзистора. to о. 00 о 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕЖИХ

РЕСПУБЛИК

Q% (И) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . Н AB TOPCHONhi GNlgTEllbCTRV.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИ ГЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И OfHPbffHA (21) 3396065/24 07 (22) 17.02.82 (46) 30.05 ..83. Бюл. Р 20 (72) Н.В.Воробьев, В.Н .Ануфриев и A.Ë.ÂHëüñîí (71) Московский институт электронной техники (53) 621. 316. 722 ° 1 (088. 8)

:(56.) 1. Ромаш Э.М., Источники вторичного электропитания радиоэлектронной . аппаратуры. И,, Изд-во "Радио-и связь", 1981, с. 113

2. Патент Ct)lA 9 4202023, кл. 361 18. (54) УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯ

ЖЕНИЯ. (El. O ВАРИАНТЫ ). . (57) ).Устройство защиты от перенапряжения, содержащее трайзистор, включенный промежутком коллектор-эмит тер между соответствующими входным и выходным . выводами, резистор и опорный. элемент, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения потерь мощности и напряжения в нормальном режиме работы, в него введены генератор тока, два нелинейных

3(5)) 05 F 1/58; Н 02 Н 7 12 элемента, генератор переменного напряжения, усилитель мощности, выпрямитель и.фильтр низкой частоты, выход которого соединен с базой тран.зистора и с точкой соединения двух укаэанных нелинейных элемента, включенных последовательно с генератором тока, свободный, вывод которого подключен к коллектору транзистора„ и . с опорным элементом, свободный вывод которого подключен к общей шине, te- нератор переменного напряжения включен между общей шиной и одним иэ выводов резистора, другой вывод которого подключен к коллектору транзистора, питающий вывод генератора переменного.напряжения подключен к @ точке соединения нелинейного элемента и опорного элемента, а выход генератора переменного напряжения подключен к входу усилителя мощности, включенного последовательно с выпрямителем и фильтром низкой частоты, причем питающие выводы выпрямителя и усилителя мощности подключены к эмиттеру транзистора.

1020808

2. Устройство защиты от перенапряжения, содержащее трайзистор, включенный промежутком коллектор-. эмиттер между соответствующими входным и выходным выводами, резистор и опорный элемент, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью уменьшения потерь мощности и напряжения в нормальном режиме работы, в него введены нелинейный элемент, генератор переменного напряжения, усилитель мощности, выпрямитель и фильтр низкой частоты, выход которого подключен к базе транзистора и к одному из выводов нелинейного элемента, включенного последовательно с опорным элементом, сво30

Изобретение относится к электротехнике, в частности к схемам защиты электрических линий, машин и приборов и может быть использовано в системах защиты электронной аппаратуры от перенапряжений в первичном источнике питания.

Известно устройство защиты от перегр; зки, которое содержит блок регулирования тока, образованный транзистором, включенным последовательно с токоограничительным резистором и блок управления 1 .

Наиболее близким по технической сущности является устройство защиты от перенапряжения, содержащее транзистор, включенный промежутком коллектор-эмиттер между соответствующим входным и выходным выводами, резистор и опорный элемент. j2 ).

Недостатками устройств является большое (порядка единиц вольт ) падение напряжения на защите, из-за чего необходимо вибирать напряжение источника питания на соответствующее число вольт выше, чем требуется для нормальной работы нагрузки.

Цель изобретения - уменьшение потерь мощности и напряжения на устройстве защиты в нормальном режиме его работы.

Поставленная цель достигается тем, что, в устройство защиты от перенапряжения, содержащее транзистор, включенный промежутком коллек" тор-эмиттер между соответствующими входным и выходным выводами, резистор и опорный элемент, введены генератор тока, два нелинейных элемента, генератор переменного напряжения, усилитель мощности, выпрямитель и фильтр низкой частоты, выход которого соединен с базой транзистора и с точкой соединения двух указан5 !

О

25 бодный вывод которого подключен к общей шине, а к точке соединения нелинейного и опорного элементов подключвн питающий вывод генератора переменного напряжения, включенного между общей шиной и одним из выводов резистора, другой вывод которого подключен к коллектору транзистора, а выход генератора переменного напряжения подключен к входу усилителя мощности, включенного последовательно с выпрямителем и фильтром низкой частоты, причем питающие выводы выпрямителя и усилителя мощности подключены к коллектору транзистора. ных нелинейных элемента, включенных последовательно с генератором тока, свободный вывод которого подключен к коллектору транзистора, и с опорным элементом, свободный вывод которого подключен к общей шине, генератор переменного напряжения включен между общей шиной и одним из выводов резистора, другой вывод которого подключен к коллектору транзистора, питающий вывод генератора переменного напряжения подключен к точке соединения нелинейного элемента и опорного элемента, а выход генератора переменного напряжения подключен к входу усилителя мощности, включенного последовательно с выпрямителем и фильтром низкой частоты, причем питающие выводы выпрямителя и усилителя мощности подключены к эмиттеру транзистора.

Кроме того, в устройство защиты от перенапряжения введены нелинейный элемент, генератор переменного напряжения, усилитель мощности,выпрямитель и фильтр низкой частоты, выход которого подключен к базе транзистора и к одному из выводов нелинейного элемента, включенного последовательно с опорным элементом, свобвдный вывод которого подключен к общей шине, а к точке соединения нелинейного,и опорного элементов подключен питающий вывод генератора переменного напряжения, включенного между общей шиной и одним из выводов резистора, другой вывод которого подключен к коллектору транзистора, а выход генератора переменного напряжения подключен к входу усилителя мощности включенного последовательно с выпрямителем и фильтром низкой частоты, причем питающие выводы выпрямителя и усилителя мощности подклю чены к коллектору транзистора.

1020808

На Фиг.1 представлена функциональная схема первого варианта устройства; на фиг.2 - второго варианта устройства; на фиг.3 - пример реали".. зации принципиальной схемы первого варианта устройства. 5

Оба варианта устройства решают задачу принципиально одним и тем же путем, а именно обеспечением насыщенного режима работы транэйстора при нормальном режиме работы устрой- 0 ства .защиты, и переходом от насы-щенного режима к -активному когда на вход устройства защиты поступает позы. щенное напряжение (перенапряжение ) при обеспечении параметрической 35 стабилизации выходного напряжения на уровне, еще допустимом для нагрузки.

Между входным выводом 1 первого варианта устройства защиты (фиг.1) и 20 его выходным выводом 2 включен промежутком коллектор-эмиттер транзистор

3. Между коллектором транзистора

3 и общей шиной устройства последовательно включены генератор 4 тока, 25 первый нелинейный элемент 5, второй нелинейный элемент 6 и опорный элемент ?, к точке соединения второго нелинейного элемента б и опорного элемента 7 подключены питающий вывод генератора 8 переменного напряжения, выход генератора 8 переменного напряжения соединен с входом усилителя

9 мощности, к выходу которого подключен вход выпрямителя 10, общая точка выпрямителя 10 и питающий вывод усилителя 9 мощности соединены с эмиттером транзистора 3, выход выпрямителя 10 соединен с входом фильтра

11 низкой частоты, выход которого соединен с базой транзистора 3 и точ- 40 кой соединения двух нелинейных элементов 5.и 6, резистор 12.

Устройство защиты, выполненное по первому варианту (фиг.1) работает следующим образом.. 45

-После появления на входе 1 устройства защиты номинального напряжения источника питания (с учетом его допус ков ), генератор 4 тока через нелинейный элемент 5 задает ток базы транзистора 3, благодаря чему на выходе

2 устройства защиты появляется напряжение, меньшее напряжения источника питания на 1,2- 1,5 В, но достаточное для работы элементов 9, 10 и 11.

Одновременно. через резистор 12 напряжение источника литания подается на генератор 8 переменного напряжения, выходное напряжение которого поступает на усилитель 9 мощности, с выхода которого переменное напряже- 60 ние поступает на вход выпрямителя 10.

Поскольку общая точка выпрямителя

10 подключена к выходу устройства за-. щиты, на выходе выпрямителя 10 появляется напряжение, превышающее нап-Ряжение источника питания . Напряжение с выхода выпрямителя 10 пройдя через фильтр низких частот 11, обеспечивает ток базы транзистора 3, достаточный для глубокого насыщения транзистора 3. В результате в установившемся режиме на выходе устройства защиты получается напряжение эык ил UK3 foe где 0„„ — напряжение источника питания

0 „ — напряжение на промежутке коллектор-эмиттер насыщенного транзистора.

В зависимости от тока нагрузки, коэффициента насыщения и типа транзистора величина U ц„с. составляет

0,05-0,3 В. Поскольку в установившемся режиме на. базе транзистора

3 устанавливается напряжение 0 - ) + ип кэ нас

+ 0 „, большее Ои„, нелинейный элемент 5 отключает генератор 4 тока. Сумма падений напряжений на опорном элементе ? и нелинейном элементе б выбирается больше, чем U „ + ип max

+0< „„, поэтому ток с выхода фильтра 11 йоступает в базу тРанзистора.

3 и не ответвляется в цепь нелинейного элемента б и опорного элемента

7.

Таким образом, если напряжение истчоника питания лежит в пределах допуска номинального значения, то оно передается в нагрузку с уменьшением всего на 0,05-0,3 В.

Если на вход устройства защиты ,подается напряжение, превышающее максимально допустимое значение, . открывается нелинейный элемент 5 и на базе транзистора 3 фиксируется потенциал, равный сумме падений напряжений на опорном элементе 7 и нелинейном элементе 6. Эта сумма выбирается на уровне предельно допустимого напряжения на нагрузке плюс падение напряжения на промежутке базо-эмиттер транзистора 3. В этой ситуации транзистор 3 переходит иэ насыщенного режима в активный режим при фиксированном потенциале базы, т.е. работает как известный линейный стабилизатор, поскольку нагрузка не отличается, на транзисторе рассеивается избыточная мощность, поэтому для него необходимо предусмотреть соответствующий .рациатор. После уменьшения напряжения источника питания до номинального значения транзистор 3 опять переходит в режим насыщения и схема работает так, как описано выше. йелинейный элемент 6 защищает устройство защиты от перемены полярносre9 полюсов источника. питания.

Если напряжение источника питания меньше 3-4 В, то схема выполненная по первому варианту, может не войти в установившийся режим, при

1020808

13 котором транзистор 3 работает в насы щенном режиме. В этом случае необходимо использовать второй вариант устройства защиты (фиг. 2 ).

Между входом 13 второго варианта устройства защиты и его выходом

14 включен промежутком коллекторэмиттер транзистор 15. Между базой ,транзистора 15 и общей точкой устройст . ва защиты последовательно включены нелинейный 16 и опорный 17 элементы, последовательно включены генератор

18 переменного напряжения, усилитель

19 мощности, выпрямитель 20 и фильтр

21 низкой-частоты, выход последнего соединен с базой транзистора 15, шина питания генератора 18 переменного напряжения подключена к точке соеди.нения нелинейного 16 и опорного 17 элементов и с резистором 22, второй вывод которого подключен к коллекто ру транзистора 15, общая точка выпря мителя 20 и шина питания усилителя

19 мощности подключены к коллектору транзистора 15.

Второй вариант устройства защиты отличается от первого отстутствием генератора 4 тока и нелинейного элемента 5, выполняющих функцию запуска первого варианта устройства защиты, так как эта функция автоматически реализуется в цепи

18-19-20-21 благодаря подключению общей точки выпрямителя 20 и шины питания усилителя 19 мощности к коллектору транзистора 15.

Кроме того, во втором варианте устройства защиты обеспечивается больший коэффициент насыщения транзистора 15 и, следовательно, меньшее:. значение 0„ „ . Второй вариант устройства защиты работает так же, как и первый.

Оба варианта устройств защиты могут использоваться при положительном и отрицательном напряжении ис10 точника питания с использованием соответственно п-р-п и р-п-р транзисторов и необходимого включения нелинейных и опорного элементов.

На фиг.2 показана принципиальная схема первого варианта устройства защиты, предназначенная для защиты

ТТЛ-зонда, подключаемого непосредственно к истонику питания электронных схем, выполненных на интегральных болтах схемах ТТЛ-типа.

Применение предлагаемого устройст» ва защиты нагрузки от перенапряжения обеспечивает снижение потерь мощности первичного источника питания и уменьшение номинала его напряжения, возможность установки устройств защиты на все конструктивно законченные электронные блоки (типовые элементы замены (T33I. ðåýêoå повышение эксплуатационной надежности электронной аппаратуры.

ТТЛ-зонд, в состав которого входит первый вариант устройства защиты, выполнен в виде экспериментального

35 образца.

1020808

Составитель С.Горбачева редактор О.Сопко Техред Т.Фанта Корректор Л. Бокшан

Заказ 3895/40 Тираж 874 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауиская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óêãoðoä, ул.Проектная,4