Устройство для защиты нагрузки

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ НАГРУЗКИ , содержащее управляемый силовой элемент, выполненный на силовом транзисторе , подключенном коллектором и эмиттером соответственно к входному и выходному вьгоодам, согласующем транзисторе, эмиттером соединенном с базовой цепью, а коллектором через насьпцающий источник - с эмиттером силового транзистора, токозадающем резисторе, подключенном к коллекторному переходу согласуницего транзистора , управляющем транзисторном ключе, подключенном коллектором и эмиттером соответственно к базе -согласующего транзистора и общей шине и диоде, иключенном между выходным выводом и общей шиной, и пороговый датчик входного напряжения, подключенный входом относительно общей шины к входному выводу, о тлич ающе е с я тем, что, с целью повьвпения эффективности защиты путем обеспечения минимального уровня срабатывания защиты при работе под нагрузкой за счет изменения уровня срабатывания защиты при подключенной и отключенной нагрузках, в него введены сравнивающий дифференциальный усилитель с источником опорного напряжения, подключенным относительно общей шины к одной из входных цепей указанного усилителя, пороговый датчик выходного напряжения, подключенный входом относительно общей шины к выходному выводу, делитель напряжения , состоящий из.трех резисторов и включенный между входным выводом и общей шиной, блокирующий транзисторный ключ и согласующий -усилитель , соединенный с питающим входом относительно общей шины с входным выводом , при этом вход указанного усилителя соединен с выходом порогового датчика выходного напряжения, а его выход - с другой входной цепью дифференциального усилителя и с выходом порогового датчика входного напряжения , выходная цепь дифференциального усилителя соединена с базой блокирующего транзисторного ключа, эмиттер которого соединен с общей шиной, а коллектор через средний резистор дели- 1C теля напряжения - с управляющим входом управляющего транзисторного ключа и с тем резистором делителя напряжения , который соединен с общей шиной.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РМ ЦВ

РЕСПУБЛИК ае (u) э(Я) G 05 F 1/58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по делАм изсБРетений v ОткРытий (21) 3531087/24-07 (22) 24.12.82 (46) 23.06.84. Бюл. Ф 23 (72) В.П.Зотов и Л.К.Зотова (53) 621.316.722.1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 902008, кл . С 05 F 1/58, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

9 678477, кл. С 05 F 1/58, 1977. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ НАГРУЗ

КИ, содержащее управляемый силовой элемент, выполненный на силовом транзисторе, подключенном коллектором и эмиттером соответственно к входному и выходному выводам, согласующем

/ транзисторе, эмиттером соединенном с базовой цепью, а коллектором через насыщающий источник — с эмиттером силового транзистора, токозадающем резисторе, подключенном к коллекторному переходу согласующего транзистора, управляющем транзисторном ключе, подключенном коллектором и эмиттером соответственно к базе согласующего транзистора и общей шине и диоде, включенном между выходным выводом и общей шиной, и пороговый датчик входного напряжения, подключенный входом относительно общей шины к входному выводу, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности защиты путем обеспечения минимального уровня срабатывания защиты при работе под нагрузкой за счет изменения уровня срабатывания защиты при подключенной и отключенной нагрузках, в него введены сравнивающий дифференциальный усилитель с источником опорного напряжения, подключенным относительно общей шины к одной из входных це- пей указанного усилителя, пороговый датчик выходного напряжения, подключенный входом относительно общей шины к выходному выводу, делитель на- . пряжения, состоящий из трех резисторов и включенный между входным выводом и общей шиной, блокирующий транзисторный ключ и согласующий усилна тель, соединенный с питающим входом Q относительно общей шины с входным выводом, при этом вход укаэанного усилителя соединен с выходом порогового датчика выходного напряжения, а его выход — с другой входной цепью диф- а ференциального усилителя и с выходом порогового датчика входного напряжения, выходная цепь дифференциального усилителя соединена с базой блокирующего транзисторного ключа, эмиттер которого соединен с общей шиной, а фф коллектор через средний:резистор дели им теля напряжения — с управляющим входом управляющего транзисторного ключа и с тем резистором делителя напряжения, который соединен с общей шиной.

1099312

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты различных радиотехнических устройств от повышения напряжения источника питания.

Известно устройство для защиты нагрузки, содержащее управляемый элемент и пороговый датчик входного напряжения, выходом подключенный к управляющему входу управляемого элемента j1) .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для защиты нагрузки, содержащее управляемый элемент, состоящий из силового транзистора, согласующего транзистора, насыщающего источника, диода и управляющего транзисторного ключа, и пороговый датчик входного напряжения, выходом подклю.ченный к управляющему входу транзисторного ключа $2j .

Недостатками известных устройств является то, что в них невозможно получить уровень срабатывания устрой.ства защиты при бросках входного напряжения ниже напряжения холостого хода источника питания. Это вызвано тем, что при отключении нагрузки источник питания переходит в режим холостого хода, что приводит к увеличению выходного напряжения. источника питания за счет уменьшения потерь напряжения на внутреннем сопротивлении источника и подводящих проводах.

При этом уровень выходного напряже- ния источника питания в режиме холостого хода может достигнуть уровня срабатывания устройства защитЫ и тогда для последующего подключения нагрузки необходимо снизить выходное напряжение источника питания ниже уровня срабатывания устройства защиты, что в нерегулируемых источниках питания невозможно, или заранее выбирать уровень срабатывания устройства защиты выше напряжения источника питания в режиме холостого хода.

Но повышение уровня срабатывания защиты при подключенной нагрузке может привести- к выходу из строязащищаемых нагрузок при переиапряже" киях, возникающих на выходе источника питания, так как до тех пор пока выходное напряжение источника питания не достигает уровня срабатывания устройства защиты, защищаемые нагрузки находятся под повышенным

55 щий дифференциальный усилитель с источником опорного напряжения, подключенным относительно общей шины к одной из входных цепей указанногс усилителя, пороговый датчик выходного-напряжения, подключенный входом относительно общей шины к выходному выводу, делитель напряжения, состоящий из трех резисторов и включенный между входным выводом и общей шиной, блокирующий транзисторный ключ и согласующий усилитель, соединенный напряжением. Следовательно, необходимо выбирать уровень срабатывания устройства защиты для отключения нагрузки при бросках входного напряжения ниже уровня срабатывания устройства защиты при подключении нагрузки. Кроме того, в известных устройствах стабилитроны, используемые в датчиках перенапряжения в ка10 честве пороговых элементов, имеют значительньй разброс по напряжению пробоя, что приводит к большим разбросам уровня срабатывания указанных устройств защиты. Это препятстt5 вует получению минимального уровня срабатывания защиты при бросках входного напряжения.

Цель изобретения — повышение эффективности защиты путем обеспечения

20 минимального уровня срабатывания защиты при работе под нагрузкой за счет изменения уровня срабатывания защиты при подключенной и отключен25 ной нагрузках.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты нагрузки, содержащее управляемый силовой элемент, выполненный на силовом транзисторе, подключенном коллектором и эмиттером соответственно к входному и выходному выводам., согласующем транзисторе, эмиттером соеди.— ненном с базовой цепью, а коллектором через насыщающий источник — с эмиттером силового транзистора, токозадающем резисторе, подключенном к коллекторному переходу согласующего транзистора, управляющем транзистор40 ком ключе, подключенном коллектором и эмиттером соответственно к базе согласующего транзистора и общей шине и диоде, включенном между выходным выводом и общей шиной, и пороговый

45 датчик входного напряжения, подключенный входом относительно общей шины к входному выводу, введены сравниваю1099312

ЗО

55 питающим входом относительно общей шины с входным выводом, при этом вход указанного усилителя соединен с выходом порогового датчика выход- ного напряжения, а его выход — с другой входной цепью дифференциального усилителя и с взводом порогового датчика входного напряжения, выходная цепь дифференциального усилителя соединена с базой блокирующего транзисторного ключа, эмиттер которого соединен с общей шиной, а коллектор через средний резистор делителя напряжения — с управляющим входом управляющего транзисторного ключа и с тем резистором делителя напряжения, который соединен с общей шиной.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства для защиты нагрузки.

Устройство содержит источник питания и нагрузку 2; пороговый датчик 3 входного напряжения, выполненный на стабилитроне 4 и резисторах 5 и 6, управляемый силовой элемент 7, в состав которого входит насыщающий источник 8, управляющий транзисторный ключ 9, токозадающий резистор 10, согласующий транзистор 11, силовой транзистор 12 (два параллельно включенных транзистора), базовые резисторы 13, диод 14. Выход порогового датчика входного напряжения через входную цепь (резистор 15) соединен с одним из входов сравнивапицего дифференциального усилителя 16, другая входная цепь которого (резистор 1?) соединена с источником 18 опорного напряжения. Выходная цепь усилителя 16 (резистор 19) соединена с резистором 20 пассивного запирания и базой блокирующего транзисторного ключа 21, коллектор которого подключен к одному из средних выводов делителя напряжения, выполненного на резисторах 22-24. Другой средний вывод делителя напряжения подключен к управляющему входу управляющего трайзисторного ключа 9, который выполнен на составном транзисторе, посредством включения предварительного . транзистора 25 и резистора 26. Пороговый датчик 27 выходного напряжения выполнен на стабилитроне 28 и резисторах 29 и 30. Выход датчика 27 соединен с входом согласующего усилителя, который выполнен, в частности на входном транзисторе 31, его коллекторном резисторе 32,реэистивном делителе на резисторах 33 и 34, к среднему выводу которого подключена база выходного транзистора 35, в выходной коллекторной цепи которой включен резистор 36. Выход согласующего усилителя (вывод резистора 36) соединен с выходом порогового датчика 3 напряжения.

Устройство работает следующим образом.

При включении источника t питания напряжение поступает через резистор 32 и делитель напряжения на резисторах 33 и 34 в базу транзистора 35, которьпЪ открывается и через резистор 36 шунтирует резистор 6 датчика 3 перенапряжения, при этом уровень напряжения, поступающий через резистор 15 на первый вход дифференциального усилителя 16 с датчика 3 перенапряжения, ниже уровня напряжения, поступающего с источника 18 опорного напряжения через резистор 17 на второй вход дифференциального усилителя 16. Так как уровень напряжения на втором входе вьппе уровня напряжения на первом входе дифференциального усилителя 16, на выходе дифференциального усилителя — высокий уровень напряжения, что вызывает открывание транзистора 21. Транзистор 21 открывается и шунтирует делитель напряжения на резисторах 23 и 24 и, следовательно, вход транзистора 25 ° Транзистор 25 закрыт, следовательно, отсутствует ток базы транзистора 9, который также закрыт.

Транзистор 12 находится в режиме насьпцения за счет базового тока, протекающего через переход коллектор-эмиттер согласующего транзистора 11 и резисторы 13 от дополнительного источника 8. При увеличении напряжения на выходе устройства защиты увеличивается напряжение на делителе 29 и 30 напряжения, и открывается транзистор 31 который шунтирует дели- . тель 33 и 34 напряжения и, следовательно, вход транзистора 35, который закрывается. Потенциал, снимаемый с резистора 6, повышается.

При нормальной работе источника 1 под нагрузкой потенциал, снимаемый с резистора 6 и поступающий через резистор 15 на первый вход дифференциального усилителя t6, выбирается так, чтобы не превьппать уровня на"1099312 пряжения, поступающего на второй вход дифференциального усилителя 16 с источника 18 опорного напряжения через резистор 17, тогда на выходе дифференциального усилителя 16 — вы- 5 сокий уровень, транзистор 21 открыт, транзисторы 25 и 9 закрыты и не оказывают влияния на работу защитных транзисторов 12.

При повышении напряжения источника 1 питания выше допустимого уровня при работе его под нагрузкой, уровень напряжения, снимаемый с датчика 3 перенапряжения, увеличивается и превышает напряжение,. снимаемое с источника 18 опорного. напряжения. Тогда на выходе дифференциального усилителя 16 — низкий уровень напряжения, что приводит к обесточиванию базы транзистора 21, который закрывается, и,напряжение источника 1 питания через резистор 22 и делитель 23 и 24 напряжения поступает в базу транзистора 25, который открывается и обеспечивает протекание базового тока транзистора 9. Транзистор 9 открывается и отключает дополнительный источник 8. Защитные транзисторы 12 закрываются и отключают нагрузки от источника питания. Выходное напряже- ЗО ние понижается, делитель напряжения на резисторах 29, 30 обесточивается, и следовательно, обесточивается база транзистора 31, который закрывается, напряжение источника 1 питания через З5 резистор 32 и делитель 33 и 34 ианря" жения поступает в базу транзистора 35 который открывается и вновь шунтирует резистор 6 делителя 5 и 6 напряжения, тем самым способствуя снижению уров- 40 ня напряжения, поступающего на первый вход дифференциального усилителя. Как только напряжение на выходе источника питания снижается до заданной величины уровень холостого хода напря- 4S жения на втором входе дифференциального усилителя 10 снова превышает напряжение на его первом входе, на выходе дифференциального усилителя 16 появляется высокий уровень,.

50 траэистор 21 открывается, транэисто ры 25 и 9 закрываются, транзисторы 12 открываются и подключают нагрузки к источнику 1 питания.

Таким образом, указанные средства в устройстве для защиты нагрузки позволяют получить более низкий уровень срабатывания устройства при работе его под нагрузкой по сравнению с уровнем срабатывания при включении схемы или при повторном подкпючении после срабатывания защиты. Уровень срабатывания устройства для защиты нагрузки определяется напряжением, снимаемым с резистора 6. Это напряжение снижается за счет,шунтирования резистора 6 транзистором 35 через резистор 36 при включении источника питания. Следовательно, уровень срабатывания схемы повышается. При работе устройства под нагрузкой транзистор 35 закрыт и не шунтирует резистор 6, следовательно, напряжение, снимаемое с него, увеличи- вается и тем самым уровень срабатывания защиты снижается.

При этом обеспечивается нормальное включение устройства при работе источника питания в режиме холостого .хода, когда выходное напряжение его повышается, за счет уменьшения падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника 1. При работе устройства под нагрузкой схема выключается при малейшем перенапряжении, возникающем на выходе источника 1 питания, причем уровень этот будет ниже, чем при включении.

При использовании прототипа для защиты нагрузки от перенапряжения источника питания, у которого в нормальном режиме выходное напряжение изменяется от 24 до 30 В, уровень срабатывания выбирался равным 34 В, что недопустимо для некоторых изделий.

При работе предлагаемого устройства под нагрузкой обеспечивается уровень срабатывания защиты порядка

30,2 В.

1099312

Составитель 0.Овсянников

Редактор И.Касарда Техред Т. Иаточка Корректор В,Синицкая

Заказ 4371/39 Тираж 842 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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