Устройство для защиты стабилизированного источника питания от перегрузок по току и коротких замыканий

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАИЦГГЫ СТАБИЛИЗИРОВАННОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ОТ ПЕРЕГРУЗОК ПО ТОКУ И КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ , содержащее стабилизированный источник питания с регулятором, к управляющей цепи регулятора которого подключен выход блока управления, а в одну из силовых шин включен датчик тока, первый транзистор защиты, эмиттером соединенный с одним из выводов датчика тока, второй транзистор защиты, эмиттером подключенный к первому выводу токоограничивающего резистора, а базой - к коллектору первого транзистора защиты, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности источника питания, в него введены дополнительный источник постоянного напряжения, резистивный мост, в одну диагональ которого включен указанный датчик тока, а к другой диагонали подсоединены выходные выводы, дополнительного источника постоянного напряжения, дополнительный резистор, первым вьгоодом подключенный к базе второго транзистора защиты , и последовательная цепочка из диода и потенциометра, подключенная к выходным, выводам дополнительного источника постоянного найряжения , причем вторые выводы токоограничивающего и дополнительного резисторов подсоединены к общему выводу дополнительного источника постоянного напряжения, средний вывод потенциометра - к базе первого транзистора заяшты, база второго транзистора защиты через дополнительно введенный диод развязки - к выходу введенного генератора тактовых импульсов и к первому входу блока ,управления, эмиттер второго транзис- i4 тора защиты подключен к второму входу 4;ib блока управления, а параллельно допол00 нительному резистору включен дополvl нительно введенный конденсатор.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

З я> .G 05 F 1 58

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ CCCP

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

OllHCAHHE ИЗ(ОБРЕТЕНИЯ

Н ABTGPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 3579735/24-07 . (22) 18.04.83 (46) 23.07.84. Бюл. lrr 27 (72) С.Д.Рудык, В.F.Турчанинов, В.А.Каправый и А.А.Остапенко (71) Винницкий завод радиотехнической аппаратуры (53) 621.316.722.1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

NI 805282, кл. G 05 F 1/58, 1981, 2. Авторское свидетельство СССР

llew 576571, кл. G 05 F 1/58, 1974. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СТАБИЛИЗИРОВАННОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ

ОТ ПЕРЕГРУЗОК ПО ТОКУ И КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ, содержащее стабилизированAN источник питания с регулятором, к управляющей цепи регулятора которого подключен выход блока управления, а в одну из силовых шин включен датчик тока, первый транзистор защиты, эмиттером соединенный с одним из выводов датчика тока, второй транзистор защиты, эмиттером подключенный к первому выводу токоограничивающего резистора, а базой — к коллектору первого транзистора защиты, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности

ÄÄSUÄÄ 1104487 A источника питания, в него введены дополнительный источник постоянного напряжения, резистивный мост, в одну диагональ которого включен указанный датчик тока, а к другой диагонали подсоединены выходные выводы дополнительного источника постоянного напряжения, дополнительный резистор, первым выводом подключенный к базе второго транзистора защиты, и последовательная цепочка из диода и .потенциометра, подключенная к выходным. выводам дополнительного источника постоянного напряжения, причем вторые выводы токоограничивающего и дополнительного резисторов подсоединены к общему выводу дополнительного источника постоянного напряжения, средний вывод потенциометра — к базе первого транзистора защиты, база второго транзистора защиты через дополнительно вреденный диод развязки — к выходу введенного генератора тактовых импульсов и к первому входу блока ,управления, эмиттер второго транзистора защиты подключен к второму входу блока управления, а параллельно дополнительному резистору включен дополнительно введенный конденсатор.

1104487

Изобретение относится к электротехнике, к устройствам защиты источников вторичного электропитания и может быть применено в импульсных стабилизаторах и преобразователях напряжения.

Известны устройства, обеспечивающие защиту источника питания от перегрузок по току и коротких замыканий, содержащие включенный последовательно tO с регулирующим элементом датчик тока, транзистор защиты, эмиттером соединенный с одним из выводов датчика тока и блок управления Е 13.

Недостатком этих устройств являет- 15 ся возможность многократной коммутации регулирующего элемента при перегрузках и низкая надежность, вследствие сильной зависимости пределов срабатывания защиты от температуры. 20

Кроме того, эти устройства обладают ограниченными функциональными возможностями из-за того, что напряжение на датчике тока этих устройств должно быть больше напряжения на перехо- 25 де база-эмиттер транзистора защиты, а также из-за того, что они не обес.печивают возврат источника питания в исходное состояние после устранения перегрузки по току или короткого за- щ мыкания в нагрузке.

Наиболее близким техническим решением является устройство для защиты стабилизированного источника питания от перегрузок по току и коротких замыканий, содержащее стабилизированный источник питания с регулятором, к управляющей цепи регулятора которого подключен выход блока управления, а в одну из силовых шин включен 4О датчик тока, первый транзистор защиты, эмиттером соединенный с одним из выводов датчика тока, второй транзистор защиты, эмиттером подключенный к lIepBo Выводу токоограничи 45 вающего резистора, а базой — к коллектору первого транзистора защиты (2 g.

Недостатком известного устройства является низкая надежность и ограниченные функциональные возможности.

Это является следствием сильной зависимости пределов срабатывания защиты от температуры окружающей среды, а также отсутствием возможности самавозврата источника питания в исходное состояние после устранения перегрузки по току или короткого замыкания в нагрузке. Кроме того, напряжение на датчике тока этого устройства должно быть больше напряжения на переходе база-эмиттер первого транзистора защиты, что требует для разных токов срабатывания устройства применения различных датчиков тока и также ограничивает функциональные возможности известного устройства.

Цель изобретения — повышение надежности и расширение функциональных возможностей устройства защиты источника питания от перегрузок по току и коротких замыканий.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты стабилизированного источника питания от перегрузок по току и коротких замыканий, содержащее стабилизированный источник питания с регулятором к управляющей цепи регулятора которого подключен выход блока управления, а в одну из силовых шин включен датчи», тока, первый транзистор защиты, эмиттером соединенный с одним из выводов датчика тока, второй транзистор защиты, эмиттером подключенный к первому выводу токоограничивающего резистора, а базой к коллектору первого транзистора защиты, введены дополнительный источник постоянного напряжения, резнстивный мост, в одну диагональ которого включен указанный датчик тока, а к другой диагонали подсоединены выходные выводы дополнительного источника постоянного напряжения, дополнительный резистор, первым выводом подключенный к базе второго транзистора защиты, и последовательная цепочка из диода и потенциометра, подключенная к выходным выводам дополнительного источника постоянного напряжения, причем вторые выводы токоограничивающего и дополнительного резисторов подсоединены к общему выводу дополнительного источника постоянного напряжения, средний вывод.потенциометра — к базе первого транзистора защиты, база второго транзистора защиты через дополнительно введенный диод развяэки— к выходу введенного генератора тактовых импульсов и к первому входу блока управления, эмиттер второго транзистора защиты подключен к второму входу блока управления, а парал,лельно дополнительному резистору

110448 з включен дополнительно введенный конденсатор.

На фиг. 1 представлена схема устройства для защиты стибилизированного источника питания с регулятором

5 от перегрузок по току и коротких замыканий; на фиг. 2 — временные диаграммы, иллюстрирующие его работу.

Устройство содержит включенный последовательно с регулирующим элементом 1 датчик 2 тока, генератор 3 тактовых импульсов, блок 4 управления, первый транзистор 5 защиты, эмиттером соединенный с одним из выводов датчика 2 тока, второй транзистор 6 защиты, эмиттером подключенный к первому выводу токоограничивающего резистора 7. Транзисторы 5 и 6 защиты — разного типа прокодимости. Выход генератора 3 тактовых импульсов соединен с первым входом блока 4 управления, управляющий вход регулирующего элемента 1 подключен к выходу блока 4 управления, коллектор первого транзистора 5 защиты соединен с базой второго транзистора 6 защиты, а коллектор второго транзистора 6 защиты — с базой первого транзистора 5 защиты. Кроме того, устройство содержит дополнительный источник 8

30 постоянного напряжения, резистивный мост 9, в одну диагональ которого включен датчик 2 тока, а к второй диагонали подсоединены выходные выводы дополнительного источника 8 постоянного напряжения., дополнительный резистср 10, первым выводом подключенный к базе второго транзистора 6 защиты, последовательную цепоч.ку из диода l1 и потенциометра 12, подключенную к выходным выводам дополнительного источника 8 постоянного напряжения, причем вторые выводы токоограничивающего 7 и дополнительного 10 резисторов подсоединены к одному выходному выводу дополнительного источника постоянного напряжения, средний вывод потенциометра 12 подключен к базе первого транзистора 5 защиты, база второго транзистора 6 защиты через дополнительно введенный диод 13 развязки подключена к выходу генератора 3 тактовых импульсов, эмиттер второго транзистора 6 защиты подключен к второму входу блока 4 управления, а 55 параллельно дополнительному резистору 10 включен дополнительно введенный конденсатор 14.

Устройство для зашиты стабилизированного источника питания от перегрузок по току и коротких замыканий работает следующим образом.

Генератор 3 тактовых импульсов вырабатывает разнополярные прямоугольные импульсы напряжения, которые синхронизируют работу источника питания, причем импульсы положительного напряжения по длительности определяют максимальную длительность открытого состояния регулирующего элемента 1.

Если величина тока регулирующего элемента не превышает порога срабатывания устройства защиты, транзисторы 5 и 6 закрыты, напряжение на токоограничивающем резисторе ? равно нулю, сигналы с блока 4 управления поступают на управляющий вход регулирующего элемента 1 и устройство защиты не влияет на работу устройства питания.

Дополнительно введенный конденсатор 14 предотвращает срабатывание устройства защиты от кратковременных возмущений в моменты включения регулирующего элемента. Порог срабатывания устройства защиты устанавливается потенциометром 12 и выбором резисторов резистивного моста 9.В режиме, когда устройство защиты не влияет на работу источника питания напряжение на базе первого транзистора защиты 5 больше напряжения на эмиттере того же транзистора, причем напряжение на эмиттере первого транзистора защиты 5 равно сумме постоянного напряжения на диагонали резистивного моста 9 и напряжения на датчике 2 тока. Допустим, что в момент времени tz величина тока регулирующего элемента достигла порога срабатывания предлагаемого устройства защиты источника питания от перегрузок по току и коротких замыканий. Это приводит к открыванию первого транзистора 5 защиты, его коллекторный ток создает на дополнительном резисторе 10 падение напряжения, которое приводит к открыванию второго транзистора защиты 6.

Ток эмиттера открытого второго транзистора 6 защиты создает на токоограничивающем резисторе 7 падение напряжения, которое, поступая на блок 4 управления, приводит к запиранию регулирующего элемента 1. Открытый второй транзистор 6 защиты cos5 1104487 дает дополнительнйй путь току базы

Таким образом, первый и второй транзисторы 5 и 6 защиты остаются откры5 тыми и после выключения регулирующего элемента 1, интервал времени (ty tg) исключая многократное повторение выключения регулирующего элемента 1.

В момент времени t> на базу второго транзистора 6 защиты подается через дополнительно введенный пиоп 13 развязки отрицательный импульс напряжения с генератора 3 тактовых импульсов. Этот импульс напряжения обеспечивает запирание первого и второго транзистора защиты и блокирует предлагаемое устройство защиты от срабатывания на интервале времени (-t3). В момент времени t заканчивается действие импульса отрицательного напряжения на базе второго транзистора 6 защиты и схема защиты устанавливается в исходное состояние.

При достижении током регулирующего элемента порога срабатывания устройства защиты открывается первый транзистор 5 защиты и .все процессы в предлагаемом устройстве повторяются.

Предлагаемое устройство защиты источника питания от перегрузок по току и коротких замыканий обладает более высокой надежностью. Это объясняется, во-первых тем,.что в предлагаемом устройстве уменьшен темпера- турный дрейф порогового напряжения срабатывания, что позволяет в источнике питания приблизить порог срабатывания защиты от перегрузок по току к. номинальному значению тока нагруз40 ки источника. Компенсация темпера-. турного дрейфа порогового напряжения обеспечивается за счет введения дополнительного диода 11. Во-вторых, предлагаемое устройство защиты ис45 точника питания обеспечивает возврат источника питания в исходное состояние после устранения режима перегрузки по току либо короткого замыкания в.нагрузке ° Это позволяет ограничивать мгновенное значение тока регулирующего элемента в различных переходных процессах (например, при скачкообразном изменении тока нагрузки источника питания) без отключения источника питания. Такое свойство предлагаемого устройства защиты позволяет даже в источниках питания, рассчитанных на большой диапазон динамического изменения тока нагрузки, приблизить порог срабатывания .Устройства защиты по току к номинальному значению тока нагрузки источника питания и повысить надежность работы регулирующего элемента.

Кроме того, предлагаемое устройство защиты источника питания по сравнению с известным техническим решением обладает более высокими функциональными возможностями. Это объясняется тем, что в известном техническом решении напряжение на датчике тока в момент срабатывания устройства должно быть больше напряжения на переходе база-эмиттер первого транзистора защиты. Поэтому при построении на основе известного решения устройств защиты унифицированного ряда источников питания с различными выходными токами нагрузки в каждом типе источника питания требуется применение индивидуального датчика тока. В предлагаемом техническом решении напряжение на датчике тока в момент срабатывания устройства защиты может быть значительно меньше напряжения на переходе база-эмиттер первого транзистора 6 защиты.

Это позволяет на основе предлагаемого устройства строить схемы защиты от перегрузок по току и коротких замыканий источников питания с различными выходными токами без применения каких-либо схемных (индивидуального для каждого типа источника питания) элементов. Для установки предела срабатывания устройства необходима только регулировка потенциометра 12.

Причем предлагаемое устройство защиты позволяет строить источники„. питания, способные работать параллельно на одну нагрузку, например в системах электропитания с "горячим" резервированием.

Предлагаемое устройство защиты позволяет повысить КПД источника питания. Это объясняется тем, что в известном техническом решении при использовании в качестве датчика тока резистора в источниках питания с большими значениями тока нагрузки на датчике тока рассеивается значительная мощность, так как напряжение на датчике тока должно быть больше, чем напряжение на переходе база1104467 кн

ФиИ

4081

ИНИИПИ Заказ 5210/34 Тираж 842 Подаисиое

Филквл ППП "Патепт", r. Узгород, ул.Проектная,< т змиттер первого транзистора защиты.

В предлагаемом техническом решении падение напряжения на датчике тока может быть значительно меньше, вследствие чего может быть .повышен

КПД источника питания, особенно с низкими выходными напряжениями и с большими токами нагрузки.