Источник питания с защитой от перегрузок по току и короткого замыкания

 

ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ С ЗАЩИТОЙ ОТ ПЕРЕГРУЗОК ПО ТОКУ И КОPOTKOJO ЗАМЫКАНИЯ, содержащий пороговый узел, преобразователь с подключенным на выходе конденсатором фильтра, входом управления включением-выключением выходного напряжения и датчиком тока трансформаторного типа с выпрямителем, подключенным к его выходной обмотке, огличающийся тем, что, с целью расширения области применения и повышения надежности , в него введены интегрирующий узел, два RS-триггера, три реле времени, четыре диода, резистор, двухвходовой логический элемент И-НЕ, генератор импульсов, регулировочный резистор и вывод управления выключением источника питания-сброса защиты , причем датчик тока трансформаторного типа имеет три обмотки, первая из которых подключена между выходом преобразователя и выходным конденсатором фильтра, вторая соединена через регулировочный резистор с выходом генератора импульсов , а третья - через выпрямитель с входом интегрирующего узла выходом подключенного к входу порогового узла, выходом соединенного с R-входом первого RSтриггера , выход которого соединен с первым входом двухвходового логического элемента И-НЕ и через резистор - с входом управления включением-выключением выходного напряжения и анодами первого и второго диодов, катод первого из которых соединен с выходом второго RS-триггера и вторым входом двухвходового логического элемента И-НЕ, выход которого соединен с выводом индикации срабатывания защиты и входами первого и второго реле времени , выход первого из которых соединен с S-входом первого RS-триггера, а выход второго реле времени - с анодом третьего диода и R-входом второго RS-триггера, S-вход которого соединен с выходом третьего реле времени и анодом четвертого диода, катод которого соединен с катодами второго и третьего диодов и выводом управления выключением источника питания-сброса защиты, причем вход третьего реле времени соединен с положительным выводом питания.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ио 4 G 05 F 1/569

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

fflP c

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3757529/24-07 (22) 02.07.84 (46) 15.11.85. Бюл. № 42 (72) Ю. С. Бараник и А. П. Пономарев (53) 621.316.722.1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 907529, кл. G 05 F 1/58, 1982.

Моин В. С. и Лаптев Н: Н. Стабилизированные транзисторные преобразователи.—

М.: Энергия, 1972, с. 426, рис. 11 — 3. (54) (57) ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ С ЗАЩИТОЙ ОТ ПЕРЕГРУЗОК ПО ТОКУ И КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, содержащий пороговый узел, преобразователь с подключенным на выходе конденсатором фильтра, входом управления включением-выключением выходного напряжения и датчиком тока трансформаторного типа с выпрямителем, подключенным к его выходной обмотке, отличаюи ийся тем, что, с целью расширения области применения и повышения надежности, в него введены интегрирующий узел, . два RS-триггера, три реле времени, четыре диода, резистор, двухвходовой логический элемент И вЂ” НЕ, генератор импульсов, регулировочный резистор и вывод управления выключением источника питания-сброса защиты, причем датчик тока трансформаторного типа имеет три обмотки, первая из ко„SU„„1191899 А торых подключена между выходом преобразователя и выходным конденсатором фильтра, вторая соединена через регулировочный резистор с выходом генератора импульсов, а третья — через выпрямитель с входом интегрирующего узла выходом подключенного к входу порогового узла, выходом соединенного с R-входом первого RSтриггера, выход которого соединен с первым входом двухвходового логического элемента И вЂ” НЕ и через резистор — с входом управления включением-выключением выходного напряжения и анодами первого и второго диодов, катод первого из которых соединен с выходом второго RS-триггера и вторым входом двухвходового логического элемента И вЂ” НЕ, выход которого соединен с выводом индикации срабатывания защиты и входами первого и второго реле времени, выход первого из которых соединен с

S-входом первого RS-триггера, а выход второго реле времени — с анодом третьего дио, да и R-входом второго КЬ-триггера, S-вход которого соединен с выходом третьего реле времени и анодом четвертого диода, катод которого соединен с катодами второго и третьего диодов и выводом управления выключением источника питания-сброса защиты, причем вход третьего реле времени соединен с положительным выводом питания.

11

Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам питания, и может быть использовано в системах питания радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения — расширение области применения и повышение надежности за счет повышения быстродействия защиты при исключении ложных срабатываний от импульсных помех и скачкообразных изменений нагрузки, обеспечения режима повторного пуска после кратковременной перегрузки по току или короткого замыкания и отключения, если причина перегрузки за заданное время не устранена.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого источника питания; на фиг. 2 и 3 — принципиальная схема источника питания с зашитой от перегрузок по току и короткого замыкания.

Источник питания (фиг. 1) содержит преобразователь 1 с выходным конденсатором 2 фильтра, вход 3 управления включениемвыключением выходного напряжения, датчик 4 тока нагрузки трансформаторного типа с первой 5, второй 6 и третьей 7 обмотками, генератор 8 импульсов, регулировочный резистор 9, выпрямитель 10, интегрирующий узел 11, пороговый узел 12, первый 13 и второй 14 RS-триггеры, резистор 15, первый — четвертый диоды 16 — 19, двухвходовой логический элемент И вЂ” НЕ 20, первое 21, второе 22 и третье 23 реле времени, вывод 24 индикации о срабатывании защиты и вывод 25 управления выключением источника питания-сброса защиты.

Как видно на фиг. 1, выход преобразователя 1 соединен с выходным конденсатором 2 фильтра через первую обмотку 5 датчика 4 тока трансформаторного типа, вторая обмотка 6 которого через регулировочный резистор 9 соединена с выходом генератора 8 импульсов, а третья обмотка 7 соединена с входом выпрямителя 10, выход которого соединен с входом интегрируюшего узла 11, выход которого соединен с входом порогового узла 12, выход которого соединен с R-входом первого RS-триггера 13, выход которого соединен с первым входом двухвходового логического элемента И вЂ” НЕ 20 и через резистор 15 — с входом управления включением-выключением выходного напряжения 3 и анодами первого 16 и второго 17 диодов, катод первого 16 из которых соединен с выходом второго RS-триггера 14 и вторым входом двухвходового логического элемента И вЂ” НЕ 20, выход которого соединен с выводом 24 индикации о срабатывании защиты и входами первого 21 и второго 22 реле времени, выход первого 21 из которых соединен с S-входом первого RS-триггера 13, выход второго реле 22 времени соединен с анодом третьего диода 18 и с К-входом второго RS-триггера 14, S-вход которого соединен с выходом третьего реле 23 вре91899

10 !

55 мени и анодом четвертого диода 19, катод которого соединен с катодами второго 17 и третьего 18 диодов и выводом 25 управления выключением источника питания сброса защиты, причем вход третьего реле 23 времени соединен с положительной шиной питания элементов схемы.

Датчик 4 тока нагрузки трансформаторного типа представляет собой трансформатор с двумя маломощными 6 и 7 и одной сильноточной 5 обмотками. Число витков сильноточной обмотки 5, тип и размер сердечника определяются из условия его насыщения при токах, близких к необходимому току срабатывания зашиты, а число витков маломощных обмоток определяется исходя из необходимого напряжения на выходе датчика (обычно 2 — 5В) и переменной составляющей магнитной индукции в сердечнике.

В качестве выпрямителя 10 используется маломощный высокочастотный диод на ток в несколько миллиампер.

Интегрирующий узел 11 может быть выполнен по любой известной схеме. В качестве интегрируюшего узла может использоваться просто конденсатор соответствуюшего номинала.

Пороговый узел 12 может быть выполнен на базе интегральных схем и транзисторов, например на интегральном компараторе напряжения К554САЗА (фиг. 2).

В качестве RS-триггероз 13 и 14 двухвходового логического элеме: та И вЂ” НЕ могут быть использованы соответствующие логические ИС, например, серий К 561, К564.

Реле 21 — 23 времени представляют собой устройства, обеспечивающие необходимую выдержку времени, и могут быть выполнены по любой известной схеме, в качестве реле времени могут быть использованы просто RC-цепочки (фиг. 2 и 3).

Генератор импульсов 8 может быть выполнен по любой известной схеме, например на интегральном таймере КР1006ВИ1 (фиг. 3). Диоды 16 — 19 — любые маломощные.

Источник работает следующим образом.

При прохождении через вторую обмотку 6 датчика 4 тока импульсов с генератора 8 на его третьей обмотке 7 наводится напряжение, амплитуда которого из-за подмагничивания сердечника током нагрузки, проходящим через его первую обмоху 5, пропорциональна току нагрузки источника. После выпрямления напряжения, снимаемого с обмотки 7 датчика 4 тока выпрямителем 10, с помощью интегрирующего узла 11 осуществляется сглаживание и фильтрация выбросов этого напряжения.

Постоянная времени интегрирующего узла 11 выбрана в несколько раз больше периода частоты генератора 8 импульсов. С

11

3 помощью регулировочного резистора 9 напряжение на входе порогового узла 12 выбирается таким образом, чтобы при максимально допустимом значении тока нагрузки оно было больше порога срабатывания порогового узла 12, а при значении тока нагрузки, большем максимально допустимого, не превышало этот порог и вызывало срабатывание порогового узла 12.

При включении источника питания включается третье реле 23 времени и его выходной сигнал, устанавливающийся после включения питания на уровне «О» и устанавливающий второй RS-триггер в состояние «1» на выходе, после заданной выдержки переходит на уровень «1».

При токе нагрузки, меньшем максимально допустимого, пороговый узел 12 выключен, на выходе первого RS-триггера 13 сигнал «1», преобразователь 1 включен, на выходе двухвходового логического элемента

И вЂ” НЕ сигнал «О», первое 21 и второе 22 реле времени выключены.

При превышении током нагрузки максимально допустимого значения срабатывает пороговый узел 12, выходной сигнал которого переключает первый RS-триггер 13 и на его выходе устанавливается сигнал «О», который выключает преобразователь 1, переводит в состояние «1» выходной сигнал двухвходового логического элемента И вЂ” НЕ 20, который подается на вывод 24 индикации о срабатывании защиты, и включает первое 21 и второе 22 реле времени. Выключение преобразователя 1 приводит к снижению тока нагрузки увеличению напряжения на входе порогового узла 12 и его выключению.

Время выдержки второго реле 22 времени выбирается в несколько раз больше времени выдержки первого реле 21 времени.

Через определенное время, равное выдержке реле 21 времени, сигнал с его выхода переключает первый RS-триггер 13 в исходное состояние и на его выходе устанавливается сигнал «1», который включает преобразователь 1, а на выходе двухвходового логического элемента И вЂ” HE 20 устанавливается сигнал «О», который срабатывает первое реле 21 времени в исходное состояние и прерывает отсчет выдержки вторым реле 22 времени.

Если причина перегрузки устранена, преобразователь 1 остается во включенном состоянии, если нет, то в силовую обмотку 5 датчика 4 снова потечет ток, превышающий максимально допустимый, и описанный цикл будет повторяться до тех пор, пока через время, определяемое выдержкой второго реле 22 времени, сигнал с его выхода переключит второй RS-триггер 14. На его выходе установится сигнал «О», который «поддержит» преобразователь 1 в выключенном состоянии и будет «поддерживать» выход двухвходового логического элемента И вЂ” НЕ 20

91899

55 и соединенный с ним вывод 24 индикации о срабатывании защиты в состоянии «1».

Источник питания будет оставаться в выключенном состоянии до тех пор, пока не будет снято, а затем вновь подано входное напряжение или пока на вывод 25 управления выключением источника питаниясброса защиты не будет кратковременно подан сигнал «О», который через диоды 18 и 19 сбросит второе 22 и третье 23 реле времени в исходное состояние. Кроме того, пока на выводе 25 управления выключением источника питания-сброса защиты находится сигнал «О», источник питания будет в выключенном состоянии, так как через диод 17 этот сигнал будет шунтировать вход 3 управления включением-выключением выходного напряжения. После снятия сигнала «О» с выхода 25 управления выключением источника питания-сброса защиты работа источника питания будет аналогична его работе после подачи входного напряжения.

Прн коротком замыкании на выходе через первую обмотку 5 датчика 4 начнет развиваться ток короткого замыкания, превышающий значение максимально допустимого тока нагрузки, и работа источника будет аналогична его работе при перегрузке по ток .

На фиг. 2 и 3 представлен преобразователь 1 с выходным конденсатором 2 фильтра, с подключенными к нему входными шинами.

Преобразователь 1 построен на интегральной микросхеме 26 К1 4ЕП1А с проходным транзистором 27 в качестве транзисторного ключа, управляемого через дополнительный МДП-транзистор 28, вывод затвора которого является входом 3 управления включением-выключением выходного напряжения. Датчик 4 тока трансформаторного типа подключен своей первой обмоткой 5 между выходом преобразователя 1 и выходным конденсатором фильтра 2, второй обмоткой 6 он через регулировочный резистор 9 соединен с выходом генератора 8 импульсов, выполненного на интегральном таймере КР1006ВИ1, а третьей обмоткой 7 он через выпрямитель 10, построенный на диоде КД522А, и интегрирующий узел 11, выполненный на конденсаторе 29 и нагрузочном резисторе 30, соединен с входом порогового узла 12, который построен на интегральном компараторе напряжений

К554СЛЗА, для которого в качестве опорного используется опорное напряжение с микросхемы 26 преобразователя 1.

Выход порогового узла 12 соединен с

R-входом первого RS-триггера 13, выход которого соединен с первым входом двухвходового логического элемента И†HE 20 и через резистор 15 — с анодами первого 16 и второго 17 диодов и затвором 3 МДП-транзистора 28.

1191899

3

Выключение выходного напряжения импульсного источника питания осуществляется сигналом «О» с выхода первого 13 или второго 14 RS-триггера или с вывода 25 управления выключением источником питаниясброса защиты, который запирает МДПтранзистор 28, что приводит к выключению проходного. транзистора 27 в результате чего прекращается поступление энергии от преобразователя 1 на выходной конденсатор 2 фильтра и на выход импульсного источника питания.

Все реле времени представляют собой простые RC-цепи, выходные сигналы которых снимают с конденсаторов, а время выдержки определяется постоянными времени этих RC-цепочек и порогами срабатывания подключенных к их выходам логических микросхем. Все используемые логические микросхемы серии К561 или К564.

По предложенной структурной схеме были разработаны, изготовлены и испытаны макеты импульсных источников питания на различные выходные напряжения и предельные токи нагрузки. По сравнению со схемой известного устройства, в котором при частоте преобразования 25 кГц время реакции на перегрузку и КЗ приблизительно составляет 20 мкс, а порог срабатывания защиты изменяется на +- 12О1о при изменении входного напряжения сети на + 10О1о, разработанный по предложенной схеме импульс6 ный источник питания на 5В и максимальный ток 5А изменяет порог срабатывания защиты (а 1О1О при изменении входного напряжения сети на 10О1О, а в результате использования частоты в несколько сот килогерц, вырабатываемой генератором импульсов и трансформируемой с одной обмотки датчика тока на другую, время реакции на перегрузку и КЗ снижено до 2 мкс при хорошей помехозащищенности устрой10 ства.

Таким образом, в предлагаемом устройстве по сравнению с известным практически устранена зависимость порога срабатывания защиты от величины входного напряжения сети, в 10 раз снижено время реакции на перегрузку и КЗ и при хорошей помехозащищенности, что расширяет область его применения и повышает надежность.

Кроме того, повышается надежность устройства из-за исключения длительного ре20 жима частых пусков при устойчивой перегрузке или КЗ появляется возможность программного включения-выключения источника и сброса защиты, а наличие вывода индикации в срабатывании защиты позволя25 ет подключить к нему элемент индикации для визуального контроля и делает его удобным при использовании в составе микропроцессорных систем управления, требующих такого сигнала, например в системах с резервированием.

1191899 /ax

Составитель С. Горбачева

Редактор М. Дылын Техред И. Всрсс Корректор С. Черни

Заказ 7157/45 Тираж 852 11одписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4