Искробезопасная система электропитания

 

Область использования: для блоков питания искробезопасных приборов. Сущность изобретения: устр-во содержит двухполярный источник 1 постоянного тока и блок 2 защиты. Блок 2 выполнен на регулирующих транзисторах 3,4, резистивных датчиках 5,6 тока, управляющем транзисторе 7, двух источниках опорного напряжения, резистивном делителе напряжения, шунтирующих диодах 15,16 и оптронах 17-20. Такое выполнение блока защиты позволяет увеличить максимально допустимую искробезопасную мощность устр-ва. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4852672/07 (22) 20.07.90 (46) 15.05.63. Бюл. М 18 (71) Научно-исследовательский институт измерительной техники (72) А.Н Филиппов (56) Авторское свидетельство СССР

В 907667, кл. Н 02 Н 7/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

М 1422228, кл. 6 05 F 1/569, 1988. (54) ИСКРОБЕЗОПАСНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ.Ы2,, 1815726 А1 (s»s Н 02 Н 7/00; G 05 Р 1/585, 1!569 (57) Область использования: для блоков питания искробезопасных приборов. Сущность изобретения: устр-во содержит двухполярный источник 1 постоянного тока и блок 2 защиты. Блок 2 выполнен на регулирующих транзисторах 3,4, резистивных датчиках 5,6 тока, управляющем транзисторе 7, двух источниках опорного напряжения, резистивном делителе напряжения, шунтирующих диодах 15,16 и оптронах 17-20. Такое выполнение блока защиты позволяет увеличить максимально допустимую искробезопасную мощность устр-ва. 1 чл.

1815726

Изобретение относится к источникам питания, защищенным от аварий, в частности от сверхтоков в выходных цепях двухполярных источников питания, и предназначено для встройки в блоки питания искробеэопасных приборов.

Целью изобретения является увеличе.ние искробезопасной мощности и повышение надежности устройства, Поставленная цель достигается тем, что

s искробезопасную систему электропитания, содержащую двухполярный источник постоянного тока и блок защиты, выполненный на двух регулирующих транзисторах, двух резистивных датчиках тока, двух оптронах, эмиттерно-коллекторный переход первого регулирующего р-и-р транзистора через первый резистивный датчик тока включен между первым положительным выводом двухполярного источника тока и пер- 20 вым выводом блока защиты, эмиттерно-коллекторный переход второго регулируемого и-р-и транзистора через второй резистивный датчик тока включен между вторым отрицательным выводом 25 двухполярного источника тока и вторым выводом блока защиты, база-эмиттерные переходы регулирующих транзисторов шунтированы соответственно первым и вторым резисторами, в блок защиты введены 30 третий и четвертый оптроны, управляющий транзистор с коллекторным и базовым резисторами; коллекторно-эмиттерный переход которого через коллекторный резистор включен между базами первого и второго 35 регулирующих транзисторов, база управля ющего транзистора через базовый резистор подключена к одному из выводов двухполярного источника постоянного тока, фотоприемные элементы четырех оптронов 40 соединены параллельно. между собой и включены между базой и эмиттером управляющего транзистора, два источника опорного напряжения, два разделительных диода и делитель напряжения, включенный 45 между первым и вторым выводами двухполярногр источника тока и состоящий из последовательности соединенных третьего, четвертого и пятого резисторов, первый разделительный диод подключен анодом к 50 выходу первого источника опорного напряжения, а катодом — к первому выводу блока защиты, второй разделительный диод подключен катодом к выходу второго источника опорного напряжения, а анодом — ко второ- 55 му выводу блока защиты, светодиод первого оптрона подключен параллельно первому реэистивному датчику тока, светодиод 9Торого оптрона подключен параллельно второму резистивному датчику тока, светодиод третьего оптрона подключен катодом к выходу первого источника опорного напряжения, а анодом — к точке соединения третьего и четвертого резисторов делителя напряжения, светодиод четвертого оптрона подключен анодом к выходу второго источника опорного напряжения, а катодом — к точке соединения четвертого и пятого резисторов делителя напряжения.

Искробезопасная система питания, показанная на чертеже, содержит двухполярный источник постоянного тока 1 и блок защиты 2, выполненный на регулирующих транзисторах 3 и 4, резистивных датчиках тока 5 и 6, управляющем транзисторе 7, двух источниках опорного напряжения на стабилитронах 8, 9 и токорграничивающих резисторах 10, 11, резистивном делителе напряжения на резисторах 12, 13, 14, шунтирующих диодах 15, 16 и оптронах 17. 18, 19 и 20. Эмиттер регулирующего транзистора 3 р-п-р типа через резистивный датчик тока 5 подключен к положительному выводу

21. двухполярного источника постоянного тока 1, а коллектор этого транзистора подключен к первому выводу 22 блока защиты

2. Эмиттер регулирующего транзистора 4 и-р-и типа через резистивный датчик тока 6. подключен к отрицательному выводу 23 источника 1, а коллектор этого транзистора подключен ко второму выводу 24 блока защиты 2. Базо-эмиттерные переходы регулирующих транзисторов 3 и 4, включенные по отношению к нагрузкам Вн1, йн2 по схеме с общим эмиттером, шунтированы соответственно резисторами 25 и 26. Эмиттер управляющего транзистора .7 и-р-и типа подключен к базе транзистора 4, а коллектор транзистора 7 через коллекторный резистор 27 подключен к базе регулирующего транзистора 3. База управляющего транзистора 7 через базовый резистор 28 подключена к положительному выводу 21 двухполярного источника тока 1. Фотоприемные элементы 29, 30, 31 и 32 оптронов 17, 18, 19 и 20 соединены параллельно и.включены между базо-эмиттерным переходом управляющего транзистора 7. Светодиод 33 оптрона 17 подключен параллельно резистивному датчику тока 5, а светодиод 34 оптрона 18 подключен параллельно резистивномудатчику тока 6. Реэистивный делитель напряжения, состоящий из последовательно соединенных резисторов

12,13,14, подключен между положительным

21 и отрицательным 23 выводами двухполярного источника тока 1. Общий вывод 35 источника тока 1 соединен с анодом стабилитрона 8. с катодом стабилитрона 9 и с третьим выводом 36 блока защиты 2. Катод

1815726 стабилитрона 8 через токоограничивающий резистор 10 подключен к положительному выводу 21 источника тока 1, а анод стабилитронв 9 через токоограничивающий резистор 11 подключен к отрицательному 5 выводу 23 источника тока 1. Анод шунтирующего диода 15 соединен с катодом стаби.литрона 8, а его катод.— с коллектором регулирующего транзистора 3. Катод шун. тирующего диода 16 соединен с анодом ста- 10 билитрона 9, а анод — с коллектором регулирующего транзистора 4. Светодиод

37 оптроиа 19 анодом подключен к точке соединения резисторов 12, 13, а катодом— к катоду стабилитрона 8. Светодиод 38 опт- 15 рона 20 катодом подключен к точке соединения резисторов 13,14, а анодом — к аноду стабилитрона 9.

Устройство работает следующим образом. 20

Ори нормальном режиме работы, когда нагрузочные токи, протекающие в положительной и отрицательной цепях блока защиты 2, не превышают токов срабатывания защиты, падения напряжений на резистив- 25 ных датчиках тока 5 и 6 недостаточны для открывания светодиодов 33 и 34, они не излучают, поэтому сопротивления фотоэлементов 29, 30 оптронов 17 и 18 велики. Кроме того, в номинальном режиме работы, 30 когда выходные напряжения двухполярного источника тока 1 не превышают заранее определенной величины, то падения напряжений на резисторах 10,12 и 11,14 одинаковы, поэтому светодиоды 37, 38 оптронов 19, 35

20 также закрыты и не излучают световую энергию, из-за чего сопротивления фотоэлементов 31, 32 оптронов 19, 20 велики.

Благодаря этому, в базу регулирующего транзистора 7 через базовый резистор 28. 40 поступает ток смещения, полностью открывающий его. В результате чего, сопротивление коллекторно-эмиттерного перехода транзистора 7 мало, и в базовые цепи регулирующих транзисторов 3 и 4, через после- 45 довательно соединенные резистивный датчик тока 5, резистор 25, коллекторный резистор 27. низкоомный коллекторнозмиттерный переход транзистора 7, резистор 26 и резистивный датчик тока 6 50 поступают базовые токи, открывающие регулирующие транзисторы 3 и 4 до напряжений насыщения. Поэтому положительное и отрицательное напряжения двухполярного источника тока 1 полностью передаются в 55 выходные цепи блока защиты 2 на нагрузки

Йн1 и Йн2, за исключением потерь на открытых коллекторно-эмиттерных переходах регулирующих транзисторов 3 и 4 и резистивных датчиков тока 5 и 6.

При увеличении тока нагрузки в положительной и/или отрицательной цепи блока защиты 2 до величины тока срабатывания, напряжение на резистивном датчике тока 5 и/или 6 увеличивается и становится достаточным для открывания светодиода 33 и/или 34. При этом светодиод 33 и/или 34 излучает сопротивление фотоэлемента 29 оптрона 17 и/или сопротивление фотоэлемента 30 оптрона 18 резко уменьшается, что приводит к запиранию управляющего транзистора 7. Вследствие чего сопротивление коллекторно-эмиттерного перехода транзистора 7 значительно увеличивается, что приводит к уменьшению базовых токов, регулирующих транзисторов 3 и 4, а, следовательно, и их запиранию. При этом сопротивления коллекторно-эмиттерных переходов регулирующих транзисторов 3 и

4 увеличиваются, а напряжения и токи на выходах блока защиты 2 уменьшаются прако тически до нуля, При аварийном снижении сопротивления нагрузки в положительной цепи 22 блока защиты 2 до малой величины или при коротком замыкании этой цепи на общий провод 36 диод 15 открывается и шунтирует своим прямым переходом стабилитрон 8.

При этом светодиод 37 оптрона 19 открывается и начинает излучать световой поток. В результате чего сопротивление фотоэлемента 31 резко уменьшается, шунтируя базо-эмиттерный переход управляющего транзистора 7, что приводит его к запиранию и резкому увеличению коллекторноэмиттерного сопротивления транзистора 7.

При этом базовые токи регулирующих транзисторов 3 и 4 уменьшаются до нуля, транзисторы 3 и 4 запираются, благодаря чему происходит отключение цепей 22 и 24 блока защиты 2, а, следовательно, и нагрузок Вн1 и Вн2, от положительной и отрицательной цепей 21, 23 двухполярного источника постоянного тока 1. Аналогично, при снижении сопротивления нагрузки в отрицательной цепи 24 блока защиты 2 до малой величины или при коротком замыкании этой цепи на общий провод 36 диод 16 открывается и шунтирует своим прямым переходом стабилитрон 9. При этом светодиод

38 оптрона 20 открывается и начинает излучать световой поток, что приводит к резкому уменьшению сопротивления фотоэлемента

32 оптрона 20 и шунтированию база-эмиттерного перехода управляющего транзистора 7. Транзистор 7 запирается, сопротивление его коллекторно-эмиттерного перехода значительно увеличивается, что приводит к уменьшению базовых токов регулирующих транзисторов 3 и 4 до нуля.

1815726

Транзисторы 3 и 4 запираются, благодаря чему происходит отключение цепей 22 и 24 блока защиты 2, а, следовательно, и нагрузок RH1 и RH2 от положительной и отрицательной цепей 21, 23 двухполярного источника постоянного тока 1.

При устранении токовой перегрузки в обоих плечах дифференциальной нагрузки устройство автоматически переходит в режим нормальной работы.

При аварийном возрастании положительного напряжения на выходе двухполярного источника 1 (цепь 21) до заранее установленной ограничиваемой величины потенциал в точке соединения резисторов

12 и 13 также увеличивается до значения, при котором светодиод 37 оптрона 19 открывается и начинает излучать. Сопротивление фотоэлемента 31 оптрона 19 уменьшается, транзистор 7 запирается, что также приводит к запиранию регулирующих транзисторов 3 и 4 и отключению плеч дифференциальной нагрузки йн1, Вн2 от положительной и отрицательной цепей 21, 23 двухполярного источника тока 1.

Аналогично, при аварийном возрастании отрицательного напряжения на выходе источника 1 (цепь 23) до ограничиваемой величины потенциал в точке соединения резисторов 13 и 14 понижается до значения, при котором светодиод 38 оптрона 20 открывается и начинает излучать. Сопротивление фотоэлемента 32 оптрона 20 уменьшается, транзистор 7 запирается, что приводит к запиранию регулирующих транзисторов 3 и 4 и отключению плеч дифференциальной нагрузки йн1, Вн2 от положительной и отрицательной цепей 21, 23 двухполярного источника тока 1. Аналогично устройство работает и при одновременном аварийном возрастании положительного и отрицательного напряжений на выходах двухполярного источника тока 1, а также при аварийном уменьшении положительного или отрицательного напряжений на выходе двухполярного источника тока 1 ниже определенного заранее установленного уровня. Ограничиваемые уровни напряжений задаются напряжениями стабилизации стабилитронов 8 и 9 и соотношением величин резисторов 12,13,14. Величины этих напряжений устанавливаются в пределах рабочих напряжений питаемого устройства.

При аварийном пропадании(обрыве или исчезновении) одного из напряжений на выходе двухполярного источника постоянного тока 1 также происходит увеличение потенциала (по модулю) в точке соединения резисторов 12, 13 или 13. 14, что, как уже было показано выше, приводит к открыванию светодиода 37 оптрона 19 или светодиода 38 оптрона 20, одновременному запиранию регулирующих транзисторов 3, 4 и отключе5 нию цепей питания датчика.

Данная система была разработана для питания двухполярных нагрузок с предельным рабочим током (50-100) мА и напряжением+ (12-15) В. В качестве регулирующих

10 транзисторов 3 и 4 использовались транзисторы КТ814Г, КТ815Г, управляющий транзистор 7- и-р-и типа КТ315Г, но можно было использовать и р-и-р транзистор типа

КТ361%, подключив при этом базовый рези15 стор 28 к отрицательному выводу 23 источника тока 1, коллекторный резистор 27 — к базе регулирующего транзистора 4 и поменяв местами коллектор с эмиттером транзистора 7. В качестве оптронов 17,18,19,20

20 были использованы микросхемы типа

: 249КП1, содержащие по два транэисторныхоптрона. Но можно было испольэовать фотодиодные, фоторезисторные и фототиристорные оптроны. Напряжения

25 стабилизации стабилитронов 8 и 9 были установлены одинаковыми и равными примерно половине напряжения питания, т.е. примерно(7-9) В. Номиналы резисторов были установлены равными: 12, 14 — 2 кОм, 13

30 -4,3 кОм, l0,11-3 кОм,5,6-200м,25,26,28 — 100 кОм, 27 — 10 кОм.

Данная система электропитания обеспечивает искробезопасное питание устройств, требующих как однополярное, так и

35 двухполярные напряжения постоянного тока. При этом, за счет срабатывания блока защиты 2 при аварийных увеличениях выходных напряжений источника постоянного тока 1 данная система питания позволяет

40 получить на своих выходах искробезопасную мощность, независящую от величины напряжений на его выходах. Кроме того, данная система электропитания обеспечивает одновременное отключение цепей пи45 тания двухполярной нагрузки как при коротком замыкании в одном или сразу обоих плечах нагрузки,при аварийном увеличении одного или сразу обоих напряжений на выходах источника постоянного тока, так и

50 при аварийном уменьшении одного из напряжений на выходе источника постоянного тока. Все это повышает надежность системы электропитания, а также при работе данной системы с датчиками позволяет

55 исключить поступление ложной информации, поступающей с выхода двухполярного датчика пр» питания его несимметричным или однополярным напряжением. Данная система после устранения причины аварии

1815726

10 автоматически возвращается в рабочее состояние.

Составитель А. Филиппов

Редактор С. Кулакова Техред M.Moðãeì àë Корректор A. Обручар

Заказ 1640 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раукская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

Искробезопасная система электропитания, содержащая двухполярный источник

IlocTo$lHHoco тока и блок защиты, выполненный на двух регулирующих транзисторах, двух резистивных датчиках тока, двух оптронах, эмиттерно-коллекторный переход первого регулирующего р-и-р-транзистора через первый резистивный датчик тока включен между первым положительным выводом двухполярного источника тока и первым выводом блока защиты, амиттерно-коллекторный переход второго регулирующего и-р-и-транзистора через второй резистивный датчик тока включен между вторым отрицательным выводом двухполярного источника тока и вторым выводом блока защиты, базо-эмиттерные переходы регулирующих транзисторов шунтированы соответственно первым и вторымреэисторами,отл ича ющаясятем, что, с целью увеличения максимально допустимой искробезопасной.мощности выходного тока и надежности, в блок защиты введены третий и четвертый оптроны, управляющий транзистор с коллекторным и базовым резисторами, коллекторно-змиттерный переход которого через коллекторный резистор включен между базами первого и второго регулирующих транэисторов, база управляющего транзистора через базовый резистор подключена к одному иэ выводов двухполярного источника постоянного тока, фотоприемные элементы четырех

5 оптронов соединены параллельно между собой и включены между базой и эмиттером управляющего транзистора, два источника опорного напряжения, два разделительных диода и делитель напряжения, включенный

10 между первым и вторым выводами двухполярного источника тока и состоящий из последовательно соединенных третьего, четвертого и пятого резисторов, первый разделительный диод подключен анодом к

15 выходу первого источника опорного напряжения, а катодом — x первому выводу блока защиты, второй разделительный диод подключен катодом к выходу второго источника опорного напряжения, а анодом — к второму

20 выводу блока защиты, светодиод первого оптрона подключен параллельно первому резистивному датчику тока, светодиод второго оптрона подключен параллельно второму резистивному датчику тока, светодиод

25 третьего оптрона подключен катодом к выходу первого источника опорного напряжения, а анодом — к точке соединения третьего и четвертого резисторов делителя напряжения, светодиод четвертого оптрона подклю30 чен анодом к выходу второго источника опорного напряжения, а катодом — к точке соединения четвер ого и пятого резисторов делителя напряжения.