Устройство защиты от токовых перегрузок

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано для защиты оборудования проводной связи от опасных токов, вызванных попаданием посторонних напряжений в линии связи. Устройство защиты состоит из коммутирующего блока, который по сигналу с блока контроля тока при перегрузке по току переходит из низкоомного состояния в режим ограничения тока, а по сигналу с блока контроля напряжения при перегрузках по амплитудному значению переменного или постоянного напряжения и при перегрузке по действующему значению переменного напряжения - из режима ограничения тока в высокоомное состояние. Коммутирующий блок выполнен по электрической схеме инерционного оптоэлектронного коммутатора с нормально замкнутыми контактами. Устройство защиты включается в разрыв линии связи. Схемотехнические решения блоков устройства защиты линии связи от токовых перегрузок могут быть оптимизированы для каждой из полярностей аварийного напряжения или раздельно для уровней перегрузок по постоянному и переменному току. Технический результат - повышение надежности работы. 3 ил.

 

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано для защиты оборудования проводной связи от опасных токов, вызванных попаданием посторонних напряжений в линии связи.

Известно включенное в разрыв линии связи устройство защиты, состоящее из коммутирующего блока, который по сигналу с блока контроля тока при перегрузке по току переходит из низкоомного состояния в режим ограничения тока, а по сигналу с блока контроля напряжения при перегрузке по амплитудному значению переменного или постоянного напряжения - из режима ограничения тока в высокоомное состояние. Коммутирующий блок такого устройства защиты может быть выполнен по электрической схеме на биполярных транзисторах [1] или на полевых транзисторах с индуцированным каналом [2].

Целью изобретения является улучшение технических характеристик устройства защиты от токовых перегрузок, повышение надежности его работы.

Поставленная цель достигается тем, что, во включенном в разрыв линии связи устройстве защиты, коммутирующий блок выполнен по электрической схеме инерционного оптоэлектронного коммутатора с нормально замкнутыми контактами. Коммутирующий блок по сигналу с блока контроля тока при перегрузке по току переходит из низкоомного состояния в режим ограничения тока, а по сигналу с блока контроля напряжения при перегрузках по амплитудному значению переменного или постоянного напряжения и при перегрузке по действующему значению переменного напряжения - из режима ограничения тока в высокоомное состояние.

На фигуре 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства защиты, а на фигуре 2 его вольт-амперная характеристика. Включенное в разрыв линии связи 1 устройство защиты 2, состоит из коммутирующего блока 3, выполненного по электрической схеме инерционного оптоэлектронного коммутатора с нормально замкнутыми контактами, блока контроля напряжения 4, блока контроля тока 5.

На фигуре 2а представлена ВАХ устройства защиты 2 на постоянном токе. При протекании в линии связи 1 токов с амплитудой в диапазоне величин от нуля до |I1| коммутирующий блок 3 находится в низкоомном состоянии и ВАХ устройства защиты 2 практически линейна. При превышении амплитуды тока в линии связи 1 величины |I1| блок контроля тока 5 вырабатывает сигнал 6, по которому коммутирующий блок 3 переходит в режим ограничения тока. Если на постоянном токе падение напряжения на устройстве защиты 2 превысит величину U1, то коммутирующий блок 3 по сигналу 7 с блока контроля напряжения 4 перейдет в высокоомное состояние.

Если на переменном токе действующее значение падения напряжения на устройстве защиты 2 превысит U1, то коммутирующий блок 3 по сигналу 7 с блока контроля напряжения 4 перейдет в высокоомное состояние, а ВАХ устройства защиты 2 примет вид, представленный на фигуре 2б. В высокоомном состоянии устройство защиты 2 рассеивает небольшую мощность, что обеспечивает высокую надежность его работы в аварийном режиме, например, при попадании в линию связи постороннего напряжения электросети переменного тока с действующим значением напряжения более U1.

На фигуре 3 представлен пример схемы электрической принципиальной одного из возможных вариантов практической реализации заявляемого устройства защиты линии связи от токовых перегрузок, поясняющий его работу в случае однополярного напряжения. Блок контроля тока 5 выполнен на резисторе R1 и диоде VD1, а блок контроля напряжения 4 - на резисторе R2. Коммутирующий блок 3 состоит из светодиода VD2, фотодиодов VD3-VD(3+n), резистора R3 и полевого транзистора со встроенными каналами VT1.

Схема работает следующим образом. При протекании в линии связи 1 токов в диапазоне значений от нуля вольт до I1 полевой транзистор со встроенным каналом VT1 находятся в низкоомном состоянии. Если ток в линии связи 1 превысит значение I1, то падение напряжение на резисторе R1 окажется выше порога включения соединенных последовательно диода VD1 и светодиода VD2. При протекании тока через светодиод VD2 излучается световой поток, освещающий матрицу из n последовательно включенных фотодиодов VD3-VD(3+n), которая вырабатывает фотоЭДС, создавая на резисторе R3 напряжение, достаточное для управления затвором полевого транзистора со встроенным каналом VT1. Чем больший ток протекает через светодиод VD2, тем больше запирающее напряжение подается между затвором и истоком полевого транзистора со встроенным каналом VT1, тем выше его выходное сопротивление, при этом ток в линии связи 1 уменьшается. Благодаря такой отрицательной обратной связи коммутирующий блок 3 обеспечивает режим ограничения тока. Величина резистора R2 подбирается таким образом, чтобы при перегрузке линии связи 1, когда значение постоянного напряжения или действующее значение переменного напряжения на устройстве защиты 2 превысит U1, через светодиод VD2 потечет ток, приводящий к надежному запиранию полевого транзистора со встроенным каналом VT1, переводя коммутирующий блок 3 в высокоомное состояние. Описанному режиму работы соответствует ВАХ, приведенная на фигуре 2а. Величина резистора R3 подбирается таким образом, чтобы при перегрузке лини связи 1, когда действующее значение падения переменного напряжения на устройстве защиты 2 превысит U1, время восстановления состояния с низким сопротивлением полевого транзистора со встроенным каналом VT1 было больше полупериода следования переменного напряжения. Такая инерционность оптоэлектронного коммутатора обеспечивает перевод коммутирующего блока 3 в высокоомное состояние, описываемое ВАХ, приведенной на фигуре 2б.

Известными схемотехническими решениями можно существенно улучшить характеристики приведенного выше варианта практической реализации заявляемого устройства защиты линии связи от токовых перегрузок. Снизить сопротивление устройства защиты в низкоомном состоянии позволят, например, бесконтактный блок контроля тока или использование свойства полевого транзистора со встроенным каналом VT1 входить в режим насыщения, обеспечивая режим ограничения тока без применения резистора R1. Точность задания величины напряжения U1, при превышении которого коммутирующий блок 3 переходит в высокоомное состояние, существенно повысится, если последовательно с резистором R2 включить стабилитрон, а замена резистора R2 на источник тока обеспечит надежность работы устройства защиты при минимальных перегрузках. На переменном токе эффективно применение в блоке контроля напряжения конденсатора вместо резистора R2. В случае необходимости схемотехнические решения блоков устройства защиты линии связи можно оптимизировать для каждой из полярностей аварийного напряжения или раздельно для уровней перегрузок по постоянному и переменному току.

Источники информации

1. Патент США №4475012, кл. Н 04 М 1/31, опубл. 02.10.84.

2. Патент США № 5198957, кл. Н 02 Н 9/04, опубл. 30.03.93.

Устройство защиты от токовых перегрузок, включенное в разрыв линии связи, состоящее из коммутирующего блока, который по сигналу с блока контроля тока при перегрузке по току переходит из низкоомного состояния в режим ограничения тока, а по сигналу с блока контроля напряжения при перегрузке по напряжению - из режима ограничения тока в высокоомное состояние, отличающееся тем, что коммутирующий блок выполнен по электрической схеме инерционного оптоэлектронного коммутатора с нормально замкнутыми контактами на полевых транзисторах со встроенным каналом, время перехода которого из выключенного состояния в низкоомное больше полупериода следования переменного напряжения при перегрузке по напряжению.