Устройство для защиты электропотребителя от перенапряжений

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик и 936160 (6! ) Дополнительное к авт. свнд-ву (51)М. Кл. (22)Заявлено 05.08.80 (2!) г968249/г4-07

Н 02 H 3/20 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Рмударственный квинтет

СССР

«о делам «зебретеннй н. юткрытнй (53) УДК 621.316. .925(088. 8) Опубликовано 15.06.82, Бюллетень яе 22

Дата опубликования описани 15. 06. 82 (72) Автор изобретения

В.С.Иальцев, Л.В.Крюков и С.В.Куликов (7!) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТИ ЭЛЕКТРОПОТРЕБИТЕЛЯ

ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

Йзобретение относится к электро технике и може быть использовано для защиты шин питания радиоэлектронной аппаратуры от перенапряжений.

Известно устройство для защиты электропотребителя от перенапряжений, которое содержит исполнительный орган на тиристоре и пороговый элемент на стабилитроне. При этом тиристор анодом и катодом подключен к клеммам электропотребителя, а стабилитрон соединяет анод тиристора с его управляющим электродом. Если напряжение на клеммах электропотребителя превышает напряжение пробоя стабилитрона, то тиристор включается и закорачивает шины питания. Далее срабатывает токовая защита источника питания jl ).

Однако точность установки порога срабатывания, чувствительность и помехоустойчивость устройства защиты, всецело определяется параметра" ми стабилитрона и цепи управления тиристора, а поэтому имеют невысокие показатели.

Известно устройство для защиты элект ропотребителя от перенапряжений, в котором пороговый элемент. выполнен на дифференциальном усилителе с согласующим транзистором на выходе.

Напряжение питания электропотреби-!

0 теля через резистивный делитель пос" тупает на инвертируаций вход усилителя, а на его:неинвертирующий входнапряжение со стабилитрона. Для увеличения скорости нарастания импульса

1S включая тиристор, дополнительно вве-. дена положительная обратная связь на транзисторе, база которого соединена с цепью управляющего электрода тирис" тора (исполнительный орган), а пере"

20 ход эмиттер-коллектор подключен параллельно стабилитрону (2).

Однако наличие в пороговом элементе усилителя в положительной об936160

5 о

55

3 ратной связи снижает помехоустойчи4 восч ь устройства защиты электропотребителя от перенапряжений, а следовательно повышается: вероятность его ложного срабатывания.

Наиболее близким к изобретению является устройство для защиты электропотребителя от перенапряжений, в котором повышение крутизны фронта импульса включения исполнительного органа на тиристоре достигается увеличением коэффициента усиления порогового элемента и включением первого стабилитрона между выходом порогового элемента и входом исполнительного .органа. Для повышения коэффициента уси- . ления в пороговом элементе на выходе дифференциального усилителя включен нагруженный на второй стабилитрсн эмиттерный повторитель (ЭП), базовая цепь которого питается от источника тока на полевом транзисторе. При этом у транзистора Э(1 коллектор подключен к средней точке последовательной цепи на резисторе и первом стабилитроне, которая соединяет вход исполнительного органа с выходам оперативного источника, Тиристор исполнительного органа подключен к клеммам электропотреби1еля. На неинвертирующий вход дифференциального усилителя поступает напряжение от опорного источника, выполненного на стабилитроне, термокомпенсирующем диоде, резистивном делителе и источнике тока, а на инвертирующий вход - через резистивный делитель напряжение с элект ропот ребителя. Первоначально транзистор ЭП насыщен и на первый стабилитрон подается напряжение. меньшее его напряжения пробоя. При увеличении напряжения на электропотребителе до порога срабатывания, напряжение на выходе дифференциального усилителя возрастает, при этом увеличивается напряжение на коллекторе транзистора ЭП, первый стабилитрон пробивается, от оперативного источника включается тиристор, который закорачивает клеммы электропотребителя. Поскольку в дифференциальном усилителе вход и выход соединены корректируюшим конденсатором, а транзисторы усилителя и ЭП находят ся в режиме глубокого насыщения, то имеет место задержка на включение исполнительного органа t 3).

25 зо

4

Недостатками известного ус1ройства являются снижение температурной стабильности работы и задержка формирования си гнала пороговым элементом по инвертирующему входу дифференциального усилителя, вследствие глубокоro насыщения еro транзисторов, что особенно опасно при ошибочном подключении электропотребителя на повышенное напряжение электропитания.

Цель изобретения — повышение надежности работы защиты от перенапряжений при ошибочном включении электропотребителя на повышенное напряжение питания.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты электропотребителя от перенапряжений, содержащее подключенный к изо- . лированной и общей клеммам элект ропотребителя исполнительный орган и подсоединенный к выходу оперативного источника пороговый элемент, в котором выходной транзистор коллектором соединен с первым выводом резистора, а в цепи эмиттера включен стабилитрон, дополнительно введены ключевой транзистор и реагирующая на превышение тока цепь иэ выполненного на транзисторе второго порогового элемента с датчиком тока на входе, flpN этом датчик тока выполнен на резисторе и образует со стабилитроном последовательную цепь, которая подключена между эмиттером выходного транзистора и общей клеммой электропотребителя, у транзистора второго порогового элемента переход эмиттер-база подсоединен параллельно к резистору датчик тока, а коллектор подключен к базе выходного транзистора, кроме того, у ключевого транзистора база соединена с выходом оперативного источника, коллектор подключен к входу исполнительного органа, а эмиттер соединен с первым выводом резистора, второй вывод которого подключен.к изолированной клемме электропотребителя„

Кроме того, второй пороговый элемент выполнен на оптотиристоре, у которого вход подключен параллельно датчику тока, а выход через резистор соединен с изолированной клеммой электропотребителя и с входом исполнительного органа.

9361

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства.

К общей клемме 1 и изолированной клемме 2 электропотребителя 3 подключен исполнительный орган 4, выполненный на тиристоре 5 и помехоподавляющем резисторе 6. К выходу оперативного источника 7 подключен пороговый элемент 8, в котором диффе- 1О ренциальный усилитель 9 выходом соединен с базой выходного транзистора

10. Инвертирующий вход дифференциального усилителя 9 подключен к соединенному с оперативным источником 7 !5 источнику опорного напряжения, выполненного на последовательно включенных стабилитроне 11 и резисторе

12. Инвертирующий вход дифференциального усилителя 9 соединен с его вы- 2о ходом через корректирующий конденсатор 13 и соединен со средней точкой делителя напряжения на резисторах

14 и 15, который подключен к общей клемме 1 и изолированной клемме 2. 25 Транзистор эмиттерного повторителя

10 эмиттером через последовательно включенные стабилитрон 16 и датчик

17 тока на резисторе соединен с общей клеммой 1, а коллектором, через резистор 18, подключен к изолированной клемме 2, Ключевой транзистор 19 подключен базой к выходу оперативного источника 7, эмиттером— к коллектору транзистора эмиттер35 ного повторителя 10, а коллекторомк входу исполнительного органа 4. . Второй пороговый элемент выполнен на транзисторе 20 у которого коллектор соединен с базой транзистора эмиттерного повторителя 10, перехоД эмиттер-база подключен к датчику 17 тока на резисторе.

По другому варианту второй пороговый элемент выполнен на оптотиристоре 21, вход которого подключен параллельно датчику 17 тока на ре-. зисторе, а выход через ограничительный резистор 22, соединен с входом исполнительного органа 4 и с изо-.

50 лированной клеммой 2.

Напряжение питания электропотребителя 3 должно быть больше напряжения оперативного источника 7 выполненного, например, в виде параметрического стабилитрона на резис55 торе 23 и стабилитроне 24 и подклю ченного к общей и изолированной клеммам 1 и 2. При подаче на общую и

60 6 изолированную клеммы 1 и 2 превышающего допустимое значение напряжения питания из-за тока заряда корректирующего конденсатора 13, выходной транзистор 10 отпирается и поддерживается в открытом состоянии.

Одновременно через резистор 18> переход коллектор-эмиттер транзистора 10, стабилитрон 16 и датчик

17 тока на резисторе протекает ток.

Напряжение с резистора 18 отпирает транзистор 20 второго порогового элемента, который шунтирует вход выходного транзистора 10. При этом транзистор 10 под действием запирающего напряжения со стабилитрона 16 переходит в активный режим и, как только напряжение на его коллекторе превысит напряжение на выходе оперативного источника 7, ключевой транзистор 19 включает тиристор 5.

Если транзисторы 10, 19 и 20 низкочастотные, то для сокращения задержки формирования импульса включения тиристора 5, второй пороговый элемент можно выполнить на быстродействующем оптотиристоре 21."В этом случае, при превышении напряжения на электропотребителе 3 допустимого значения, сигнал с датчика 17 тока на резисторе включает оптотиристор 21, который включает исполнительный орган 4.

Канал включения исполнительного органа 4 от второго порогового элемента на транзисторе 20 или оптотиристоре 21 является менее чувствительным, поэтому .его порог срабатывания следует выбирать в середине зоны допустимых значений напряжений срабатывания защиты. В то же время канал формирования импульса включения исполнительного органа 4 от порогового элемента 8 имеет высокую стабильность (порядка 0,53 и менее) поэтому его точку срабатывания следует выбирать в нижней части зоны допустимых значений напряжений срабатывания защиты. Тогда при внезапных отказах источника электропитания 3 (если скорость возрастания напряжения на электропотребителе 3 меньше постоянной времени порогового элемента 8) точность срабатывания защиты электропотребителя от пере" напряжений обеспечивается пороговым элементом 8. При ошибочных подключениях электропотребителя 3 на повы- . шенное напряжение питания, быстрота

936160

5 о

25 зо

З5 ю

7 снятия перенапряжения практически определяется быстродействием срабатывания второго порогового элемента и исполнительного органа 4.

Сравнительные испытания данного устройства защиты электропотребите.ля от перенапряжений с известным показали, что при включении электропотребителя на повышенное напряжение питания задержка формирования импульса включения исполнительного органа сокращается более чем в 10 раз (с нескольких мкс у известного до дрлей мкс в данном устройстве).

При сокращении задержки включения исполнительного органа устройства защиты уменьшается время снятия перенапряжений с электропотребителя.

В электропотребителе импульсы перенапряжения по цепи питания, как правило, подавляются фильтрами. Таким образом, снижение времени снятия перенапряжений устройством защиты позволяет либо уменьшить габариты, стоимость и массу помехоподавляющих фильтров электропотребителя, либо повысить предельное значение напряжения источника электропитания, ошибочная подача которого еще не вызывает потери работоспособности электропотребителя.

Зкономический эффект от внедрения предложенного устройства защиfbi возникает за счет сохранения работоспособности электропотребителя при подаче на него (или скачкообразном повышении) напряжения пита ния, превышающего допустимое значение до 1,5-2 раз.

Формула изобретения

1.. Устройство для защиты электропотребителя от перенапряжений, содержащее подключенный к изалированной и общей клеммам электропотребителя.исполнительный орган и подсоединенный к выходу оперативного источника пороговый элемент, в котором{ выходной транзистор коллектором . соеди нен с первым вы водо м. ре зи стор а, а в цепи эмиттера включен стабилитрон, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы защиты, в него дополнительно введены ключевой. транзистор и реагирующая на превышения тока цепь из выполненного на транзисторе второго порогового элемента с датчиком тока на входе, при этом датчик тока выполнен на резисторе и образует со стабилитроном. последовательную цепь, которая подключена между эмиттером выходного транзистора и общей клеммой электропотребителя, у транзистора вто1>ого порогового элемента переход эмиттер-база подсоединен к резистору датчика тока, а коллектор подключен к базе выходного транзистора, кроме того, у ключевого транзистора база соединена с выходом оперативного источника, коллектор подключен к входу исполнительного органа, а эмиттер соединен с первым выводом резистора, второй вывод которого подключен к изолированной клемме электропотребителл.

2. Устройство по п.1, о 1 л ич а ю щ е е с я тем, что второй пороговый элемент выполнен на опчоТиристоре, у которого вход подключен параллельно датчику тока, а выход через резистор соединен с изолированной клеммой электропотребителя и с входом исполнительного органа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Великобритании 1009261, кл. Н 2 К, 1965.

2. Патент США Ю 3558979, кл. 317-16, 1971.

3. Полянин К.П., Панченко В. П.

Схемы защиты в источниках питания на микросхемах, сб. "Электронная техника в автоматике", 1978, вып.10, .с.65-66.

936160

Составитель Т.Щеголькова

Техред M. Рейвес Корректор О.Макаренко

Редактор Н.Воловик

Подлисное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4

Заказ .4234/62 Тираж 669

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэорретений и открытий

3 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5