Искробезопасный источник питания

 

ОПИСАНИЕ, . «»9?054?

Союз Советских

Социалистических

Республик

-ф

"г

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву 9 765931 (22) Заявлено 28. 04. 81 (21) 3280551/24-07 (511 М. КЛ.З

Н 02 Н 7/06

Е 21 F 5/00 с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 318. .528(088.8) Опубликовано 3010.82 Бюллетень М 40

Дата опубликования описания 30.10. 82

П. В, Лаппо, Г. A. Черномордик, A. А. Фрид(иан — -." . . .::,1-,. . "., и В. В. Галепкий

Украинский филиал Всесоюзного научноисследовательского института горной геомезаникй и маркшейдерского дела (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (,54) ИСКРОБЕЗОПАСНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

Изобретение от носится к аппарату=

:ре шахтной геофизики и устройств автоматики и связи и может быть преиму-щественно использовано для создания систем питания и управления на предприятиях и шахтах со взрывоопасной атмосферой.

По основному авт. св. Р 765931 известен искробезопасный источник питания, содержащий аккумуляторную батарею, узел ограничения токоперегрузки и короткого замыкания, выполненный на тиристоре с резистором в цепи управления, и транзисторный ключ, включенный последовательно с нагрузкой и тиристором, снабженным транзисторным ключом, диодом и формирователем импульсов .на основе элементов задержки, и реле, причем диод включен последовательно с тиристором, параллельно которым подключен дополнительный транзисторный ключ, диод подключен к входу формирователя импульсов, выход которого подключен к обмотке реле, контакты которОго включены в цепь управления транзисторных ключей. В нормальном режиме работы устройства выходной транзистор формирователя импульсов открыт и через обмотку реле протекает ток, реле срабатывает и обеспечи" вает эапирание параллельного и отпирание последовательного ключей. Открытый последовательный ключ передает энергию в нагрузку. При аварийном режиме в нагрузке(увеличение тока при коротком замыкании) падение напряжения на измерительном резисторе отпирает тиристор, шунтирующий нагрузку. После отпирания тириСтора напряжение на реле недостаточно для удержания его контактов, которое отпускает и запирает последовательный ключ, что обеспечивает восстановление узла ограничения мощности - запирание тиристора 31 3.

Недостатком известного . устройства является невысокая надежность, обусловленная тем,.что ввиду наличия механических контактов реле, управляющих ключами, возможен режим, когда . оба кхпоча будут открыты. В этом случае через параллелы*ый транзисторный ключ протекает большой ток, что, с одной стороны, увеличивает ток разряда аккумуляторной батареи, и с другой стороны, может привести к выходу из строя параллельного транзисторного ключа, т.е. всего источника пи30 тания. Для восстановления работы ис970547 точника после отключения в аварийном режиме необходимо перевести тиристор в закрытое состояние, для этого нужно обеспечить падение напряжения между его выводами анод-катод, которое значительно меньше, чем падение напряжения между этими выводами в от-. крытом состоянии,,определяемое пара- метрами параллель ного транзисторного ключа. На переходе мощного транзистора в режиме нааыщения падает зна чительное напряжение порядка 1 В, что исключает его применение, поэтому в качестве параллельного транзисторного ключа необходимо испольэовать только маломощный транзистор, но последний может выйти иэ строя из-эа рассеивания на нем большой мощности

Цель изобретения — повышение надежности коммутации нагрузки источника питания.

Поставленная цель достигается тем, что искробезопасный источник питания дополнительно снабжен конденсатором и резистором, включенными в базовую цепь параллельного транзисторного ключа, при этом резистор одним выводом подключен к размыкающему контакту реле, другим выводом— к упомянутому конденсатору, соединенному с положительной шиной аккумуляторной батареи и резистором, подключенным к эмиттеру входного транзистора.

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема искробезопасного источника питания.

Источник содержит аккумуляторную батарею 1 с токоограничением, подключенную с помощью контактов 2 цепь управления входного транзистора 3, эмиттер которого с помощью последо-, вательно соединенных резисторов 4 и 5 подсоединен к размыкающим контактам реле б, а через подстроечный резистор 7 - к коллектору транзистора 8, эмиттер которого подключен к положительной шине питания. Точка соединения резисторов 4 и 5 через конденсатор 9 подключена к положительной шине аккумуляторной батареи 1. При этом база транзистора 8 с помощью элементов 10-12 задержки -(резисторов

10 и 11 и конденсатора 12) соединена с катодом диода 13, анод которого подключен к положительной шине питания. Кроме того, диод 13 соединен с тиристором 14 узла ограничения мощности, в состав которого входит измерительный резистор 15, соединенный с эмиттером последовательного транзисторного ключа 16 и коллектором параллельного транзисторного ключа 17. Вазы ключей 16 и 17 с помощью замыкающих контактов реле 6 и резисторов подключены к соответст55

65 довательно соединенные резисторы 5 и 4 к эмиттеру входного транзистора

3, т.е. на базу .подается напряжение отпирания. Конденсатор 9, подключенный к положительной шине аккумуляторной батареи, заряжается. Нарастание отрицательного цотенциала на базе транзистора 17 затягивается за счет заряда конденсатора 9. Время задержки определяется номиналами резисторов 4 и 5 и конденсатора 9 и выбирается иэ расчета того, что паралелльвующим шинам питания. Коллектор транзистора 8 с помощью элементов 18-20 задержки, а также стабилитрона 21 подключен к базе выходного транзистора 22, в коллекторную цепь которого

5 включена обмотка реле б. При этом эмиттер транзистора 22 с помоцью диода соединен с положительной ши ной питания. Выходной транзистор 3, транзистор 8 с токозадающими цепями, !

О элементы 10- 12 и 18-20 задержки, и выходной транзистор 22 образуют формирователь импульсов, который формирует сигнал заданной длительности для управления реле б.

УстРойство работает. следующим образом.

Включение источника питания осуществляется замыканием контактов 2.

При этом через входной транзистор 3, подстроечный резистор 7, элементы

18-20 задержки и диод 21 на базу выходного транзистора 22 поступает отпирающий ток и вызывает срабатывание реле б. Последнее своими кон" тактами обеспечивает открывание последовательного ключа 16 и запирание параллепьного ключа 17. Открытый последовательный ключ 16 передает электрическую мощность аккумуляторноД батареи в нагрузку. При этом

-З0 падение напряжения на измерительном резисторе 15 недостаточно для открывания тиристора 14. Следовательно, напряжение на диоде 13 отсутствует и транзистор 8 заперт.

При аварийном режиме в нагрузке, заключающемся в увеличении тока нагрузки или коротком замыкании, падение напряжения на измерительном

40 резисторе 15 отпирает тиристор 14, шунтируюций нагрузку, После открывания тиристора 14 увеличивается потребляемый от батареи ток, напряжение между точками A и В уменьшается.

Этого напряжения недостаточно для удержания контактов реле б, которое отпускает и своими контактами подключает базу последовательного транзисторного ключа 16 через резистор к положительной шине аккумуляторной

-@ батареи, при этом упомянутый ключ запирается. Одновременно вторая пара контактов реле б подключает базу параллельного ключа 17 через после970547 ный ключ 17 должен открыться только после надежного запирания последовательного ключа, задержка составляет около 3 мс (при ВЧ-5 130 Ом, Сб

25 мкФ), тем самым исключается возможность одновременно открытого состояния обоих ключей, что позволяет

vMpHbDJHTb мощность, рассеиваемую на параллельном ключе 17, а это, в свою очередь, позволяет использовать маломощные транзисторы, у. которых напряжение между переходом коллектор-эмиттер в режиме насыщения мало. Тем самым обеспечивается необходимое .условие надежного восстановления тиристорного узла ограничения мощности — напряжение между катодом и анодом последнего становится близким к нулю . %аким образом, тиристор восстановился, падение напряжения на диоде 13 стало равным. нулю и транзистор 8 закрывается нулевым потенциалом на базе. После этого через время, определяемое узлом задержки на элементах 18-20, открывается транзистор 22 и реле 6 срабатывает. Если к этому моменту аварийный режим в нагрузке ликвидирован, то обеспечивается дальнейшее нормальное энергопитание. В противном случае тиристор вновь открывается и источник входит в режим генерации. Средний ток разряда аккумуляторной батареи определяется скважностью импульсов генерации, которая, в свою очередь, определяется постоянной времени элементов 10-12 и 1820. Такое Т-образное включение резисторов и.конденсатора обусловлено требованиями искробезопасности. Эти элементы заливаются эпоксидным компаундом и считаются неповреждаемыми.

При закорачивании одного из выводов узла задержки на другую щину питания конденсатор может заряжаться или разряжаться. Чтобы ограничить ток, который может превышать искробезопасные величины,: ставят резисторы с двух сторон конденсатора.

При ликвидации аварийного состояния нагрузки обеспечивается восстановление нормальной работы источника. Таким образом, наличие в базовой цепи параллельного клича, резистора и конденсатора обеспечивает открывание последнего только после надеж ного закрывания последовательного ключа, тем самым исключается аварийный режим упомянутого. Это позволяет использовать маломощный транзистор, что обеспечивает более надежное вос о становление тиристора, следовательно, и всего источника в целом. Кроме того, при этом уменьшается средний ток разряда аккумуляторной батареи, так как исключается закорачива-!

5 ние последней через оба открытые ключа. При этом в аварийном режиме средний ток, потребляемый от аккумуляторной батареи, определяется током короткого замыкания последней

;щ и отношением величин интервалов времени нахождения параллельного ключа в открытом и закрытом состояниях, которое может быть изменено в широких пределах и тем самым потребля25 емый ток можно уменьшить до определенйой величины.

Формула изобретения

Искробезопасный источник питания по авт. св. Р 765931, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повьыения надежности коммутации нагрузки источника питания, он дополнительно снабжен конденсатором и резистором,включенными в базовую цепь параллельного транзисторного ключа, при этом резистор одним выводом подключен к размыкающему контакту реле, другим выводом — к упомянутому конденсатору, соединенному с положительной шиной аккумуляторной батареи и резистором, подключенным к эмитте.ру входного транзистора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 765931, кл. Н 02 Н 7/06, 1978.

970547

Составитель 7. Яеголькова

Редактор Ю. Ковач Техред М. Коштура Корректор A. ГридЕнко

Заказ 8413/69 Тираж бб9 Поддисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауиская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Натеит", r. Ужгород, ул. Проектная, 4