Способ защиты от перегрузок и коротких замыканий источника питания постоянного тока и устройство для его осуществления

 

j

Особое конструкторское бюро Института космических исследований АН СССР (7 l ) Заявитель (54) СПОСОБ ЗАШИТЫ ОТ ПЕРЕГРУЗОК И КОРОТКИХ ЗАИЫКАНИЙ

ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА „

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к электро. технике и может быть использовано для защиты источников питания посто янного тока от перегрузок и коротких замыканий.

Известен способ защиты от neperpy- 5 зок и коротких замыканий, например, способ ограничения (стабилизации) тока перегрузки путем уменьшения напряжения питания на нагрузке ill.

М 16

Однако он не обеспечивает полного отключения, напряжения питания, в результате чего в режиме перегрузки или короткого замыкания от источника пи" тания потребляется значительная мощность, превышающая мощность, потребляемую в нормальном режиме работы $1), Известен способ защиты от перегру- . зок и коротких замыканий источника питания постоянного тока, заключающийся в том, что при воздействии оп" ределенной перегрузки по току или короткого замыкания напряжение питания

2 полностью отключают от нагрузки. 8 схеме происходит лавинообразный режим переключения из одного устойчивого состояния - включенного, в.другое устойчивое.состояние - выключенное. no" сле исчезновения перегрузки или корот" кого замыкания повторное включение осуществляют следующим образом: сна-чала выключают, а затем вновь включают напряжение питания.Устройство для защиты от перегрузок и коротких замыканий источника питания постоянного тока, реализующее способ, содержит датчик. тока (исполь" зуют для этой-.цели ниэкооиный резистор.или регулирующий транзистор) и последовательно соединенный с ним регулирующий транзистор, пороговый усилитель постоянного тока, подключенный входом к датчику тока, .а вцходой -,. к входу релейной схемы управления выключением регулирующего транзистора Г2

Недостатком способа является нали" чие бросков тока, значительно превы991393

3 шающих заданный ток срабатывания защиты устройства на время отключения ври воздействии короткого замыкания, так как переключение из одного устойчивого состояния - включенного, в дру- гое устойчивое состояние - выключенное, длится определенный отрезок времени, в течение которого через регулирующий транзистор устройства проходит значительный неуправляемый ток 1р короткого замыкания.

Недостатком способа является также плохая помехозащищенность, так как кратковременные импульсные помехи по напряжению питания и по току могут со-1 здать на датчике тока броски напряжения, приводящие к срабатыванию порогового усилителя и релейной схемы и выключению напряжения питания. Поэтому для увеличения помехозащищенности в устройство. вводят конденсаторы, увеличивающие его инерционность, что в конечном итоге приводит к увеличению времени отключения, а соответственно и длительности бросков тока при воздействии короткого замыкания.

Недостатком способа является также большой ток включения, вызванный зарядом конденсаторов на выходе устройства (при активно-емкостной нагруз Зр ке). Так как на датчике тока появляется бросок напряжения, то может сра.ботать защита устройства. Поэтому в устройство вводят специальные конденсаторы, которые отключают пороговый усилитель и релейную схему устройства на время воздействия тока включения. Это опять приводит к увеличению времени отключения и длительности бросков тока при воздействии короткого замыкания.

Целью изобретения является исключение бросков тока за время отключения, увеличение помехозащищенности и

45 ограничение тока включения.

Эта цель достигается тем, что согласно способу защиты от перегрузок и коротких замыканий, основанному на отключении напряжения питания от нагрузки при достижении определенного тока перегрузки, в начальный момент воздействия перегрузки или короткого замыкания перед отключением предварительно стабилизируют ток перегрузки 55 путем уменьшения напряжения питания на нагрузке до задаваемого noporoeoго уровня отключения. ф

В устройстве для осуществления способа защиты от перегрузок и коротких замыканий, содержащем датчик тока и последовательно соединенный с ним регулирующий транзистор, пороговый усилитель постоянного тока на транзисторе, подключенном переходом эмиттер-база через диод источника опорного напряжения к датчику тока, и релейную цепь управления регулирующим транзистором, транзистор порогового усилителя постоянного тока подключен эмиттером к выходному выводу и датчику тока, коллектором - к эмиттеру и резистору в цепи эмиттера транзистора управляемого стабилизатора тока в цепи базового смещения регулирующего транзистора, базой - через диод, включенный в прямом направлении, и последовательно соединенный с ним резистор релейной цепи с выходным выводом и коллектором регулирующего транзистора, при этом средняя точка диода и резистора релейной цепи соединена через конденсатор с входным выводом и эмиттером транзистора порогового усилителя постоянного тока.

На чертеже представлена электрическая схема устройства для осущест1. вления способа защиты от перегрузок и коротких замыканий источника питания постоянного .тока.

В минусовую шину источника питания включен резистор E датчика тока и соединенный последовательно с ним регулирующий составной транзистор 2 типа и-р-и. Пороговый усилитель постоянного тока на транзисторе 3 типа и-р-и подсоединен эмиттером к минусовой ши" не питания и резистору 1 датчика тока, базовый - через последовательно соединенные резисторы 4 и 5 к средней точке подстроечного резистора 6, подключенного параллельно диоду 7 источника опорного напряжения, и коллектором - к эмиттеру транзистора 8 типа р-и-р управляемого стабилизатора тока и резистору 9 в цепи его эмиттера. Катод диода 7 соединен с общей точкой соединения резистора 1, эмит-. тера регулирующего составного транзистора 2 и анода стабилитрона 10, а

его анод через балластный резистор 11 соединен с катодом стабилитрона 10, резистором 12 подключенным другим выводом к базе транзистора 8, и балластным резистором 13, подключенным другим выводом к плюсовой шине пита5 99139 ния. Коллектор транзистора 8 управляемого стабилизатора тока соединен с базой регулирующего составного транзистора 2, а его база через резистор

14 подсоединена к эмиттеру регулирую- щего составного транзистора 2. Коллектор регулирующего составного транзистора 2 соединен через резистор 15.. с анодом диода 16 релейной цепи, под соединенным катодом через резистор 4 !о к базе транзистора 3 порогового усилителя постоянного тока, и с конденсатором 17, подключенным другим выводом к общей точке соединения минусовой шины питания, эмиттеру транэисто- м ра 3 и, резистору 1 датчика тока.

Устройство работает следующим образом.

При включении напряжения питания через резистор 14 на базу транэисто- 2о ра 8 управляемого стабилизатора тока поступает отрицательное напряжение, которое открывает транзистор 8 и ре" гулирующий составной транзистор 2, В этот момент релейная цепь (резистор . 2s

l5 и диод 16) отключена, так как напряжение на конденсаторе 17 равно нулю и диод .16 закрыт обратным напряже- билиэатору на стабилитроне 10. Ток нием, что исключает ложное срабатывание защиты устройства от тока включе-зз ния. Так как напряжение на резисторе

12 в базовой цепи транзистора 8 при любых изменениях напряжения питания поддерживается стабильным с помощью стабилитрона 10,, к которому подключен делитель на резисторах 12 и 14, то ток коллектора транзистора 8 и ток базы регулирующего составного транзистора 2 также стабилен, а его величина определяется сопротивлением ре- <> ройства эистора 9 в цепи эмиттера транзистора 8. Ток базы регулирующего составного транзистора 2 устанавливается такой величины, чтобы этот транзистор находился в режиме насыщения. напряжение на выходе уменьшается и происходит ограничение тока включения на уровне, равном заданному току перегрузки срабатывания защиты.

Затем устанавливается нормальный режим работы устройства, при котором регулирующий составной транзистор 2 находится в режиме насыщения, транзистор 3 порогового усилителя постоянного тока закрыт, так как сумма на", пряжений на резисторе 1 датчика тока и верхнем плече делителя на резисторе 6 меньше напряжения, необходимого для отпирания транзистора 3, релей-. ная цепь отключена, так как диод 16 релейной цепи закрыт обратным напряжением, равным разности напряжения на верхнем плече делителя на резисторе 6 и напряжения насыщения регулирующего составного транзистора 2. Опорное напряжение на диоде 7 стабильно и не зависит от изменения напряжения питания, так как балластный резистор

11 подключен к параметрическому ста"

В начальный момент после включения через резистор 1 датчика тока и регулирующего составного транзистора 2 протекает ток включения (ток заряда конденсаторов фильтра) . Когда напряжение на ре- зз эисторе 1 достигнет в сумме с напряжени- ем на верхнем плече делителя на резисторе 6 величины, достаточной для отпирания транзистора 3 порогового усилителя постоянного тока, то последний открыва" зз ется. Ток коллектора транзистора 3 увеличивает напряжение на резисторе 9 и ток. коллектора транзистора 8 управ3 d ляемого стабилизатора тока уменьшается. В результате, регулирующий составной транзистор 2 выходит из насыщения, срабатывания защиты устанавливается с помощью подстроечйого резистора 6, изменяя сумму напряжений на резисторе 1 датчика тока и верхнем плече де; лителя на резисторе 6. Улучшение помехозащищенности объясняется тем, что помехи по входу и выходу устройства приводят только к кратковременному выходу регулирующего составного тран-! эистора .2 иэ режима, насыщения, исключая ложное срабатывание защиты уст!

При воздействии на выходе устройства перегрузки по току, равной установленному с помощью резистора 6 току срабатывания защиты, сумма напряжений на резисторе 1 датчика тока и верхнем плече делителя на резисторе

6 открывает транзистор 3. 8 результате уменьшается ток коллектора транзистора 8 и регулирующий составной транзистор. 2 выходит из насыщения.

При дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузки ток перегрузки поддерживается стабильным за счет того, что увеличивается напряжение на регулирующем составном транзисторе. Когда напряжение на диоде 16 (равное разнос-, ти напряжений на регулирующем составном транзисторе 2 и на верхнем плече

7 9913 делителя на резисторе 5) достигнет уровня, равного прямому напряжению через диод то последний открывается.

Следовательно, транзистор 2 является для релейной цепи датчиком напряжения.s

Напряжение на регулирующем составном транзисторе 2, при котором срабатывает релейная цепь, можно регулировать путем замены диода 16 стабистором или стабилитроном с более высоким напря- © жением стабилизации. Через резистор

15, открытый диод 16 и резистор 4 на базу транзистора 3 подается положительное напряжение, увеличивающее его ток коллектора. Соответственно, уве" личивается напряжение на резисторе 9 и ток коллектора транзистора 8 уменьшается, увеличивая напряжение на транзисторе 2. Через релейную цепь (элементы Т5 и 16) на базу транзистора 3 20 подается еще большее положительное напряжение, увеличивающее его ток коллектора. Происходит лавинообразный процесс переключения устройства из одного устойчивого состояния, ког- 2$ да регулирующий составной транзистор

2 открыт, в другое устойчивое состояние, когда этот. транзистор закрыт, и на выходе устройства напряжение становится равным нулю. 8 выключенном $в состоянии конденсатор 17 быстро разряжается через. диод 16, резистор 4 и переход база-эмиттер транзистора 3, После чего устройство готово для повторного включения. Включение устрой- $ ства возможно после снятия напряжения . питания и повторной его подачи.

При воздействии на выходе устройства короткого замыкания на время отключения, определяемого временем пе" gp реключения устройства, оно работает в режиме стабилизации (ограничения) тока перегрузки и броски тока не будут отсутствовать.

Формула изобретения 1$

1. Способ защиты.от перегрузок и коротких замыканий источника питания постоянного тока путем отключения напряжения питания при достижении тока нагрузки порогового значения, о т л ич а ю шийся тем, что, с.целью исключения бросков тока за время от" ключения, увеличения помехозащищенности и ограничения тока включения, предварительно. уменьшаюи, напряжение питания до заданного порогового уровня, а затем его отключают при указанном достижении тока нагрузки порогового значения.

2. Устройство защиты от перегрузок и коротких замыканий, содержащее датчик тока и последовательно соединенный с .ним регулирующий транзистор, пороговый усилитель постоянного тока на транзисторе, подключенном переходом эмиттер база через диод источника опорного напряжения к резистору датчика тока, и релейную цепь управления регулирующим транзистором, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что транзистор порогового усилителя постоянного тока подключен эмиттером к входному выводу и датчику тока, коллекторомк эмиттеру и резистору в цепи эмиттера транзистора управляемого стабилизатора тока в цепи базового смещения регулирующего транзистора, базойчерез диод, включенный в прямом направлении цепи с выходным выводом и коллектором регулирующего транзистора, при этом средняя точка диода и резистора релейной цепи соединена,через конденсатор с выходным выводом и эмиттером транзистора порогового усилителя постоянного тока.

Источники информации; принятые во внимание при экспертизе .1. Карпов В.И. Полупроводниковые компенсационные стабилизаторы напряжения и тока. И., "Энергия", 1967, с. 81-84.

2. Авторское свидетельство СССР

N 432476, кл. G 05 F 1/58, 1971.

991393

Составитель С. Горбачева

Редактор Т. Кугрывева Техред Ж.Кастелевич Корректор Г. Огар

Заказ 133/66 Тираж 872 Подлисное

ЗНИИПИ Государственного комитета .СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

«М

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