УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ РАДИОЭЛЕКТРОННОГО ПРИБОРА Российский патент 1999 года по МПК H02H9/04 G01R19/165 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике, и в частности к устройствам защиты радиоэлектроннных приборов, подключаемых к сети переменного тока.

Известно, что в сети переменного тока с напряжением 220 (127) вольт возникают высокочастотные перенапряжения до 500 В и более, возможны кратковременные импульсы с амплитудой свыше 1 кВ. Эти всплески напряжения, проходя через источник питания, могут вывести из строя полупроводниковые приборы и микросхемы или вызвать сбои в работе радиоэлектронных приборов.

Для предотвращения перенапряжений применяют специальные схемы с газовыми разрядниками, варисторами, стабилитронами. Но все эти приборы имеют большую межэлектродную емкость, ограничивающую их использование на высоких частотах (В. А. Колосов. Электропитание стационарной радиоэлектронной аппаратуры. М.: Радио и связь, 1992, с. 111).

Поэтому для защиты радиоэлектронных приборов от высокочастотных перенапряжений в сети питания используют ограничители напряжения (ограничительные диоды), которые обладают высокочастотными свойствами, Ограничители напряжения пробиваются в случае приложения к ним напряжения, превышающего значение напряжения их пробоя. Устройство для защиты радиоэлектронных приборов от перенапряжений в сети питания с использованием ограничителей напряжения (прототип) описано, например, в Справочнике "Электронные приборы для защиты РЭА от электрических перегрузок" (авторы В.П.Черепанов, А.К.Хрулев и И.П. Блудов. М.: Радио и связь, 1994, с. 42, рис. 10.6).

Устройство защиты радиоэлектронного прибора от кратковременных перенапряжений в сети переменного тока содержит два ограничителя напряжения, включенных последовательно и встречно друг другу и подключенных между проводниками, по которым к прибору поступает напряжение питания. При появлении в сети перенапряжения один из ограничителей напряжения находится в проводящем состоянии, а другой кратковременно пробивается, при этом импульс перенапряжения ограничивается и не приводит к помехам или неисправностям в радиоэлектронном приборе. Два ограничителя напряжения, соединенных последовательно и встречно друг с другом, могут быть выполнены в виде одного прибора - симметричного ограничителя напряжения, при этом дополнительно выводится точка соединения ограничителей.

Однако при выходе из строя одного из ограничителей напряжения (обрыв в нем, например, при коротком замыкании за счет большого тока) питание прибора не нарушится, но прибор будет лишен защиты от перенапряжений. Неисправность в устройстве защиты, таким образом, не обнаруживается немедленно и, следовательно, не устраняется. Это уменьшает надежность радиоэлектронной аппаратуры.

В предложенном изобретении решается техническая задача увеличения надежности радиоэлектронной аппаратуры. Кроме того, обеспечиваются более благоприятные условия эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры за счет снижения помех.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что устройство защиты радиоэлектронного прибора содержит два ограничителя напряжения, включенных последовательно и встречно друг другу и подключенных между проводниками, по которым поступает напряжение питания к радиоэлектронному прибору (далее следуют отличительные признаки). Устройство также содержит первый, второй и третий светодиоды и первый и второй резисторы, первый резистор и первый светодиод соединены последовательно и образуют первую светодиодную цепочку, второй резистор и второй светодиод соединены последовательно и образуют вторую светодиодную цепочку. Причем обе светодиодные цепочки соединены последовательно и подключены к проводникам, по которым поступает напряжение к радиоэлектронному прибору. Светодиодные цепочки соединены между собой так, что первый и второй светодиоды включены встречно друг другу, а точка соединения светодиодных цепочек соединена с точкой соединения ограничителей напряжения через третий светодиод. Полярности выводов первого и второго светодиодов, подключенных через третий светодиод к точке соединения ограничителей напряжения, аналогичны полярностям соединенных между собой выводов ограничителей напряжения, а полярность вывода третьего светодиода, подсоединенного к первому и второму светодиодам, аналогична полярностям соединенных между собой выводов первого и второго светодиодов.

Предлагаемое устройство защиты радиоэлектронного прибора от кратковременных перенапряжений в сети питания переменного тока поясняется чертежом.

Перечень обозначений на чертеже:
1 - сеть питания переменного тока;
2 - радиоэлектронный прибор;
3 - верхний (на рисунке) проводник, по которому поступает напряжение питания;
4 - нижний (на рисунке) проводник, по которому поступает напряжение питания;
5 - первый ограничитель напряжения;
6 - второй ограничитель напряжения;
7 - точка соединения ограничителей напряжения;
8 - первый светодиод;
9 - второй светодиод;
10 - первый резистор;
11 - второй резистор;
12 - третий светодиод;
13 - точка соединения светодиодных цепочек.

На чертеже показано устройство для защиты радиоэлектронного прибора 2 от кратковременных перенапряжений в сети 1 питания переменного тока. Напряжение питания переменного тока от сети поступает по проводникам 3 и 4. Ограничители напряжения 5 и 6 включены последовательно и встречно друг другу и в точке 7 они соединяются. Они подключены между проводниками 3 и 4, по которым поступает напряжение питания к радиоэлектронному прибору 2.

Устройство защиты радиоэлектронного прибора содержит первый светодиод 8 и второй светодиод 9, первый резистор 10 и второй резистор 11. Первый резистор 10 и первый светодиод 8 соединены последовательно и образуют первую светодиодную цепочку. Второй резистор 11 и второй светодиод 9 соединены последовательно и образуют вторую светодиодную цепочку. Обе светодиодные цепочки соединены последовательно в точке 13 и подключены к проводникам 3 и 4. Первая и вторая светодиодные цепочки соединены так, что первый 8 и второй 9 светодиоды включены встречно друг другу, а точка соединения 13 светодиодных цепочек соединена с точкой 7 соединения ограничителей напряжения через третий светодиод 12. Полярности подсоединенных к точке 13 выводов светодиодов 8 и 9 аналогичны полярностям соединенных в точке 7 выводов ограничителей напряжения 5 и 6. Полярность вывода третьего светодиода 12, подсоединенного к точке соединения светодиодных цепочек 13, аналогична полярностям выводов светодиодов 8 и 9, подсоединенных к точке 13 соединения светодиодных цепочек.

Работа предлагаемого устройства описывается далее.

Напряжение питания переменного тока от сети 1 поступает по проводникам 3 и 4 к радиоэлектронному прибору 2. При нормальной работе сети питания переменного тока, в положительный полупериод напряжения сети (на верхнем проводе 3 - плюс) верхний ограничитель напряжения 5, включенный в этот полупериод в прямом направлении, проводит ток, а второй из ограничителей напряжения 6 (нижний), включенный встречно верхнему, закрыт. Ток, проходящий через верхний ограничитель напряжения 5, проходит через третий светодиод 12 и вторую (нижнюю) светодиодную цепочку со вторым светодиодом 9 и вторым резистором 11 (через второй светодиод 9 ток проходит несмотря на то, что светодиод 9 включен в обратной полярности; этот ток ограничен высокоомным резистором 11 и обратное напряжение на светодиоде 9 определяется отрицательной ветвью вольтамперной характеристики светодиода). При этом третий светодиод 12 будет светиться, а второй светодиод 9 не будет светиться (прямой ток третьего светодиода 12 достаточен для его свечения; обратный ток светодиода 9 не вызывает свечения светодиода 9). Не будет светиться и светодиод 8, так как оба конца первой светодиодной цепочки находятся под почти одинаковым потенциалом (падения напряжения на ограничителе 5 и светодиоде 12 малы).

Во время отрицательного полупериода сетевого напряжения (на верхнем проводе 3 - минус) проводит ток второй (нижний) ограничитель напряжения 6. При этом ток проходит через третий светодиод 12 и первую (верхнюю) светодиодную цепочку - первый светодиод 8 и первый резистор 10. Третий светодиод 12 опять излучает свет, первый светодиод 8 не светится, второй светодиод 9 также светится (работа устройства защиты аналогична описанной для положительного полупериода).

При кратковременном перенапряжении в сети питания переменного тока, превышающем допустимое обратное напряжение ограничителей напряжения 5 и 6, один из них, включенный в прямом направлении, проводит ток, а второй, включенный встречно первому, кратковременно пробивается и тем самым ограничивает импульс перенапряжения в сети и защищает аппаратуру. Если мощность импульса перенапряжения не превышает пороговую мощность разрушения ограничителя напряжения, то работа устройства затем продолжается нормально. При кратковременном импульсе перенапряжения, который не разрушает ограничителей напряжения, для пользователя ничего не меняется, светодиоды 8 и 9 не светятся, а светодиод 12 продолжает светиться.

Если мощность импульса перенапряжения превышает порог разрушения ограничителя напряжения 5 или 6, то один из ограничителей напряжения выходит из строя (перегорает).

Пусть перегорит ограничитель напряжения 5. При этом ток не проходит через ограничитель напряжения 5. При положительном напряжении на проводе 3 ток пойдет через первый резистор 10, первый светодиод 8 (в прямом направлении) второй светодиод 9 (в обратном направлении) и второй резистор 11. Первый светодиод 8 начинает светиться (развивается достаточный для этого ток в результате действия примерно половины напряжения сети), второй светодиод 9 не светится (обратный ток не вызывает свечения светодиода), а третий светодиод несколько уменьшает силу света, так как теперь через него проходит ток только от отрицательной полуволны сетевого напряжения через ограничитель напряжения 6. Таким образом, свечение первого светодиода 8 индицирует выход из строя первого ограничителя напряжения 5.

Аналогично свечение второго светодиода 9 показывает выход из строя второго ограничителя напряжения 6. Если светятся оба светодиода 8 и 9, а светодиод 12 не светится, то вышли из строя оба ограничителя напряжения. Если не светится ни один из светодиодов, то нет напряжения питания на проводах 3 и 4.

Если светится один третий светодиод 12, то имеется напряжение питания и ограничители напряжения работают правильно и устройство защиты радиоэлектронного прибора исправно.

Такая индикация работы устройства защиты радиоэлектронного прибора от импульсных перенапряжений в сети питания переменным током позволяет пользователю быть уверенным в постоянной защите своего прибора и принимать немедленно меры к замене вышедшего из строя устройства защиты.

С точки зрения промышленной осуществимости предлагаемого устройства, оно может быть изготовлено с применением широко распространенных элементов. Оно не требует разработки и выпуска специальных электрорадиоэлементов. В случае необходимости, изготовление устройства поддается автоматизации.

Конструктивно устройство целесообразно размещать в малогабаритном герметичном корпусе с последующей заливкой радиоэлементов, причем корпус имеет выступающие светящиеся части светодиодов и два вывода для подключения к сети.

Такая индикация работы устройства защиты радиоэлектронного прибора от импульсных перенапряжений в сети питания переменным током позволяет пользователю быть уверенным в постоянной защите своего прибора и принимать немедленно меры к замене вышедшего из строя устройства защиты. Кроме того, за счет высокоомных первого и второго резисторов устройство защиты радиоэлектронного прибора отбирает из сети питания небольшие токи, что снижает рассеиваемую устройством мощность и позволяет уменьшить габариты устройства защиты.

Предложено устройство для защиты радиоэлектронного прибора (РП) от кратковременных перенапряжений в сети питания переменного тока, содержащее два ограничителя напряжения (ОН) (5, 6), включенных последовательно и встречно друг другу и подключенных между проводниками, по которым поступает напряжение питания к (РП). Устройство отличается тем, что первый резистор (Р) (10) и первый светодиод (СД) (8) соединены последовательно и образуют первую цепочку, вторые Р (11) и СД (9) - образуют вторую цепочку, обе цепочки соединены последовательно и подключены к проводникам, по которым поступает напряжение к РП. Первый и второй СД (8 и 9) включены встречно. Точки соединения цепочек и ОН соединены через третий СД (12). При положительном полупериоде напряжения сети ОН (5) проводит ток, ОН (6) - закрыт, СД (12) - светится, СД (9) не будет светится, хотя через него, как через диод в обратной полярности будет проходить ток, ограниченный высокоомным Р (11). При кратковременном импульсе перенапряжения - светится только СД (12). При превышении порога разрушения ОН (5) или (6) - светится либо СД (8), либо СД (9). Если светятся оба СД (8 и 9), а СД (12) не светится, то вышли из строя оба ОН (5 и 6). Технический результат: устройство позволяет обеспечить индикацию выхода из строя ОН (5, 6), что повышает надежность работы РП. Кроме того, устройство показывает наличие или отсутствие напряжения сети. 1 ил.

Устройство защиты радиоэлектронного прибора, содержащее два ограничителя напряжения, включенных последовательно и встречно друг другу и подключенных между проводниками, по которым поступает напряжение питания к радиоэлектронному прибору, один из которых при кратковременном перенапряжении в сети питания переменного тока кратковременно пробивается и тем самым ограничивает импульс перенапряжения в сети и защищает этот радиоэлектронный прибор, отличающееся тем, что оно содержит первый, второй и третий светодиоды, первый и второй резисторы, первый резистор и первый светодиод соединены последовательно и образуют первую светодиодную цепочку, второй резистор и второй светодиод соединены последовательно и образуют вторую светодиодную цепочку, причем обе светодиодные цепочки соединены последовательно и подключены к проводникам, по которым поступает напряжение к радиоэлектронному прибору, при этом светодиодные цепочки соединены между собой так, что первый и второй светодиоды включены встречно друг другу, а точка соединения светодиодных цепочек соединена с точкой соединения ограничителей напряжения через третий светодиод, причем полярности выводов первого и второго светодиодов, подключенных через третий светодиод к точке соединения ограничителей напряжения, аналогичны полярностям соединенных между собой выводов ограничителей напряжения, а полярность вывода третьего светодиода, подсоединенного к первому и второму светодиодам, аналогична полярностям соединенных между собой выводов первого и второго светодиодов.