УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ В СЕТИ ПИТАНИЯ С ПОСТОЯННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ Российский патент 2000 года по МПК H02H9/04 G01R19/165 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и, в частности, к устройствам защиты радиоэлектронных приборов от перенапряжений в сети питания постоянного тока.

Известно, что в сети, по которой к радиоэлектронным приборам поступает напряжение, возникают высокочастотные перенапряжения до 500 В и более, возможны кратковременные импульсы с амплитудой свыше 1 кВ. Эти всплески напряжения, проходя через источник питания радиоэлектронного прибора, 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 г. стр. 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 Н.П.Блудов, М., "Радио и связь", 1994 г. (стр. 42, рис. 10.6).

Устройство защиты радиоэлектронного прибора от кратковременных перенапряжений в сети питания 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.

Прибор - ограничитель напряжения - может быть выполнен в двух различных вариантах в зависимости от результата, к которому приводит перегорание или спекание прибора от очень мощного импульса перенапряжения, мощность которого превышает допустимую для данного прибора мощность импульса перенапряжения. В первом варианте при выходе из строя ограничителя напряжения происходит обрыв в его цепи, а во втором варианте - происходит короткое замыкание в его цепи. В данном изобретении имеются в виду ограничители напряжения, которые при выходе из строя приводят к короткому замыканию.

В устройстве защиты от перенапряжений, состоящем из двух включенных встречно ограничителей напряжения, может выйти из строя (замкнуться накоротко) один из ограничителей напряжения, причем исправным может остаться тот ограничитель напряжения, который подключен в обратной полярности по отношению к полярности напряжения сети питания постоянного тока. При этом питание радиоэлектронного прибора будет не нарушено, а возможности защиты радиоэлектронного прибора от перенапряжений значительно уменьшатся. Неисправность в устройстве защиты в этом случае не обнаруживается немедленно и, следовательно, не может быть быстро устранена. Это уменьшает надежность радиоэлектронной аппаратуры.

В предложенном изобретении решается техническая задача увеличения надежности радиоэлектронной аппаратуры, обеспечиваются более благоприятные условия эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры за счет введения в устройство узла индикации исправности устройства защиты и индикации выхода его из строя.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что устройство защиты от перенапряжений и сети питания с постоянным напряжением, содержащее первый и второй ограничители напряжения, включенные последовательно и встречно друг другу и подсоединенные между первым и вторым проводниками сети питания, содержит (далее следуют отличительные признаки) плавкую перемычку и светодиодную цепочку из последовательно соединенных друг с другом светодиода и резистора, причем плавкая перемычка соединена последовательно с первым ограничителем напряжения и образует с ним предохранительную цепочку, включенную между первым проводником сети питания и вторым ограничителем напряжения, полярность подсоединенного ко второму проводнику сети питания вывода второго ограничителя напряжения противоположна (полярности напряжения на втором проводнике сети питания, светодиодная цепочка подсоединена между вторым проводником сети питания и точкой соединения второго ограничителя напряжения с предохранительной цепочкой, а полярность включения светодиода в светодиодной цепочке такова, что полярность вывода светодиода, подсоединенного в составе светодиодной цепочки ко второму проводнику сети питания, совпадает с полярностью напряжения на втором проводнике сети питания.

Предлагаемое изобретение поясняется рисунками на фиг. 1 и фиг. 2. На фиг. 1 показано устройство защиты от перенапряжении в сети питания с постоянным напряжением. На фиг. 2 показано устройство защиты от перенапряжений в сети питания с постоянным напряжением в случае, когда полярности напряжения на проводниках сети питания и полярности подсоединения выводов ограничителей напряжения и светодиода изменены на обратные по сравнению с рисунком на фиг. 1.

Перечень обозначений на рисунках:
1 - первый проводник сети питании постоянного напряжения;
2 - второй проводник сети питания постоянного напряжения;
3 - первый ограничитель напряжения;
4 - второй ограничитель напряжения:
5 - плавкая перемычка;
6 - светодиод;
7 - резистор;
8 - точка соединения ограничителей напряжения;
9 - радиоэлектронный прибор;
10 - анод первого ограничителя напряжения;
11 - катод первого ограничителя напряжения;
12 - анод второго ограничителя напряжения,
13 - катод второго ограничителя напряжения;
14 - анод светодиода;
15 - катод светодиода.

На фиг.1 показано устройство для защиты от перенапряжений в сети питания постоянного напряжения. Постоянное напряжение питания поступает по проводникам 1 и 2 к радиоэлектронному прибору 9. Первый и второй ограничители напряжения 3 и 4 включены последовательно и встречно друг другу и соединяются в точке 8. Они подключены между проводниками 1 и 2, по которым поступает напряжение питания к радиоэлектронному прибору 9. Аноды 10 и 12 ограничителей напряжения 3 и 4 соединены.

Устройство защиты содержит плавкую перемычку 5, которая включена последовательно с первым ограничителем напряжения 3 (катод 11 ограничителя 3 соединен с плавкой перемычкой 5) и образует с ним предохранительную цепочку, включенную между первым проводником 1 и вторым ограничителем напряжения 4. Устройство защиты содержит также светодиод 6 и резистор 7, которые образуют светодиодную цепочку, подсоединенную между вторым проводником 2 и точкой 8 соединения ограничителей напряжения (катод 15 светодиода 6 соединен с точкой 2). Полярность вывода (анода 14) светодиода 6, обращенного ко второму проводнику 2, совпадает с положительной полярностью напряжения на втором проводнике 2.

Полярность вывода второго ограничителя напряжения 4 (катод 13) противоположна положительной полярности напряжения на проводнике 2.

На фиг. 2 показано то же самое устройство защиты от перенапряжений в сети питания постоянного напряжения, что и на фиг. 1, но полярности напряжения на проводниках 1 и 2 и полярности выводов ограничителей напряжения и светодиода изменены на обратные по сравнению с рисунком на фиг. 1. Поэтому описание устройства, показанного на фиг. 2, полностью соответствует описанию устройства на фиг. 1, за исключением отличий, указанных выше.

Работа предлагаемого устройства описывается далее.

Напряжение питания постоянного тока от сети питания поступает по проводникам 1 и 2 к радиоэлектронному прибору 9 (на фиг. 1 - на проводнике 1 имеется минус, а на проводнике 2 - плюс; на фиг. 2 - наоборот). При нормальной работе сети питания (отсутствии импульсов перенапряжения) второй ограничитель напряжения 4, включены в обратном направлении, закрыт и не проводит ток. Ток проходит через резистор 7, светодиод 6, первый ограничитель напряжения 3 и плавкую перемычку 5, при этом светодиод испускает свет, что свидетельствует об исправности схемы и наличии напряжения питания в сети.

В случае появления в сети питания импульса перенапряжения положительной полярности и на проводнике 2 (фиг. 1), мощность которого меньше мощности, предельно допустимой для второго ограничителя 4 и плавкой перемычки 5, а напряжение которого больше напряжения пробоя второго ограничителя напряжения 4, то второй ограничитель 4 пробьется и обеспечит снижение напряжения помехи до заданного уровня. После прекращения импульса перенапряжения, устройство придет в свое первоначальное состояние, а второй ограничитель 4 будет снова в непроводящем состоянии. Если мощность импульса перенапряжения будут больше мощности, допустимой для плавкой перемычки 5, то плавкая перемычка 5 перегорит и светодиод 6 погаснет, что будет свидетельствовать о неисправности устройства защиты. Если мощность импульса перенапряжения будет больше допустимой мощности для второго ограничителя напряжения 4, то второй ограничитель напряжения 4 сгорит, образуя короткое замыкание, При этом светодиод 6 погаснет, так как на нем будет нулевое напряжение. Отсутствие свечения светодиода 6 показывает неисправность устройства защиты.

В случае появления в сети питания импульса перенапряжения отрицательной полярности на проводнике 2 (фиг. 1), мощность которого меньше мощности, предельно допустимой для первого ограничителя 3 и плавкой перемычки 5, а напряжение которого больше напряжения пробоя первого ограничителя напряжения 3, то ограничитель напряжения 3 пробьется и обеспечит снижение напряжения помехи до заданного уровня. После прекращения импульса перенапряжения, устройство придет в свое первоначальное состояние. Если мощность импульса перенапряжения будет больше мощности, предельно допустимой для плавкой перемычки 5, то плавкая перемычка 5 перегорит и светодиод 6 погаснет, что будет свидетельствовать о неисправности устройства защиты. Если мощность импульса перенапряжения будет больше предельно допустимой мощности для первого ограничителя напряжения 3, то первый ограничитель напряжения 3 сгорит, образуя короткое замыкание. При этом должна сгореть и плавкая перемычка 5, так как ее предельно допустимая мощность меньше, чем у первого ограничителя напряжения 3. Светодиод 6 погаснет, так как оборвется цепь для тока, что свидетельствует о неисправности устройства защиты. Оператор или пользователь заменяет неисправное устройство защиты.

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

Предлагаемое устройство промышленно осуществимо, 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 выступающую светящуюся часть светодиода и два вывода для подключения к сети питания.

Устройство содержит два ограничителя напряжения (ОН) (3, 4), включенных последовательно и встречно друг другу и подключенных между проводниками (1, 2), по которым поступает напряжение питания к радиоэлектронному прибору. Устройство отличается тем, что между соединением ОН (3, 4) и проводником (2) включена светодиодная цепочка, а последовательно с первым ОН (3) включена плавкая перемычка, образующая с первым ОН (3) предохранительную цепочку. Технический результат: устройство позволяет обеспечить индикацию выхода из строя ОН (3, 4), что повышает надежность работы радиоэлектронных приборов и показывает наличие или отсутствие напряжения сети. 2 ил.

Устройство защиты от перенапряжений в сети питания с постоянным напряжением, содержащее первый и второй ограничители напряжения, включенные последовательно и встречно друг другу и подсоединенные между первым и вторым проводниками сети питания, отличающееся тем, что оно содержит плавкую перемычку и светодиодную цепочку из последовательно соединенных друг с другом светодиода и резистора, причем плавкая перемычка соединена последовательно с первым органичителем напряжения и образует с ним предохранительную цепочку, включенную между первым проводником сети питания и вторым ограничителем напряжения, полярность подсоединенного ко второму проводнику сети питания вывода второго ограничителя напряжения противоположна полярности напряжения на втором проводнике сети питания, светодиодная цепочка подсоединена между вторым проводником сети питания и точкой соединения второго ограничителя напряжения с предохранительной цепочкой, полярность включения светодиода в светодиодной цепочке такова, что полярность вывода светодиода, подсоединенного в составе светодиодной цепочки ко второму проводнику сети питания, совпадает с полярностью напряжения на втором проводнике сети питания.