Устройство электропитания с защитой по току и по минимальному значению напряжения Советский патент 1983 года по МПК G05F1/58 

Изобрегение относится к электротехнике, в частности к вторичным источникам питания рапиоэлектронной аппаратуры, имеющим защиту от перегрузки и по выхо ному напряжению, и прецназначено цля использования в блоках электропитания различных элекгрорациотехнических устрой ств. Извесген источник питания с защитой, в котором момент включения зашиты мини мального предела определяется автоматически путем анализа формы нарастания его выходного напряжения Г . . Однако известное устройство сложно, его анализатор напряжения имеет, как минимум, операционный усилитель, два транзистора, диод, тиристорный оптрон, четыре конденсатора, пять резисторюв и двухполюсный источник собственного питания. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройств электропитания с защитой по току и по минимальному значению напряжения, содержащее блок для защиты с выводом для подключения сигнала о величине контролируемого параметра и выводом для подключения к исполнительному элементу, узел его включения, выходом соединенный с разрешающим входом блока для защиты управляющий элемент,, регулирующий элемент, состоЕпщий из силового транзистора включенного последовательно с выходным выводами, узла подачи базового тока, включенного между его коллектором и баЗОЙ, и транзистора, включенного между базой силового транзистора и общей щино устройства, а также дополнительный исто ник питания 2 . Недостатком этого устройства является то, что в нем невелика временная точность включения зашиты, гак как его узел включения защиты представляет собой, реле времени. Низкая временная точность включения зашиты в таких устройствах является цля них принципиальной, потому что процессы нарастания выходного напряжения на конденсаторе ВС-«епи реле времени имеют различную природу, проходят независимо друг от аруга в раз личных частях его схемы и поэтому не могут совпадать во времени при всех условиях эксплуатации: изменении тока нагрузки, входного напряжения, температуры окружающей среды и т.п. Отрицательно сказывается и старение электро радиоэлементов схемы, параметры которы с тетением времени изменяются по-разному. Цель изобрйтения - обеспечение своевременного включения защиты, получение галь1занической развязки межау входными и вь1хоаным:г выводами и обеспечение автоматического подключения к потребителю после выхода устройства на рюжим номинального выходного напряжения и функционирования защиты при любой степени перегрузки с начала работы на потребитель. Поставленная цель достигается тем, что устройство электропитания с защитой по току и по минимальному значению напряжения, содержащее блок для зашиты с выводом для подключения сигнала о величине контролируемого параметра и выводом для подключения к исполнительному элементу, узел включения, выходом соединенный с разрещающим входом блока для защиты, управляющий элемент, регулирующий элемент, состоящий из силового транзистора, включенного последовательно с выходными выводами, узла подачи базового тока, включенного между его коллектором и базой, и транзистора, включенного между базой силового транзисгора и общей щиной устройства, а также дополнительный источник питания, узел включения выполнен на двух оптронах - тиристорном и аналоговом, при этом светодиоды обоих оптронов соединены последовательно межцу собой и подключены к выходу управляющего элёмен-та, а фототиристор и тодиод соответственно первого и второго опгронов вместе с введенным в регулирующий элемент резистором также соединены последовательно и подключены к выходам различной полярности дополнительного источника питания, который выполнен двухполярным, а общие точки фототиристора и фотодиода оптронов и указанного резистора с фотодиодом второго оптрона подключены соответственно к разрешающему входу блока для защиты и к базе транзистора регулирующего элемента. Кроме того, в устройство электропитания введены последовательно включенные между регулирующим элементом и выходными выводами преобразователь напряжения и выпрямитель. В устройство введен также выходной каскад, включающий в себя реле, через замыкающие контакты которого выход регулирующего элемента связан с выходными выводами устройства, причем управляющий вход выходного каскада подключен к общей точке .фототиристора и фотодиода соответственно первого и второго оптронов узла включения защиты.

На фиг. 1 прецсгавлена схема устройства электропитаяия с зашитой по току и по минимальному значению напряжения на фиг. 2 - то же, вариант исполнения.

Устройство состоит из блока 1 цля зашит), узла 2 включения (зашиты) с тиристорным Зи аналоговым (диодным) 4 оптронами, управляющего элемента 5, к выхоау которого поаключены послецовательно соединенные межау собой светоциоаы оптронов узла включения зашиты, регулирующего элемента 6, соаержащего два транзистора 7 и 8, переход коллектор - эмиттер первого (силового) из которых поаключен между входными и выходными выводами устройства, а второй (в конкретном варианте выполнения полевой) переходом сток-исток вкдючен между базой первого транзистора 7 и общей шиной устройства, узел 9 поцачи тока на базу транзистора 7, представляющий собой в данном случае резистор Ю включенный между коллектором и базой транзистора 7, и резистор 11, который включен в последовательную цепь вместе с фотоприемниками оптронов 3 и 4, причем к общей точке этого резистора с фотодиодом оптрона 4 подключен вход регулирующего элемента - затвор транзистора 8. Кроме того, устройство содержит двухполярный источник 12 питания, соединенный средней точкой с об щей щиной устройства. Выход источника 12 полярности, запирающей транзистор 8 подключен к свободному выводу резистора 11, а другой выход - к свободному выводу оптронного тиристора 3. Общая точка фотоприемников обоих опт- ронов соединена с разрешающим входом блока 1 для защиты. На выходе устройства установлен конденсатор 13, к которому подключена обратная связь на вход управляющего элемента 5.

Кроме того, в устройство могут быть введены (фиг. 2) включенные последовательно между регулирующим элементом 6 и выходными выводами преобразователь (инвертор) 14, выпрямитель 15 и выходной каскад 16, включающий в себя реле 17.1, через замыкающие контакты 17.2 которого выходные выводы подключены к выходу регулирующего эле мента или выпрямителя, и элемент управления этим реле, выполненный на транзисторе 18, база которого подключена к общей точке фотоприемников оптронов и 3.

Устройство электропитания работает следующим об эазом.

После подачи на вход устройства первичного напряжения питания регулирующий элемент не упраЕшяется со стороны управляющего элемента и стремится обеспечить в максимально короткое время выдачу заданного выходного напряжен-ия (ток на базу силового транзистора 7 будет протекать по резистору 10). Как только за-данное напряжение будет достигнуто, начнет работать управляющий элемент 5, сначала

0 включив тиристор оптрона 3, а затем регулируя проводимость фотодиода оптрона 4, а значит, и ток транзистора 8. Последний, будучи подключеннь м к базе силбвого транзистора, начнет с момента включения

5 тиристора оптрона 3 изменять ток базы силового транзистора 7, отбирая часТь

тока резистора Юна себя. Начнется процесс авторегулирования по цепи обратной связи с выхода. Ток светодиодов обоих оптро0нов теперь будет определяться условиями регулирования (величиной входного напряжения и уровнем нагрузки). Для оптро на 3 изменение этого тока уже не критично, так как его тиристор после чения не нуждается в подсвете той же интенсивности, которая соответствует его включению.

При срабатывании в ходе работы устройства блока 1 для зашиты, что происходит при превьш1ении уровня контролируемого параметра заданного значения (уходе выходного напряжения за один из пределов защиты, .в частности, по минимальному значению или превышении тока нагрузки некоторой пороговой величины), устройство выключается. Однако работать блок для зашиты может начать тоже только после включения тиристора оптрона 3, когда напряжение на выходе устройства станет номинальным, причем независимо от скорости нарастания выходного.напряжения, т.е. времени пробега переходного процесса включения.

Так как выход управляющего элемента 5 подключен к регулируюшему элементу через оптроны, то легко обеспечить гальваническую развязку входа устройства электропитания от его выхода, осуществив такую развязку по силовому каналу посредством преобразователя 14 напряжения (с трансформаторным выходом) и выпрямителя 15.

Чтобы избежать выдачу на потреби- тель напряжения во время переходного процесса его нарастания, контакты 17.2 реле 17.1 включаются только после появления тока светодиодов оптронов узла включения защиты. Тирисгорный 1О опгрон 3 включается, обусловив ток на базу транзистора 18. Оцновременно с включением зашиты и началом регулирования выходного напряжения к устройству электропитания подключается и потребитель (когаа выхоцное напряжение примет номинальное значение). Реле 17. срабатывает за счет тока его обмотки через переход эмиттер - коллектор транзистора 18. При работе устройства без выходного каскада включение его на потребитель, в котором по цепям питания имеется короткое замыкание, может не сопровождаться включением защиты, так как напряжение на выходе не сможет прийти к номинальному значению и управляющий элемент не выдаст ток на светоциоды оптронов. Выходной каскад позволяет включить потребитель в тот момент, когда происходит включение зашиты, и, таким обра- 3OMj блок для зашиты будет готов к выполнению своих функций одновременно с началом подачи напряжения на потребитель (и даже несколько раньше из-оа задержки, определяемой временем срабатывания реле 19). В предлагаемом устройстве электропитания, в отличие от устройства-прототипа, существенно повышается временная точность включения зашиты, которая происходит строго синхронно с моментрм достижения выходным напряжением номинала. Вариации чувствительности тиристора оптрона 3 в широких пределах не могут вызвать преждевременного (ложного) включения зашиты или сбоя включения вообше, так как управляющий .элемент принципиально не вступает в действие прежде, чем воаникнег потребнос в ограничении тока базы силового тран- 226 зистора 7 регулирующего элемента 6, а срабатывание тиристора произойдет обязательно, потому что выходной ток управляющего элемента после прохода заданного номинала выходного напряжения продолжает нарастать и далее, пока после включения тиристора оптро- на 3 не станет работать контур авторегулирования. Блок для зашиты включается одновременно с оптроном 3. В результате до минимума уменьшается время работы устройства электропитания в аварийной ситуации (при ненормированном значении тока нагрузки или выходного напряжения), а влияние изменения параметров электрорадиоэлементов из которых оно собрано, на своевременность включения зашиты полностью исключается. При организации связи устройства электропитания с потребителем через выходной каскад система его зашиты эффективна при любых перегрузках вплоть до короткого замыкания выхода. Кроме того, напряжение на потребитель подается сразу номинальным без прохождения стадии нарастания, причем выход на потребитель осуществляется немедленно после окончания процесса нарастания напряжения устройства электропитания. Преимуществом предлагаемого устройства электропитания является также то, что э нем невозможно скрытое невключение зашиты, так как стабилизации напряжения в этом случае не будет. В ценной ситуации был бы превышен номинал выходного напряжения и при наличии в блоке для зашиты (как в прототипе) анализатора максимального предела он бы выключил устройство электропитания. f испрлни/тте б маму 3/rtr-tfM9i7y Сигнал о fMuvafV vc f/ pejruj/ ytffaiO na aufmpa

1. УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ С ЗАШИТОЙ ПО ТОКУ И ПО МИНИМАЛЬНОМУ ЗНАЧЕНИЮ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее блок для защиты с выводом для подключения сигнала о величине контролируемого параметра и выводом для подключения к исполнительному элементу, узел включения, выходом соединенный с разрешающим входом блока для зашиты, управляющий элемент, регулирующий элемент, состоящий из силового транзистора, включенного последова- . тельно с выходными выводами узла подачи базового тока, включенного между его коллектором и базой, и транзистора, включенного между базой силового транзистора и общей шиной устройства, а также дополнительный источник питания, отличающе. еся тем, что, с целью обеспечения своевременного включения защиты, узел включения выполнен на двух оптронах - тиристорном и аналс говом, при этом светодиоды обоих оптронов соединены последовательно между собой и подключены к вькоду управляющего элемента, а фототиристор и фото- диод соответственно первого и второго .оптронов вместе с введенным в регулирующий элемент резистором также соединены последовательно и подключены к выходам различной полярности дополнительного источника питания, который выполнен двухполярным, а обшие точки фототиристора и фотодиода оптронов и указанного резистора с фотодиодом второго оптрона подключены соответственно . к разрешающему входу блока для защиты и к базе транзистора регули руюшего элемента. 2.Устройство по п. 1, отличающе е с я тем, что, с целью полу1ения § гальванической развязки между входными (О и выходными выводами, в него введены последовательно включенные между реС гулирующим элементом и выходными вы- водами преобразователь напряжения и выпрямитель. 3.Устройство по пп. 1 и 2, о т л и чающееся тем, что, с целью обеспечения автоматического подключения к потребителю после его выхода на режим нормального выходного напряжения и оо функционирования защиты при любой степе-j ни перегрузки с начала работы на потреtc tc битель, в него введен выходной каскад, включающий в себя реле, через замыкающие контакты которого выход регулирующего элемента связан с выходными выводами,, причем управляющий вход выходного каскада подключен к обшей точке фототиристора и фотодиода соответственно первого и второго оптронов узла включения защиты.