Устройство защиты от перенапряжения (его варианты) Советский патент 1983 года по МПК G05F1/58 H02H7/12 

2. Устройство защиты от перенапряжения, содержащее транзистор, включенный промежутком коллектор-эмиттер между соответствующими входным и выходным выводами, резистор и опорный элемент, отличающееся тем, что, с целью уменьшения потерь мощности и напряжения в нормальном режиме работы, в него введены нелинейный элемент, генератор переменного напряжения, усилитель мощности, выпрямитель и фильтр низкой частоты, выход которого подключен к базе транзистора и к одному из выводов нелинейного элемента, включенного последовательно с опорным элементом, свободный вывод которого подключен к общей шине, а к точке соединения нелинейного и опорного элементов подключен питающий вывод генератора переменного напряжения, включенного между общей шиной и одним из выводов резистора, другойвывод которого подключен к коллектору транзистора, а выход генератора переменного напряжения подключен к входу усилителя мощности, включенного последовательно с выпрямителем и фильтром низкой частоты, причем питающие выводы выпрямителя и усилителя мощности подключены к коллектору транзистора.

1Устройство защиты от перенапряжения, содержацее транзистор, включенный промежутком коллектор-эмиттер между соответствующими входным и выходным. выводами , резистор и опорный элемент, о т л и ч а ю щ е|е с я тем, что, с целью уменьшения потерь мощности и напряжения в нормальном режиме работы, в него введены генератор тока, два нелинейных элемента, генератор переменного напряжения, усилитель мощности, выпрямитель и фильтр низкой частоты, выход которогчэ соединен с базой тран. зистора и с точкой соединения двух указанных нелинейных элемента, включенных последовательно с генератором тока, свободный, вывод которого под ключен к коллектору транзистора, и с опорным элементом, свободный вывод которого подключен к общей шине, генератор переменного напряжения включен между общей шиной и одним из выводов резистора, другой вывод которого подключен к коллектору транзистора, питающий вывод генератора переменного напряжения подключен к точке соединения нелинейного элемента и опорного элемента, а выход генератора переменного напряжения подключен к входу усилителя мсяцности, включенного последовательно с выпрямителем и фильтром низкой частоты, причем питающие выводы выпрямителя и усилителя мощности подключены к эмиттеру транзистора. to о. 00 о 00

Изобретение относится к электротехнике, в частности к схемам защит электрических линий, машин и приборов и может быть использовано в системах защиты электронной аппаратуры от перенапряжений в первичном источнике питания. Известно устройство защиты от пе регрузки, которое содержит блок ре гулирования тока, образованный тран зистором, включенным последовательн с токоограничительным резистором и блок управления Г13. Наиболее близким по техни еской сущности является устройство защиты от перенапряжения, содержащее транзистор, включенный промежутком коллектор-эмиттер между соответствующи входным и выходным выводами, резист и опорный элемент 2. . Недостатками устройств является большое (порядка единиц вольт ) падение напряжения на защите, из-за чего необходимо вибирать напряжение источника питания на соответствующе число вольт выше, чем требуется для нормальной работы нагрузки. Цель изобретения - уменьшение потерь мощности и напряжения на устройстве защиты в нормальном режи его работы. поставленная цель достигается тем, что, в устройство защиты от перенапряжения, содержащее транзистор, включенный промежутком коллек тор-эмиттер между соответствующими входным и выходным выводами, резистор и опорный элемент, введены гене ратор тока, два нелинейных элемента, генератор переменного напряжения, усилитель мощности, выпрямитель и фильтр низкой частоты, выход которого соединен с базой транзисто ра и с точкой соединения двух указа ных нелинейных элемента, включенных последовательно с генератором тока, свободный вывод которого подключен к коллектору транзистора, и с опорным элементом, свободный вывод которого подключен к общей шине, генератор переменного напряжения включен между общей шиной и одним из выводов резистора, другой вывод которого подключен к коллектору транзистора, питающий вывод генератора переменного напряжения подключен к точке соединения нелинейного элемента и опорного элемента, а выход генератора переменного напряжения подключен к входу усилителя мощности, включенного последовательно с выпрямителем и фильтром низкой частоты, причем питающие выводы выпрямителя и усилителя мощности подключены к эмиттеру транзистора. Кроме того, в устройство защиты от перенапряжения введены нелинейный элемент, генератор переменного напряжения, усилитель мощностей,выпрямитель и фильтр низкой частоты, выход которого подключен к базе транзистора и к одному из вь1водов нелинейного элемента, включенного последовательно с опорным элементом, свободный вывод которого подключен . к общей шине, а к точке соединения нелинейного, и опорного элементов подключен питающий вывод генератора переменного напряжения, включенного между общей шиной и одним из выводов резистора, другой вывод которого подключен к коллектору транзистора, а выход генератора переменного напряжения подключен к входу усилителя мощности включенного последовательно с выпрямителем и фильтром низкой частоты, причем питающие выводы выпрямителя и усилителя мощности подклю чаны к коллектору транзистора. На фиг.1 представлена функциональная схема первого варианта устройства; на фиг.2 - второго вариант устройства; на фиг.З - пример реали зации принципиальной схемы первого варианта устройства. Оба варианта устройства реша.ют задачу принципиально одним и тем же путем, а именно обеспечением насыщенного режима работы транзистора при нормальном режиме работы устрой ства защиты, и переходом от насыщенного режима к активному когда на вход устройства защиты поступает пов шенное напряжение (перенапряжение) при обеспечении -параметрической . стабилизации выходного напряжения на уровне, еще допустимом для нагрузки. Между входным выводом 1 первого варианта устройства защиты (фиг.1) и его выходным выводом 2 включен проме жутком коллектор-эмиттер транзистор 3. Между коллектором транзистора 3 и общей шиной устройства последова тельно включены генератор 4 тока, первый нелинейный элемент 5, второй нелинейный элемент б и-опорный элемент 7, к точке соединения второго нелинейного элемента 6 и опорного элемента 7 подключены питающий вывод генератора 8 переменного напряжения выход генератора 8 переменного напряжения соединен с входом усилителя 9мощности, к выходу которого подклю чен вход выпрямителя 10, общая точка выпрямителя 10 и питающий вывод усилителя 9 мощности соединены с эмиттером транзистора 3, выход выпря мителя 10 соединен с входом фильтра 11 низкой частоты, выход которого соединен с базой транзистора 3 и точ кой соединения двух нелинейных элементов 5.и 6, резистор 12. Устройство защиты, выполненное по первому варианту (фиг.1) работает следующим образом.. После появления на входе 1 устрой ства защиты номинального напряжения источника питания (с учетом его допу ков ), генератор 4 тока через нелиней ный элемент 5 задает ток базы транзистора 3, благодаря чему на выходе 2 устройства защиты появляется напря жение, меньшее напряжения источника питания на 1,2-1,5 В, но достаточное для работы элементов 9, 10 и 11. ОдноЁре1 юнно через резистор 12 напряжение источника питания подается на генератор 8 переменного напряжения, выходное напряжение которого поступает на усилитель 9 мощности, с выхода которого переменное напряжение поступает на вход выпрямителя 10 Поскольку общая точка выпрямителя 10подключена к выходу устройства за щиты, на выходе выпрямителя 10 появляется напряжение, превышающее нап-ряжение источника питания. Напряжение с выхода выпрямителя 10, пройдя через фильтр низких частот 11, рбеспечивает. ток базы транзистора 3, достаточный для глубокого насыщения транзистора 3. В результате в установившемся режиме на выходе устройства защиты получается напряжение Hdci где и„„ - напряжение источника питания;Ugj нас. напряжение на промежутке коллектор-эмиттер насыщенного трандистора. В зависимости от тока нагрузки, коэффициента насыщения и типа транSjicTopa величина U f. составляет 0,05-0,3 В. Поскольку в установившемся режиме на- базе транзистора 3 устанавливается напряжение и.,„-и„.. t и пОл «-Ug f.. , большее , нелинейный элемент 5 отключает генератор 4 тока. Сумма падений напряжений на опорном элементе 7 и нелинейном элементе б выбирается больше, чем , rnax S3 нас I поэтому ток с выхода фильтра 11 поступает в базу транзистора. 3 и не ответвляется в цепь нелинейHOFO элемента б и опорного элемента Таким образом, если напряжение истчоника питания лежит в пределах допуска номинального значения, то оно передается в нагрузку с уменьшением всего на 0,05-0,3 В. ЕСЛИ на вход устройства защиты ;подается напряжение, превьаиающее максимально допустимое значение, . открывается нелинейный элемент 5 и на базе транзистора 3 фиксируется потенциал, равный сумме падений напряжений на опорном элементе 7 и нелинейном элементе б. Эта сумма выбирается на уровне предельно допустимого нап ряжения на нагрузке плюс падение напряжения на промежутке базо-эмиттер транзистора 3. В этой ситуации транзистор 3 переходит из насыщенного режима в активный режим при фиксированном потенциале базы, т.е. работает как известный линейный стабилизатор, поскольку нагрузка не отличается, На транзисторе рассеивается избыточная мощность, поэтому для него необходимо предусмотреть соответствующий радиатор. После уменьшения напряжения источника питания до номинального значения транзистор 3 опять переходит в режим насыщения и схема работает так, как описано выше. Нелинейный элемент 5 защищает устройство защиты от перемены полярностей полюсов источника, питания. Если напряжение источника питания меньше 3-4 В, то схема выполненная по первому варианту, может не войти в установившийся режим, при

котором транзистор 3 работает в насы щенном режиме, В этом случае необходимо использовать второй вариант устройства защиты (фиг. 2 ).

Между входом 13 второго варианта устройства защиты и его выходом 14 включен промежутком коллекторэмиттер транзистор 15. Между базой .транзистора 15 и общей точкой устройств ва защиты последовательно включены нелинейный 16 и опорный 17 элементы, последовательно включены генератор

18переменного напряжения, усилитель

19мощности, выпрямитель 20 и фильтр 21 низкой-частоты, выход последнего соединен с базой транзистора 15, шина питания генератора 18 переменного напряжения подключена к точке соединения нелинейного 16 и опорного 17 элементов и с резистором 22, второй вывод которого подключен к коллектору транзистора IS, общая точка выпрямителя 20 и шина питания усилителя 19 мощности подключены к коллектору транзистора 15.

Второй вариант устройства защиты отличается от первого отстутствием генератора 4 тока и нелинейного элемента 5, выполняющих Функцию запуска первого варианта устройства защиты, так как эта функция автоматически реализуется в цепи 18-19-20-21 благодаря подключению общей точки выпрямителя 20 и шины питания усилителя 19 мощности к коллектору транзистора 15.

Кроме того, во втором варианте устройства защиты обеспечивается больший коэффициент насыщения транзистора 15 и, -следовательно, меньшее;. значение U, ц.. . Второй вариант

устройства защиты работает так же, как и первый.

Оба варианта устройств защиты мо1ут использоваться при положитель- . ном и отрицательном напряжении ис0 точнйка питания с использованием соответственно -п-р-п и р-п-р транзисторов и необходимого включения нелинейных и опорного элементов. На фиг.2 показана принципиальная

5 схема первого варианта устройства защиты, предназначенная для згициты ТТЛ-зонда, подключаемого непосредственно к истонику питания электронных схем, выполненных на интегральных болтах схемах ТТЛ-типа. .

Применение предлагаемого устройств ва защиты нагрузки от перенапряжения обеспечивает снижение потерь мощности первичного источника питания и уменьшение номинала его напряжения, возможность установки устройств згици ты на все конструктивно законченные электронные блоки (типовые элементы замены (ТЭЗ.. рез кое повышение эксплуатационной надежности электронной аппаратуры.

ТТЛ-зонд, в состав которого входит вариант устройства защиты, выполнен в виде экспериментального 5 образца.

f7a

Фиг. 2