Источник электропитания с защитой от перегрузки по току Советский патент 1984 года по МПК G05F1/58 

Изобретение предназначено для использования в радиоэлектронике, автоматике и вычислительной технике.

Известен источник электропитания с защитой от токовой перегрузки, содержащий регулирующий транзистор, включенный в одну из силовых шин последовательно с резисторкым датчиком тока нагрузки, схему управления и транзистор запщты, база-эмиттерный переход которого через один элемент связи подключен параллельно датчику тока нагрузки, а через другой элемент связи - к источнику дополнительного напряжения, причем оба элемента связи выполнены на резисторах, способ соединения и величина которых обеспечивают запирание транзистора защиты в нормальном режиме работы схемы и задают порог срабатьшания цепи защиты и в аварийной ситуации. Транзистор защиты может быть открыт через один элемент связи (резисторную цепь) в случае перегрузки источника по току или через другой элемент связи (также резисторную цепь) в случае короткого замыкания в цепи нагрузки источника D1

Недостатком такого источника электропитания является невысокая точность срабатьшания цепи защиты. Кроме того, для первоначального включения и восстановления источника после устранения короткого замыкания требуется производить кратковременное отключение устройства запщты.

Наиболее близким к изобретению является блок питания, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к сети переменного тока, а вторичная обмотка через вьшрямитель - к емкостному фильтру, связанному с двумя силовыми шинами, одна из которых является общей, ре. гулирующий транзистор, включенный в силовую шину последовательно с датчиком тока, параллельно которому через первый диод подключен база-эмиттерный переход транзистора зашиты, коллектор которого соединен с управляюбщм входом регулирздощего транзистора, а эмиттер - с выходным выводом, блок управления, вход которого соединен с выходными вьюодами, а выход - с базой регулирующего транзистора, и цепь запуска, входом подключенная к вторичной обмотке трансформатора относительно общей шины, а выходом через второй диод -, к базе транзистора защиты, причем оба диода включены встречно 2j .

Недостатками известного устройства являются его сложность, обусловленная наличием в цепи запуска вспомогательного источника постоянного напряжения с резисторным делителем напряжения, а также значительное потребление энергии блоком питания в аварийных режимах перегрузки по току или коротком замыкании в цепи нагрузки за счет получаемого при этом большого среднего времени отключенного состояния устройства защиты.

Цель изобретения - упрощение конструкции источника электропитания с защитой от перегрузки по току и уменьшение его энергопотребления в режиме короткого замыкания в цепи нагрузки.

Поставленная цель достигается тем что цепь, запуска выполнена в виде последовательно соединенных диода, резистора и стабилитрона, один вывод которого подключен к общей шине, а другой является выходом, причем точка соединения диода и резистора через конденсатор подключена к общей шине.

При такой схеме подключения форма напряжения на накопительном конденсаторе при выпрямлении диодом переменного напряжения с вторичной обмотки сетевого трансформатора зависит от параметров разрядной цепи накопительного конденсатора и емкости этого конденсатора, а использование стабилитрона в цепи запуска позволяет- стабилизировать уровень срабатывания устройства защиты.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из трансформатора 1, первичная обмотка которого подключена к сети переменного тока, вторичная обмотка Wg подключена через выпрямитель 2 к емкостному фильтру 3, связанному с двумя силовыми шинами. Одна из силовых шин, например 4, является общей. В другую силовую шину 5 включены последовательно регулирующий транзистор 6 и датчик 7 тока, соединенный к вькодным выводам 8. К датчику 7 тока через диод 9 подключена база транзистора 10 защиты, эмиттер которого под ключен к выходному выводу 8. Коллектор транзистора 10 защиты соединен с базой регулирующего транзистора 6. С выходным выводом 8 связан вход 11 схемы 12 управления, выход 13 которой подсоединен и базе регулирующего транзистора 6. База транзистора 10 защиты через диод 14 соединена со средней точкой 15 делителя-16 напряжения. Делитель 16 напряжения состоит из резистора 17 и соединенного последовательно с ним стабилитрона- 18, подключенного другим выводо к общей шине 4. Второй вывод делителя 16 напряжения точкой 19 соединен с одним выводом накопительного.конденсатора 20 и с входом выпрямителя 2 через диод 21. Второй вывод накопительного конденсатора 20 подключей. к общей шине 4. Оба диода 9 и 14 включены встречно к базе транзистора защиты, регулирующий транзистор 6 подключен к датчику 7 тока эмиттером Источник электропитания работает следующим образом. Регулирующий транзистор 6 совмест . но со схемой 12 управления образует компенсационньш стабилизатор напряжения постоянного тока последователь ного типа, питающийся от выпрямителя 2 с емкостным фильтром 3 через трансформатор 1, от источника напряжения переменного тока. При подаче напряжения переменного тока на первичную обмотку W трансформатора 1 емкостной фильтр 3 начинает заряжаться через выпрямитель 2 с некоторой постоянной времени. На накопительном конденсаторе 20 также формируется выпрямленное через диод 21 напряжение таким образом, что это напряжение поступает на делитель 16 напряжения без задержки во времени. Непосредственно с момента включения на средней точке 15 .делителя 16 напряжения формируютсяимпульсы напряжения, что достигает полным или частичным ( в зависимости от режима работы источника питания) разрядом накопительного кон денсатора 20 к моменту прихода очередного импульса выпрямленного через диод 21 напряжения. В начальный пери од работы источника питания минималь ное значение напряжения в промежутке между импульсами на средней точке 15 делителя 16 напряжения равно нулю. максимальное определяется суммой напряжений : выходного, перехода база-эмиттер транзистора 10 защиты и диода 14. Поскольку выходное напряжение источника на выводе 8 в момент включения равно нулю, транзистор 10 защиты через диод 14 в такт с изменениями импульсного напряжения на средней точке 15 делителя 16 напряжения периодически меняет свое состояние с открытого на закрытое, т.е. цепь защиты, связанная с делителем 16 напряжения и реагирующая на понижение уровня вькодного напряжения источника, периодически отключаясь дает возможность регулирующему транзистору 6 по мере роста напряжения на емкостном фильтре 3 также периодически пропускать ток в нагрузку, осуществляя изза наличия емкостного фильтра ступенчатый рост напряжения на выходе источника. При повышении выходного напряжения на вьшоде 8 до уровня, близкого к напряжению стабилизации стабилитрона 18, транзистор 10 запц1ты уже не может открываться через диод 14 и стабилизатор напряжения заканчивает выход на режим стабилизации вькодного напряжения в непрерывном режиме. I Для работы источника максимальное значение напряжения на средней точке 15 делителя 16 напряжения должно быть обя2 ательно меньше выходного напряжения источника. Тогда диод 14 закрыт и устройство защиты не влияет на работу источника электропитания.. В случае аварийной ситуации в цепи нагрузки создаются условия открывания транзистора 10 защиты как через диод 9 непрерьшно, так и через диод 14 периодически в такт с изменениями импульсного напряжения на средней точке 15 делителя 16. Причем при наличии петли отрицательной обратной связи между регулирукнцим Т1)анзистором 6 и транзистором 10 защиты последний при перегрузке источника по току в насыщение не входит, а работает в активном режиме и поддерживает некоторую максимально допустимую величину тока нагрузки через регулирующий транзистор 6. В случае же прохождения тока через диод 14 транзистор 10 защиты может войти в состояние насыщения и полностью запереть регулирующий транзистор 6.

Для возможности восстановления рабочего состояния после устранения короткого замыкания в цепи нагрузки и (или) первоначального включения источника ток базы транзистора 10 защиты через диод 14 должен перио/цгаески прекращаться. Это накладывает условия на выбор величины накопительного конденсатора 20 и резистсфа 17 делителя 16 напряжения. 11акош1Тельк1 1й конденсатор 20 в случае отсутствия напряжения на выходном выводе 8 (например, в начальный период включ1ения источника или в аварийной ситуации) должен к приходу очередного импульса напряжения с вторичной обмотки М 2 трансформатора 1 через диод 21 разрядиться до такого

минимального значения напряжения, при котором прекратится ток базы транзистора 10 защиты через диод 14. Таким образом, накопительный конденсатор 20 совместно с диодом 21 в режиме короткого замыкания в цепи нагрузки источника или близком к нему аварийном режиме, а также в момент включения источника обеспечивае импульсный режим работы транзистора 10 защиты со значительным превышением времени его открытого состояния над временем закрытого.

Кроме того, обеспечивается значительное уменьшение энергопотребления источника злектропитания в режиме короткого замыкания в цепи нагрузки источника или близком к нему аварийном режиме.

ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ С ЗАЩИТОЙ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ ПО ТОКУ, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к сети переменного тока, а вторичная, обмотка трансформатора подключена через выпрямитель к емкостному фильтру, связанному с двумя силовыми шинами, одна из которых является общей, регулирующий транзистор, вклю- . ченный в силовую шину последователь- : но с датчиком тока, параллельно которому через первьй диод подключен база-эмиттерный переход транзистора защиты, коллектор которого соединен с управлякшщм входом регулирующего транзистора, а эмиттер - с выходным выводом, блок управления, вход которого соединенс выходными выводами, а выход - с базой регулирующего транзистора, и цепь запуска, входом подключенная к вторичной обмотке трансформатора относительно общей шины, а выходом через второй диод - к базе транзистора зшциты, причем оба диода включены встречно отличающийся, тем, что, с целью упрощения конструкции и уменьшения энергопотребления в режиме короткое го замыкания, цепь запуска выполнени в виде последовательно соединенных диода, резистора и стабнпитрона, один вывод которого подключен к общей шине, а другой является выходом, причем точка соединения диода и PQзистора через конденсатор подключена к общей щине.