Устройство для защиты нагрузки Советский патент 1984 года по МПК G05F1/58 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты различных радиотехнически устройств от повьшения напряжения источника питания.

Известно устройство для защиты нагрузки, содержащее управляемый элемент и пороговый датчик входного напряжения, выходом подключенный к управляющему входу управляемого элемента ij .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для защиты нагрузки, содержащее управляемый элемент, состоящий из силового транзистора, согласующего транзистора, насыщающего источника, диода и управляющего транзисторного ключа, и пороговый датчик входного напряжения, выходом подключенный к управляющему входу транзисторного ключа 2j .

Недостатками известных устройств является то, что в них невозможно получить уровень срабатывания устрой.ства защиты при бросках входного напряжения ниже напряжения холостого хода источника питания. Это вызвано тем, что при отключении нагрузки источник питания переходит в режим холостого хода, что приводит к увеличению выходного напряжения-, источника питания за счет уменьшения потерь напряжения на внутреннем сопротивлении источника и подводящих проводах. При этом уровень выходного напряжения источника питания в режиме холос того хода может достигнуть уровня срабатьшания устройства защиты и тогда для последующего подключения нагрузки необходимо снизить выходное напряжение источника питания ниже уровня срабатьшания устройства защиты, что в нерегулируемьк источниках питания невозможно, или заранее выбирать уровень срабатывания устройства защиты вьппе напряжения источника питания в. режрше холостого хода. Но повьппение уровня срабатывания защиты при подключенной нагрузке может привести- к выходу из строя защищаемых нагрузок при перенапряжениях, возникающих на выходе источника питания, так как до тех пор пока выходное напряжение источника питания не достигает, уровня срабатывания устройства защиты, защищаемые нагрузки находятся под повышенным

напряжением. Следовательно, необходимо выбирать уровень срабатывания устройства защиты для отключения нагрузки при бросках входного напряения ниже уровня срабатывания устройства защиты при подключении нагрузки. Кроме того, в известных устройствах стабилитроны, используемые в датчиках перенапряжения в качестве пороговых элементов, имеют значительный разброс по напряжению пробоя, что приводит к большим разбросам уровня срабатывания указанных устройств защиты. Это препятствует получению минимального уровня срабатывания защиты при бросках входного напряжения.

Цель изобретения - повьшение эффективности защиты путем обеспечения минимального уровня срабатывания защиты при работе под нагрузкой за счет изменения уровня срабатывания защиты при подключенной и- отключенной нагрузках.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты нагрузки, содержащее управляемый силовой элемент, выполненньй на силовом транзисторе, подключенном коллектором и эмиттером соответственно к входйому и выходному выводам, согласующем транзисторе, эмиттером соединенном с базовой цепью, а коллекто- , ром через насьщакщий источник - с эмиттером силового транзистора, токозадающем резисторе, подключенном к коллекторному переходу согласующего транзистора, управляющем транзисторном ключе, подключенном коллектором и эмиттером соответственно к базе согласующего транзистора и общей шине и диоде, включенном между выходньм выводом и общей шиной, и пороговьй атчик входного напряжения, подключенньй входом относительно общей шины к входному выводу, введены сравниваюий дифференциальньш усилитель с источником опорного напряжения, подключенным относительно общей шины к одной из входньпк цепей указанного усилителя, пороговьй датчик выходного напряжения, подключенный входом относительно общей шины к выходному выводу, делитель напряжения, состоящий из трех резисторов и включенньй ежду входным выводом и общей шиной, блокирукяций транзисторньй ключ и согласующий усилитель, соединенный питающим входом относительно общей шины с входным выводом, при этом вход указанного усилителя соединен с выходом порогового датчика выходного напряжения, а его выход - с дру гой входной цепью дифференциального усилителя и с порогового датчика входного напряжения, выходная цепь дифференциального усилителя соединена с базой блокирующего тран зисторного ключа, эмиттер которого соединен с общей шиной, а коллектор через средний резистор делителя напряжения - с управлякицим входом управляющего транзисторного кгаоча и с тем резистором делителя напряжения, который соединен с общей шиной. На чертеже представлена Принципиальная электрическая схема устройства для эащиты нагрузки. Устройство содержит источник 1 питания и нагрузку 2; пороговый датчик 3 входного напряжения, выполненный на стабилитроне 4 и резисторах 5 и 6, управляемый силовой элемент 7, в состав которого входит насыщающий источник 8, управляющий транзисторный ключ 9, токозадающий резистор 10 согласующий транзистор 11, силовой транзистор 12 (два параллельно включенных транзисто ра), базовые резисторы 13, диод 14. Выход порогового датчика входного напряжения через входную цепь (резистор 15) соединен с одним из входов сравнивающего дифференциального усилителя 16, другая входная цепь которого (резистор 17) соединена с источником 18 опорного напряжения. Выходная цепь усилителя 16 (резистор 19) соединена с резистором 20 пассивного запирания и базой блокирующего транзисторного ключа 21, коллектор которого подключен к одному из средних выводов дели теля напряжения, вьтолненного на резисторах 22-24. Другой средний вьюод делителя напряжения подключен к управляющему входу управляющего трайзисторного ключа 9, который выполнен на составном транзисторе, посредством включения предварительного транзистора 25 и резистора 26. Пороговьй датчик 27 выходного напряжения выполнен на стабилитроне 28 и резисторах 29 и 30. Выход датчика 27 соединен с входом согласующего усилителя, который выполнен, в частности на входном транзисторе 31, 124 его коллекторном резисторе 32,резистивном делителе на резисторах 33 и 34, к среднему выводу которого подключена база выходного транзистора 35, в выходной коллекторной цепи которой включен резистор 36. Выход согласующего усилителя (вьшод резистора 36) соединен с выходом порогового датчика 3 напряжения. Устройство работает следующим образом. При включении источника 1 питания напряжение поступает через резистор 32 и делитель напряжения на резисторах 33 и 34 в базу транзистора 33, которьй открьшается и через резистор 36 шунтирует резистор 6 датчика 3 перенапряжения, при этом уровень напряжения, поступающий через резистор 15 на первый вход дифференциального усилителя 16 с датчика 3 перенапряжения, ниже уровня напряжения, поступающего с источника 18 опорного напряжения через резистор 17 на второй вход дифференциального усилителя 16. Так как уровень напряжения на втором входе вьш1е уровня напряжения на первом входе дифференциального усилителя 16, на выходе дифференциального усилителя - высокий уровень напряжения, что вызывает открывание транзистора 21. Транзистор 21 открывается и шунтирует делитель напряжения на резисторах 23 и 24 и, следовательно, вход транзистора 25. Транзистор 25 закрыт, следовательно, отсутствует ток базы транзистора 9, который также закрыт. Транзистор 12 находится в режиме насьщ1ения за счет базового тока, протекающего через переход коллектор-эмиттер согласующего транзистора 11 и резисторы 13 от дополнительного источника 8. При увеличении напряжения на выходе устройства защиты увеличивается напряжение на делителе 29 и 30 напряжения, и открывается транистор 31, который шунтирует дели- . ель 33 и 34 напряжения и, следоваельно, вход транзистора 35, котоый закрывается. Потенциал, снимаеый с резистора 6, повышается. При нормальной работе источника 1 од нагрузкой потенциал, снимаемый резистора 6 и поступающий через езистор 15 на первый вход дифферениального усилителя 16, выбирается ак, чтобы не превьшгать уровня напряжения, поступакяцего на второй вхо дифференциального усилителя 16 с источника 18 опорного напряжения через резистор 17, тогда на выходе дифференциального усилителя 16 - высокий уровень, транзистор 21 открыт, транзисторы 25 и 9 закрыты и не оказывают влияния на работу защитных транзисторов 12. При повышении напряжения источника 1 питания выше допустимого уровня при работе его под нагрузкой, уровен напряжения, снимаемый с датчика 3 перенапряжения, увеличивается и превьшает напряжение, снимаемое с источника 18 опорного напряжения. Тогда на выходе дифференциального усили теля 16 - низкий уровень напряжения, что приводит к обеСточиванию базы транзистора 21, который закрывается, и .напряжение источника 1 питания через резистор 22 и делитель 23 и 24 напряжения поступает в базу транзистора 25, который открывается и обеспечивает протекание базового тока транзистора 9. Транзистор 9 открывается и отключает дополнительный источник 8. Защитные транзисторы 12 за крываются и отключают нагрузки от источника питания. Вьпсодное напряжение понижается, делитель напряжения на резисторах 29, 30 обесточивается, и следовательно, обесточивается база транзистора 31, который закрывается, напряжение источника 1 питания через резистор 32 и делитель 33 и 34 напря жения nocTyriaeT в базу транзистора 3 который открывается и вновь шунтируе резистор 6 делителя 5 и 6 напряжения тем самым способствуя снижению уровня напряжения, поступающего на первы вход дифференциального усилителя. Ка только напряжение на выходе источника питания снижается до заданной величины уровень холостого хода напряжения на втором -входе дифференциального усилителя 1Ь снова превьшает напряжение на его первом входе, на выходе дифференциального усилителя 16 появляется высокий уровень, 312 тразистор 21 открывается,транзисто ры 25 и 9 закрываются, транзисторы 12 открываются и подключают нагрузки к источнику 1 питания. Таким образом, указанные средства в устройстве- для защиты нагрузки позволяют получить низкий уровень срабатывания устройства при работе его под нагрузкой по сравнению с уровнем срабатьюания при включении схемы или при повторном подключении после срабатывания защиты. Уровень срабатывания устройства для защиты нагрузки определяется напряжением, снимаемым с резистора 6. Это напряжение снижается за счет .шунтирования резистора 6 транзистором 35 через резистор 36 при включении источника питания. Следовательно, уровень срабатывания схемы повьшается. При работе устройства под нагрузкой транзистор 35 закрыт и не шунтирует резистор 6, следовательно, напряжение, снимаемое с него, увеличивается и тем самым уровень срабатывания защиты снижается. При этом обеспечивается нормальное включение устройства при работе источника питания в режиме холостого хода, когда выходное напряжение его повышается, за счет уменьшения падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника 1. При работе устройства под нагрузкой схема выключается при малейшем перенапряжении, возникающем на выходе источника 1 питания, причем уровень зтот будет ниже, чем при включении. При использовании прототипа для защиты нагрузки от перенапряжения источника питания, у которого в нормальном режиме выходное напряжение изменяется от 24 до 30 В, уровень срабатывания выбирался равным 34 В, что недопустимо для некоторых изделий. При работе предлагаемого устройства под нагрузкой обеспечивается уровень срабатывания защиты порядка 30,2 В.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ НАГРУЗКИ, содержащее управляемый силовой элемент, выполненный на силовом транзисторе , подключенном коллектором и эмиттером соответственно к входному и выходному вьгоодам, согласующем транзисторе, эмиттером соединенном с базовой цепью, а коллектором через насьпцающий источник - с эмиттером силового транзистора, токозадающем резисторе, подключенном к коллекторному переходу согласуницего транзистора, управляющем транзисторном ключе, подключенном коллектором и эмиттером соответственно к базе -согласующего транзистора и общей шине и диоде, иключенном между выходным выводом и общей шиной, и пороговый датчик входного напряжения, подключенный входом относительно общей шины к входному выводу, о тлич ающе е с я тем, что, с целью повьвпения эффективности защиты путем обеспечения минимального уровня срабатывания защиты при работе под нагрузкой за счет изменения уровня срабатывания защиты при подключенной и отключенной нагрузках, в него введены сравнивающий дифференциальный усилитель с источником опорного напряжения, подключенным относительно общей шины к одной из входных цепей указанного усилителя, пороговый датчик выходного напряжения, подключенный входом относительно общей шины к выходному выводу, делитель напряжения, состоящий из.трех резисторов и включенный между входным выводом и общей шиной, блокирующий транзисторный ключ и согласующий -усилитель, соединенный с питающим входом относительно общей шины с входным выводом, при этом вход указанного усилителя соединен с выходом порогового датчика выходного напряжения, а его выход - с другой входной цепью дифференциального усилителя и с выходом порогового датчика входного напряжения, выходная цепь дифференциального усилителя соединена с базой блокирующего транзисторного ключа, эмиттер которого соединен с общей шиной, а коллектор через средний резистор дели- 1C теля напряжения - с управляющим входом управляющего транзисторного ключа и с тем резистором делителя напряжения, который соединен с общей шиной.