Устройство для защиты стабилизированного источника питания от перегрузок по току и коротких замыканий Советский патент 1984 года по МПК G05F1/58 

Изобретение относится к электротехнике , к устройствам защиты источников вторичного электропитания и может быть применено в импульсных стабилизаторах и преобразователях на пряжения. Известны устройства, обеспечивающие защиту источника питания от пере грузок по току и коротких замыканий, содержащие включенный последовательн с регулирующим элементом датчик тока транзистор защиты, эмиттером соединенньпй с одним из выводов датчика тока и блок управления 1. Недостатком этих устройств являет ся возможность многократной коммутации регулирующего элемента при перегрузках и низкая надежность, вследст вие сильной зависимости пределов срабатывания защиты от температуры. Кроме того, эти устройства обладают ограниченными функциональными возмож ностями из-за того, что напряжение на датчике тока этих устройств должно быть больше напряжения на переходе база-эмиттер транзистора защиты, а также из-за того, что они не обес.печивают возврат источника питания в исходное состояние после устранени перегрузки по току или короткого замыкания в нагрузке. Наиболее близким техническим реше нием является устройство для „защиты стабилизированного источника питания от перегрузок по току и коротких замыканий, содержащее стабилизирован ный источник питания с регулятором, к управляющей цепи регулятора которого подключен выход блока управления , а в одну из силовых шин включен датчик тока, первьй транзистор защиты, эмиттером соединенный с одним из выводов датчика тока, второй тран зистор защиты, эмиттером подключенный к первому выводу токоограничивающего резистора, а базой - к коллектору первого транзистора защиты 23. Недостатком известного устройства является низкая надежность и ограниченные функциональные возможности. Это является следствием сильной зависимости пределов срабатьюания защиты от температуры окружающей среды, а также отсутствием возможности самовозврата источника питания в исходное состояние после устранения перегрузки по току или короткого замыкания в нагрузке. Кроме того, напряжение на датчике тока этого устройства должно быть больше напряжения на переходе база-эмиттер первого транзистора защиты, что требует для разных токов срабатывания устройства применения различных датчиков тока и также ограничивает функциональные возможности известного устройства. Цель изобретения - повышение надежности и расширение функциональных возможнрстей устройства защиты источника питания от перегрузок по току и коротких замыканий. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты стабилизированного источника питания от перегрузок по току и коротких замыканий, содержащее стабилизированный источник питания с регулятором к управляющей цепи регулятора которого подключен выход блока управления, а в одну из силовых шин включен датчик тока, первый транзистор защиты, эмиттером соединеиньй с одним из выводов датчика тока, второй транзистор защиты, эмиттером подключенный к первому выводу токоограничивающего резистора, а базой к коллектору первого транзистора защиты, введены дополнительный источник постоянного напряжения, резистивный мост, в одну диагональ которого включен указанный датчик тока, а к другой диагонали подсоединены выходные выводы дополнительного источника постоянного напряжения, дополнительный резистор, первым выводом подключенный к базе второго транзистора защиты, и последовательная цепочка из диода и потенциометра, подключенная к выходным выводам дополнительного источника постоянного напряжения, причем вторые выводы токоограничивающего и дополнительного резисторов подсоединены к общему выводу дополнительного источника постоянного напряжения, средний вывод-потенциометра - к базе первого транзистора защиты, база второго транзистора защиты через дополнительно введенный диод развязки - . к выходу введенного генератора тактовых импульсов и к первому входу блока управления, эмиттер второго транзистора защиты подключен к второму входу блока управления, а параллельно дополнительному резистору 3n включен дополнительно введенный конденсатор. На фиг, 1 представлена схема устройства для защиты стибилнзирован кого источника питания с регулятором от перегрузок по току и коротких замыканий; на фиг. 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие его работу Устройство содержит включенный последовательно с регулирующим элементом 1 датчик 2 тока, генератор 3 тактовых импульсов, блок 4 управления, первый транзистор 5 защиты, эмиттером соединенный с одним из выводов датчика 2 тока, второй транзис тор 6 защиты, эмиттером подключенный к первому выводу токоограничивающего резистора 7. Транзисторы 5 и 6 защиты - разного типа проюдимости. Выход генератора 3 тактовых импульсов соединен с первым входом блока 4 управления, управляющий вход регулирующего элемента 1 подключен к выходу блока 4 управления, коллектор пер вого транзистора 5 защиты соединен с базой второго транзистора 6 защиты а коллектор второго транзистора 6 защиты - с базой первого транзистора 5 защиты. Кроме того, устройство содержит дополнительный источник 8 постоянного напряжения, резистивный мост 9, в одну диагональ которого включен датчик 2 тока, а к второй диагонали подсоединены выходные выводы дополнительного источника 8 постоянного напряжения, дополнитель ный резистор 10, первым выводом под ключенный к базе второго транзистора 6 защиты, последовательную цепоч ку из диода 11 и потенциометра 12, подключенную к вьгходным выводам дополнительного источника 8 постоянного напряжения, причем вторые выво ды токоограничивающего 7 и дополнительного 10 резисторов подсоединены к одному выходному выводу дополнительного источника постоянного напр жения, средний вывод потенциометра 12 подключен к базе первого тран зистора 5 защиты, база второго тран зистора 6 защиты через дополнительно введенный диод 13 развязки подключена к выходу генератора 3 тактовьпс импульсов, эмиттер второго транзистора 6 защиты подключен к второму входу блока 4 управления, а параллельно дополнительному резистору 10 включен дополнительно введенный конденсатор 14. Устройство для зашиты стабилизированного источника питания от перегрузок по току и KOpOTKIiX ЗамЫКЭ ИЙ работает следующим образом. Генератор 3 тактовых импульсов вырабатывает разнополярные прямоугольные импульсы напряжения, которые синхронизируют работу источника питания, причем импульсы положительного напряжения по длительности определяют максимальную длительность открытого состояния регулирующего элемента 1 . Если величина тока регулирующего элемента не превыщает порога срабатывания устройства защиты, транзисторы 5 и 6 закрыты, напряжение на токоограничивающем резисторе 7 равно нулю, сигналы с блока 4 управления поступают на управляющий вход регулирующего элемента 1 и устройство защиты не влияет на работу устройства питания. Дополнительно введенный конденсатор 14 предотвращает срабатывание устройства защиты от кратковременных возмущений в моменты включения регулирующего элемента. Порог срабатывания устройства защиты устанавливается потенциометром 12 и выбором резисторов резистйвнбго моста 9.В режиме, когда устройство защиты не влияет на работу источника питания напряжение на базе первого транзистора защиты 5 больше напряжения на эмиттере того же транзистора,причем напряжение на эмиттере первого транзистора защиты 5 равно сумме постоянного напряжения на диагонали резистивного моста 9 и напряжения на датчике 2 тока. ДопусTVIM, что в момент времени t величина- тока регулирующего элемента достигла порога срабатьшания предлагаемого устройства защиты источника питания от перегрузок по току и коротких замыканий. Это приводит к открыванию первого транзистора 5 защИ ты, его коллекторный ток создает на дополнительном резисторе 10 падение напряжения, которое приводит к открьшанию второго транзистора защиты 6 . Ток эмиттера открытого второго транзистора 6 защиты создает на токоограничивающем резисторе 7 падение напряжения, которое, поступая на блок 4 управления, приводит к запиранию регулирующего элемента 1. Открытый второй транзистор 6 защиты создает дополнительный путь току базы первого транзистора 5 защиты. Таким образом, первый и второй транзисторы 5 и 6 защиты остаются открытыми и после выключения регулирующег элемента 1, интервал времени () исключая многократное повторение выключения регулирующего элемента 1, В момент времени t2 на базу второго транзистора 6 защиты подается через дополнительно введенный диод 13 развязки отрицательный импульс напряжения с генератора 3 тактовых импульсов. Этот импульс напряжения обеспечивает запирание первого и вто рого транзистора запщты и блокирует предлагаемое устройство защиты от срабатывания на интервале времени (). В момент времени t заканчивается действие импульса отрицательного напряжения на базе второго транзистора 6 защиты и схема защиты устанавливается в исходное состояние При достижении током регулирующего элемента порога срабатывания устройства защиты открывается первый транзистор 5 защиты и .все процессы в предлагаемом устройстве повторяются. Предлагаемое устройство защиты источника питания от перегрузок по току и коротких замыканий обладает более высокой, надежностью. Это объяс няется, во-первых тем, что в предлагаемом устройстве уменьшен темпера турный дрейф порогового напряжения срабатывания, что позволяет в источнике питания приблизить порог срабатывания защиты от перегрузок по току к номинальному значению тока нагрузки источника. Компенсация температурного дрейфа порогового напряжения обеспечивается за счет введения дополнительного диода 11. Во-вторых, предлагаемое устройство защиты источника питания обеспечивает возврат источника питания в исходное состояние после устранения режима перегруз ки по току либо короткого замыкания в нагрузке. Это позволяет ограничивать мгновенное значение тока регулирующего элемента в различных переходных процессах (например, при скач кообразном изменении тока нагрузки источника питания) без отключения источника питания. Такое свойство предлагаемого устройства защиты поз.воляет даже в источниках питания. рассчитанных на большой диапазон динамического изменения тока нагрузки, приблизить порог срабатывания Л стррйства защиты по току к номинальному значению тока нагрузки источника питания и повысить надежность работы регулирующего злемента. Кроме того, предлагаемое устройство защиты источника питания по сравнению с известным техническим решением обладает более высокими функциональными возможностями. Это объясняется тем, что в известном техническом решении напряжение на датчике тока в момент срабатьтания устройства должно быть больше напряжения на переходе база-эмиттер первого транзистора защиты. Поэтому при построении на основе известного решения устройств защиты унифицированного ряда источников питания с различными выходными токами нагрузки в каждом типе источника питания требуется применение индивидуального датчика тока. В предлагаемом техническом решении напряжение на датчике тока в момент срабатьгаания устройства защиты может быть значительно меньше напряжения на переходе база-эмиттер первого транзистора 6 защиты. Это позволяет на основе предлагаемого устройства строить схемы защиты от перегрузок по току и коротких замыканий источников питания с различными выходными токами без применения каких-либо схемных (индивидуального для каждого типа источника питания) элементов. Для установки предела срабатывания устройства необходима только регулировка потенциометра 12. Причем предлагаемое устройство защиты позволяет строить источники питания, способные работать параллельно на одну нагрузку, например в системах электропитания с горячим резервированием. Предлагаемое устройство защиты позволяет повысить КПД источника питания. Это объясняется тем, что в известном техническом решении при использовании в качестве датчика тока резистора в источниках питания с большими значениями тока нагрузки на датчике тока рассеивается значительная мощность, так как напряжение на датчике тока должно быть больше, чем напряжение на переходе базаэмиттер первого транзистора защиты. В предлагаемом техническом решении падение напряжения на датчике тока может быть значительно меньше.

вследствие чего может быть .повышен КПД источника питания, особенно с низкими выходными напряжениями и с большими токами нагрузки.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАИЦГГЫ СТАБИЛИЗИРОВАННОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ОТ ПЕРЕГРУЗОК ПО ТОКУ И КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ, содержащее стабилизированный источник питания с регулятором, к управляющей цепи регулятора которого подключен выход блока управления, а в одну из силовых шин включен датчик тока, первый транзистор защиты, эмиттером соединенный с одним из выводов датчика тока, второй транзистор защиты, эмиттером подключенный к первому выводу токоограничивающего резистора, а базой - к коллекто- ру первого транзистора защиты, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности источника питания, в него введены дополнительный источник постоянного напряжения, резистивный мост, в одну диагональ которого включен указанный датчик тока, а к другой диагонали подсоединены выходные выводы, дополнительного источника постоянного напряжения, дополнительный резистор, первым вьгоодом подключенный к базе второго транзистора защиты, и последовательная цепочка из диода и потенциометра, подключенная к выходным, выводам дополнительного источника постоянного найряжения, причем вторые выводы токоограничивающего и дополнительного резисторов подсоединены к общему выводу дополнительного источника постоянного напряжения, средний вывод потенциометра - к базе первого транзистора заяшты, база второго транзистора защиты через дополнительно введенный диод развязки - к выходу введенного генератора тактовых импульсов и к первому входу блока ,управления, эмиттер второго транзис- i4 тора защиты подключен к второму входу 4;ib блока управления, а параллельно допол00 нительному резистору включен дополvl нительно введенный конденсатор.