Устройство электронной защиты Советский патент 1985 года по МПК G05F1/569 H02H7/12 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты стабилизированных источников питания. Известно устройство комплексной электронной защиты стабилизатора напряжения (СН), содержащее включен ные последовательно в выходную шину стабилизатора регулирующий транзистор и датчик тока, транзистор защит эмиттер которого подключен к выходу стабилизатора,, база - через первьй резистор к эмиттеру регулирующего транзистора и через последовательно соединенные второй резистор и стабилитрон к общей шине, а меящу коллектором и базой транзистора защиты включен конденсатор, дифференциальный усилитель (ДУ) на двух транзисто рах, в цепи эмиттеров которых включен токопитакяций каскад с токостабилизирующим транзистором, подключен ный к источнику опорного напряжения подсоединенного через кнопку к входным зажимам стабилизатора напряжения, делитель опорного напряжения, подключенный средней точкой к первому входу ДУ, делитель выходного напряжения стабилизатора, подключенный средней точкой к второму входу ДУ и блокирующий транзистор, соединенный базой через делитель с первым выходом ДУ, эмиттером с общей шиной, а коллектором подключенньй к базе регулирующего транзистора и через последовательно соединенные диод и третий резистор к коллектору транзистора защиты, причем их общая точ}са (анод диода) соединена с базой токостабилизирующего транзистора D 3Недостатками данного устройства являются различная чувствительность и низкая стабильность порогов сраба тывания защиты для случаев повьппения и понижения контролируемого напряжейия, из чего вытекает невозможность внешнего регулирования уровня порога срабатывания защиты. Все это существенно снижает функциональные возможности, Наиболее близким к изобретению является устройство электронной за-. щиты, содержащее стабилизатор напряжения, подключенньй своим входом к в ходу источника питания, именлцего общую шину со стабилизатором напряжения, дифференциальный усилитель с токопитанлцим каскадом на транзисторе, эмиттерный повторитель (ЭП) с резистивным делителем в цепи эмиттера и источник опорного напряжения, соединенные через кнопку с источником питания, выход источника опорного напряжения подключен к-первому входу дифференциального усилителя, второй вход которого подключен к средней точке первого делителя выходного напряжения стабилизатора, два выхода дифференциального усилителя подключены через развязывающие диоды к входу эмиттерного повторителя, выход которого соединен с защитным входом стабилизатора напряжения, а средняя точка делителя эмиттерного повторителя соединена с первым входом триггера, выполненного на транзисторах разного типа проводимости, второй вход триггера подключен к средней точке второго делителя выходного напряжения стабилизатора, а к выходу триггера подключен резистор, питающие входы триггера соединены с общей шиной и датчиком тока, включенным последовательно в силовую шину стабилизатора напряжения, цепь задержки срабатывания защиты при включении источника питания, состоящую из диода, конденсатора и резистораС2. Недостатками известного устройст- ва являются отсутствие внешнего регулирования порогов срабатывания защиты по напряжению по причине их недос таточной стабильности при изменении и настройке порога срабатывания защиты по току, а также нестабильность времени задержки срабатьтания защиты при включении стабилизатора напряжения при переменной нагрузке, поскольку задержка обеспечивается цепью задержки срабатывания защиты, подключаемой к выходу источника питания, а не к выходному вьюоду стабилизатора напряжения. Этим обусловливается неудовлетворительный диапазон функциональных возможностей устройства. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения внешнего регулирования уровней порогов срабатывания защиты по напряжению и путем обесцечения стабильности времени задержки срабатывания защиты при включении стабилизатора под переменной нагрузкой. 31 Поставленная цель достигается тем что в устройство .э.лектронной защиты, содержащее стабилизатор напряжения, подключенный своим входом к выходу источника питания, имеющего общую шину со стабилизатором напряжения, дифференциальный усилитель с токопитающим каскадом на транзисторе, змиттерньш повторитель с -резистивным делителем в цепи змиттера и источник опорного напряжения, соединенные через кнопку с источником питания, выход источника опорного напряжения подключен к первому входу дифференциального усилителя, второй вход которого подключен к средней точке первого делителя выходного напряжения стабилизатора, два выхода дифференциального усилителя подключены через развязывающие диоды к входу эмиттерного повторителя, выход которого соединен с защитным входом стабилизатора напряжения, а средняя точка делителя эмиттерного повторителя - с первым входом триггера, выполненного на транзисторах разного типа проводимости, второй вход триггера подключен к средней точке второ го- делителя выходного напряжения ста билизатора, а к выходу триггера подключен резистор, питающие входы триггера соединены с общей шиной и датчиком тока, включенным последовательно в силовую шину стабилизатора напряжения, цепь задержки срабатывания защиты при включении источника питания, состоящую из диода, конденсатора и резистора, введены вывод для подключения узла регулирования чувствительности защиты по напря жению, соединенный с эмиттером транзистора токопитающего каскада дифференциального усилителя, дополнительный резистор и стабилитрон, один вывод которого подключен к общей шине, другой - к точке соединения последовательно включенных резис тора на выходе триггера и дополнительного резистора, другой вывод которого соединен с входом токопитающего каскада дифференциального усили теля, причем в цепи задержки конденсатор и резистор включены последовательно к средней точке которых под ключей катод диода, анод которого со динен с входом эмиттерного повторите ля, а другие выводы конденсатора и резистора подключены соответственно общей шине и выходу стабилизатора. 3 На чертеже представлена принципильная схема устройства электронной ащиты. Устройство содержит имеющие общую шину СН 1 с импульсным или непрерыв- ным регулированием и источник 2 питания, к одному выходу которого подключен СН 1; ДУ 3, состоящий из транзис- оров 4-7, резисторов 8-11, под ключенный через кнопку 12 к другому выходу источника 2 питания, источник опорного напряжения, состоящий из последовательно включенных резистора 13 и стабилитрона 14, причем резистор 13 подключен через кнопку 12 . к источнику 2 питания, а выход источника опорного напряжения присоединен к первому входу 15 ДУ 3} первьм делитель 16 выходного напряжения подключен к ВЫХОДНОМУ вьшоду 17 СН 1 и общей шине, а- средней точкой - к второму входу 18 ДУ 3j ЭП на транзисторе 19 и резисторе 20 в цепи, эмиттера, питанием подключенный через кнопку 1 2 к источнику 2 питания, входом через развязывающие диоды 21 и 22 к выходам ДУ 3, а резистором 20 - к базе транзистора 23 (первому входу триггера 24), датчик 25 тока, включенный между выходом СН 1 и выходным выводом 17, триггер 24, вьшолненный на транзисторах 26 и 23 разного типа проводимости, последовательно включенных резисторах 27 и 28, подсоединенных между коллектором транзистора 26 и общей шиной, а средней точкой - к базе транзистора 23, резисторе 29, подключенном между коллектором транзистора 23 и базой транзистора 26, цепи смещения, состоящей из последовательно включенных диода 30, присоединенного к выходу СН 1, и резистора 31, подключенного с одной стороны к эмиттеру транзистора 26, ас другой - к общей шине, второй делитель 32 выходного напряжения на потенциометре, включенный между выходным выводом 17 и общей шиной, а средней точкой подключены к второму входу триггера 24 (база транзистора 26)j цепь связи третьего входа ДУ 3 (вход токопитакмцего каскада) с выходом триггера 24, состоящую из последовательно включенных резисторов 33 и 34, подключенных с одной стороны к коллектору транзистора 23 триггера 24, ас другой - к базе токостабилизирующего транзистора 6 токопитающего каскада ДУ 3 и средней точкой присоединенных через стабилитрон 35 к общей шине; цепь задержки срабатывания защиты, состоящую из посл довательно включенных резистора 36, присоединенного к выходному выводу 17, кондензатора 37, присоединенного к общей шине, а средней точкой через диод 38 к входу ЭП (база тран зистора 19), причем ДУ 3 имеет вывод 39 (от эмиттера токостабилизирующего транзистора 6 токопитающего каскада ДУ 3) для подключения узла регулирования чувствительности защиты по напряжению. Устройство работает следующим об разом. В исходном состоянии СН 1 включен, на выходном выводе 17 имеется напряжение, кнопка 12 замкнута, на первьй вход 15 ДУ 3 поступает опорн напряжение со стабилитрона 14, а на второй вход 18 ДУ 3 - контролиру мое напряжение с выходного вывода 1 через первьй делитель 16 выходного напряжения. На третий вход ДУ 3 (база транзистора 6) подается через резистор 34 некоторый положительньй уровень напряжения, определяемьй стабилитроном 35, ток через.который задается резисторами 29 и 33 со сре ней точки второго делителя 32 выход ного напряжения, поскольку транзисторы 26 и 23 триггера 24 находятся в обесточенном (закрытом) состоянии за счет подачи смещения через диод 3 в эмиттер транзистора 26. На выходах ДУ 3 имеется низкий пбложительньй уровень напряжения, которьй чер развязывающие диоды 21 и 22, ЭП на транзисторе 19 и резистивный делитель на резисторах 20 и 28 не может перевести транзистор 23 во вклю ченное состояние. Низкий уровень напряжения ЭП не включает СН 1 по защитном входу. При уменьшении выходного напряжения СН 1 на выводе 17 до минималь но допустимого уровня напряжение на втором выходе ДУ 3 повышается и поступает через диод 22 на базу транзистора 19 ЭП и через делитель на резисторах 20 и 28 на первьй вход триггера 24 (база транзистора 23). При достижении сигналом уровня поро га срабатывания триггера 24 по первому входу последний срабатьгоает, транзисторы 26 и 23 переходят во включенное состояние. При этом низкое коллекторное напряжение насьпце.ния транзистора 23 шунтирует третий вход ДУ 3 через резисторы 34 и 33f его токопитающий каскад запирается, и на обоих выходах ДУ 3 появляется высокий уровень напряжения. Таким образом, осуществляется нелинейная положительная обратная связь с одновременным запоминанием высокого уровня напряжения на выходах ДУ 3 за счет транзистора 23 триггера 24. Одновременно сигнал высокого уровня, снимаемьй с ЭП, выключает СН 1 по защитному входу и последний снимает напряжение с выходного вьшода 17. Это состояние срабатывания защиты может продолжаться неограниченное время, пока поступает.питание на ДУ 3, поскольку заперт его токопитающий каскад. Для возврата электронной защиты в исходное состояние необходимо с помощью кнопки 12 обесточить на некоторое время ДУ 3 и ЭП на транзисторе 19 и затем вновь подать напряжение с источника 2 питания. При увеличении выходного напря- жения СН 1 до максимально допустимого уровня напряжение на первом выходе ДУ 3 повьш1ается .и поступает через диод 21 на базу транзистора 19 и далее через резистор 20 на первьй вход триггера 24 (базу транзистора 23). В дальнейшем процесс срабатьшания электронной защиты происходит аналогично предыдущему случаю . В случае растущей перегрузки по току СН 1 или короткого замыкания на выходе напряжение, снимаемое с датчика 25 тока, увеличивается. При достижении напряжением на датчике 25 тока порогового уровня срабатьюания триггера 24 по второму вхоу транзисторы 26 и 23 переходят во включенное состояние и весь альнейший процесс функционирования электронной защиты происходит анаогично рассмотренньм случаям. Одовременно в случае короткого замыания на выходе ДУ 3 дополнительно еагирует и на снижение выходного наряжения СН 1, т.е. устройство электонной защиты в этом случае является ак бы резервированным, и такга бразом, обладает повьш1енной надежостью. Потенциометром 32 устанавлиается пороговьй уровень срабатывания триггера 24 по второму входу и тем самым регулируется величина предельно допустимого тока (тока перегрузки) СН 1.

Стабилитрон 35 в цепи связи третьего входа ДУ 3 (входа токопитающего каскада) с выходом триггера 24 обеспечивает в режимах слежения устройства защиты (т.е. когда выходное напряжение СН 1 находится в допустимых пределах) стабилизацию коэффициента усиления ДУ 3 за счет стабилизации тока его токопитающего каскада. Дополнительный вьгаод 39 от эмиттера транзистора 6 токопитающего каскада позволяет регулировать коэффициент усиления ДУ 3 посредством подключения к нему внешнего резистора нужного номинала за счет изменени величины тока токопитающего каскада ДУ 3 при сохранении его стабильности с помощью стабилитрона 35.

Цепь задержки срабатывания защиты применена для исключения возможности срабатыван 1я устройства электронной защиты при включении СН 1. В момент йключения начинает заряжаться конденсатор 37 через резистор 36. При этом обязательно появляющийся высокий, уровень напряжения на втором выходе ДУ 3 не проходит на вход ЭП, поскольку он шунтирован диодом 38 и 1еще незарядившимся конденсатором 37

и на выходе ЭП имеется низкий уровень напряжения. Время задержки срабатывания защиты относительно времени установления выходного напряжения определяется постоянной времени цепи, состоящей из резистора36 и конденсатора 37, и не зависит от величины нагрузки на выходе СН 1. В установившемся режиме работы СН 1 конденсатор 37 заряжен, диод 38 заперт и устройство защиты функционирует обычным образом.

Предлагаемое устройство электронной защиты может быть использовано для защиты стабилизаторов напряжения с различными точностями поддержания уровня выходного напряжения путем подключения всего одного внешнего регулирующего резистора к выводу 39 ДУ 3. Кроме того, устр1ойство поддерживает высокую стабильность времени задержки срабатывания защиты при включении стабилизатора напряжения с изменяемой нагрузкой на выходе, одновременно сохраняются высокие быстродействие и надежность работы устройства.

Кроме того, настройка устройства электронной защиты упрощается (по сравнению с аналогичными устройствами) , а топология схемы устройства позволяет выполнять его в виде специализированной микросхемы с минимальным количеством навесных элементов.

УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОННОЙ ЗАЩИТЫ, содержащее стабилизатор напряжения, подключенный своим входом к выходу источника питания, имеющего общую шину со стабилизатором напряжения, дифференциальный усилитель с токопитающим каскадом на транзисторе, эмиттерный повторитель с резисiPHBHbiM делителем в. цепи эмиттера и источник опорного напряжения, соединенные через кнопку с источником питания, выход источника опорного напряжения подключен к первому входу дифференциального усилителя, второй вход которого подключен к средней точке первого делителя выходного напряжения стабилизатора, два выхода дифференциального усилителя подключены через развязьшакщие диоды к входу эмиттерного повторителя, выход которого соединен с защитным входом стабилизатора напряжения, а средняя точка делителя эмиттерного повторителя - с первым входом триггера, вьшолненного на транзисторах разного типа проводимости, второй вход триггера подключен к средней точке второго делителя выходного напряже- ; ния стабилизатора, а к выходу триггера подключен резистор, питающие входы триггера соединены с общей шиной и датчиком тока, включенным последовательно в силовую шину стаби.лизатора напряжения, цепь задержки срабатывания защиты при включении источника питания, состоящую из диода, конденсатора и резистора, о тличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения внешнего регулирования уровней порогов срабатывания защиты по напряжению и путем обеспечения стабильности в времени задержки срабатывания защиты при включении стабилизатора под переменной нагрузкой, в него введены вывод для подключенияузла регулирования чувствительности задщты по напряжению, соединенный с эмиттером транзистора токопитающего каскада дифференциального усилителя, СО дополнительный резистор и стабилитрон, один вывод которого подключен Ос общей шине, другой - к точке соеСА9 00 динения последовательно включенных резистора на выходе триггера и дополнительного резисторе, другой вывод которого соединен с входом токопитающего каскада дифференциального усилителя, причем в цепи задержки конденсатор и резистор включены последовательно, к средней точке которых подключен катод диода, анод которого соединен с входом эмиттерного повторителя, а другие выводы конденсатора и резистора подключены соответственно к общей шине и выходу стабилизатора.