Источник питания с защитой от перегрузок по току и короткого замыкания Советский патент 1985 года по МПК G05F1/569 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам питания, и может быть использовано в системах питания радиоэлектронной апнаратуры. Цель изобретения - расширение области применения и повышение надежности за счет повышения быстродействия защиты при исключении ложных срабатываний от импульсных помех и скачкообразных изменений нагрузки, обеспечения режима повторного пуска после кратковременной перегрузки по току или короткого замыкания и отключения, если причина перегрузки за заданное время не устранена. На фиг. 1 пред,ставлена структурная схема предлагаемого источника питания; на фиг. 2 и 3 - принципиальная схема источника питания с защитой от перегрузок по току и короткого замыкания. Источник питания (фиг. Г) содержит преобразователь 1 с выходным конденсатором 2 фильтра, вход 3 управления включениемвыключением выходного напряжения, датчик 4 тока нагрузки трансформаторного типа с первой 5, второй 6 и третьей 7 обмотками, генератор 8 импульсов, регулировочный резистор 9, выпрямитель 10, интегрирующий узел 11, пороговый узел 12, первый 13 и второй 14 RS-триггеры, резистор 15, первый - четвертый диоды 16-19, двухвходовой логический элемент И-НЕ 20, первое 21, второе 22 и третье 23 реле времени, вывод 24 индикации о срабатывании защиты и вывод-25 управления выключением источника питания-сброса зашиты. Как видно на фиг. 1, выход преобразователя 1 соединен с выходным конденсатором 2 фильтра через первую обмотку 5 датчика 4 тока трансформаторного типа, вторая обмотка б которого через регулировочный резистор 9 соединена с выходом генератора 8 импульсов, а третья обмотка 7 соединена с входом выпрямителя 10, выход которого соединен с входом интегрирующего узла 11, выход которого соединен с входом порогового узла 12, выход которого соединен с R-BXOдом первого RS-триггера 13, выход которого соединен с первым входом двухвходового логического элемента И-НЕ 20 и через резистор 15 - с входом управления включением-выключением выходного напряжения 3 и анодами первого 16 и второго 17 диодов, катод первого 16 из которых соединен с выходом второго RS-триггера 14 и вторым входом двухвходового логического элемента И-НЕ 20, выход которого соединен с выводом 24 индикации о срабатывании защиты и входами первого 21 н второго 22 реле времени, выход первого 21 из которых соединен с S-входом первого RS-триггера 13, выход второго реле 22 времени соединен с анодом третьего диода 18 и с R-входом второго RS-триггера 14, S-вход которого соединен с выходом третьего реле 23 времени и анодом четвертого диода 19, катод которого соединен с катодами второго 17 и третьего 18 диодов и выводом 25 управления выключением источника питания - сброса защиты, причем вход третьего реле 23 времени соединен с положительной шиной питания элементов схемы. Датчик 4 тока нагрузки трансформаторного типа представляет собой трансформатор с двумя маломощными 6 и 7 и одной сильноточной 5 обмотками. Число витков сильноточной обмотки 5, тип и размер сердечника определяются из условия его насыщения при токах, близких к необходимому току срабатывания защиты, а число витков маломощных обмоток определяется исходя из необходимого напряжения на выходе датчика (обычно 2-5В) и переменной составляющей магнитной индукции в сердечнике. В качестве выпрямителя 10 используется маломощный высокочастотный диод на ток в несколько миллиампер. Интегрирующий узел 11 может быть выполнен по любой известной схеме. В качестве интегрирующего узла может использоваться просто конденсатор соответствующего номинала. Пороговый узел 12 может быть выполнен на базе интегральных схем и транзисторов, например на интегральном компараторе напряжения К554САЗА (фиг. 2). В качестве RS-триггеров 13 и 14 двухвходового логического элемента И-НЕ могут быть использованы соответствующие логические ИС, например, серий К 561, К564. Реле 21-23 времени представляют собой устройства, обеспечивающие необходимую выдержку времени, и могут быть выполнены по любой известной схеме, в качестве реле времени могут быть использованы просто RC-цепочки (фиг. 2 и 3). Генератор импульсов 8 может быть выполнен по любой известной схеме, например на интегральном таймере КР1006ВИ1 (фиг. 3). Диоды 16-19 - любые маломощные. Источник работает следующим образом. При прохождении через вторую обмотку 6 датчика 4 тока импульсов с генератора 8 на его третьей обмотке 7 наводится напряжение, амплитуда которого из-за подмагничивания сердечника током нагрузки, проходящим через его первую обмотгку 5, пропорциональна току нагрузки источника. После выпрямления напряжения, снимаемого с обмотки 7 датчика 4 тока выпрямителем 10, с помощью интегрирующего узла 11 осуществляется сглаживание и фильтрация выбросов этого напряжения. Постоянная времени интегрирующего узла 11 выбрана в несколько раз больще периода частоты генератора 8 импульсов. С помощью регулировочного резистора 9 напряжение на входе порогового узла 12 выбирается таким образом, чтобы при максимально допустимом значении тока нагрузки оно было больше порога срабатывания порогового узла 12, а при значении тока нагрузки, большем максимально допустимого, не превышало этот порог и вызывало срабатывание порогового узла 12. При включении источника питания включается третье реле 23 времени и его выходной сигнал, устанавливающийся после включения питания на уровне «О и устанавливающий второй RS-триггер в состояние «1 на выходе, после заданной выдержки переходит на уровень «1. При токе нагрузки, меньшем максимально допустимого, пороговый узел 12 выключен, на выходе первого RS-триггера 13 сигнал «1, преобразователь 1 включен, на выходе двухвходового логического элемента И-НЕ сигнал «О, первое 21 и второе 22 реле времени выключены. При превышении током нагрузки максимально допустимого значения срабатывает пороговый узел 12, выходной сигнал которого переключает первый RS-триггер 13 и на его выходе устанавливается сигнал «О, который выключает преобразователь I, переводит в состояние «1 выходной сигнал двухвходового логического элемента И-НЕ 20, который подается на вывод 24 индикации о срабатывании защиты, и включает первое 21 и второе 22 реле времени. Выключение преобразователя 1 приводит к снижению тока нагрузки увеличению напряжения на входе порогового узла 12 и его выключению. Время выдержки второго реле 22 времени выбирается в несколько раз больше времени выдержки первого реле 21 времени. Через определенное время, равное выдержке реле 21 времени, сигнал с его выхода переключает первый RS-триггер 13 в исходное состояние и на его выходе устанавливается сигнал «1, который включает преобразователь 1, а на выходе двухвходового логического элемента И-НЕ 20 устанавливается сигнал «О, который срабатывает первое реле 2 времени в исходное состояние и прерывает отсчет выдержки вторым реле 22 времени. Если причина перегрузки устранена, преобразователь 1 остается во включенном состоянии, если нет, то в силовую обмотку 5 датчика 4 снова потечет ток, превышающий максимально допустимый, и описанный цикл будет повторяться до тех пор, пока через время, определяемое выдержкой второго реле 22 времени, сигнал с его выхода переключит второй RS-триггер 14. На его выходе установится сигнал «О, который «поддержит преобразователь 1 в выключенном состоянии и будет «поддерживать выход двухвходового логического элемента И-НЕ 20 и соединенный с ним вывод 24 индикации о срабатывании защиты в состоянии «1. Источник питания будет оставаться в выключенном состоянии до тех пор, пока не будет снято, а затем вновь подано входное напряжение или пока на вывод 25 управления выключением источника питаниясброса защиты не будет кратковременно подан сигнал «О, который через диоды 18 и 19 сбросит второе 22 и третье 23 реле времени в исходное состояние. Кроме того, пока на выводе 25 управления выключением источника питания-сброса защиты находится сигнал «О, источник питания будет в выключенном состоянии, так как через диод 17 этот сигнал будет шунтировать вход 3 управления включением-выключением выходного напряжения. После снятия сигнала «О с выхода 25 управления выключением источника питания-сброса защиты работа источника питания будет аналогична его рабо после подачи входного напряжения. При коротком замыкании на выходе через первую обмотку 5 датчика 4 начнет развиваться ток короткого замыкания, превышающий значение максимально допустимого тока нагрузки, и работа источника будет аналогична его работе при перегрузке по На фиг. 2 и 3 представлен преобразователь 1 с выходны.м конденсатором 2 фильтра, с подключенными к нему входнымишинами. Преобразователь 1 построен на интегральной микросхеме 26 К1 4ЕП1А с проходным транзистором 27 в качестве транзисторного ключа, управляемого через дополнительный МДП-транзистор 28, вывод затвора которого является входом 3 управления включением-выключением выходного напряжения. Датчик 4 тока трансформаторного типа подключен своей первой обмоткой 5 между выходом преобразователя 1 и выходным конденсатором фильтра 2, второй обмоткой 6 он через регулировочный резистор 9 соединен с выходом генератора 8 импульсов, выполненного на интегральном тай.мере КР1006ВИ1, а третьей обмоткой 7 он через выпрямитель 10, построенный на Диоде КД522.А., и интегрирующийузел 11, выполненный на конденсаторе 29 и нагрузочном резисторе 30, соединен с входом порогового узла 12, который построен на ин- . тегральном компараторе напряжений К554САЗА, для которого в качестве опорного используется опорное напряжение с микросхемы 26 преобразователя 1. Выход порогового узла 12 соединен с R-входом первого RS-триггера 13, выход которого соединен с первым двухвходового логического элемента И-НЕ 20 и через резистор 15 - с анодами первого 16 и второго 17 диодов и затвором 3 МДП-транзистора 28. Выключение выходного напряжения импульсного источника питания осуществляется сигналом «О с выхода первого 13 или второго 14 RS-триггера или с вывода 25 управления выключением источником питаниясбро;а ;а щиты;который запирает МДПтоанзистоо 28 что приводит к выключению транзистор о, что иривид проходного транзистора 27 в результате чего прекращается поступление энергии от преобразователя 1 на выходной конденсатор 2 фильтра и на выход импульсного не- Ю реле времени представляют собой простые RC цепТ выходнь1е сигналы кото2ых снимают с конденсаторов, а время выдержки определяется постоянными времени этиТкС цепочек и порогами срабатьшания подключенных к их выходам логических микросхем. Все используемые логические микросхемы серии К561 или К564. По предложенной структурной схеме были разработаны, изготовлены и испытаны макеты импульсных источников питания на различные выходные напряжения и предельные токи нагрузки. По сравнению со схемой известного устройства, в котором при частоте преобразования 25 кГц время реакции на перегрузку и КЗ приблизительно составляет 20 МКС, а порог срабатывания защиты изменяется на ± 12% при изменении входного напряжения сети на ± 10% , разработанный по предложенной схеме импульсный источник питания на 5В и максимальный ток 5А изменяет порог срабатывания защиты ча ± 1% при изменении входного напряжения сети на ± 10%, а в результате использования частоты в несколько сот килогерц, вырабатываемой генератором импульсов и трансформируемой с одной об датчика тока на другую, время реакции на перегрузку и КЗ снижено до 2 мкс при хорошей помехозащищенности устройства. предлагаемом устройстве по сравнению с известным практически устранена зависимость порога срабатывания защиты от величины входного напряжения сети, в 10 раз снижено время реакции на С 1И, D IV/ uicx ,- ..... -1 перегрузку и КЗ и при хорощеи помехозаперегрузку и КЗ и при хорощеи помехозащищенности, что расщиряет область его применения и повыщает надежность. Кроме того, повыщается надежность устройства из-за исключения длительного ре,. . . жима частых пусков при устойчивой перегрузке или КЗ появляется возможность программного включения-выключения источника и сброса защиты, а наличие вывода индикации в срабатывании защиты позволяет подключить к нему элемент индикации для визуального контроля и делает его удобным при использовании в составе микропроцессорных систем управления, требующих такого сигнала, например в системах с резервированием.

ых

ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ С ЗАЩИТОЙ ОТ ПЕРЕГРУЗОК ПО ТОКУ И КОPOTKOJO ЗАМЫКАНИЯ, содержащий пороговый узел, преобразователь с подключенным на выходе конденсатором фильтра, входом управления включением-выключением выходного напряжения и датчиком тока трансформаторного типа с выпрямителем, подключенным к его выходной обмотке, огличающийся тем, что, с целью расширения области применения и повышения надежности, в него введены интегрирующий узел, два RS-триггера, три реле времени, четыре диода, резистор, двухвходовой логический элемент И-НЕ, генератор импульсов, регулировочный резистор и вывод управления выключением источника питания-сброса защиты, причем датчик тока трансформаторного типа имеет три обмотки, первая из которых подключена между выходом преобразователя и выходным конденсатором фильтра, вторая соединена через регулировочный резистор с выходом генератора импульсов, а третья - через выпрямитель с входом интегрирующего узла выходом подключенного к входу порогового узла, выходом соединенного с R-входом первого RSтриггера, выход которого соединен с первым входом двухвходового логического элемента И-НЕ и через резистор - с входом управления включением-выключением выходного напряжения и анодами первого и второго диодов, катод первого из которых соединен с выходом второго RS-триггера и вторым входом двухвходового логического элемента И-НЕ, выход которого соединен с выводом индикации срабатывания защиты и входами первого и второго реле времени, выход первого из которых соединен с S-входом первого RS-триггера, а выход второго реле времени - с анодом третьего диода и R-входом второго RS-триггера, S-вход которого соединен с выходом третьего реле времени и анодом четвертого диода, катод которого соединен с катодами второго и третьего диодов и выводом управления выключением источника питания-сброса защиты, причем вход третьего реле времени соединен с положительным выводом питания.