Система питания с искробезопасным выходом Советский патент 1991 года по МПК E21F9/00 H02H7/00 

Изобретение относится к устройствам электропитания, защищенным от аварийного повышения тока и напряжения в DI ходной цепи, и предназначено преимущественно для встройки в блоки электропитания искроБезо- пасных приборов.

Цель изобретения - повышение надежности и упрощение

На чертеже приведена электрическая схема предлагаемой системы питания с ис- кробезопасным выходом.

Система включает в себя первичный источник 1 питания, блок 2 регулирования выходного напряжения, блок 3 управления, блок 4 формирования сигнала рассогласования, выход которого через ограничительный резистор 5 соединен с входом управления блока 3, и блок 6 защиты от превышения искробезопасного уровня тока и напряжения, подключенный к выходу первичного источника 1 питания через блок 2 регулирования выходного напряжения.

Блок 6 защиты включает в себя первый транзистор 7, подключенный коллектором к первому выходному зажиму системы питания, а базовой - через первый и второй последовательно соединенные резисторы 8 и 9 к общей шине, третий резистор 10, один вывод которого подключен к эмиттеру транзистора 7, а второй вывод подсоединен к выходу блока 2 регулирования выходного напряжения, второй транзистор 11, коллектор которого подключен к базе транзистора 7, эмиттер - к второму выводу третьего резистора 10 и к выходу блока 2, а база подсоединена через четвертый резистор 12 к эмиттеру транзистора 7 и через пятый резистор 13 к выходу блока 6. стабилитрон 14,

сь ел

ho

0

1ЧЭ

подсоединенный одним выводом к базе транзистора 11, а вторым выводом - к общей точке соединения резисторов 8 и 9.

Блок 2 регулирования выходного напряжения, функционально объединенный с блоком 3 управления и блоком А формирования сигнала рассогласования, образует стабилизатор напряжения.

В качестве блока 3 управления в предлагаемой системе питания с искробезопасным выходом может быть применен регулируемый стабилизатор напряжения 142ЕНЗ 6K0.347.Q98 ТУ4.

Система работает следующим образом,

В номинальном режиме работы, когда ток нагрузки в выходной цепи питания меньше ограничиваемой искробезопасной величины, падение напряжения на резисторе 10 недостаточно для отпирания транзистора 11 и транзистор 11 не влияет на работу системы питания.

Транзистор 7 в номинальном режиме работы полностью открыт и напряжение с выхода блока 2 регулирования выходного напряжения передается на выход системы питания за исключением потерь на эмиттер- но-коллекторном переходе открытого транзистора 7 и на резисторе 10.

Так как падение напряжения на открытом транзисторе 7 невелико (0,3-0,83), ток, протекающий по цепи резисторов 12 и 13, мал (не превышает 0,2 мА), соответственно мало падение напряжения на резисторе 12 (40-110 мВ). Суммарное падение напряжения на резисторах 10 и 12 в номинальном режиме работы недостаточно для отпирания транзистора 11 и последний не влияет на работу системы питания.

Цепь защиты (стабилитрон 14 и резистор 9) выходной цепи от высокого напряжения, превышающего искробезопасный уровень, также не влияет на работу системы питания в номинальном режиме, так как напряжение на входе устройства 6 защиты не достигает величины, при которой стабилитрон 14 пробивается,

Ограничение тока в выходной цепи системы питания обеспечивается следующим образом.

В аварийном режиме при возрастании тока в выходной цепи до ограничиваемой величины падение напряжения от резистора 10 увеличивается и суммарное падение напряжения на резисторах 10 и 12 становится достаточным для открывания транзистора 11. При этом транзистор 11 шунтирует эмиттерно-коллекторным переходом базовую цепь транзистора 7, потенциал базы уменьшается, транзистор 7 запирается,

По мере запирания транзистора 7 падение напряжения на его эмиттерно-коллектор- ном переходе увеличивается. Одновременно возрастает напряжение на входе блока 6 защиты, так как напряжение на выходе системы питания и соответственно сигнал рассогласования, поступающий с выхода блока 4 на вход блока 3, уменьшается. Блок 3 открывается и соответственно открывается блок 2 регулирования выходного напряжения.

С возрастанием падения напряжения на эмиттерно-коллекторном переходе транзистора 7 возрастает ток, протекающий по цепи резисторов 12 и 13. при этом увеличивается

падение напряжения ча резисторе 12. Суммарное падение напряжения на резисторах 10 и 12 возрастает Потенциал базы транзистора 11 увеличивается до величины, при которой транзистор 11 полностью открывается.

Транзистор 7. базовая цепь которого шунтируется тмитгерно-коллекторным переходом открытого транзистора 11,переходит скачком в запертое состояние и отключает выходную цепь питания от выхода блока 2 и соответственно от выхода первичного источника 1 питания.

При переходе транзистора 7 в запертое состояние блок 2 регулирования выходного

напряжения также скачком открывается, так как сигнал рассогласования становится близким к нулевому значению. На вход блока 6 защиты поступает напряжение первичного источника 1 питания за исключением

потерь на внутреннем сопротивлении блока 2. При этом стабилитрон 14 пробивается по цепи: резистор 9, стабилитрон 14, резисторы 12 и 10 и эмиттерно-базовому переходу транзистора 11. Падение напряжения на резисторзх 10 и 12 достигает такой величины, при которой транзистор 11 удерживается в открытом устойчивом состоянии (транзистор 7 в as чертом состоянии), несмотря на то, что падение напряжение на резисторе 10

становится близким к нулевому значению после того, как транзистор 7 запирается. Таким образом, реализуется триггерная ха- рактиристика срабатывания блока 6 защиты выходной цепи от превышения искробезопасного уровня тока.

Пэдение напряжения наэмиттерно-кол- лектср -юм переходе транзистора 7, при котором блок 6 защиты срабатывает в режиме аварийного повышения тока в выходной цепи, определяется соотношением величины сопротивлений резисторов 12 и 13 (с уменьшением сопротивления резистора 13 падение напряжения уменьшается, с уменьшением сопротивления резистора 12 - увеличивается).

Это позволяет ограничить падение напряжения на транзисторе 7, свести к минимальному значению мощность, рассеиваемую на нем, и таким образом обеспечить надежную работу блока 6 защиты.

В исходное рабочее состояние блок 6 защиты переводится устранением аварийного возрастания тока в выходной цепи с последующим кратковременным выключением питания системы. %

Ограничение выходного напряжения в аварийном режиме достигается с помощью стабилитрона 14 и резистора 9. При возрастании напряжения на входе блока 6 защиты до предельной величины, не превышающей искробезопасный уровень (например при выходе из строя блока 2), стабилитрон 14 пробивается по цепи: резистор 9, стабилитрон 14, резисторы 12 и 10 и переходу база- эмиттер транзистора 11.

Падение напряжения на резисторах 10 и 12 достигает величины, при которой транзистор 11 открывается и шунтирует эмит- терно-коллекторным переходом базовую цепь транзистора 7. Потенциал базы транзистора 7 уменьшается, транзистор 7 запирается и отключает выходную цепь от первичного источника 1 питания.

Уровень напряжения на входе блока 6 защиты и соответственно максимально допустимый уровень выходного напряжения системы питания, при котором стабилитрон 14 пробивается, определяется напряжением стабилизации стабилитрона 14 и величиной сопротивления резистора 9 (падением напряжения на прямом базово-эмиттерном переходе транзитора 11 можно пренебречь, так как его величина мала, не превышает 0,7 В). С уменьшением сопротивления резистора 9 ограничивается уровень напряжения на выходе системы понижается.

Таким образом, при аварийном возрастании входного напряжения так же, как и при аварийном возрастании тока, отключается выходная цепь от первичного источника 1 питания, при этом исключается попадание высокого напряжения в выходную цепь, ограничивается мощность, рассеиваемая на транзисторе 7.

В рабочем режиме с помощью стабилизатора напряжения (функционально объединенные блоки 2-4) обеспечивается постоянство напряжения на выходе системы питания и на входе блока 6 защиты. Это обеспечивает возможность получения максимально допустимой искробезопасной мощности и работу блока 6 защиты в номинальном режиме при изменении входного напряжения первичного источника 1 питания в широком диапазоне, обеспечивается высокий КПД системы.

Соединением выхода блока 4 формирования сигнала рассогласования с выходом

блока 3 управления через ограничительный резистор 5 исключается аварийное повышение тока в выходной цепи по цепи связи блоков 3 и 4.

Таким образом, в предлагаемой системе питания защита выходной цепи от превышения искробезопасного уровня тока и напряжения, возможность получения максимальной искробезопасной мощности на выходе, уменьшение потерь энергии (высокий КПД) достигается более простыми средствами: количество элементов блока 6 защиты по сравнению с прототипом сократилось с 15 до 8. Это позволяет в состав системы вводить резервное устройство защиты, включаемое последовательно в выходную цепь питания и повышающее надежность защиты выходной цепи от превышения искробезопасного уровня тока и напряжения без значительного увеличения количества

электрорвдиоэлементов и снижения надежности питания. В предлагаемой системе питания отсутствует связь выходной цепи с первичным источником 1 питания через эмит- терно-базовый переход транзистора 7. В результате этого надежность защиты выходной цепи от превышения искробезосного уровня тока и напряжения повышается. Кроме того, сохранена возможность автоматического включения системы после устранения

аварийного повышения тока или напряжения в выходной цепи, уменьшение температурного дрейфа ограничиваемого уровня выходного тока, а также обеспечение возможности использования системы в биполярных источниках тока с искробезопасным выходом.

Формула изобретения Система питания с искробезопасным

выходом, содержащая первичный источник питания, блок регулирования выходного напряжения, блок управления, блок формирования сигнала рассогласования, ограничительный резистор, блок защиты от превышения искробезопасного уровня тока и напряжения в выходной цепи, состоящий из первого и второго транзисторов,стабилитрона и пяти резисторов, при этом вход указанного блока подключен к плюсу первичного источника

питания через блок регулирования выходного напряжения, его выход соединен с первым входом блока формирования сигнала рассогласования, второй выход которого через ограничительный резистор соединен с входом блока управления, выходы которого

подключены к соответствующим входам блока регулирования выходного напряжения, вторые выходы блока управления, минус первичного источника питания и второй вход блока формирования сигнала рассогласования соединены с общей шиной, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и упрощения, база первого транзистора блока защиты от превышения искробезопасного уровня тока и напряжения в выходной цепи соединена с общей шиной через два последовательно соединенных резистора, общая точка соединения которых подключена через стабилитрон к базе второго транзистора, эмиттер которого

0

5

подключен к первому выводу третьего резистора и является входом блока защиты от превышения искробезопасного уровня тока и напряжения в выходной цепи, второй вывод упомянутого резистора подключен к эмиттеру первого транзистора и через четвертый резистор соединен с базой второго транзистора и с первым выводом пятого резистора, второй вывод которого соединен с коллектором первого транзистора и является пыходом блока защиты от превышения искробеяопэсного уровня тока и напряжения в выходной цепи, а коллектор второго транзистора подключен к базе первого транзистора

Иибрегенио относится к устройствам электропитания, защищенным сг аварийного повышения тока и напряжения в выходной цепи. Система предназначена преимущественно для всгройки в блоки питания искробеэопясных приборов Цель 2 изобретения - повышение надежности и упрощение Это достигается за счет упрощения цепи обратной положительной связи, выполненной в виде резистора, соединяющего базу второго транзистора с первым выходным зажимом системы питания, а также за счет упрощения цепи защиты от повышения выходного напряжения. Цепь защиты выполнена в виде стабилитрона и резистора, соединяющих базу второго транзистора с общей шиной системы питания Отсутствует вторая связь выходной цепи с первичным источником питания через эмиттерно-ба овый переход первого транзистора устройства защиты. Исключен стабилизатор тока, питающий базовую цепь первого транзистора устройства защиты. 1 ил. Ё