Устройство для защиты источника электропитания от перегрузок по току Советский патент 1991 года по МПК G05F1/573 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в радиоэлектронной аппаратуре для ограничения пусковых токов источников электропитания.

Цель изобретения - повышение устойчивости и надежности устройства в работе.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства для защиты источника электропитания от перегрузок по току; на фиг.2 - принципиальная электрическая схема используемого порогового угла.

Устройство содержит первый электронный ключ 1 (см. фиг. 1), датчик 2 тока, второй электронный ключ 3, ограничительный резистор 4, формирователь 5 зарядного импульса (ждущий мультивибратор), элемент 6 задержки, первый элемент И 7, формирователь 8 импульса отключения (ждущий мультивибратор), пороговый узел (узел управления режимом работы) 9, второй элемент И 10, блок 11 плавного включения с использующим конденсатором и третий электронный ключ 12. На схеме показаны также защищаемый источник 13 электо ел

00

со ропитания и выводы 14 и 15 (шина нулевого потенциала) для подключения его выходной цепи. Первый силовой вывод ключа 1 соединен с выводом 14 и одним из выводов ограничительного резистора 4. Первый силовой вывод ключа 3 подключен к другому выводу ограничительного резистора 4, а управляющий вход - к прямому выходу формирователя 5 зарядного импульса. Датчик 2 тока включен между вторым силовым выводом ключа 1 и выводом 5. Входы элемента И 7 подключены к выходу элемента 6 задержки и инверсному выходу формирователя 5 зарядного импульса, а выход - к входу формирователя 8 импульса отключения. Вход измерения тока порогового узла 9 соединен с выходом датчика 2 тока, а вход измерения напряжения - с выводами 14 и 15. Входы элемента И 10 подключены к выходу формирователя 8 импульса отключения и первому выходу порогового узла 9. Один, вход блока 11 плавного включения подсоединен к выходу формирователя 8 импульса отключения, другой вход через ключ 12 - к второму выходу порогового узла 9, а выход - к управляющему входу ключа 1. Управляющий вход ключа 12 соединен с прямым выходом формирователя 5 зарядного импульса. Второй силовой вывод ключа 3 соединен с выводом 15.

Пороговый узел 9 (см. фиг.2) включает транзисторы 16-18, стабилитрон 19 и резисторы 20-23. Базы транзисторов 16-18 взаимно подключены, коллекторы транзисторов 16 и 17 соединены соответственно через резисторы 20 и 21 с выводом для подключения потенциального полюса источника вспомогательного напряжения Е, коллектор транзистора 16 - с его базой, а эмиттер - с шиной нулевого потенциала, эмиттер транзистора 17 - непосредственно с эмиттером транзистора 18, через резистор 22 - с потенциальным выводом входа измерения тока и через последовательно включенные стабилитрон 19 и резистор 23 - с потенциальным выводом входа измерения напряжения, а коллекторы транзисторов 17 .и 18- с потенциальными выводами соот- ветственно первого и второго выходов данного узла.

Режим работы устройства для защиты источника 13 электропитания от перегрузок по току определяется сигналами

5

0

5

0

5

0

5

0

5

на выходах формирователя 5 зарядного импульса и формирователя 8 импульса отключения, которые после подачи входного напряжения Пвх устанавливаются в исходное состояние, когда на выходе формирователя 8 и на инверсном выходе формирователя 5 действуют сигналы логической 1. Конденсатор блока 11 плавного включения разряжен, ключи 1 и 3 закрыты. Подача напряжения логической 1 на блок 11 плавного включения приводит к медленному (десятки микросекунд) увеличению напряжения на его выходе. Это вызывает такое же медленное открывание ключа 1 без бросков его тока независимо от сопротивления нагрузки, так как на этапе запуска ключ 1 работает в режиме генератора тока. Пороговый узел 9, измеряя напряжение на выводах 14 и 15, т.е. на ключе 1, и ток через него, формирует на первом выходе сигнал логической 1, если мгновенное значение мощности, рассеиваемой на ключе 1, или его ток превышает пороговое значение.

Если во время запуска указанные выше параметры не превышают пороговых значений, то напряжение управления ключа 1 увеличивается и он входит в насыщение с минимальным падением напряжения.

i

Если же во время запуска мгновенное значение рассеиваемой на ключе 1 мощности или его тока превышает пороговые значения (например, при активно-емкостном характере нагрузки), то на первом выходе порогового узла 9 формируется сигнал логической 1, который подается на соответствующий вход элемента И 10. Поскольку на другом его входе в это время также присутствует сигнал логической 1,то этот же сигнал поступает на вход элемента 6 задержки и формирователя 5 зарядного импульса. Формирователь 5 вырабатывает на прямом выходе в течение времени t сигнал логической 1, на инверсном выходе - сигнал логического 0. При этом открываются ключи 3 и 12 и через защищаемый источник 13 электропитания проходит дополнительный ток, определяемый падением напряжения на ограничительном резисторе 4. Одновременно с этим с второго выхода порогового узла 9 через открытый- ключ 12 на первый вход блока

1 1 плавного включения подается сигнал, пропорциональный загрузке ключа по мощности. С этого момента сигнал на управляющем входе ключа 1 прекращает монотонно нарастать. Начинается процесс его регулирования, так что мгновенное значение мощности или тока не превышает пороговых значений.

По мере увеличения напряжения на защищаемом источнике 13 электропитания напряжение на ключе 1 уменьшается а его ток - увеличивается. При уменьшении напряжения на ключе 1 до значения, равного напряжению стабилизации стабилитрона 19 в пороговом узле 9, ток ключа 1 увеличивается до максимального значения, равного пороговому Ток же через ключ 3 уменьшается вплоть до 0. При уменьшении тока ключа 1 ниже порогового значения сигнал на первом выходе порогового узла 9 принимает значения логического 0. После окончания зарядного импульса ключи 3 и М закрываются, ключ 1 входит в режим насыщения, а прохождение сигнала через элемент И 7 блокируется сигналом логического 0 на выходе элемента 6 задержки.

Если же к моменту окончания зарядного импульса ток ключа 1 не уменьшается ниже порогового значения, что свидетельствует о токовой перегрузке в защищаемом источнике 13 электропитания, на первом выходе порогового узла 9 и элемента 6 задержки удерживается сигнал логической 1 и происходит запуск формирователя 8 импульса отключения. При этом на время с закрываются ключи 1,3 и 12, а защищаемый источник 13 электропитания отключается от источника входного напряжения U6X. Блокировка запуска формирователя 5 зарядного импульса в это время производится подачей на один из входов элемента И 10 сигнала логического 0 с выхода формирователя 8 импульса отключения.

При перегрузке в цепи защищаемого источника 13 электропитания или его коротком замыкании напряжение на нем не увеличивается больше некоторого относительно малого значения. При этом за время t напряжение на ключе 1 не уменьшается, а его ток, плавно нарастая от 0, фиксируется на некотором безопасном уровне.

Рассмотренный алгоритм работы защитного устройства устраняет импульсы

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

сквозного тока черет ключ 1 как в режиме запуска при коротком -замыкании в нагрузке, так и при включении ключа 1 после окончания запуска, когда напряжение на нем значительно больше напряжения в насыщенном состоянии. Это предопределяет повышенную надежность предлагаемого устройства в ряботе.

i

В известном устройстве сквозной ток основного ключа значительно превышает пороговое значение. В связи с этим при его включении имеют место ложные срабатывания порогового узла, что снижает устойчивость работы устройства защиты в целом. В предлагаемом устройстве указанный недостаток устранен.

Формула изобретения

1. Устройство для защиты источника электропитания от перегрузок по току, содержащее первый ключ, первый силовой вывод которого соединен с первым выводом для подключения выходной цепи защищаемого источника электропитания и одним из выводов ограничительного резистора, второй ключ, первый силовой вывод которого подключен к другому выводу ограничительного резистора, а управляющий вход - к прямому выходу формирователя зарядного импульса, датчик тока, включенный между вторым силовым выводом первого ключа л вторым выводом для подключения выходной цепи защищаемого источника электропитания, первый элемент И, входы которого подключены к выходу элемента задержки и инверсному выходу формирователя зарядного импульса, а выход - к входу формирователя импульса отключения, выполненный с первым выходом пороговый узел, вход измерения тока которого соединен с выходом датчика тока, отличающееся тем, что, с целью повышения устойчивости и надежности в работе, в него введены второй элемент И, блок плавного включения и третий ключ, а пороговый узел снабжен входом измерения напряжения и вторым выходом, причем входы второго элемента II подключены к выходу формирователя импульса отключения и второму выходу порогового узла, вход измерения напряжения которого соединен с выводами

для подключения выходной цепи защищаемого источника электропитания, один из входов блока плавного включения подключен к выходу формирователя импульса отключения, другой вход через третий ключ - к первому выходу порогового узла, а выход - к управляющему входу первого ключа, управляющий вход третьего ключа соединен с прямым выходом формирователя зарядного импульса, а второй силовой вывод второго ключа - с вторым выводом для подключения выходной цепи защищаемого источника электропитания. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пороговый узел включает три транзистора, базы которых подключены друг к другу, коллекторы первого и второго транзисторов соединены соответственно через первый и второй резисторы с выводом

для подключения потенциального полюса источника вспомогательного напряжения, коллектор первого транзистора - с его базой, а эмиттер - с шиной нулевого потенциала, эмиттер второго транзистора - с эмиттером третьего транзистора, через третий резистор - с потенциальным выводом входа измерения тока и через последовательно включенные стабилитрон и четвертый резистор - с

5 потенциальным выводом входа измерения напряжения, а коллекторы второго и третьего транзисторов - с потенциальч ными выводами соответственно первого и второго выходов данного узла.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель - повышение устойчивости и надежности устройства в работе. Устройство содержит ключ 1, датчик 2 тока, ключ 3, ограничительный резистор 4, формирователь 5 зарядного импульса, элемент 6 задержки, элементы И 7, формирователь 9 импульса отключения, пороговый узел 9, элемент И 10, блок 11 плавного включения и ключ 12. Режим работы устройства определяется сигналами на выходах формирователей 5 и 8, После подачи входного напряжения на защищаемый источник 13 блок 11 плавного включения осуществляет медленное открывание ключа 1. Пороговый узел 9 контролирует мгновенное значение мощности, рассеиваемой на ключе 1, а также его ток. Если эти параметры не превышают пороговых значений, то напряжение управления ключа 1 соответствует его насыщенному состоянию. В аномальных режимах источника 13 происходит процесс регулирования мощности и тока ключа 1. При этом напряжение на ключе 1 не увеличивается больше некоторого относительно малого значения, а его ток фиксируется на безопасном уровне. 1 ч.п. ф-лы, 2 ил. о (Л

S

ю

8

11

П

Ъ

Фиг.1

Т-,

Г/5

f f/f

20

V

Фиг. I