Формирователь импульсов с защитой от перегрузок по току Советский патент 1991 года по МПК H03K5/02 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания.

Цель изобретения - повышение надежности путем ограничения тока нагрузки на заданном уровне.

На фиг. 1 приведена упрощенная электрическая схема формирователя; на фиг. 2 - диаграммы его работы.

Формирователь импульсов с защитой от перегрузок по току содержит источник 1 . питания, полумостовой импульсный усилитель 2, силовой трансформатор 3 с первичной обмоткой 4 и вторичной обмоткой 5, конденсатор 6. входную клемму 7 управления, выходные клеммы 8 и 9 для подключения нагрузки, трансформатор 10 тока с первичной обмоткой 11 и вторичной обмоткой 12, резисторы 13, 14, 15, n-p-п и р-п-р транзисторы 16, 17 соответственно, диод liL-резисторы 19, 20, нагрузку 21.

Транзисторы 16,17 с резисторами 14,15 образуют пороговое устройство, которое срабатывает при достижении на обмотке 12, шунтированной резистором 20, амплитуды напряжения заданной величины, которая определяется величиной мгновенного значения тока в первичной обмотке 11 трансформатора 10 тока. По срабатывании происходит блокировка порогового устройства на время действия импульса управления поступающего с клеммы 7.

еличина резистора 20 определяет порог срабатывания схемы защиты. Трансформатор 10 тока может быть выполнен на сердечнике с прямоугольной петлей гистерезиса, так как работает в симметричном режиме без тока подмагничивания.

Формирователь импульсов с защитой от перегрузок по току работает следующим образом.

В исходном состоянии по включении источника 1 питания ключ 22 импульсного уелсл

с

о ю

ю

Јь

сл

лителя 2 устанавливается в открытое состояние, ключ 23 - в закрытое состояние. Конденсатор 6 разряжен, напряжение на нем равно нулю. Ток нагрузки 21 также равен нулю. Транзисторы 16 и 17 схемы защиты покрытия. Импульсы 24 управления, поступающие от внешнего импульсного генератора на клемму 7 управления, открывают ключ 23, что приводит к закрытию ключа 22. Начинает протекать ток И, потребляемой от источника 1 питания, по цепи отрицательная клемма источника 1 питания - замкнутый ключ 23 - первичная обмотка 4 трансформатора 3 - токовая обмотка 22 трансформатора 10 тока - конденсатор 6 - положительная клемма источника 1 питания.

Начальное значение тока определяется сопротивлением нагрузки 21 - чем меньше сопротивление, тем больше начальное значение тока. В течение времени действия им- пульса управления ток И линейно нарастает, скорость нарастания определяется индуктивностью обработки 4 и величиной напряжения, приложенного к обмотке 4 трансформатора 3. Под воздействием тока И конденсатор 6 начинает заряжаться, а в сердечнике трансформатора 3 накапливается реактивная энергия.

В момент окончания импульса 24 (см. фиг, 2) управления ключ 23 закрывается, что приводит к открытию ключа 22 ток Н перекрывается и начинает протекать ток г по цепи конденсатор 6 (источник энергии) - обмотка 11 трансформатора 10 тока - первичная обмотка 4 трансформатора 3 - замкнутый ключ 22. Энергия, накопленная в конденсаторе 6 и трансформаторе 3, начинает разряжаться на нагрузку 21.

С приходом очередного импульса 24 управления процесс повторяется.

В установившемся режиме среднее значение напряжения 25 на конденсаторе 6 прямо пропорционально отношению длительности tu импульсов к периоду Т их следования. Напряжение на нагрузке 21 - переменное прямоугольной формы, симметричное при отношении ,5 и асимметричное при других значениях tu/T.

Токи Н и 12, протекающие через обмотку 11 трансформатора 10 тока, наводят во вторичной обмотке 12 и на резисторе 20 импульсы 26 напряжения, амплитуда которых пропорциональна токам И и 2 и регулируется изменением сопротивления резистора 20. Импульсы 26 через резистор 19 прикладываются к переходу база-эмиттер транзистора 16.

При сопротивлении нагрузки 21, не превышающем номинального значения, амплитуда импульсов 26 недостаточна для итпира- ния транзистора 16, поэтому вновь ваедеп- ные элементы не оказывают никакого влияния на работу формирователя импульсов. Импульсы 27 управления на входе управления импульсного усилителя 2 повторяют форму импульсов 24 зз вычетом некоторого падения напряжения на резисторе 13, которое обусловлено входным то0 ком усилителя 2. На коллекторе транзистора 16 импульсы 28 также повторяют форму импульсов 24 управления.

При уменьшении сопротивления нагрузки 21 ток потребления устройства уве5 личивается, амплитуда тока i также возрастает. При некотором значении сопротивления нагрузки 21 амплитуда тока И достигает такого значения, что напряжение, наведенное в обмотке 12 трансформатора

0 Ю тока, вызывает включение транзистора 16, напряжение 28 на его коллекторе скачкообразно уменьшается, что вызывает включение транзистора 17, и схема защиты блокируется на время действия импульса 24

5 управления. Напряжение низкого уровня через диод 18 шунтирует вход управления усилителя 2, что вызывает закрытие ключа 23 и открытие ключа 22. Практически вся амплитуда импульса 24 падает при этом на

0 резисторе 13. По окончании импульса 24 схема защиты разблокируется, транзисторы 16 и 17 выключаются, так как уменьшаются до нуля их базовые токи, и в следующем перио/- 3 процесс повторяется. Количество

5 энергии, накапливаемой в конденсаторе 6 и частично в трансформаторе 3, при этом уменьшается, так как уменьшается время открытого состояния ключа 23 (время подключения реактивных элементов 4 и 6 к ис0 точнику 1 питания). Таким образом происходит ограничение тока потребления, т.е. защита от перегрузки по току.

При коротком замыкании нагрузки 21 амплитуда тока И в момент открытия ключа

5 23 резко возрастает, что приводит практически к мгновенному срабатыванию транзистора 16, затем транзистора 17 и выключению через диод 18 ключа 23. Длительность открытого состояния ключа 23 резко уменьшается, следовательно, так0 же уменьшается количество энергии, запасаемой в конденсаторе 6 от источника 1 питания, что обеспечивает защиту формирователя 2 импульсов по току, предотвращение выхода его из строя.

5 Таким образом, предложенный формирователь импульсов с защитой от перегрузок по току обладает свойством самоограничения тока потребления, чем обеспечиваются безопасные режимы работы его ключевых элементов. При зтом обеспечивается пропорциональное ограничение тока потребления, схема защиты автоматически отключается после снятия перегрузки и при отсутствии перегрузки дополнительного тока не потребляет.

Формула изобретения

Формирователь импульсов с защитой от перегрузок по току, содержащий полумостовой импульсный усилитель, выход которого соединен с первым выводом первичной обмотки трансформатора, а входы питания - с положительной и отрицательной клеммами источника питания, конденсатор, первый вывод которого соединен с положительной клеммой источника питания, вторичную обмотку трансформатора, выводы которой соединены с выходными клеммами формирователя, отличающийся тем, что, с целью повышения

надежности за счет ограничения тока на заднем уровне, в него введены трансформа- тор тока, п-р-п-транзистор, p-n-p-транзистор, диод и пять резисторов,

причем второй вывод первичной обмотки трансформатора через первичную обмотку трансформатора тока соединен с вторым выводом конденсатора, входная клемма управления соединена с первым выводом первого резистора, через второй резистор - с эмиттером, а через третий резистор - с базой p-n-p-транзистора, катодом диода и коллектором n-p-n-транзистора, база которого соединена с коллектором р-п-р-транзистора, а через четвертый резистор и соединенные параллельно вторичную обмотку трансформатора и пятый резистор - с эмиттером n-p-n-транзистора и отрицательной клеммой источника питания, второй вывод

первого резистора соединен с анодом диода и входом управления полумостового импульсного усилителя.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания. Цель изобретения - повышение надежности - достигается за счет ограничения тока нагрузка на заданном уровне. Формирователь импульсов с защитой от перегрузок по току содержит источник 1 питания, полумостовой импульсный усилитель 2, силовой трансформатор 3 с первичной обмоткой 4 и вторичной обмоткой 5, конденсатор 6, входную клемму 7 управления, выходные клеммы 8, 9 для подключения нагрузки, трансформатор 10 тока с первичной обмоткой 11 и вторичной обмоткой 12, резисторы 13, 14, 15, транзисторы 16, 17, диод 18, резисторы 19, 20, нагрузку 21. При внешних воздействиях в виде токовой перегрузки по выходным клеммам формирователь самозащищается и не выходит из строя. 2 ил.

Фиг. 2