Устройство для токовой защиты источника вторичного электропитания постоянного тока Советский патент 1992 года по МПК G05F1/573 

рующего транзистора и на датчике тока с падением напряжения на резисторе, включенном между базами регулирующего транзистора и транзистора защиты, и переходе база-эмиттер транзистора защиты.

Недостаток этого устройства заключается в том, что при стабильных резисторах датчика тока и делителя напряжения, к которому подключена база транзистора защиты, стабильность порога срабатывания защиты при изменении температуры окружающей среды зависит от температурного дрейфа переходов база-эмиттер регулирующего транзистора и транзистора защиты. Так как в качестве регулирующего транзистора и транзистора защиты используются транзисторы, разные по типу и по мощности, то из-за разного температурного дрей- Фа переходов база-эмиттер этих транзисторов порог срабатывания от перегрузки по току значительно меняется при изменении температуры окружающей среды.

Кроме того, отсутствует возможность использования этого устройства в источниках питания, у которых одна шина питания является общей для подключения входного напряжения питания и нагрузки. При изменении температуры окружающей среды изменяется ток, подаваемый в цепь управления регулирующего транзистора, меняется ток, протекающий через защитный транзистор в режиме перегрузки, меняется падение напряжения на резисторе, включенном в цепь защитного транзистора, изменяется порог срабатывания защиты.

Целью изобретения является повышение стабильности порога срабатывания при изменении температуры окружающей среды.

Поставленная цепь достигается тем, что в устройство для токовой защиты источника вторичнего электропитания постояиногото- кз, содержащее тока, включенный последовательно в одну из выходных шин для подключения источника электропитания, защитный транзистор, эмиттер которого через узел обратного смещения соединен с первым выводом датчика тока, а коллектор -с цепью блокировки управляющего органа источника электропитания, делитель напряжения, первый крайний вывод которого подключен к другой выходной шине для подключения источника электропитания, а промежуточный - к базе защитного транзистора, в него введены полупроводниковый переход, одноименный по проводимости с переходом база-эмиттер защитного транзистора, и узем прямого смещения, включенный послрд этелм-ю с полупроводниковым переходом, один из выводов которого соединен с вторым крайним выводом делителя напряжения, а другой - с вторым выводом датчика тока.

На фиг.1-3 показаны схемы включения предлагаемого устройства соответственно в линейном стабилизаторе, в импульсном стабилизаторе и в преобразователе напряжения.

0 Стабилизатор (фиг. 1) содержит датчик 1 тока, защитный транзистор 2, узел 3 обратного смещения, выполненный на резисторе, делитель напряжения на резисторах 4 и 5, полупроводниковый переход 6, узел 7 пря5 мого смещения и управляющий орган, включающий в себя схему 8 сравнения и регулирующий элемент на транзисторе 9. В качестве полупроводникового перехода 6 используется переход база-эмиттер транзи0 сторз.

Импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока (фиг.2) содержит датчик 1 тока, защитный транзистор 2. узел 3 обрэт- ногосмещения, выполненный на резисторе,

5 делитель напряжения на резисторах 4 и 5, полупроводниковый переход 6, выполненный на диоде, узел 7 прямого смещения и управляющий орган, включающий в себя широтно-импульсный модулятор 8, транзи0 стор 9. дроссель 10, диод 11. конденсатор 12. На узел 3 обратного смещения подается ток от стабилизатора тока, выполненного на транзисторе 13,стабилитроне 14 и резисторах 15 и 16.

5 Преобразователь напряжения постоянного тока (фиг.З) содержит датчик 1 тока, защитный транзистор 2. узел 3 обратного смещения, делитель напряжения на резисторах 4 и 5. полупроводниковый переход б,

0 узел 7 прямого смещения, выполненный с использованием стабилизатора тока, и управляющий орган, включающий в себя широтно-импульсный модулятор 8, преобразователь напряжения на конденса5 торах 9 и 10. трансформаторе 11, транзисторах 12 и 13 и выпрямитель 14.

Устройство (фиг.1) работает следующим образом.

Сравниваются суммы напряжений на датчике 1 тока и переходе б и на резисторе

0 4. переходе база-эмиттер защитного транзистора 2 и узле 3 обратного смещения. При отсутствии перегрузки по току защитный транзистор 2 закрыт и не влияет на работу стабилизатора.

5 При увеличении тока нагрузки выше заданного значения увеличивается падение напряжения на датчике 1 тока, через резистор 4 на базу транзистора 2 защиты подается открывающий потенциал, транзистор 2

открывается, при незначительном падении напряжения на узле 3 обратного смещения шунтируется переход база-эмиттер транзистора 9, транзистор 9 закрывается, уменьшаются выходное напряжение U и закрывающий потенциал, подаваемый че- ерз резистор 5 на базу транзистора 2, транзистор 2 удерживается е открытом состоянии при небольшом токе нагрузки. Включение узла 3 обратного смещения в цепь эмиттера транзистора 2 позволяет получить небольшое обратное для транзистора 2 смещение, при этом падение напряжения на резисторе А, переходе база-эмиттер транзистора 2 и уз/ia З обратного смещения поддерживается несколько больше, чем напряжение на дополнительном переходе 6. Когда падение: напряжения на резисторе 4, переходе база-эмиттер транзистора 2 и узле 3 обратного смещения становится равным падению напряжения на переходе 6 и датчике 1 тока, происходит ограничение тока, протекающего через защитный транзистор 2. часть тскз управления упр всегда подается на транзистор 9. Этого небольшого тска уг-р.:екия достаточно для открывания трян/истора Q и ьосС1 оЧГ-ВЛенИР ВЫХОД 0 0 НГ npPxeHi P I-.3

выходе стабилигя;сга гн. еле снятия перегрузки по току

Аналогично. есг И при f-vK -.i-и т-.ии- лизаторз первым ст-гьч зло;.irt-..i транзистор 2. г pi- л°с:и/ еч;ч . .- оезист-чч; 4, переводе база-э-мпе, т: ..г.торз 2 узле 3 обратное гл-т-щ-::.-; г -.л:. чия апрч- жения, разного напг.я н- г-ереход С и датчике 1 тока, -рсрслгдит .-.--рзьи с-ние тока через транзистор 2, част., тскз лзнич поступает на транзистор S, транзистор 9 открываете расте напряжение н выходе г.тгбнлизятс-.па. р истор 5 HS базу транзистора 2 or ;.-рыр.сЧ. л , потенциал, транзистор 2 зз рь веется, и стабилизатор входит е рзжим стабилизации напряжения.

Напряжение источника обратного сме- .щения определяется из формулы

UcM-Un-ибэз.(1)

где UCM - напряжение узлз обратного смещения;

Un падение напряжения нэ переходе 6;

ибэз - напряжение перехода база-эмиттер защитного транзистора 2.

Если в качестве узла 3 обратного смещения используется резистор, то номинал резистора определяется из соотношения

о Un-U6 S Кз -

1) Пр

(2)

где lynp - ток управления, пос у; эющий от схемы S управления на регулирующий элемент.

Устройство (фиг.2) работает следующим образом,

Сразнивзются суммы напряжений на переходе 6 и датчике 1 токз и на резисторе 4, переходе база-эмиттер защитного фан0 зистора 2 и уаел 3 обратной связи. Защитный транзистор 2 включается и работает, как правило, при очень малы;: токах и коллектора. В соответствии с входными характеристиками транзисторов напряжение

5 переходя база-эмиттер защитного транзистора 2, при котором открывается зтот i ран- зистор 2, может быть меньше, чем напряжение на переходе 6. Включение узла 3 обратного смещения позволяет при вклю0 чении стабилизатора удерживать защитный транзистор 2 п закрытом состоянии и обеспечить аыход стабилизатора в режим стаби- напряжения.

Падение напрл.гния ня узле 3 обрз но5 го сг- .ещемия 5ь 5прде-С-Ч порядка 0.1-0.3 В. При ; iсутстви; г.&рогр / зкп по току пз,06хСЛ. - - Vii-; р з;щн1г Г: J ТрПН.-Н.С D3

2 нахс;.:пс° -од pf DcTKt-iM смещен,. Tpanjiic Op 2 ;-;- рыт и не в ч нг;

9 с абил затора

При увелг ,.- ---:: нз- :, . t с. ;;.. .-:;. -;.1Я уа- -:-г -. -.; - Д /ние ,+...:, :г х,.г. 1 тс1: .сч

р-з - Г :- .о1ся :--а L;. ;-:;TH -.:.,,:.:. .- :. j- ,,-40,: S. jj-..f.r-s i-- ; . JB, .: :,j i 3 . нг, T isiir- .r.C p . -.;- ..,. ;- ;я ;;ь ход с H3 ir-r cr i :- UH и 3Ј-: L--r.irCui. потс-- ..;,:., гс да-.а MO.й че; ез рйзнст-р Ь нг.

0 трсс-л.ч лор I . трэ-.з Стор 2 удерхиип: сч в QV.с-- С -4 сос Охкии, широтнс-импул сный

м-; / ./.- .,:: 3 . Гч:тыпя ;т i -Гг ы ;ч-чи- мзльчой длительности, умэньшастс - ощ- нс сть р„г.ссиг,аиик на транзисторе 9. После

5 снятия перегрузки уменьшаете падение напряжения н датчике 1 тока.тр; .стор2 защиты закрьч.зется за счет напряжение об- ратно(о смещения от узла 3 шнротно-им- г.ульсныи модулятор 8 и стабилизатор

0 входят е РЙХИМ стабилизации напряжения, вы/.однсе напряжение стабилизатора вос- станослиьзстся.

Напряжение источника обратного смещения определяется по формуле (1).

5Устройство показанное нэ фиг.З, работает аналогично устройству на фиг.2.

Сравниваются суммы напряжений нэ переходе 6 и датчике 1 тока и резисторе 4,

переходе база-эмиттер защитного транзистора 2 и узле 3 обратного смещения. В момент подачи на стабилизированный преобразователь напряжения защитный транзистор 2 за счет напряжения узла 3 обратного смещения закрыт и не влияет на работу преобразователя.

При отсутствии перегрузки по току защитный транзистор 2 также закрыт, и преобразователь работает в режиме стабилизации напряжения. При увеличении тока нагрузки выше заданного значения увеличивается падение напряжения на датчике 1 тока, защитный транзистор 2 открывается, сигнал с транзистора 2 подается на ширстно-импульсный модулятор 8, уменьшается ширина рабочих импульсов, подава- змых на транзисторы 12 и 13, уменьшаются выходное напряжение 1)н и закрывающий потенциал,подаваемый через резистор 5 на транзистор 2, транзистор 2 удерживается в открытом состоянии, обеспечивая минимальную ширину управляющих импульсов широтно-импульсно о модулятора 8, минимальный ток нагрузки и минимальную мощность на преобразователе. При снятии перегрузки уменьшается паден-ие напряжения на датчике 1 тока, транзистор 2 закрывается за счет напряжения узла 3 обратного смещения, ширстно-импульсный модулятор 8 и преобразователь входят в режим стабилизации напряжения, напряжение на выходе стабилизатора восстанавливается. Таким образом, обеспечиваются надежное включение стабилизированного преобразователя, ограничение тока и мощность рассеяния на преобразователе при перегрузке по току и восстановление режима стабилизации выходного напряжения после снятия перегрузки.

Напряжение узла 3 обратного смещения определяется по Формуле (1).

Узел 7 прямого смещения обеспечивает стабилизированный ток. достаточный для делителя напряжения на резисторах А и 5 и питания перехода 6.

В линейном стабилизаторе, выполненном с устройством защиты по схеме фиг.1, при изменении температуры окружающей среды ток срабатывания защиты изменяется в пределах ±10% от значения, установленного в нормальных условиях, что значительно точнее в сравнении с известными схемами.

Схемы защиты, приведенные на фиг.2 и 3, обеспечивают повышен.-,е точности порога срабатывания защиты в несколько раз по сравнению с известными схемами защиты, поэтому надежность импульсных стабилизаторов и преоОоязс -.чтелей нэпряжения

также повышается. Надежность импульсных стабилизаторов и преобразователей напряжения с предложенной схемой защиты выше и в связи с тем, что предлагаемая

схема защиты обеспечивает уменьшение мощности рассеяния на ключевых элементах в режиме короткого замыкания на выходе источника питания в сравнении с известными схемами.

0 При подаче смещения на переход 6 через резистор (фиг.1 и 2) и изменении напряжения питающей сети напряжение на дополнительном переходе 6 может незначительно меняться. При подключении перехо5 да б к стабилизатору тока (фиг.З) и обеспечении на этом переходе б стабилизированного тока смещения напряжение на переходе 6 сохраняется стабильным. Поэтому порог срабатывания защиты в схеме на

0 фиг.З более стабилен, чем в схемах на фиг.1 и2.

При стабилизации напряжения узла 3 обратного смещения (фиг.2) за счет подачи тока на резистор 3 от стабилизатора тока на

5 транзисторе 13. стабилитроне 14 и резисторах 15 и 16, стабильность порога срабатывания защиты также улучшается.

При использовании в качестве перехода 6 перехода бэза-эмиттертранзистора, одно0 типното с защитным транзистором 2 (фиг.1), обеспечивается примерно одинаковый температурный дрейф перехода 6 и перехода база-эмиттер защитного транзистора 2. Таким образом, при одинаковых температур5 ных дрейфах напряжений перехода 6 и перехода база-эмиттер защитного транзистора 2 улучшается стабильность порога срабатывания устройства.

Размещение дополнительного перехо0 да, однотипного с переходом база-эмиттер защитного транзистора, в одном корпусе с защитным транзистором позволяет обеспечивать одинаковый температурный режим полупроводникового перехода и перехода

5 база-эмиттер защитного транзистора, уменьшить разброс температурного дрейфа между этими переходами, за счет этого улучшается стабильность порога срабатывания устройства и повышается надежность вто0 ричного источника питания,

За счет более стабильного порога срабатывания устройства о широком диапазоне температур и уменьшения мощности рассеивания на регулирующем элементе

5 при перегрузке по току значительно повышается надежность источников вторичного электропитания постоянного тока.

Эффективность предложенной схемы по сравнению с известными заключается и в том, что она универсальна, применима с

любыми типами регулирующих транзисторов в линейных и импульсных стабилизаторах и в преобразователях напряжения, в том числе и в источниках электропитания, имеющих общую шину для подключения входного напряжения питания и нагрузки.

Ни одна из указанных схем защиты не обладает такой универсальностью.

Формула изобретения 1. Устройство для токовой защиты источника вторичного электропитания постоянного тока, содержащее датчик тока, включенный в одну из выходных шин для подключения источника электропитания, защитный транзистор, эмиттер которого через узел обратного смещения соединен с первым выводом датчика тока, а коллектор - с цепью блокировки управляющего органа источника электропитания, делитель напряжения, первый крайний вывод которого подключен к другой выходной шиме для подключения источника электропитания, а промежуточный вывод - к базе защитного

транзистора, отличающееся тем. что, с целью повышения стабильности порога срабатывания при изменении температуры окружающей среды, в него введены полупроводниковый переход, одноименный по проводимости с переходом база-эмиттер защитного транзистора, и узел прямого смещения, включенный последовательно с полупроводниковым переходом, один из

выводов которого соединен с вторым крайним выводом делителя напряжения, а другой - с вторым выводом датчика тока.

2. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что узел прямого смещения выполнен с использованием стабилизатора тока.

3. Устройство поп.1,отличающее- с я тем. что полупроводниковый переход и переход база-эмиттер защитного трэнзи- стора однотипны по конструкции.

4. Устройство поп.1.отличающее- с я тем, что полупроводниковый переход и защитный транзистор размещены в одном корпусе.

Изобретение относится к чектоотехни- ке. в част ноет и к источникам Бторим. огоэлек- тропи эния радиоэлектронной агтаратуры. Цель - повышение стабильности порога срабатывания при изменении температуры окружающей среды. Б устройстве используИзобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты стабилизаторов и преобразователей напряжения постоянного тока от перегрузки по току. Известны линейные стабилизаторы напряжения постоянного тока с устройствами защиты от перегрузок по току. Недостаток этих устройств заключается в большом дрейфе порога срабатывания защиты при изменении температуры окружающей среды. ется токовая защита, настроенная по классическому принципу с применением рези- стивчого датчика тока и защитного транзистора, воспринимающего выходной сигнал датчика и шунтирующего при своем открытии бззэ-эмиттернь и перевод регулирующего транзистора, закрывая последний. В устройство введены дополнительный полупроводниковый переход, одноименный по проводимости с переходом бзза-змиттер защитно о т р нзистрра. и узел прямого смещения . экг..1 последовательно с дополнительным переходом. Пг.и этом выходной сигнал датчика y jt/a суммируется спадением напряжения н дс-псп-ч -ельном переходе. Б услориях одпнакориго температурного дрейфа нзпряжениг г.с. тсгните-ь- нг.гс перехода и перед-од бззз-зг-н .ттер .зщи г огл гранлисторз за соответстсу- Ю1,Јй ксмпьнсации г-;ш. йенно улучшается стабильность ПОРОГЕ срабать:вгкия защити. 3 з.п. ф-лы, 3 ил. Известны также импульсные стабилизаторы и преобразователи напряжения постоянного тока с встроенной защитой от перегрузок потоку. Источники питания, выполненные с известной защитой, также имеют нестабильный порог срабатывания защиты, особенно при изменении температуры окружающей среды. Наиболее близким к предлагаемому является устройство защиты от пеоегрузок по току, в котором сравнивается падение напряжения на переходе база-эмиттер регулиЬл С XI О XI о ;о

фие.1

%