Устройство для защиты от перенапряжений нагрузки Советский патент 1992 года по МПК H02H7/20 

со

с

Изобретение относится к электротехни- ке; Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности путем сохранения работоспособности при воздействии короткого замыкания. При коротком замыкании нагрузки 2 одновременно закрываются регулирующий первый транзистор 4 и компенсирующий третий транзистор 11 и этим предохраняются от тока короткого замыкания. При устранении короткого замыкания схема возвращается в исходное состояние. 1 ил.

ю

00

4

го

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в системах электропитания радиотехнических устройств и является усовершенствованием известного устройства по авт.св. № 1339742.

Известно устройство для защиты от перенапряжений нагрузки, используемое в устройствахэлектропитаниярадиоэлектронной аппаратуры, выполнен- ное в виде регулирующего первого транзистора, управляющего второго транзистора, первого резистора и пороговой первой цепочки, состоящей из последовательно соединенных резисторов и стабилитронов, причем одноименные первые выводы кол- лектор-эмиттерных переходов первого и второго транзисторов соединены между собой и предназначены для подключения к первому выводу нагрузки, а база первого транзистора соединена с первым выводом первого резистора, второй вывод которого, соединенны с первым концевым выводом первой цепочки, предназначен для подключения к вторым выводам нагрузки и источника питания. В устройстве имеются компенсирующий третий транзистор и пороговая вторая цепочка, состоящая из последовательно соединенных резисторов и стабилитронов. Второй концевой вывод первой цепочки соединен с первым выво- дом коллектор-эмиттерного перехода второго транзистора, а средний ее вывод - с базой второго транзистора, второй вывод коллектор-эмиттерного перехода которого соединен с базой первого транзистора. Кол- лектор третьего транзистора и первый концевой вывод второй цепочки соединены с первым, выводом коллектор-эмиттерного перехода, а эмиттер третьего транзистора соединен с вторым выводом коллектор- эмиттерного перехода первого транзистора, средний вывод второй цепочки соединен с базой третьего транзистора, а ее второй концевой вывод через общий токо- провод соединяется с вторым выводом пер- ,вого резистора. Регулирующий первый транзистор выполнен составным из двух транзисторов.

Для обеспечения защиты от перенапряжений нагрузки в устройстве ток, возника- ющий в первой цепочке при увеличении напряжения источника питания (выбросе напряжения) до определенной допустимой для нагрузки величины, при которой пробивается стабилитрон, создает на ее крайнем резисторе падение напряжения, вызывающее открывание до глубокого насыщения второго транзистора, через который напряжение плюсовой шины питания подается на

первый резистор и базу регулирующего первого транзистора, который полностью закрывается, так как разность напряжения между их эмиттером и базой становится минимальной, равной напряжению коллектор- эмиттерного перехода глубоко насыщенного управляющего второго транзистора.

При закрытом регулирующем транзисторе напряжение на нагрузке должно снизиться практически до нуля, но этого не происходит, так как включается в работу компенсирующий третий транзистор, который открывается потому, что к его переходу база - эмиттер приложено через резистор второй цепочки падение напряжения полностью закрытого регулирующего первого транзистора. Степень открывания компенсирующего третьего транзистора определяется напряжением стабилизации стабилитрона второй цепочки, так как компенсирующий третий транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, для которого выходное напряжение примерно равно входному напряжению на базе, которое выбирается примерно равным нормальному напряжению источника питания. При восстановлении нормального напряжения источника питания схема возвращается в исходное состояние, при котором компенсирующий третий транзистор полностью закрыт.

Недостатком известного устройства является низкая надежность, обусловленная нарушением работоспособности из-за выхода из-строя регулирующего и компенсирующего транзисторов при коротком замыкании. При случайном замыкании выходного вывода устройства на общую шину регулирующий транзистор выгорает протекающим током короткого замыкания. После перегорания регулирующего транзистора ток короткого замыкания переходит на компенсирующий транзистор и приводит его к отказу. Таким образом, случайное короткое замыкание выводит из строя все устройство, чем снижает эксплуатационную надежность устройства.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности путем сохранения работоспособности при воздействии короткого замыкания.

В устройство для защиты от перенапряжений нагрузки введены согласованная пара транзисторов по типу проводимости, совпадающая с управляющим вторым транзистором, четвертый транзистор по типу проводимости, совпадающий с компенсиру- ющим третьим транзистором, второй и третий резисторы и стёбилитрон, причем анод

стабилитрона предназначен для подключения к первому выводу нагрузки, а катод стабилитрона подключен одновременно к объединенным базам транзисторов согласованной пары транзисторов и через второй резистор к катоду стабилитрона первой по- роговдй цепочки, к которому подключены объединенные эмиттеры транзисторов согласованной пары транзисторов, причем коллектор одного транзистора согласованной пары транзисторов подключен к общему токопроводу, а коллектор другого транзистора согласованной пары транзисторов подключен к базе четвертого транзистора непосредственно, а к общему токопроводу - через третий резистор, при этом эмиттер четвертого транзистора соединен с общим токопроводом, а коллектор - с базой компенсирующего третьего транзистора.

В случае короткого замыкания обеспечиваются закрывание регулирующего первого транзистора управляющим вторым транзистором и запирание компенсирующего третьего транзистора четвертым транзистором за счет протекания тока через второй резистор и соответственно через транзистор согласованной пары транзисторов и пробитый стабилитрон. Такое состря- ниетранзисторасохраняет

работоспособность устройства после снятия короткого замыкания. На чертеже изображена; функциональная схема устройства для защиты от пере- напряжений нагрузки.

Устройство 1 для защиты от перенапряжений нагрузки 2, подключаемое к источнику 3 питания, содержит регулирующий первый транзистор 4, управляющий второй транзистор 5, первый резистор б и пороговую первую цепочку 7, состоящую из после довательно соединенных резисторов 8 и 9 и стабилитрона 10, причем одноимённые первые выводы коллектор-эмиттерных переходов первого 4 и второго 5 транзисторов соединены между собой и предназначены для подключения к первому выводу источника 3 питания, второй вывод коллектор-, эмиттерного перехода первого транзистора 4 предназначен для подключения к первому выводу нагрузки 2, а база первого транзистора 4 соединена с первым выводом первого резистора 6, второй вывод которого, соединенный с первым концевым выводом первой цепочки 7, предназначен для подключения к вторым выводам нагрузки 2 и источника 3 питания.

В устройстве имеются компенсирующий третий транзистор 11 и вторая .пороговая цепочка 12, состоящая из

последовательно соединенных резистора 13 и стабилитрона 14. Второй концевой вывод первой цепочки 7 соединен с первым выводом коллектор-эмиттерного перехода второго транзистора 5, а средний ее вывод

- с базой, второго транзистора 5, второй вывод коллектор-эмиттерного перехода которого соединен с базой первого транзистора 4. Коллектор третьего транзистора 11 и первый концевой вывод второй цепочки 12

0 соединены с первым выводом коллектор- эмиттерного перехода, а эмиттер третьего транзистора 11 соединен с вторым выводом коллектор-эмиттерного перехода первого транзистора 4, средний вывод второй це5 почки 12 соединен с базой третьего транзистора 11, а ее второй концевой вывод соединяется с вторым выводом первого резистора. Регулирующий первый транзистор ,4 выполнен составным из двух транзисто0 ров.

Кроме того, в устройство включены согласованная пара 15 транзисторов, состоящая из транзисторов 16 и 17, базы которых объединены и через второй резистор, 8 под5 ключены к катоду стабилитрона первой пороговой цепочки 7, к которому подсоединены объединенные эмиттеры транзисторов 16 и 17. коллектор первого (16) из них подключен к общему токопроводу, а

0 коллектор второго (17) - одновременно через третий резистор 19 к общему токопроводу и базе четвертого транзистора 20. эмиттер которого соединен с общим токопроводом, а коллектор - к базе компенсиру5 ющего третьего транзистора 11, стабилитрон 21, анодом подключенный к выходному выводу устройства, а катодом - к объединенным базам согласованной пары 15 транзисторов.

0 Устройство работает следующим обра- зом.

При нормальном напряжении источника 3 питания транзистор 5 закрыт, так как стабилитрон 10 имеет порог открывания вы5 ше нормального напряжения источника питания. Ток в базовой цепи (переход эмиттер - база, резистор 9, стабилитрон 10) транзистора 5 отсутствует, а следовательно, отсутствует и коллекторный ток. Регулирующий

0 транзистор 4 открыт и находится в режиме глубокого насыщения (Укэ 0,2-0,5 В) за счет базового тока, протекающего через переход эмиттер - база и резистор 6 от плюсовой шины питания к минусовой. Степень

5 насыщения может быть обеспечена сколь угодно глубокой так как определяется резистором 6, величина которого ограничений не имеет. При открытом транзисторе 4 транзистор 11 полностью закрыт, так как к его

переходу база - эмиттер через резистор 13 приложено малое напряжение Окэ регулирующего транзистора 4. В результате при нормальном напряжении источника 3 обеспечивается питание нагрузки 1 с мини- мальными потерями напряжения (рассеиваемой мощности) на регулирующем транзисторе 4, т.е. при высоком КПД.

При увеличении напряжения источника питания (выбросе напряжения) до о преде- ленной допустимой для нагрузки 2 величины стабилитрон 10 пробивается и в цепочке 7 возникает ток, создающий падение напря- жения на резисторе 8. Это вызывает открывание до глубокого насыщения транзистора 5, через который напряжение плюсовой шины питания подается на резистор 6 и базу транзистора 4, который полностью закрывается, так как разность напряжения между их эмиттером и базой становится минималь- ной, равной напряжению Окэ глубоко насыщенного транзистора 5. При закрытом транзисторе 4 напряжение на нагрузке должно снизиться практически до нуля. Однако этого не происходит, так как включается в работу транзистор 11, который открывается, так как к его переходу база - эмиттер приложено через резистор 13 падение напряжения полностью закрытого транзистора 4.

Степень открывания транзистора 11 определяется напряжением стабилизации стабилитрона 14, так как транзистор 11 включен по схеме эмиттерного повторителя, для которого выходное напряжение при- мерно равно входному напряжению на базе. Это напряжение выбирается примерно равным напряжению стабилизации стабилитрона 10, т.е. практически используется одинаковый тип стабилитро- на. Поэтому при любом по величине выбросе напряжения источника питания напряжение на нагрузке 2 сохраняется примерно равным нормальному напряжению источника питания. Стабильность напряже- ния на нагрузке определяется стабильностью стабилитрона в диапазоне температур и при изменении величины нагрузки. На транзисторе 11 во всех случаях падает напряжение, равное по величине превыше- нию напряжения источника по отношению к нормальному напряжению питания.

При восстановлении нормального напряжения источника схема возвращается в исходное состояние, при котором транзи- стор 11 полностью закрыт. При коротком замыкании нагрузки 2, т.е. выходного вывода устройства на общий токопровод, стабилитрон 21 пробивается и через резисторы 8, 9 и 18 и протекает ток. Ток, протекающий

через резистор 18, создает падение напряжения, при котором открываются транзисторы 16 и 17 согласованной пары.

Ток, протекающий через резисторы 8 и 9 и открытый транзистор 16, создает падение напряжения на резисторе 8, которое вызывает открывание до глубокого насыщения транзистора 5, через который напряжение плюсовой шины подается на резистор 6 и базу транзистор а 4, который полностью закрывается, так как разность напряжения между эмиттером и базой становится минимальной, равной напряжению коллектор- эмиттер глубокого насыщенного транзистора 5. При закрытии транзистора 4 напряжение на нагрузке 2 снижается до нуля. Ток, протекающий через резисторы 8 и 9, открытый транзистор 17 и резистор 19, создает на последнем падение напряжения, которое вводит в глубокое насыщение транзистор 20, который полностью закрывает компенсирующий третий транзистор 11.

Следовательно, при коротком замыкании нагрузки 2 одновременно закрываются регулирующий первый транзистор 4 и компенсирующий третий транзистор 11 и этим предохраняются от тока короткого замыкания. При устранении короткого замыкания схема возвращается в исходное состояние.

Таким образом, изобретение обеспечивает сохранение работоспособности устройства в случае короткого замыкания нагрузки и самовосстановление его в исходное состояние после снятия его, что позволяет повысить эксплуатационную надежность устройства. Использование изобретения позволяет создать высоконадежные источники электропитания, а введенные в схему элементы легко реализуются в микроэлектронном исполнении.

Формула изобретения

Устройство для защиты от перенапряжений нагрузки по авт.св. № 1339742, отличающееся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности путем сохранения работоспособности при воздействии короткого замыкания, в него введены согласованная пара транзисторов по типу проводимости, совпадающая с управляющим вторым транзистором, четвертый транзистор по типу проводимости, совпадающий с компенсирующим третьим транзистором, второй и третий резисторы и стабилитрон, причем анод стабилитрона предназначен для подключения к первому.выводу нагрузки, а катод стабилитрона подключен одно- временно к объединенным базам транзисторов согласованной пары транзисторов и через второй резистор к катоду

стабилитрона первой пороговой цепочки, к которому подключены объединенные эмиттеры транзисторов согласованной пары транзисторов, причем коллектор одного транзистора согласованной пары транзисторов подключен к общему токопроводу, а коллектор другого транзистора согласованной пары транзисторов подключен к базе четвертого транзистора непосредственно, а к общему токопроводу - через третий резистор, при этом эмиттер четвертого транзистора соединен с общим токопроводом, а коллектор - с базой компенсирующего третьего транзистора.