Устройство для защиты источников питания Советский патент 1992 года по МПК G05F1/569 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования во вторичных источниках питания радиоэлектронной аппаратуры.

Известно устройство для защиты силовых транзисторов от перегрузок, содержащее делитель входного напряжения, линейный датчик тока и нелинейный датчик коллекторного напряжения силового транзистора и дифференциальный усилитель.

Недостатком устройства является сложность нелинейного датчика коллекторного напряжения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для защиты источника питания от токовых перегрусок при включении нагрузки, содержащее силовой транзистор, эмиттер которого через последовательно соединенные первый резистор и нагрузку подключен к шине нулевого потенциала источника питания, база силового транзисто- ps подключена к коллектору управляющего транзистора, эмиттер которого подключен к общей точке соединения первого резистора и нагрузки, база транзистора управления подключена к первому выводу второго резистора и через третий резистор (представляющий делитель напряжения) - к эмиттеру силового транзистора, между коллектором и базой которого подключен источник тока, коллектор силового транзистора подключен к источнику питания.

В этом устройстве с ростом напряжения между коллектором и эмиттером силового транзистора возрастает напряжение на базе управпяющего транзистора, что вызывает уменьшение тока базы силового транзистора и, следовательно, его выходного тока. Характеристика ограничения является линейной с отрицательным наклоном.

Недостатком известного устройства является то, что оно не может обеспечить без- опасный режим работы силового транзистора в широком диапазоне выходных токов и напряжений, так как его максимальный выходной ток находится в линейно падающей зависимости от коллекторного напряжения силового транзистора, а для непрееышения максимальной рассеиваемой мощности эта зависимость должна быть близкой к гиперболической.

Целью изобретения является повышение надежности путем обеспечения безопасности режима работы силового транзистора в широком диапазоне выходных токов и напряжений.

Цель достигается тем, что в устройство для защиты источников питания, содержащее управляющий транзистор, коллектор

которого подключен к точке соединения выхода генератора тока управления и базы силового транзистора, а база - к выходу делителя напряжения, включенного параллельно переходу коллектор - эмиттер силового транзистора, введены нелинейный датчик тока и элемент смещения, при этом к одному выводу нелинейного датчика тока подключен эмиттер силового транзистора и

0 делитель напряжения, а к другому один из выходных выводов и первый вывод элемента смещения, второй вывод которого подключен к эмиттеру управляющего транзистора.

5Сопоставительный анализ с известным

устройством показывает, что предлагаемое устройство отличается наличием новых блоков: нелинейного датчика тока, элемента смещения и их связями с остальными эле0 ментами схемы.

На фиг.1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - пример выполнения нелинейного датчика тока с несколькими изломами ха5 рактеристики ограничения; на фиг.З - вариант датчика тока на транзисторе; на фиг.4 - область нормальной работы силового транзистора (кривая 1).

Кроме того, на фиг.4 представлена зави0 симость максимального тока нагрузки от напряжения коллектор - эмиттер силового транзистора при работе с линейным датчиком тока (кривая 2) и зависимость максимального тока нагрузки от напряжения

5 коллектор - эмиттер силового транзистора при работе с нелинейным датчиком тока по схеме фиг.1 или 3 (кривая 3) и по схеме фиг,2 (кривая 4).

Устройство защиты источников питания

0 (фиг. 1) содержит силовой транзистор 1, коллектор которого соединен с входом устройства и делителем напряжения на первом 2 и втором 3 резисторах, средней точкой подключенным к базе управляющего трзнзи5 стора 4. Коллекторная цепь управляющего транзистора соединена с базой силового транзистора 1 и через последовательно включенный источник 5 тока с входом устройства. Эмиттер силового транзистора 1

0 соединен с вторым выводом резистора 3 делителя напряжения и входом нелинейного датчика 6 тока, выход которого соединен с одним из выходных выводов устройства и через последовательно включенный эле

5 мент 7 смещения - с эмиттером управляющего транзистора 4.

Нелинейный датчик 6 тока вып чкен на диоде 8, включенном параллельно резистору 9, и последовательно соединенном с этой цепочкой резисторе 10.

Вариант выполнения нелинейного датчика 6 тока, содержащего диоды 11 и 12 и последовательно включенные резисторы 13-16, позволяет получить несколько изломов на характеристике ограничения, т.-е. бо- лееточную апроксимацию гиперболической кривой, приведен на фиг.2.

На фиг.З приведен вариант выполнения датчика тока на резисторах 17 и 18, составляющих базовый делитель, и резисторе 19, включенном последовательно в коллекторную цепь транзистора 20.

Устройство для защиты источников тока работает следующим образом.

Пока падение напряжения на датчике 6 тока не превышает порогового значения ипоруправляющий транзистор 4 закрыт и не влияет на работу силового транзистора 1. Когда же напряжение датчика тока превысит пороговое значение, транзистор 4 открывается и начинается ограничение выходного тока. Эта картина наблюдается при малых напряжениях UKS силового транзистора 1. При увеличении напряжения 1)кэ часть этого напряжения К11кэ (где К- коэффициент передачи делителя, образованного резисторами 2 и 3) суммируется с напряжением датчика 6 и ограничение тока поступает при меньших значениях тока нагрузки. Из условия ограничения

Unop Ui + Шкэ ,

где Ui - напряжение снимаемое с датчика 6 тока с учетом значений Ui lorp (R9 + Rio) для малых токов;

Ui lorp Rio Uq для больших токов, где lorp ограничиваемое значение тока нагрузки;

Rg и Rio - сопротивление резисторов 9 и 10 соответственно;

Uq - падение напряжения на открытом диоде 8,

определим значение максимального тока нагрузки при малых значениях

иэ

Ua t-KU

кэ

Rio а также при больших значениях икэ

U

про

KU

кэ

огр Rs+Rio

Из приведенных выражений для 1ОГр видно, что крутизна спада iorp больше при мзлых значениях UKS- Точку излома, т.е. перехода от крутого участка характеристики к более пологому можно определить из выражения

с учетом того, что в точке излома Ug 1ОГр

Rg.

Применив более сложную схему датчика тока (фиг.2), можно получить характеристику ограничения, состоящую из трех отрезков (две точки излома), а при подборе элементов из четырех отрезков (три точки излома), что позволяет более точно апрокси- мировать гиперболическую кривую.

Если, например, Ri3 R4 Re, то координаты точек излома для датчика по схеме фиг.2 определяются по формулам:

Первая точка: Ik Я13%14

UK3

и -им i Ris + Ri64

Unop-Uq(1 + R13+R14)

20

о.Ug R13

Вторая точка; Ik-,R « .

(R13 + R14)R14

25 Unop-Uq 1+R(1+gg)

30 Третья точка: Ik + г

Unop-Uqft+ g + p)

К

5

Таким образом, в предлагаемом устройстве можно обеспечить широкий диапазон выходных токов и напряжений, гарантируя „ невыход режима работы силового транзистора за пределы безопасной области(кри- , вые 3 и 4 на фиг.4).

Нелинейный датчик тока (фиг.З) работает как и диодный на фиг,1 с одной точкой с излома. Роль резистора 19 в нем может выполнять сопротивление перехода коллектор

-эмиттер транзистора 20. Точно так же роль резистора 10 в варианте датчика б на фиг.1 может выполнять дифференциальное со« противление открытого диода 8.

Формула изобретения Устройство для защиты источников питания, содержащее управляющий транзистор, коллектор которого подключен к точке соединения выхода генератора тока управления и базы силового транзистора, а база

-к выходу делителя напряжения, включенного параллельно переходу коллектор - эмиттер силового транзистора, отличающееся тем, что, с целью повышения

надежности путем обеспечения безопасности режима работы силового транзистора в широком диапазоне выходных токов и напряжений, в него введены нелинейный датчик тока и элемент смещения, при этом к одному выводу нелинейного датчика тока

подключен эмиттер силового транзистора и делитель напряжения, а к другому один из выходных выводов и первый вывод элемента смещения, второй вывод которого подключен к эмиттеру управляющего транзистора.

Использование: в источниках вторичного питания для питания радиоэлектронной аппаратуры в безопасном режиме работы силового транзистора в широком диапазоне выходных токов и напряжений. Сущность изобретения: устройство содержит силовой транзистор 1, делитель напряжения на резисторах 2 и 3, управляющий транзистор 4, источник 5 тока. В устройство введены нелинейный датчик 6 тока и элемент 7 смещения. При напряжении с датчика 6 тока большем порогового значения и при малых значениях напряжения коллектор - эмиттер (кэ) транзистора 1 открывается транзистор 4, что приводит к ограничению выходного тока. При увеличении напряжения кэ транзистора 1 часть этого напряжения суммируется с напряжением датчика 6, и ограничение тока наступает при меньших значениях тока нагрузки. 4 ил. сл С l & со 3 Фиг/

J Jif«OX i

ltK9J

1