Устройство для защиты нагрузки от перенапряжения в сети постоянного тока Советский патент 1992 года по МПК G05F1/569 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах питания радиоэлектронной аппаратуры.

Известно устройство для защиты нагрузки, содержащее регулирующий и управляющий транзисторы, блок управления, резистор и нагрузку. Регулирующий транзистор включен последовательно в одну из силовых шин, а блок управления, включенный параллельно входу, выходом соединён с базой управляющего транзистора, который соединен выходом с базой регулирующего транзистора. Резистор включен параллельно база-эмиттерному переходу регулирующего транзистора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее регулирующий и управляющий транзисторы, блок управления, первый резистор, при этом регулирующий транзистор включен последовательно в одну из силовых шин, блок управления выходом соединен с базой управляющего транзистора, который соединен выходом с

базой регулирующего транзистора первый резистор включен параллельно база-эмиттерному переходу регулирующего транзистора

Однако это устройство имеет низкую надежность за счет низкого КПД и следовательно тяжелого режима работы элемен тов, обусловленного линейным режимом работы Для больших мощностей нагрузок ухудшаются массогабаритные показатели за счет увеличения радиатора регулирующего элемента

Целью изобретения является повыше ние надежности путем обеспечения непре рывного питания нагрузки с поддержанием номинального напряжения на выходе повышения КПД и улучшения массогабарит ных характеристик

Для этого в предлагаемое устройство содержащее регулирующий и управляющий транзисторы, блок управления первый резистор, при этом регулирующий транзистор включен последовательно в одну из силовых шин, блок управления выходом соединен с

сл

с

XI

4 О 00 Ю

базой управляющего транзистора, который соединен выходом с базой регулирующего транзистора, первый резистор включен параллельно база-эмиттерному переходу регулирующего транзистора, введены двухобмоточный и трехобмоточный трансформаторы, выпрямительный мост, исполнительный транзистор, оптоэлектронный прибор, ограничительный резистор, второй резистор, стабилитрон, два дополнительных выпрямителя, диод, конденсатор, дроссель и коммутирующий диод, при этом коммутирующий диод подключен катодом к точке соединения эмиттера регулирующего транзистора и первого вывода дросселя, второй вывод которого через вторичную обмотку двухобмоточного трансформатора со- единен с анодом диода, катодом подключенного к выходному выводу конденсатора и блока управления, включенным между выходным выводом и общей шиной, первичная обмотка двухобмоточного трансформатора через выпрямительный мост подключена к введенным выводам для подключения источника переменного напряже- ния, выход выпрямительного моста подключен параллельно коллекторно-эмит- терной цепи исполнительного транзистора, который базой через резистор соединен с положительным выводом первого дополнительного выпрямителя, а через фотоприемник оптоэлектронного прибора - с отрицательным выводом этого выпрямителя, второй дополнительный выпрямитель подключен положительным выводом к коллектору управляющего транзистора, а отри- цательным выводом соединен с положительным входным выводом, последовательная цепочка из светодиода оптоэлектронного прибора, ограничительного резистора и стабилитрона включена между входным выводом и общей шиной, при этом входы дополнительных выпрямителей подключены к вторичным обмоткам трехобмо- точного трансформатора, первичная обмотка которого подключена к выводам для подключения источника переменного тока.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит регулирующий 1 и управляющий 2 транзисторы, блок управления 3, первый резистор 4 и нагрузку 5. При этом регулирующий транзистор 1 включен последовательно в одну из силовых шин, а блок управления 3 выходом соединен с базой управляющего транзистора 2, который соединен выходом с базой регулирующего транзистора 1. Первый резистор 4 включен

параллельно база-эмиттерному переходу регулирующего транзистора 1.

В устройство введены двухобмоточный 6 и трехобмоточный 7 трансформаторы, выпрямительный мост 8, исполнительный транзистор 9, оптоэлектронный прибор 10, ограничительный резистор 11, второй резистор 12, стабилитрон 13, два дополнительных выпрямителя 14 и 15, первый диод 16,

0 второй коммутирующий диод 17, конденсатор 18 и дроссель 20. При этом второй коммутирующий диод 17 подключен катодом к точке соединения эмиттера регулирующего транзистора 1 и первого вывода дросселя

5 20, второй вывод которого соединен с началом вторичной обмотки 19 двухобмоточного трансформатора 6,конец которой соединен с анодом включенного последовательно диода 16, катодом подключенного к конденса0 тору 18. Блок управления 3 включен между выходным выводом и общей шиной. Первичная обмотка 21 двухобмоточного трансформатора 6 через выпрямительный мост 8 подключена к введенным выводам для под5 ключения источника переменного напряжения. При этом выход выпрямительного моста 8 подключен параллельно коллектор- эмиттерной цепи исполнительного транзистора 9, который базой через второй

0 резистор 12 соединен с положительным выводом дополнительного выпрямителя 15, а через фотоприемник оптоэлектронного прибора 10 - с отрицательным выводом этого выпрямителя. Дополнительный выпрями5 тель 14 подключен положительным выводом к коллектору управляющего транзистора 2, отрицательным выводом соединен с положительным входным выводом устройства. Последовательная цепочка из светодиода

0 оптоэлектронного прибора 10, ограничительного резистора 11 и стабилитрона 13 шунтирует силовой вход устройства. Входы дополнительных выпрямителей 14 и 15 подключены к вторичным обмоткам трехобмо5 точного трансформатора 7. Первичная обмотка этого трансформатора соединена с входом питания сети переменного тока.

Устройство работает следующим образом.

0 При нормальном напряжении питающей сети и напряжении на нагрузке 5 регулирующий 1 и управляющий 2 транзисторы открыты до насыщения напряжением, поступающим с выпрямителя 14. На переходе

5 коллектор-эмиттер регулирующего транзистора 1 очень небольшое падение напряжения. При этом открыт исполнительный транзистор 9 напряжением, поступающим через резистор 12. На нагрузке 5 поддерживается номинальное напряжение питающей

сети (согласно ГОСТ) путем компенсации падения напряжения на регулирующем транзисторе и дросселе 20 и путем подачи дополнительного напряжения с трансформатора б, Это вольтдобавочное напряжение выпрямляется диодом 16 и сглаживается конденсатором 18. При перенапряжении в питающей сети выходит из режима насыщения ключевой стабилизатор понижающего типа, настроенный приблизительно на среднее напряжение броска напряжения в питающей сети (возможное по ГОСТ) при перенапряжении. Ключевой стабилизатор понижающего типа в устройстве защиты состоит из транзисторов 1, 2, блока управления 3, резистора 4, коммутирующего диода 17, накопительного дросселя, состоящего из дросселя 20 и обмотки 19 трансформатора б, включенных последовательно. При этом блок управления 3 может быть выполнен по известным схемам.

При этом при перенапряжении пробивается стабилитрон 13 и источник света оп- тоэлектронного прибора 10 получает питающее напряжение. Срабатывает фотоприемник оптоэлектронного прибора 10V подавая через фотоприемник минусовое запирающее напряжение на базу транзистора 9, запирая его, давая возможность вторичной обмотке 19 трансформатора 6 функционировать как накопительный дроссель ключевого стабилизатора совместно с дросселем 20, так как транзистор 9 заперт, напряжение на первичную обмотку 21 трансформатора 6 не поступает. При перенапряжении в питающей сети напряжение на нагрузке 5 поддерживается в заданном значений ключевым стабилизатором. По окончании перенапряжения ключевой стабилизатор переходит в режим насыщения, обесточивая источник света оптоэлектронного прибора 10. Фотоприемник оптоэлектронного прибора 10 запирается. На базу транзистора 9 через резистор 12 поступает положительное напряжение, отпирая последний, и на первичную обмотку 21 трансформатора 6 поступае,т питающее напряжение. Устройство защиты будет функционировать в режиме работы при номинальном напряжении сети, т.е. стабилизатор будет находиться в режиме насыщения с добавочным напряжением, компенсирующим падение напряжения на регулирующем транзисторе 1 и дросселе 20, снимаемым с трансформатора 6. Таким образом повышается надежность путем обеспечения непрерывного питания нагрузки.. При этом КПД повышается на 20-40%. Для некоторого вида радиотехнической аппаратуры, особенно бортовой, имеет большое

значение уменьшение массы и габаритов. В предложенном устройстве уменьшаются массогабаритные характеристики главным образом за счет уменьшения радиатора регулирующёго элемента и совмещения функций трансформатора 6, работающего как трансформатор и накопительный дроссель совместно с дросселем 20 в составе ключевого стабилизатора.

0 Формула изобретения

Устройство для защиты нагрузки от перенапряжения в сети постоянного тока, содержащее регулирующий и управляющий транзисторы, блок управления, первый ре5 зистор, при этом регулирующий транзистор включен последовательно в одну из силовых шин, блок управления выходом соединен с базой управляющего транзистора, который соединен выходом с базой регулирующего

0 транзистора, первый резистор включен параллельно база-эмиттерному переходу регулирующего транзистора, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности путем обеспечения непрерывного пита5 ния нагрузки с поддержанием номинального напряжения на выходе, повышения КПД и улучшения массогабарит- ных характеристик, в него введены двухобмоточный и трехобмоточный транс0 форматоры, выпрямительный мост, исполнительный транзистор, оптоэлектронный прибор, ограничительный резистор, второй резистор, стабилитрон, два дополнительных выпрямителя, первый диод, второй ком5 мутирующий диод, конденсатор и дроссель, причем второй коммутирующий диод подключен катодом к точке соединения эмитге- ра регулирующего транзистора, к первому выводу дросселя, второй вывод которого че0 рез вторичную обмотку двухобмоточного трансформатора соединен с анодом первого диода, катодом подключенного к выход- . ному выводу конденсатора, и блок управления, включенный между выходным

5 выводом и общей шиной, первичная обмотка двухобмоточного трансформатора через выпрямительный мост подключена к введенным выводам для подключения источника переменного напряжения, выход

0 выпрямительного моста подключен параллельно коллекторно-эмиттерной цепи исполнительного транзистора, который базой через резистор соединен с положительным выводом первого дополнительного выпря5 мителя, а через фотоприемник оптоэлектронного прибора - с отрицательным выводом этого выпрямителя, второй дополнительный выпрямитель подключен положительным выводом к коллектору управляющего транзистора, а отрицательным выводом соединен с положительным входным выводом, последовательная цепочка из светодиода оптоэлект- ронного прибора, ограничительного резистора и стабилитрона включена между входным выводом и общей шиной, при этом входы дополнительных выпрямителей подключены к вторчным обмоткам трехобмоточного трансформатора, первичная обмотка которого подключена к выводам для подключения источника переменного тока.

Использование1 в устройствах питания радиоэлектронной аппаратуры, большой надежности и с высоким КПД Сущность изобретения: устройство содержит регулирующий управляющий и исполнительный транзисторы, блок управления, двухобмо- точный и трехобмоточный трансформаторы выпрямительный мост, оптоэлектронный прибор, два резистора, стабилитрон, два дополнительных выпрямителя, два диода дроссель и конденсатор Обеспечивается непрерывное питание нагрузки Радиатор регулирующего элемента уменьшается Надежность устройства повышается 1 ил

+ о

-

л г