Искробезопасная система питания Советский патент 1992 года по МПК E21F9/00 H02H7/00 

Фиг 1

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться для питания стабилизированным напряжением постоянного тока измерительных устройств и их первичных измерительных преобразователей, эксплуатируемых во взрывоопасных средах на предприятиях химической, нефтеперерабатывающей и других отраслей промышленности. -

Известны источники питания измерительных цепей, содержащие ограничивающие резисторы, предохранители и шунтирующие стабилитроны или диоды. Эти источники питания могут быть использованы только в цепях питания таких измерительных устройств, потребление тока которыми допустимо мощностью, рассеиваемой на резисторах и на стабилитроне.

Известна искробезопаснэя система питания, содержащая источник постоянного тока, ограничительные резисторы, токоог- раничивающий транзистор, источник опорного напряжения со стабилитроном, диод соединяющий стабилитрон с выходом иск- робезопасного источника питания, регулирующий и шунтирующий транзисторы Его недостатком является низкая надежность защиты по взрывобезопэсности в условиях перенапряжений в питающей сети, при токовых перегрузках и при коротких замыканиях.

Целью изобретения является повышение надежности в условиях перенапряжения, токовой перегрузки и короткого замыкания, а также стабилизации выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в искробезопасную систему питания введены дополнительно тиристор, включенный между первым и вторым вывЪдами искробе- зопасной системы питания, усилитель, выполненный на полевом транзисторе, затвор которого соединен с регулируемым выводом резистивного делителя выходного напряжения. Исток транзистора соединен со средней точкой источника опорного напряжения, а сток - через резистор с базой шунтирующего транзистора, которая через конденсатор соединена с его коллектором и через другой резистор - с его же эмиттером. При этом эмиттер и коллектор шунтирующего транзистора соединены с дополнительным стабилитроном низкого напряжения. Коллектор регулирующего транзистора подключен через ограничивающий резистор на управляющий электрод вновь сведенного тиристора и на этот же электрод через согласующий резистор и стабилитрон контроля перенапряжения подключен источник постоянного тока

На фиг 1 изображена электрическая схема искр оЬезопасной системы питания, на фиг. 2 - графики поясняющие сущность ее работы.

Искробезопасная система питания содержит ограничитель силы тока в цепи нагрузки, состоящий из транзистора 1 с ограничительными резисторами 2 и 3 в цепи его эмиттера и стабилизатора падения на0 пряжения по его базовой цепи, рыполнен- ного на стабилитроне А, а также элемент короткого замыкания выхода системы - тиристора 5. Цепь управления тиристором включает резистор 2, входящий в часть цепи

5 токоогрзничения транзистора 1 и регулирующий транзистор б, подключенный своим коллектором на управляющий электрод тиристора 5, соединенный кроме того через стабилитрон 7 со входом первичного источ0 ника питания 8, Катод тиристора 5 соединен С управляющим электродом через резистор 9, к которому также подключены токоогра- ничивающие резисторы 10 и 11. Резистор 10 согласно с напряжением стабилизации ста5 билитрона 7. Резисторы 12 и 13 включены в цепи без транзистора б и 1 соответственно. ПараллеЛьно стабилитрону 4 подключен шунтирующий транзистор 14 база которого соединена через резистор 15 с

0 выходом /стоком/ усилителя, выполненного на полевом транзисторе 16, и подключенного своим истоком на источник опорного напряжения - стабилитрон 17 с резистором 18, а затвором - на регулируемый вывод

5 резистивного делителя 19 выходного напряжения, соединенного с выходом системы питания.

В базовую цепь транзистора 14 включены также резистор 20 и конденсатор 21.

0 Средняя точка источника опорного напряжения 17 и 18 соединена также с выходом системы питания через диод 22.

Устройство работает следующим образом.

5 Ток, протекающий от источника постоянного тока 8 на выход системы, создает падение напряжения на резистора 2 и 3, которое в сумме с напряжением эмиттер-базового перехода транзистора 1 сравнивает0 ся с напряжением на стабилитроне 4 и /в случае превышенияустановленной резисторами 2 и 3 нормы тока нагрузки/ ограничивают коллекторный ток транзистор 1 до этой нормы. Эта цель выполняет функцию огра5 ничения тока, но не выключает его из искро- безопасной цепи /фиг, 2, кривая А - если не учтено действие транзисторов 6 и 14/.

Вторая церь, включающая резисторы 2, 12, 11, 9, регулирующий транзистор 6 и тиристор 5, при токах в пределах установленной нормы удерживает транзистор б и тиристор 5 в закрытых состояниях. В случае возрастания тока до критического состояния, падением напряжения на резисторе 2 транзистор 6 через резистор 12 отпирается и своим коллекторным током ограниченным резистором 11 открывает тиристор 5, который накоротко замыкает искробезопасную цепь системы и исключает в ней возможность искрообразования. Сила тока, протекающего через тиристор 5, ограничивается при этом транзистором 1 /фиг. 2, кривая Б, которая справедлива если не учитывается действие транзистора 14/. Тогда на транзисторе 1 рассеивается мощность равная про- изведению тока ограничения на напряжение источника постоянного тока 8. Нагрев транзистора 1 исключается действием транзистора 14.

Аналогичное отключение тока в искро- безопасной цепи происходит при превышении напряжения на источнике постоянного тока 8 Сверх допустимого уровня, задаваемого согласующим резистором 10. В этом случае открывается стабилитрон 7 и тиристор 5 через резистор 10.

Исключая принятое условие бездействия транзистора 14 и связанных с ним цепей, рассматриваем полный вариант работы схемы по фиг, 1.

Источник опорного напряжения создает напряжение, которое полевым транзистором 16 сравнивается с напряжением, снимаемым с резистивного делителя 19 выходного напряжения системы. Характеристика полевого транзистора 16 имеет отрицательное смещение напряжения на затворе. В случае нарушения баланса напряжений .транзистор 16 управляет проводимостью эмиттер-коллектор тран- зисторз 14 и регулирует тем самым напряжение на выходе системы питания посредством транзистора 1, обеспечивая тем самым требуемую жесткость вольт-амперной внешней характеристики системы /фиг. 2, кривая В/.

В случае короткого замыкания на линии искробезопасной цепи или в момент срабатывания тиристора 5, ток источника опорного напряжения протекающий через стабилитрон 17 шунтируется диодом 22 и напряжение на стабилитроне 17 падает почти до нулевого уровня. Тогда, благодаря отрицательному смещению характеристики транзистора 16, он переходит в открытое состояние и полностью открывает транзистор 14, который в свою очередь запирает ограничивающий транзистор 1, Протекание тока через транзистор 1 прекращается, что исключает его нагрев и повышает тем самым надежность работы системы питания

, /фиг. 2, кривая Г перехода на Мин/. Кроме

того, уменьшается ток. протекающий через

тиристор 5 до величины ограниченной рези5 стором 18, что также повышает надежность

работы тиристора.

Восстановление работоспособности системы выполняется отключением источника постоянного тока 8 и его повторным вклю- 0 чением, При этом могут иметь место два случая:

-на искробезопасной цепи короткое замыкание не устранено;

-на искробезопасной цепи короткое за- 5 мыкание отсутствует.

В обоих случаях тиристор 5 переходит в закрытое состояние. В первом случае ток короткого замыкания ограничивается резистором 18 до безопасной для искрообразо0 вания величины, а транзистор 1 находится в закрытом состоянии ввиду шунтирования его базы транзистором 14, в результате ток от источника 8 не поступает невыход системы.

5 Во втором случае между величинами сопротивлений резистора 18 и внешней нагрузки устанавливается такой баланс, при котором транзистор 16 начинает переходить из открытого в управляемое состояние,

0 что влечет за собой включение в работу транзисторов 14 и 1 и ввод системы питания в нормальный режим работы.

В результате объединения в транзисторе 1 функций ограничения и отсечки тока в

5 искробезопасной цепи, а также стабилизации в ней напряжения достигается повышение надежности взрывозащиты в условиях перенапряжения в сети питания, токовой перегрузки и короткого замыкания.

0 Формула изобретения

Искробезопасная система питания, содержащая источ нйк постоянного тока, первый вывод которого через последовательно соединенные ограничительные резисторы

5 и эмиттер-коллекторный переход первого транзистора соединен с первым выводом искробезопасной системы питания, источник опорного напряжения, выполненный на последовательно соединенных резисторе и

0 стабилитроне и подключенный к выходу источника постоянного тока, средняя точка указанного источника опорного напряжения через диод соединена с первым выводом резистивного делителя выходного

5 напряжения, второй вывод которого подключен к второму выводу искробезопасной системы питания и к второму выводу источника постоянного тока, регулирующий транзистор, эмиттер которого подключен к первому выводу источника постоянного тока, а база через первый резистор соединена со средней точкой ограничительных резисторов, шунтирующий транзистор, коллектор которого соединен с базой первого транзистора, второй, третий, четвертый и пятый резисторы, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности в условиях перенапряжения, токовой перегрузки и короткого замыкания, а также стабилизации выходного напряжения, в нее дополнительно введены тиристор, включенный между первым и вторым выводами искробе- Зопасной системы питания, усилитель, выполненный на полевом транзисторе, затвор которого соединен с регулируемым выводом резистивного делителя выходного на

5

пряжения и через второй резистор подключен к базе первого транзистора и к аноду вновь введенного второго стабилитрона, катод которого соединен с эмиттером шунтирующего транзистора, первым выводом источника постоянного тока и через третий резистор подключен к базе шунтирующего транзистора и истоку полевого транзистора, сток которого соединен со средней точкой источника опорного напряжения, управляющий электрод тиристора через последовательно соединенные четвертый резистор и вновь введенный третий стабилитрон соединен с первым выводом источника постоянного тока, а через пятый резистор - с коллектором регулирующего транзистора.

Использование: область электроизмерений, может применяться для питания стабилизированным напряжением постоян; ного тока измерительных устройств и их первичных измерительных преобразователей, расположенных во взрывоопасных помещениях. Сущность изобретения:, источник питания содержит в своей первичной цепи источник опорного напряжения со стабилитроном 17, а в качестве ограничителя тока - транзистор 1 с резистивной нагрузкой в цепи эмиттера и со стабилитроном 4, включенным в цепь база-резистор нагрузки. Цепь управления токоограничивающе- го транзистора 1 зашунтирована транзистором 14, соединенным по входу с выходом усилителя разности напряжений между источником опорного напряжения и отводом от делителя напряжения 19, включенного на искробезопасный выхо д источника. Этот выход через диод 22 в противотокозом включении соединен с источником опорного напряжения. 2 ил.

1 rrtin

Фиг. I