Устройство для защиты электрических цепей Советский патент 1993 года по МПК G05F1/569 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в средствах электропитания в качестве устройства защиты электрических цепей от коротких замыканий и перегрузок.

Известно устройство, содержащее ключевой исполнительный элемент, включенный последовательно с датчиком тока, пороговый элемент, блок включения и блок отключения исполнительного элемента, выходом включенный параллельно управляющим входам исполнительного элемента, а также блок подгрузки, причем управляющий вход транзистора блока включения через разделительный конденсатор подключен к резисторному делителю напряжения, включенному параллельно входным выводам, а также к соединенным последовательно резистору, выходной цепи транзистора и управляющим входам исполнительного элемента, при этом общая

точка резистора и упомянутого транзистора через ограничительный резистор связана с выходом порогового элемента, посредством которого вход транзистора блока отключения связан с датчиком тока, кроме того, управляющий вход исполнительного элемента через резистор подключен к источнику вспомогательного напряжения, а параллельно силовой цепи исполнительного элемента включена входная цепь пеового транзистора блока подгрузки, выходной цепью подключенного к входным выводам через ограничительный резистор, параллельно которому входной цепью включен второй транзистор блока подгрузки, выходной цепью подключенный через балластный резистор к выходным выводам.

Недостатками устройства являются пониженные КПД и надежность.

Пониженная надежность проявляется при резких просадках сетевого напряжения

Ј

VJ 00

о

Јь

ч

|ч

|

в пределах допуска, возможностью самопроизвольного выключения устройства из- за перезаряда от разделительного конденсатора входной емкости транзистора исполнительного элемента, а также ее зарядом до опасных напряжений при увеличенном диапазоне изменения сетевого напряжения.

Пониженный КПД определяется непосредственным подключением входа транзистора блока отключения через ограничительные резисторы к плюсовому входному выводу. При этом ограничительные резисторы находятся под потенциалом сетевого напряжения и через них протекает ток, необходимый для отпирания транзистора. При повышенных сетевых напряжениях рассеиваемая в резисторах мощность достигает больших значений.

Цель изобретения - повышение надежности и КПД.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты электрических цепей введены диод и стабилитрон, причем анод диода соединен через первый резистор делителя напряжения с плюсовым входным выводом, а катод - с общей точкой второго резистора делителя напряжения и разделительного конденсатора, между другими выводами которых включен стабилитрон, кроме того вход транзистора блока отключения подсоединен через ограничительный резистор к общей точке выходной цепи транзистора блока подгрузки и балластного резистора.

В отличие от прототипа, введение диода в предложенной связи с остальными элементами схемы, при просадках сетевого на- пряжения, препятствует разряду разделительного конденсатора по цепи: первый резистор делителя напряжения, источник сетевого напряжения, входная емкость транзистора исполнительного элемента и резистор, подключенный параллельно входной цепи транзистора блока включения. Тем самым предотвращается перезаряд малой входной емкости транзистора исполнительного элемента от разделительного конденсатора большей емкости и исключаются ложные срабатывания устройства.

Опасное нарастание напряжения на входной емкости исполнительного транзистора при возможных бросках сетевого напряжения блокируется введенным стабилитроном.

Учитывая приведенное обоснование, можно сделать вывод, что устройство обладает повышенной надежностью.

Подключение входа транзистора блока отключения через ограничительный резистор к общей точке выходной цепи транзистора блока подгрузки и балластного резистора обеспечивает при возникновэнии аварийной ситуации (как и в прототипф) насыщение транзистора блока отключения и размыкание исполнительного элемента. Однако при отсутствии аварийной ситуации в режиме контроля, связь входа транзистора блока отключения с положительным вход0 ным зажимом прерывается выключенным

транзистором блока подгрузки и, тёльно, исключаются существенные потери

в ограничительном резисторе, повышается

КПД устройства.

5 Сопоставление с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых элементов. Таким обрйзом это устройство соответствует критерию новизна.

0 Введение в заявляемое устройство связи блока отключения с блоком подгрузди, а также диода и стабилитрона в указанной связи, приводит к повышению его КПД и надежности.

5 Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию существенные отличия.

На чертеже приведена схема устррйст- ва для защиты электрических цепей.

0 Устройство содержит ключевой исполнительный элемент 1, датчик тока 2, включенный последовательно к входным выводам 3, выходные выводы 4 для подключения нагрузки, пороговый элемент 5, бло5 ки отключения 6 и включения 7, Олок

. подгрузки 8 с балластным резистором 9,

первый резистор 10 делителя напряжения,

второй резистор 11 делителя напряжения,

разделительный конденсатор 12, ограничи0 тельный резистор 13, резистор 14, подйлю- ченный параллельно входной ц епи транзистора блока включения, дополнительные диод 15 и стабилитрон 16.

Устройство работает следующим оора5 зом,

Подключение источника напряжения к входным выводам 3 вызывает протекание тока заряда конденсатора 12 по цепи фзы транзистора блока 7 включения, который от0 пирается и включает транзистор исполнительного элемента 1..

Опасное нарастание напряжения на входной емкости исполнительного элемента 1 в случае повышенной величины

5 сетевого напряжения ограничивается Ьта- билитроном 16. |

Длительность импульсного включаю|ще- го сигнала на входе исполнительного элемента 1 определяется постоянной времени заряда конденсатора 12 и устанавливается

большей времени включения защищаемой нагрузки. Замыкание ключа исполнительного элемента 1 вызывает появление напряжения на выходных выводах 4 и нагрузке, пороговый элемент 5 запитывается вспомогательными напряжениями +Е и -Е.

После включения нагрузки поддержание транзистора исполнительного элемента 1 во включенном состоянии обеспечивается связью его входа посредством резистора с вспомогательным напряжением +Е. На выходе порогового элемента 5 формируется сигнал отрицательной полярности, который запирает транзистор блока 6 отключения, Блок 6 отключения находится в состоянии готовности и не оказывает влияния на штатное функционирование схемы. В случае резких просадок сетевого напряжения в пределах допуска, диод 15 препятствует разряду конденсатора 12 через первый резистор 10 делителя напряжения, источник сетевого напряжения, входную емкость транзистора исполнительного элемента 1 и резистор 14. Тем самым предотвращаются ложные срабатывания устройства защиты путем прерывания тока перезарядной входной емкости транзистора 1 от разделительного конденсатора 12 через наиболее низкоомную цепь (учитывая, что номинал резистора 10 выбирается из необходимости насыщения транзистора блока 6 и меньшим номинала резистора 11).

Возникновение КЗ или увеличение тока, потребляемого нагрузкой, приводит к увеличению амплитуды информационного сигнала, поступающего отдатчика тока 2 на вход порогового элемента 5.

Возрастание сигнала свыше уровня опорного напряжения (подведенного ко второму входу порогового элемента 5) вызывает появление на выходе порогового элемента 5 импульса положительной полярности, производящего отпирание транзистора блока 6 отключения и размыкание исполнительного элемента 1. Происходит отключение нагрузки от источника сетевого напряжения, обесточивается пороговый элемент 5. Однако любое срабатывание устройства защиты вызывает увеличение напряжения на силовых выводах исполнительного элемента 1 и включение транзисторов блока 8 подгрузки. При этом включается транзистор блока 6 отключения током через ограничительный резистор 13 и выходную цепь транзистора блока 8 подгрузки от плюсового входного вывода. Осуществляется поддержание в замкнутом состоянии управляющих выводов исполнительного элемента 1 при отсутствии сигнала с выхода порогового элемента 5. Энергия

утечки, пропускаемая исполнительным элементом 1 в выключенном состоянии, рассеивается балластным резистором 9. Таким образом исключаются нарастание напряжения на входных выводах 4 и несанкционированные периодические запуски (преобразователей) нагрузки.

В случае возникновения иной аварийной ситуации, например, наличие перегруз0 ки и отсутствие вспомогательных напряжений +Е и -Е, на силовых выводах исполнительного элемента 1 начинается нарастание напряжения и включается блок 8 подгрузки.

5 По ограничительному резистору 13 начинает протекать ток, включается транзистор блока 6 отключения, который обеспечивает (после выключения транзистора блока 7 включения) безопасный скачкообразный режим

0 выключения транзистора исполнительного элемента 1.

Повторное включение устройства производится перерывом подачи сетевого напряжения на входные выводы 3.

5 Производимое отключение, с целью анализа причин отказа, вызывает разряд конденсатора 12 и восстановление исходного состояния (готовности) устройства защиты для повторного запуска,

0 Последовательно включенные диод 15 и резистор 10 могут быть взаимно заменены местами без изменения характера функционирования схемы.

Изобретение повышает КПД и надеж5 ность устройства, снижает требования к качеству сетевого напряжения и допустимому диапазону его изменения, обеспечивает повышенную безопасность защищаемой нагрузки.

0 Формула изобретения

Устройство для защиты электрических цепей, содержащее ключевой исполнительный элемент, включенный последовательно с датчиком тока, пороговый элемент, блок

5 включения и блок отключения исполнительного элемента, выходом включенный параллельно управляющим входам исполнительного элемента, а также блок подгрузки, причем управляющий вход транзистора

0 блока включения через разделительный конденсатор подключен к резисторному делителю напряжения, включенному параллельно входным выво дам, а также к соединенным последовательно резистору,

5 выходной цепи транзистора и управляющим входам исполнительного элемента, при этом общая точка резистора и упомянутого транзистора через ограничительный резистор соединена с выходом порогового элемента, посредством которого вход

транзистора блока отключения соединен с датчиком тока, кроме того управляющий вход исполнительного элемента через резистор подключен к источнику вспомогательного напряжения, а параллельно силовой цепи исполнительного элемента включена входная цепь первого транзистора блока подгрузки, выходной цепью подключенного к входным выводам через ограничительный резистор, параллельно которому входной цепью включен второй транзистор блока подгрузки, выходной цепью подключенный через балластный резистор к выходным выводам, отличающееся тем, что, с целью

повышения надежности и КПД, в него йве- дены диод и стабилитрон, причём анод да соединен Через первый резистор делителя напряжения с положительным входным выводом, а катод - с общей точкой соединения выводов второго резистора делителя напряжения и разделительного конденсатора, между другими выводами которых включен стабилитрон, кроме того вход транзистора блока отключения подсоединен через ограничительный резистор к общей точке соединения выходной цепи транзистора блока подгрузки и балластного резистора.

Область использования: в качестве устр- ва защиты электрических цепей от к.з. и перегрузок по току. Сущность изобретения: устр-во содержит ключевой исполнительный элемент с блоками включения и отключения, пороговый элемент, блок подгрузки. В устр-во введены диод и стабилитрон. Это позволило обеспечить безопасное ограничение заряда входной емкости транзистора исполнительного элемента при бросках сетевого напряжения. Снижается мощность, потребляемая устр-вом в режиме контроля. 1 ил.