Устройство защиты от перенапряжений в двухфазной сети переменного тока Советский патент 1993 года по МПК G05F1/571 H02H9/04 

сл

с

Использование: в оЬласти электротехники, в частности к системах регулирования электрических величин, может бить применено в устройствах питания рациотехнической аппаратуры. Сущность изобретения: устройство содержит регулирующий элемент, состоящий из четырех диодов и проходного транзистора, защитный конденсатор, датчик, вспомогательный выпрямитель, пороговый элемент, диодный мост, управляющий транзистор, оптоэлектрон- ный прибор и резисторы. Вследствие включения параллельно регулирующему элементу защитного конденсатора питание нагрузки происходит непрерывно и в аварийном режиме. Поскольку протекание тока нагрузки увеличивается, увеличивается падение напряжения на защитном конденсаторе. При этом ток нагрузки уменьшается и становится близким к номинальному значению. 1 ил.

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

Из известных устройств по максимальному количеству сходных существенных признаков и по достигаемому эффекту за прототип принято устройство, которое содержит регулирующий элемент, включенный последовательно в одну из силовых шин, состоящий из четырех диодов и проходного транзистора, защитный конденсатор, датчик напряжения, вспомогательный выпрямитель, пороговый элемент и токоог- раничивающий резистор. При этом датчик напряжения выходом соединен с вспомогательным выпрямителем, который выходом подключен к пороговому элементу.

Недостатком этого устройства является низкий КПД, гак как на регулирующем элементе рассеивается значительная мощность, поскольку регулирующий элемент содержит ьыпрямитель, представляющий собой диодный мост с двумя диодными переходами и проходной транзистор, имеющий один переход. Выделение рассеиваемой мощности на этих трех переходах ведет к увеличению габаритов и массы устройства.

Цель изобретения - повышение надежности путем обеспечения защиты оттоковой перегрузки при одновременном повышении КПД и улучшении массогабаритных показателей.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство, содержащее регулирующий элемент, включенный последовательно в одну из силовых шин и состоящий из четырех диодов и проходного транзистора, защитный конденсатор, датчик, вспомо- гательный выпрямитель, пороговый элемент и токоограничивающий резистор,

VI

о

1

оэ

о

GJ

при этом выход датчика соединен с вспомогательным выпрямителем, выход которого подключен к пороговому элементу, соединенному последовательно с токоограничи- вающим резистором, аноды первого и четвертого диодов подключены к входу устройства и защитному конденсатору, включенному параллельно регулирующему элементу, дополнительно введены диодный мост, управляющий транзистор, оптоэлект- ронный прибор и резистор, а в регулирующий элемент введены транзистор, трансформатор с первичной и вторичными обмотками и токоограничивающий резистор. При этом один вывод диодного моста включен последовательно с первичной обмоткой трансформатора и токоограничива- ющим резистором, который соединен с входом устройства. В выходную диагональ диодного моста включен управляющий транзистор, база-коллекторный переход которого зашунтирован резистором, база- эмиттерным переходом зашунтирован транзисторный фотоприемник оптоэлект- ронного прибора, анод источника света которого подключен к аноду выпрямителя, а катод - к пороговому элементу. Транзисторы регулирующего элемента, первый эмиттером, а второй коллектором, подключены к другому выводу защитного конденсатора и через диод и датчик соединены с выходом устройства, а третий и четвертый диоды шунтируют база-эмиттерные переходы транзисторов регулирующего элемента, базы которого через резистор подключены к вторичной обмотке трансформатора.

На чертеже показана схема предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство содержит регулирующий элемент 1, включенный последовательно в одну из силовых шин и состоящий из четырех диодов 2-5 и проходного транзистора 6, защитный конденсатор 7, датчик 8, вспомогательный выпрямитель 9, пороговый элемент 10 и токоограничивающий резистор 11. Датчик 8 выходом соединен с вспомогательным выпрямителем 9, выход которого подключен к пороговому элементу 10, соединенному последовательно с токоограничивающим резистором 11. Аноды первого 2 и четвертого 3 диодов подключены к входу устройства и защитному конденсатору 7, включенному параллельно регулирующему элементу 1.

В отличие от прототипа в предлагаемое устройство введены диодный мост 12, управляющий транзистор 13, оптоэлектрон- ный прибор 14 и резистор 15, а в регулирующий элемент 1 введены транзистор 16, трансформатор 17 с первичной 18

и вторичной 19 обмотками и токоограничивающий резистор 20. Один выход диодного моста 12 включен последовательно с первичной обмоткой 18 трансформатора 17 и

токоограничивающим резистором 20, который соединен с входом устройства. Другой вывод диодного моста 12 подключен к общей шине, В выходную диагональ диодного моста 12 включен управляющий транзистор

0 13, база-коллекторный переход которого зашунтирован резистором 15, а база-эмит- терным переходом зашунтирован транзисторный фотоприемник оптоэлектронного прибора 14, анод источника света которого

5 подключен к катоду выпрямителя, а катод подключен к пороговому элементу 10, Транзисторы 6 и 16 регулирующего элемента 1: первый 6 - эмиттером, а второй 16 - коллектором, подключены к другому выводу за0 щитного конденсатора 7 и через диод 3 и датчик тока 8 соединены с выходом устройства, третий 4 и четвертый 5 диоды шунтируют база-эмиттерные переходы транзисторов 6 и 16 регулирующего элемен5 та 1, базы которого через резистор 21 подключены к вторичной обмотке 19 трансформатора 17.

Предложенное устройство работает следующим образом.

0При включении устройства в случае положительной полуволны входного напряжения на анодах диодов 2 и 5 последние будут включены в прямом направлении, а диоды 3 и 4 - в обратном. Через диод 2 и транзистор

5 6 протекает ток нагрузки, а через диод 5, вторичную обмотку 19 трансформатора 17 и резистор 21 - базовый ток транзистора 6. При этом, через первичную обмотку 18 трансформатора 17 трансформируется во

0 вторичную обмотку 19 напряжение той же фазы. Во второй полупериод, т.е. при отрицательной полуволне входного напряжения на анодах диодов 2 и 5, ток нагрузки протекает через диод 3 и транзистор 16, а через

5 диод 4, резистор 21 и вторичную обмотку 1S трансформатора 17 протекает базовый ток транзистора 16.

В отличие от прототипа, где ток нагрузки протекает через три перехода, в предла0 гаемом устройстве ток протекает только через два перехода: анод-катод диода и коллектор-эмиттер транзистора. Поэтому рассеивается мощность при нормальной работе в предложенном устройстве меньше,

5 чем в прототипе на 7-15% - в зависимости от тока нагрузки. При токовой перегрузке в цепи нагрузки возрастает падение напряжения на датчике тока 8 и соответственно возрастает напряжение на выходе выпрямителя 9. При этом срабатывает пороговый

элемент 10 и источник света оптоэлектрон- ного прибора 14 получает питание. Срабатывает транзисторный фотоприемник оптоэлектронного прибора 14, шунтируя ба- за-эмиттерный переход транзистора 13 и, следовательно, шунтируя база-змиттерный переход транзистора 13 и, следовательно, разрывается цепь протекания базовых токов транзисторов 6 и 16. Это приводит к запиранию транзисторов 6 и 16. однако полного обесточивания нагрузки не происходит, вследствие включенного параллельно регулирующему элементу 1 защитного конденсатора 7. Таким образом питание нагрузки в аварийном режиме обеспечивается через конденсатор 7. Поскольку ток нагрузки в режиме перегрузки увеличивается, то это ведет к увеличению падения напряжения на защитном конденсаторе, к снижению напряжения на нагрузке и к снижению тока в цепи нагрузки. Вследствие снижения рассеиваемой мощности на переходах элементов регулирующего элемента, уменьшаются габариты его теплоотвода, что обеспечивает снижение массы и габаритов устройства. Кроме того, снижение рассеиваемой мощности ведет к облегчению тепловых режимов работы элементов, что влечет повышение надежности.

Таким образом, предложенное устройство позволяет повысить надежность работы устройства, увеличить КПД на 7-15%, а также позволяет уменьшить его габариты и массу приблизительно на 15-20%.

Формула изобретения Устройство защиты от перенапряжений в двухфазной сети переменного тока, содержащее регулирующий элемент, включенный последовательно в одну из силовых шин и состоящий из четырех диодов и проходного транзистора, защитный конденсатор, датчик, вспомогательный выпрямитель, пороговый элемент и токоограничивающий резистор, при этом выход датчика соединен с вспомогательным выпрямителем, выход которого подключен к пороговому элементу,

соединенному последовательно с токоогра- ничивающим резистором, причем аноды первого и четвертого диодов подключены к входу устройства и защитному конденсатору, включенному параллельно регулирующему элементу, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности путем защиты от токовой перегрузки при одновременном повышении КПД и улучшении мас- согабаритных показателей, введены

диодный мост, управляющий транзистор, оптоэлектронный прибор и резистор, а в регулирующий элемент введены транзистор, трансформатор с первичной и вторичной обмотками, и токоограничивающий

резистор, при этом.один вывод диодного моста включен последовательно с первичной обмоткой трансформатора и токоогра- ничивающим резистором, который соединен с входом устройства, другой вывод диодного моста подключен к общей шине, причем в выходную диагональ диодного моста включен управляющий транзистор, базаколлекторный переход которого зашун- тирован резистором, а базаэмиттерным переходом зашунтирован транзисторный фотоприемник оптоэлектронного прибора, анод источника света которого подключен к аноду выпрямителя, а катод подключен к пороговому элементу, причем транзисторы

регулирующего элемента, первый - эмиттером, а второй - коллектором, подключены к другому выводу защитного конденсатора и через диод к датчик соединены с выходом устройства, а третий и четвертый диоды

шунтируют базаэмиттерные переходы транзисторов регулирующего элемента, базы ко- торого через резистор подключены к вторичной обмотке трансформатора.