Искробезопасная система электропитания Советский патент 1993 года по МПК H02H7/00 G05F1/585 G05F1/569 

Изобретзние относится к источникам питания, защищенным от аварий, в частности от сверхтоков в выходных цепях двухпо- лярных источников питания, и предназначено для встройки в блоки питания искробезопасных приборов.

Целью изобретения является увеличе- -ние искробезопасной мощности и повышение надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в искробезопасную систему электропитания, содержащую двухполярный источник постоянного тока и блок защиты, выполненный на двух регулирующих транзисторах, двух резистивных датчиках тока, двух опт- ронах, эмиттерно-коллекторный переход первого регулирующего p-n-р транзистора через первый резистивный датчик тока включен между первым положительным выводом двухполярного источника тока и пер- вым выводом блока защиты, эмиттерно-коллекторный переход второго регулируемого n-p-п транзистора через второй резистивный датчик тока включен между вторым отрицательным выводом двухполярного источника тока и вторым выводом блока защиты, базо-эмиттерные переходы регулирующих транзисторов шунтированы соответственно первым и вторым резисторами, в блок защиты введены третий и четвертый оптроны, управляющий транзисторе коллекторным и базовым резисторами, коллекторно-эмиттерный переход которого через коллекторный резистор включен между базами первого и второго регулирующих транзисторов, база управляющего транзистора через базовый резистор подключена к одному из выводов двухполярного источника постоянного тока, фотоприемные элементы четырех оптронов соединены параллельно между собой и включены между базой и эмиттером управляющего транзистора, два источника опорного напряжения, два разделительных диода и делитель напряжения, включенный между первым и вторым выводами двухпо- лярногр источника тока и состоящий из последовательности соединенных третьего, четвертого и пятого резисторов, первый разделительный диод подключен анодом к выходу первого источника опорного напряжения, а катодом - к первому выводу блока защиты, второй разделительный диод подключен катодом к выходу второго источника опорного напряжения, а анодом - ко второму выводу блока защиты, светодиод первого оптрона подключен параллельно первому резистивному датчику тока, светодиод второго оптрона подключен параллельно второму резистивному датчику тока, светодиод

третьего оптрона подключен катодом к выходу первого источника опорного напряжения, а анодом - к точке соединения третьего и четвертого резисторов делителя напряжения, светодиод четвертого оптрона подключен анодом к выходу второго источника опорного напряжения, а катодом - к точке соединения четвертого и пятого резисторов делителя напряжения.

0 Искробезопасная система питания, показанная на чертеже, содержит двухполярный источник постоянного тока 1 и блок защиты 2, выполненный на регулирующих транзисторах 3 и 4, резистивных датчиках

5 тока 5 и 6, управляющем транзисторе 7, двух источниках опорного напряжения на стабилитронах 8, 9 и токорграничивающих резисторах 10, 11, резистивном делителе напряжения на резисторах 12, 13, 14, шун0 тирующих диодах 15, 16 и оптронах 17, 18, 19 и 20. Эмиттер регулирующего транзистора 3 p-n-р типа через резистивный датчик тока 5 подключен к положительному выводу 21 двухполярного источника постоянного

5 тока 1, а коллектор этого транзистора подключен к первому выводу 22 блока защиты 2. Эмиттер регулирующего транзистора 4 л-p-n типа через резистивный датчик тока 6 подключен к отрицательному выводу 23 ис0 точника 1, а коллектор этого транзистора подключен ко второму выводу 24 блока защиты 2. Базо-эмиттерные переходы регулирующих транзисторов 3 и 4, включенные по отношению к нагрузкам Рн1, Вн2 по схеме с

5 общим эмиттером, шунтированы соответственно резисторами 25 и 26. Эмиттер управ- ляющего транзистора .7 n-p-п типа подключен к базе транзистора 4, а коллектор транзистора 7 через коллекторный рези0 стор 27 подключен к базе регулирующего транзистора 3. База управляющего транзистора 7 через базовый резистор 28 подключена к положительному выводу 21 двухполярного источника тока 1. Фотопри5 емные элементы 29,30,31 и 32 оптронов 17, 16, 19 и 20 соединены параллельно и включены между базо-эмиттерным переходом управляющего транзистора 7. Светодиод 33 оптрона 17 подключен параллельно рези0 стивному датчику тока 5, а светодиод 34 оптрона 18 подключен параллельно резистивному датчику тока 6. Резистмвный делитель напряжения, состоящий из последовательно соединенных резисторов

5 12,13,14, подключен между положительным 21 и отрицательным 23 выводами двухполярного источника тока 1. Общий вывод 35 источника тока 1 соединен с анодом стабилитрона 8, с катодом стабилитрона 9 и с третьим выводом 36 блока защиты 2. Катод

стабилитрона 8 через токоограничивающий резистор-10 подключен к положительному выводу 21 источника тока 1, а анод стабилитрона 9 через токоограничивающий резистор 11 подключен к отрицательному выводу 23 источника тока 1. Анод шунтирующего диода 15 соединен с катодом стабилитрона 8, а его катод - с коллектором регулирующего транзистора 3. Катод шунтирующего диода 16 соединен с анодом стабилитрона 9, а анод - с коллектором регулирующего транзистора 4. Светодиод 37 оптрона 19 анодом подключен к точке соединения резисторов 12, 13, а катодом - к катоду стабилитрона 8. Светодиод 38 оптрона 20 катодом подключен к точке соединения резисторов 13.14, а анодом - к аноду стабилитрона 9.

Устройство работает следующим образом.

При нормальном режиме работы, когда нагрузочные токи, протекающие в положительной и отрицательной цепях блока защиты 2, не превышают токов срабатывания защиты, падения напряжений на резистив- иых датчиках тока 5 и б недостаточны для открывания светодиодов 33 и 34, они не излучают, поэтому сопротивления фотоэлементов 29,30 оптронов 17 и 18 велики. Кроме того, в номинальном режиме работы, когда выходные напряжения двухполярного источника тока 1 не превышают заранее определенной величины, то падения напряжений на резисторах 10,12и11,14 одинаковы, поэтому светодиоды 37,38 оптронов 19, 20 также закрыты и не излучают световую энергию, из-за чего сопротивления фотоэлементов 31, 32 оптронов 19, 20 велики. Благодаря этому, в базу регулирующего транзистора 7 через базовый резистор 28. поступает ток смещения, полностью открывающий его. 8 результате чего, сопротивление коллекторно-эмиттерного перехода транзистора 7 мало, и в базовые цепи регулирующих транзисторов 3 и 4, через последовательно соединенные резистивный датчик тока 5, резистор 25. коллекторный резистор 27. низкоомный коллекторно- эмиттерный переход транзистора 7, резистор 26 и резистивный датчик тока 6 поступают базовые токи, открывающие регулирующие транзисторы 3 и 4 до напряжений насыщения. Поэтому положительное и отрицательное напряжения двухполярного источника тока 1 полностью передаются в выходные цепи блока защиты 2 на нагрузки Кн1 и Рн2, за исключением потерь на открытых коллекторно-эмиттерных переходах регулирующих транзисторов 3 и 4 и резистивных датчиков тока 5 и 6.

При увеличении тока нагрузки в положительной и/или отрицательной цепи блока защиты 2 до величины тока срабатывания, напряжение на резистивном датчике тока 5

5 и/или 6 увеличивается и становится достаточным для открывания светодиода 33 и/или 34. При этом светодиод 33 и/или 34 излучает сопротивление фотоэлемента 29 оптрона 17 и/или сопротивление фотоэле10 мента 30 оптрона 18 резко уменьшается, что приводит к запиранию управляющего транзистора 7. Вследствие чего сопротивление коллекторно-эмиттерного перехода транзистора 7 значительно увеличивается, что при15 водит к уменьшению базовых токов, регулирующих транзисторов 3 и 4, а, следовательно, и их запиранию. При этом сопротивления коллекторно-эмиттерных переходов регулирующих транзисторов 3 и

20 4 увеличиваются, а напряжения и токи на выходах блока защиты 2 уменьшаются практически до нуля.

При аварийном снижении сопротивления нагрузки в положительной цепи 22 бло25 ка защиты 2 до малой величины или при коротком замыкании этой цепи на общий провод 36 диод 15 открывается и шунтирует своим прямым переходом стабилитрон 8. При этом светодиод 37 оптронз 19 открыва30 ет.ся и начинает излучать световой поток. В результате чего сопротивление фотоэлемента 31 резко уменьшается, шунтируя ба- зо-эмиттеркый переход управляющего , транзистора 7, что приводит его к запира35 нию и резкому увеличению коллекторно- эмиттерного сопротивления транзистора 7. При этом базовые токи регулирующих транзисторов 3 и 4 уменьшаются до нуля, транзисторы 3 и 4 запираются, благодаря чему

40 происходит отключение цепей 22 и 24 Qnoka защиты 2, а, следовательно, и нагрузок Ян1 и Ян2, от положительной и отрицательной цепей 21, 23 двухполярного источника постоянного тока 1. Аналогично, при сниже45 нии сопротивления нагрузки в отрицательной цепи 24 блока защиты 2 до малой величины или при коротком замыкании этой цепи на общий провод 36 диод 16 открывается и шунтирует своим прямым пе50 реходом стабилитрон 9. При этом светодиод 38 оптрона 20 открывается и начинает излучать световой поток, что приводит к резкому уменьшению сопротивления фотоэлемента 32 оптрона 20 и шунтированию базо-эмит55 терного перехода управляющего транзистора 7. Транзистор 7 запирается, сопротивление его коллекторно-эмиттерного перехода значительно увеличивается, что приводит к уменьшению базовых токов регулирующих транзисторов 3 и 4 до нуля.

Транзисторы 3 и 4 запираются, благодаря чему происходит отключение цепей 22 и 24 блока защиты 2, а, следовательно, и нагрузок RH и Ян2 от положительной и отрицательной цепей 21, 23 двухполярного источника постоянного тока 1.

При устранении токовой перегрузки в обоих плечах дифференциальной нагрузки устройство автоматически переходит в режим нормальной работы.

При аварийном возрастании положительного напряжения на выходе двухполярного источника 1 (цепь 21) до заранее установленной ограничиваемой величины потенциал в точке соединения резисторов 12 и 13 также увеличивается до значения, при котором светодиод 37 оптрона 19 открывается и начинает излучать. Сопротивление фотоэлемента 31 оптрона 19 уменьшается, транзистор 7 запирается, что также приводит к запиранию регулирующих транзисторов 3 и 4 и отключению плеч дифференциальной нагрузки Вн1, Рн2 от положительной и отрицательной -цепей 21, 23 двухполярного источника тока 1.

Аналогично, при аварийном возраста нии отрицательного напряжения на выходе источника 1 (цепь 23) до ограничиваемой величины потенциал в точке соединения резисторов 13 и 14 понижается до значения, при котором светодиод 38 оптрона 20 открывается и начинает излучать. Сопротивление фотоэлемента 32 оптрона 20 уменьшается, транзистор 7 запирается, что приводит к запиранию регулирующих транзисторов 3 и 4 и отключению плеч дифференциальной нагрузки Ян1, Ян2 от положительной и отрицательной цепей 21, 23 двухполярного источника тока 1. Аналогично устройство работает и при одновре- менном аварийном возрастании положительного и отрицательного напряжений на выходах двухполярного источника тока 1, а также при аварийном уменьшении положительного или отрицательного напряжений на выходе двухполярного источника тока 1 ниже определенного заранее установленного уровня. Ограничиваемые уровни напряжений задаются напряжениями стабилизации стабилитронов 8 и 9 и соотношением величин резисторов 12,13,14. Величины этих напряжений устанавливаются в пределах рабочих напряжений питаемого устройства.

При аварийном пропадании (обрыве или исчезновении) одного из напряжений на выходе двухполярного источника постоянного тока 1 также происходит увеличение потенциала (по модулю) в точке соединения резисторов 1.2. 13 или 13. 14. что, как уже было

показано выше.приводит к открыванию светодиода 37 оптрона 19 или светодиода 38

оптрона 20, одновременному запиранию

регулирующих транзисторов 3, 4 и отключе5 нию цепей питания датчика.

Данная система была разработана для питания двухпрлярных нагрузок с предельным рабочим током (50-100) мА и напряже- нием±(12-15) В. В качестве регулирующих

0 транзисторов 3 и 4 использовались транзисторы КТ814Г, КТ815Г, управляющий транзистор 7 - п-р-п типа КТ315Г, но можно было использовать и p-n-р транзистор типа КТ361Ј, подключив при этом базовый рези5 стор 28 к отрицательному выводу 23 источника тока 1, коллекторный резистор 27 - к базе регулирующего транзистора 4 и поменяв местами коллектор с эмиттером транзистора 7. В качестве оптронов 17,18,19,20

0 были использованы микросхемы типа 249КП1, содержащие по два транзисторных оптрона. Ко можно было использовать фотодиодные, фоторезисторные и фототири- сторные оптроны. Напряжения

5 стабилизации стабилитронов 8 и 9 были установлены одинаковыми и равными примерно половине напряжения питания, т.е. примерно(7-9) В. Номиналы резисторов были установлены равными: 12, 14-2 кОм, 13

0 - 4,3 кОм, 10,11 - 3 кОм. 5,6 - 20 Ом, 25,26,28 - 100 кОм, 27 - 10 кОм.

Данная система электропитания обеспечивает искробезоласное питание устройств, требующих как однополярное, так и

5 двухполярные напряжения постоянного тока. При этом, за счет срабатывания блока защиты 2 при аварийных увеличениях выходных напряжений источника постоянного тока 1 данная система питания позволяет

0 получить на своих выходах искробезопас- ную мощность, независящую от величины напряжений на его выходах. Кроме того, данная система электропитания обеспечивает одновременное отключение цепей пи5 тания двухполярной нагрузки как при коротком замыкании в одном или сразу обоих плечах нагрузки при аварийном увеличении одного или сразу обоих напряжений на выходах источника постоянного тока, так и

0 при аварийном уменьшении одного из напряжений на выходе источника постоянного тока. Все это повышает надежность системы электропитания, а также при работе данной системы с датчиками позволяет

5 исключить поступление ложной информации, поступающей с выхода двухполярного датчика при питания его несимметричным или однопол я рным напряжением. Данная система после устранения причины аварии

автоматически возвращается в рабочее состояние.

Формула изобретения Искробезопасная система электропита- ния, содержащая двухполярный источник постоянного тока и блок защиты, выполненный на двух регулирующих транзисторах, двух резистивных датчиках тока, двух опт- ронах, эмиттерно-коллекторный переход первого регулирующего р-п-р-транзистора через первый резистивный датчик тока включен между первым положительным выводом двухполярного источника тока и первым выводом блока защиты, эмиттерно-коллекторный переход второго регулирующего n-p-n-транзистора через второй резистивный датчик тока включен между вторым отрицательным выводом двухполярного источника тока и вторым вы- водом блока защиты, базо-эмиттерные переходы регулирующих транзисторов шунтированы соответственно первым и вторым резисторами, отличаю-щаяся тем, что, с целью увеличения максимально допу- стимой искробезопасной.мощности выходного тока и надежности, в блок защиты введены третий и четвертый оптроны, управляющий транзистор с коллекторным и базовым резисторами, коллекторно-эмит- терный переход которого через коллекторный резистор включен между базами первого и второго регулирующих транзисторов, база управляющего транзистора через базовый резистор подключена к одному из выводов двухполярного источника постоянного тока, фотоприемные элементы четырех оптронов соединены параллельно между собой и включены между базой и эмиттером управляющего транзистора, два источника опорного напряжения, два разделительных диода и делитель напряжения, включенный между первым и вторым выводами двухполярного источника тока и состоящий из последовательно соединенных третьего, четвертого и пятого резисторов, первый разделительный диод подключен анодом к выходу первого источника опорного напряжения, а катодом - к первому выводу блока защиты, второй разделительный диод подключен катодом к выходу второго источника опорного напряжения, а анодом - к второму выводу блока защиты, свётодиод первого оптрона подключен параллельно первому резистивному датчику тока, свётодиод второго оптрона подключен параллельно второму резистивному датчику тока, свётодиод третьего оптрона подключен катодом к выходу первого источника опорного напряжения, а анодом - к точке соединения третьего и четвертого резисторов делителя напряжения, свётодиод четвертого оптрона подключен анодом к выходу второго источника опорного напряжения, а катодом - к точке соединения четвертого и пятого резисторов делителя напряжения.

Область использования: для блоков питания искробезопасных приборов. Сущность изобретения: устр-во содержит двухполярный источник 1 постоянного тока и блок 2 защиты. Блок 2 выполнен на регулирующих транзисторах 3,4, резистивных датчиках 5,6 тока, управляющем транзисторе 7, двух источниках опорного напряжения, резистивном делителе напряжения, шунтирующих диодах 15,16 и оптронах 17-20. Такое выполнение блока защиты позволяет увеличить максимально допустимую искро- безопасную мощность устр-ва. 1 ил.