Устройство для защиты электрическойцЕпи OT пЕРЕгРузКи пО ТОКу иНАпРяжЕНию Советский патент 1981 года по МПК H02H3/08 H02H3/20 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ ПО ТОКУ И НАПРЯЖЕНИЮ

1

Изобретение относится к устройствам защиты электрических цепей от перегрузки по току и напряжению и может быть использовано для защиты вторичных источников питания.

Известные устройства защиты электрических цепей от перегрузки по току 1 и устройства защиты электрических цепей от перенапряжения 2 предусматривают использование в качестве активных элементов полупроводниковые приборы.

Эти устройства характеризуются тем, что они не совмещают в себе функцию защиты от перенапряжения и перегрузки по току, что ограничивает их область применения.

Известные устройства защиты электрических цепей от перегрузки по току и напряжению 3 содержат два транзистора различного типа проводимости, включенные по схеме триггера, одно из плеч которого используется как ключевой транзистор, а другое - как .сравнивающий транзистор.

Указанные устройства не обеспечивают стабильного срабатывания защиты от перенапряжения, так как уровень напряжения.

при котором срабатывает защита, зависит от сопротивления нагрузки.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство защиты электрических цепей от перегрузок по току и напряжению 4, содержащее защитный (ключевой) транзистор и орган сравнения, состоящий из транзистора, коллектор которого соединен с базой ключевого транзистора и через резистор соединен с общей щиной источника питания, а база через опорный элемент и резистор подключена к нагрузке, причем ключевой транзистор коллектором подключен к нагрузке, а эмиттером к выходной щине источника питания.

Это устройство имеет тот же недостаток что и другие известные устройства, а нали5 чие в цепи положительной обратной связи, которая определяет быстродействие отключения нагрузки от источника питания, токоограничивающего резистора уменьщает быст- родействие и стабильность срабатывания защиты от перегрузки по току и напряжению. Это наиболее сильно проявляется при защите цепей постоянного тока с высоким напряжением (100-300 В)., когда номинальный

рабочий ток опорного элемента может быть обеспечен только за счет значительного увеличения значения сопротивления резистора. Быстродействие защиты определяет экстремальное значение тока через ключевой транзистор при больших импульсных перегрузках и следовательно, определяет надежность устройства, так как недостаточное быстродействие может привести к выходу из строя ключевого транзистора за счет больших экстремальных токов.

Все перечисленные недостатки-ограничивают область применения данного устройства и снижают его надежность.

Цель изобретения - увеличение надежности.

Это достигается тем, что в устройство защиты от перегрузки по току и напряжению введены стабилитрон, дополнительный резистор, RC-цепи, коммутируемый диод, причем база транзистора органа сравнения подключена к общей шине источника питания через последовательную цепь из стабилитрона и дополнительного резистора, упомянутый токоограничивающий резистор через резистор RC-цепи подключен к общей шине источника питания и через конденсатор RC-цепи подключен к выходной шине источника питания, а общая точка токоограничивающего резистора и опорного элемента через коммутируемый диод подключена к нагрузке.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема описываемого устройства; на фиг. 2 - зависимости срабатывания зашиты как от перегрузки по входному напряжению UBX при различных значениях сопротивления нагрузки R так и зависимость выходного напряжения от тока нагрузки .(1„лгр) при UBX 15 В.

Устройство зашиты от перегрузок по току и напряжению содержит ключевой транзистор 1, источник питания 2, нагрузку 3, резистор 4, орган сравнения 5, содержащий транзистор 6, опорный элемент 7, токоограничивающий резистор 8, коммутируемый диод 9, стабилитрон 10, дополнительный резистор 11 и RC-цепь (резистор 12 и конденсатор 13).

Работает устройство следующим образом.

При подаче напряжения от источника питания 2 на вход устройства в первую очередь появляется базовый ток ключевого транзистора 1, величина которого задается ре-, зистором 4. Временный приоритет появления базового тока ключевого транзистора 1 над появлением базового тока транзистора 6 обеспечивается временной задержкой RC-цепи 12, 13 и наличием в базовой цепи транзистора 6 опорного элемента 7.

Дальнейшее состояние устройства зависит от выполнения одного из следующи-х двух неравенств: + UAS 11з5, + UAIUSKI + UAS sS(. + UAT, где U, - падение напряжения между эмиттером и коллектором ключевого транзистора; Од-у, Цд9 напряжение отпирания опорного элемента 7 и коммутируемого диода 9; напряжение открывания базового перехода транзистора 6.

При выполнении первого неравенства (нормальные условия) открывается коммутируемый диод 9 (опорный элемент 7 заперт) и ток, величина которого задается резисторами 8, 12, ответвляется через коммутируемый диод 9, открытый транзистор 1 в выходную шину источника питания 2, минуя базу транзистора 6.

В этом случае устройство находится в рабочем состоянии. При увеличении тока

5 нагрузки до значения, при котором начинает выполняться второе неравенство, за счет возрастания падения напряжения Uj,,, на открытом ключевом транзисторе 1 часть тока начинает ответвляться через опорный элемент 7 в базу транзистора 6. Появление базового тока транзистора 6 вызывает его открывание, в результате чего базовый ток ключевого транзистора 1 уменьшается и еще больше возрастает падение напряжения LJ транзистора 1. Этот процесс лавинообразно

5 возрастает и приводит к полному отключению цепи нагрузки 3 от источника питания 2. В состоянии « Выключено через опорный элемент 7 и базу транзистора 6 протекает весь ток, который при рабочем состоянии устройства протекал через диод 9. Диод 9,

когда устройство находится в состоянии «Вы ключено, заперт обратным напряжением, а база транзистора 1 шунтирована полностью открытым транзистором 6 и, следовательно, транзистор 1 заперт, что и обеспечивает

полное отключение цепи нагрузки от источника питания 2.

Если входное напряжение (устройство на ходится в рабочем состоянии) превысит папряжение пробоя стабилитрона 10, через резистор 11 и базу транзистора 6 начинает

0 течь ток, в результате чего также возникает лавинообразный процесс выключения, т. е. срабатывает защита от перегрузки по напряжению. Из двух приведенных неравенств следует, что падение напряжения U при котором срабатывает защита, может быть снижено до любой очень малой величины за счет подбора напряжения отпирания опорного элемента 7, коммутируе.мого диода 9 и базового перехода транзистора 6. Так как сигнал положительной обратной связи подается в базу транзистора б через малое динамическое сопротивление прямосмещенных опорного элемента 7 и коммутируемого диода 9, то лавинообразный процесс выключения характеризуется высокой скоростью его развития, что обеспечивает высокое быстродействие срабатывания защиты.

В ряде случаев возможно упрощение устройства за счет исключения резистора 8,

при этом несколько снижается быстродействие защиты, но сохраняются все остальные достоинства данного устройства.

Использование новых элементов - стабилитрона 10, резистора 11, диода 9, RC-цепи 12, 13 выгодно отличает данное устройство защиты от перегрузки по току и напряжению от известного устройства 4, так как позволяет увеличить надежность устройства защиты и увеличить стабильность порога срабатывания защиты как по току, так и по напряжению. В результате повысится надежность- защиты электронных блоков различных устройств и в раде случаев устранится необходимость использования одновременно двух различных устройств, одно из которых предназначено для защиты от перегрузок по току, а другое для защиты от перенапряжений.

Формула изобретения

Устройство для защиты электрической цепи от перегрузки по току и напряжению, содержащее ключевой транзистор, коллектор которого подключен к нагрузке, а эмиттер - к выходной шине источника питания, орган сравнения, выполненный на транзисторе, коллектор которого соединен с базой ключевого транзистора и через резистор с

общей щиной источника питания, а эмиттер соединен с выходной щиной источника питания, причем к его базе через опорный элемент подключен токоограничивающий резистор, отличающееся тем, что, с целью увеличения надежности, в него введены стабилитрон, дополнительный резистор, RC-цепь и коммутируемый диод, причем база транзистора органа сравнения подключена к общей щине источника питания через последовательную цепь из стабилитрона и дополнительного резистора, упомянутый токоограничивающий резистор через резистор RC-цепи подключен к общей щине источника питания и через конденсатор RC-цепи подключен к выходной щине источника питания, а общая точка токоограничивающего резистора и опорного элемента через коммутируемый диод подключена к нагрузке.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент ФРГ № 2529883, кл. Н 02 Н 3/08 1976.

2.Авторское свидетельство СССР № 467430, кл. Н 02 Н 3/20, 1971.

3.Авторское свидетельство СССР № 542288, кл. Н 02 Н 3/24, 1978.

4.Мартынов Е. М. Бесконтактные переключающие устройства. М., «Энергия, 1970, с. 158 (прототип).

InoefljA

0,2 ид

OJ

,

Q,J 0,2

uff

ол

ff.5

L

0,40,5iHozfl.A

(р1/.г