Искробезопасная система питания Советский патент 1982 года по МПК H02H7/00 E21F9/00 

Изобретение относится к источникам питания, защиш.енным от аварий ь частности от сверхтока в выходной иепи питания, и предназначено преиму щественно для встройки в блоки питания искробезопасных приборов. Известны источники питания, имеющие в своем составе устройство защиты, содержащее датчик сигнала перегрузки по току и исполнительный элемент, например, регулирующий транзис тор, включенный в выходную цепь пита ния последовательно с нагрузкой М и 2. Однако эти устройства из-за своей многозвенности, большой элементной насыщенности имеют недостаточную надежность . Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство, содержащее рези тор (датчик сигнала от перегрузки по току) и регулирующий транзистор, включеннь1е в цепь питания последовательно с нагрузкой, и транзистор, шунтирующий эмиттерно-коллекторным переходом резистор и эмиттерно-базовый перехо/: регулирующего транзистора 3 3Устройство Б нормальном режиме или при токе нагрузки, близком к максимальному току ограничения, остается открытым, при этом напряжение источника тока полностью передается в выходную цепь питания, за исключением, потерь на открытом эмиттерно-коллекторном переходе регулирующего транзистора. Известно, что искробезопасный ток электрических цепей находится в обратной зависимости от напряжения (уменьшается с возрастанием напряжения) . Поэтому при использовании устройства в качестве защиты от искроопасного тока ограничиваемая величина тока в выходной цепи может быть установлена на уровне, не превышающем искробезопаснь1й ток , соответствующий максимальному напряжению ис точника тока. При больших перепадах напряжения источника тока выходной ток устройства, ограниченный величи ной допустимого искробезопасного то ка, снижается до малого значения и может быть критичным, не обеспечивающим работоспособности питаемого устройства. Однако этот недостаток ограничивает применение устройства и не поз воляет получить максимальную искробезопасную выходную мощность во всем диапазоне напряжения источника тока независимо от его величины. Цель изобретения - обеспечение возможности получения максимально допустимой искробезопасной мощности и повышения выходного тока и надежности. Поставленная цель достигается, тем что искробезопасная система питания, содержащая источник постоянного тока, .выключатель и блок защиты, выполненный на регулирующем транзисторе, включенном в выходную цепь источника постоянного тока последова тельно с резистором, соединенным с эмиттером и выходным зажимом источника постоянного тока, и второй транзистор, база которого связана через резистор с эмиттером регулирую щего транзистора, а коллекторно-эмит терный переход подсоединен к базе регулирующего транзистора параллельно переходу база-эмиттер и резистору включенному в цепь питания, дополнительно снабжена управляющим транзистором, резистиБным делителем выходного напряжения, источником опорного напряжения - стабилитроном, резистором , включенным в цепь питания стабилитрона и двумя диодами, разделите ным и шунтирующим, при этом управляю щий транзистор подсоединен эмиттерно-коллекторным переходом к резистивному делителю выходного напряжения и к базе регулирующего транзистора через обратный переход разделительного диода соединена со стабилит роном, резистором, подсоединенным к выходному зажиму источника постоян ного тока, и с другим диодом, через прямой переход которого резистор, стабилитрон и первый диод соединены с выходным зажимом системы питания и с коллектором регулирующего транзистора. Достигается искробезопасный режим включения и выключения питания тем, что второй выходной зажим источника постоянного тока подключен к стабилитрону, резистивному делителю выходного напряжения и ко второму зажиму системы питания через одни и те же контакты выключателя. Для надежной работы устройства и стабильности выходного напряжения в выходную цепь питания между коллектором регулирующего транзистора и выходным зажимом системы питания включен резервный узел, дублирующий по своей электрической схеме блок защиты с управляющим транзистором и резистивным делителем выходного напряжения, при этом база управляющего транзистора резервного узла соединена с базой управляющего транзистора и с разделительным диодом источника питания. На Оиг.1 приведена электрическая схема устройства; на фиг. 2 - электрическая схема питания с резервным узлом. Система питания содержит источник 1 постоянного тока, например электрохимический, резистор 2 и регулирующий транзистор 3, включенные в основную токовую цепь, транзистор k, база которого через резистор 5 соединена с эмиттером регулирующего транзистора 3 и с резистором , транзистор 6, эмиттер которого подсоединен к резисторам 7 и Б делителя выходного напряжения, а коллектор к базе регулирующего транзистора 3, стабилитрон 9, резистор 10, включенный в цепь питания стабилитрона, разделительный диод 11, шунтирующий диод 12, выключатель При номинальном режиме работы, когда ток нагрузки Б выходной цепи источника питания меньше тока срабатывания устройства защиты, падение напряжения на резисторе 2 недостаточно для отпирания транзистора k, и транзистор не влияет на работу источника питания. При возрастании тока нагрузки до ограничиваемой величины напряжение на резисторе 2 увеличивается и становится достаточным для отпирания транзистора. При этом транзистор А шунтирует эммттерно-коллекторным переходом входную базовую цепь регулирующего транзистора 3, потенциал базы регулирующего транзистора уменьшается, транзистор запираетсяСопротивление эмиттерно-коллекторного перехода транзистора увеличиБзется, а напряжение и ток в выходной цепи уменьшается. При снижении сопротивления нагрузки до малой величины или при коротком замыкании выходной цепи системы питания диод 12 шунтирует прямым переходом стабилитрон ЭПри этом потенциал базы транзистора 6 уменьшается, транзистор запирается, соответственно запирается регулирующий транзистор 3 и отключает выходную цепь (нагрузку) от источника 1 постоянного тока. При устранении токовой перегрузки устройство автоматически переходит в нормальный рабочий режим. Ограничение выходного напряжения источника питания обеспечивается с помои ью транзистора 6, регулирутощего на возрастание выходного напряжения В номинальном режиме работы,когда выходное напряжение системы питания меньше ограничиваемой величины, потенциал базы транзистора 6 достигает величины, при которой транзисто 6открыт и соответственно открыт регулирующий транзистор 3. Напряжение системы постоянного тока за исключением потерь на открытом эмиттерноколлекторном переходе транзистора 3 передается в выходную цепь. При возр::;тании выходного напряже ния до ограничиваемой величины падение напряжения на резисторе 8 увеличивается до значения, при котором потенциал базы транзистора 6 начинает уменьшаться, а транзистор закрываться. Соответственно закрывае ся регулирующий транзистор 3- Сопротивление эмиттерно-коллекторного перехода увеличивается, а выходное напряжение уменьшается. Ограничиваемый уровень напряжения задается напряже нием стабилитрона 9 и соотношением величин сопротивлений резисторов. 7и 8. Величина его устанавливается пределах рабочего напряжения питаемо го устройства и в соответствии с до пустимой величиной искробезопасного тока . Повышение надежности достигается помоцью диода 12, шунтируЮ1чего стабилитрон 9 при аварийном коротком замыкании выходной цепи системы питания. Пунтирование стабилитрона приводит к .запиранию транзисторов 3 и 6 и снижению мощности, рассеива емой на них, обеспечивая надежную работу устройства в широком температурном диапазоне. Разделительный диод 11, включенный в цепь эмиттерно-базового перехода транзистора 3 и стабилитрона 9, исключает возникновение лавинообразно нарастающего тока в указанной цепи при аварийном коротком замыкании коллекторно-базового перехода транзистора 6 и защищает таким образом транзистор 3 и стабилитрон от повреждения, а выходную цепь системы питания от искроопасного тока. Резервный узел 1 А (фиг.2) в представленной связи с разделительным диодом и стабилитроном образует вторую ступень защиты от максимального тока и ограничения выходного напряжения. При достаточно большой величине напряжения источника тока устройство защиты может работать в режиме стабилизации напряжения, а использование дополнительного узла 14 обеспечивает высокую стабильность выходного напряжения в результате двухступенчатой стабилизации. Введение дополнительного узла позволяет обеспечивать высокую надежность ограничения тока и напряжения. Аварийное зань1кание любого из элементов устройства или оСрыв любой цепи не приводит к аварийному возрастанию тока до искроопасной величины. 8 предлагаемой системе питания с целью обеспечения искробезопасного режима включения и выключения питания источник 1 постоянного тока подключается и отключается одноЕзременно как от устройства защиты, так и от выходной цепи через одни и те же контакты выключателя 13. В случае включения питания устройство защиты мгновенно переводится в рабочее состояние, обеспечивающее защиту выходной цепи, а в случае выключения питания база регулирующего транзистора становится под нулевой потенциал, транзистор запирается,исключая таким образом, появлени на контактах выключателя напряжения, вызывающего опасное искрение. Применение предлагаемой системы питания позволяет увеличить выходной ток по сравнению с величиной тока, соответствующего максимальному напряжению, и получить на выходе блока питания искробезопасную мощность, независящую от величины напряжения источника тока при переп де его от 11 до 15 В. Формула изобретения Искробезопасная система питания, содержащая источник постоянного ток выключатель и блок защиты, выполнен ный на регулирующем транзисторе, включенном в выходную цепь источника постоянного тока последователь но с резистором, соединенным с эмит тером и выходным зажимом источника постоянного тока, и второй транзистор, база которого связана через ре зистор с эмиттером регулирующего транзистора, а коллекторно-эмиттерный переход подсоединен к базе регу лирующего транзистора параллельно переходу база-эмиттер и резистору, включенному в цепь питания, о тличающаяся тем, что, с целью получения максимально допусти мой искробезопасной мощности и повыш ния надежности, она дополнительно снабжена резистивным делителем напряжения, шунтирующим диодом, управляющим транзистором, разделительным диодом и источником опорного напряжения, при этом база регулирующего 78 транзистора подсоединена к резистивному делителю выходного напряжения через коллекторно-эмиттерный переход управляющего транзистора, при этом база последнего связана через обратный переход разделительного диода с источником опорного напряжения, например стабилитроном, с резистором, связанным с выходным зажимом источника постоянного тока и с другим диодом, через прямой переход которого стабилитрон источника опорного напряжения, резистор и разделительный диод соединены с коллектором регулирующего транзистора и с выходным зажимом системы питания, кроме того, второй выходной зажим источника постоянного тока подключен к стабилитрону источника опорного напряжения, резистивным делителем выходного напряжения и к второму выходному зажиму системы питания через одни и те же контакты выключателя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР К 323826, кл. Н 02 Н 3/08, G 05 D 1/56, 1967. 2.Авторское свидетельство СССР f-r , кл. Н 02 Н 3/08, 1568. 3., Патент Англии W 1517 43, кл. Н 2 К, 1978.