Устройство для защиты электропотребителя от перенапряжений Советский патент 1982 года по МПК H02H3/20 

(5) УСТРОЙСТВО для ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОПОТРЕБИТЕЛЯ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты шин питания радиоэлектронной аппаратуры от перенапряжений

Известно устройство для защиты электропотребителя от перенапряжений, которое содержит исполнительный орган на тиристоре и пороговый элемент на стабилитроне. При этом тиристор анодом и катодом подключен к клеммам электропотребителя, а стабилитрон соединяет анод тиристора с его управляющим электродом. Если напряжение на клеммах электропотребителя превышает напряжение пробоя стабилитрона, то тиристор включается и закорачивает шины питания. Далее срабатывает токовая защита источника питания 1,1 -.

Однако точность установки порога срабатывания, чувствительность и помехоустойчивость устройства защиты, всецело определяется параметрами стабилитрона и цепи управления тиристора, а поэтому имеют невысокие показатели.

Известно устройство для защиты электропотребителя от перенапряжений, в котором пороговый элемент выполнен на дифференциальном усилителе с согласующим транзистором на выходе. Напряжение питания электропотребителя через резистивный делитель поступает на инвертирующий вход усилителя, а на его неинвертирующий вход напряжение со стабилитрона. Для увеличения скорости нарастания импульса

ts включая тиристор, дополнительно введена положительная обратная связь на транзисторе, база которого соединена с цепью управляющего электрода тиристора (исполнительный орган), а пере20ход эмиттер-коллектор подключен параллельно стабилитрону .

Однаконаличие в пороговом элементе усилителя в положительной об9ратной связи снижает помехоустойчивость устройства защиты электропотреб| теля от перенапряжений, а следовательно повышается,вероятность ег ложного срабатывания. Наиболее близким к изобретению является устройство для защиты электр потребителя от перенапряжений, в кото ром повышение крутизны фронта ймпул са включения исполнительного органа на тиристоре достигается увеличение коэффициента усиления порогового эл мента и включением первого стабилит рона между выходом порогового элемента и входом исполнительного орга на. Для повышения коэффициента усиления в пороговом элементе на выходе дифференциального усилителя включен нагруженный на второй стабилитрон эмиттерный повторитель (ЭП базовая цепь которого питается от источника тока на полевом транзисто ре. 1ри этом у транзистора ЭП коллектор подключен к средней точке последовательной цепи на резисто ре и первом стабилитроне, которая соединяет вход исполнительного органа с выходом оперативного источни ка, «Тиристор исполнительного органа подключен к клеммам электропотребителя. На неинвертирущий вход диф ференциального усилителя поступает напряжение от опорного источника, выполненного на стабилитроне, термо компенсирующем диоде резистивном делителе и источнике тока, л на инвертирующий вход - через резистивный делитель напряжение с электропотребителЯо Первоначально транзистор ЭП насыщен и на первый стабилит рон подается напряжение, меньшее его напряжения пробоя. При увеличении напряжения на электррпотребителе до порога срабатываний, напряжение на выходе дифференциального усилителя возрастает, при этом увеличивается напряжение на коллекторе транзистора ЭП, первый стабилитрон пробивается, от оперативного источника включается тиристор, который закорачивает клеммы электропотребителя. Поскольку в дифференциальном усилителе вход и выход соединены корректирую1иим конденсаторрм, а транзисторы усилителя и ЭП находятс в глубокого насыщения, то имеет место задержка на включение исполнительного органа З. 4 Недостатками известного устройства являются снижение температурной стабильности работы и задержка формирования сигнала пороговым элементом по инвертирующему входу дифференциального усилителя, вследствие глубокого насыщения его транзисторов, что особенно опасно при ошибочном подключении электропотребителя на повышенное напряжение электропитания. Цель изобретения - повышение надежности работы защиты от перенапряжений при ошибочном включении электропотребителя на повышенное напряжение питания. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты электропотребителя от перенапряжений, содержащее подключенный к изо- . лированной и общей клеммам электропотребителя исполнительный орган и подсоединенный к выходу оперативного источника пороговый элемент, в котором выходной транзистор коллектором соединен с первым выводом резистора, а в цепи эмиттера включен стабилитрон, дополнительно введены ключевой транзистор и реагирующая на превышение тока цепь из выполненного на транзисторе второго порогового элемента с датчиком тока на входе, при этом датчик тока выполнен на резисторе и образует со стабилитроном последовательную цепь, которая подключена между эмиттером выходного транзистора и общей клеммой электропотребителя, у транзистора второго порогового элемента переход эмиттер-база подсоединен параллельно к резистору датчик тока, а коллектор подключен к базе выходного транзистора, кроме того, у ключевого транзистора база соединена с выходом оперативного источника, коллектор подключен к входу исполнительного органа, а эмиттер соединен с первым выводом резистора, второй вывод которого подключен.к изолированной клемме электропотребителя„ Кроме того, второй пороговый элемент выполнен на оптотиристоре, у которого вход подключен параллельно датчику тока, а выход через резистор соединен с изолированной клеммой электропотребителя и с входом исполнительного органа.

На чептеже представлена принципиальная электрическая схема устройства.

К общей клемме 1 и изолированной клемме 2 электропотребителя 3 подключен исполнительный орган +, выполненный на тиристоре 5 и помехоподавляющем резисторе 6. К выходу оперативного источника 7 подключен пороговый элемент 8, в котором дифференциальный усилитель 9 выходом соединён с базой выходного транзистора 10, Инвертирующий вход дифференциального усилителя 9 подключен к соединенному с оперативным источником 7 источнику опорного напряжения, выполненного на последовательно включенных стабилитроне 11 и резисторе 12. Инвертирующий вход дифференциального усилителя 9 соединен с его выходом через корректирующий конденсатор 13 и соединен со средней точкой делителя напряжения на резисторах 1 и 15, который прдключен к общей клемме 1 и изолированной клемме 2 Транзистор эмиттерного повторителя 10 эмиттером через последовательно включенные стабилитрон 16 и датчик 17 тока на резисторе соединен с общей клеммой 1, а коллектором, через резистор 18, подключен к изолированной клемме 2, Ключб вой транзистор 19 подключен базой к выходу оперативного источника 7, эмиттером к коллектору транзистора эмиттерного повторителя 10, а коллектором к входу исполнительного органа „

. Второй пороговый элемент выполнен на транзисторе 20 у которого коллектор соединен с базой транзистора эмиттерного повторителя 10, переход эмиттер-база подключен к датчику 17 тока на резисторе.

По другому варианту второй пороговый элемент выпрлнен на оптотиристоре 21, вход которого подключен параллельно датчику 17 тока на резисторе, а выход через ограничительный резистор 22, соединен с входом исполнительного органа А и с изо- лированной клеммой 2.

Напряжение питания электропотребителя 3 должно быть больше напряжения оперативного источника 7 выполненного, например, в виде параметрического стабилитрона на резисторе 23 и стабилитроне 2А и подключенного к общей и изолированной клеммам 1 и 2. При подаче на общую и

изолированную клем( 1 и 2 превышающего допустимое значение напряжения питания из-за тока заряда корректирующего конденсатора 13, выходной транзистор 10 отпирается и поддерживается в открытом состоянии. Одновременно через резистор 18, переход коллектор-эмиттер т| анзистора 10, стабилитрон 16 и датчик 17 тока на резисторе протекает ток. Напряжение с резистора 18 отпирает транзистор 20 второго порогового элемента, который шунтирует вход выходного транзистора 10. При этом транзистор 10 под действием запирающего напряжения со стабилитрона 16 переходит в активный режим и, как только напряжение на его коллекторе превысит напряжение на выходе oneративного источника 7, ключевой транзистор 19 включает тиристор 5.

Если транзисторы 10, 19 и 20 низкочастотные, то для сокращения задержки формирования импульса включения тиристора 5, второй пороговый элемент можно выполнить на быстродействующем оптотиристоре 21. В этом случае, при превышении напряжения на электропотребителе 3 допустимого значения, сигнал с датчика 17 тока на резисторе включает оптотиристор 21, который включает исполнительный орган .

Канал включения исполнительного органа от второго порогового элемента на транзисторе 20 или оптотиристоре 21 является менее чувствительным, поэтому его порог срабатывания следует выбирать в середине зоны допустимых значений напряжений срабатывания защиты. В то же время канал формирования импульса включения исполнительного органа от порогового элемента 8 имеет высокую стабильность (порядка 0,5 и менее) поэтому его точку срабатывания следует выбирать в нижней части зоны допустимых значений напряжений срабатывания защиты. Тогда при внезапных отказах источника электропитания ЗГ (если скорость возрастания напряжения на электропотребителе 3 меньше постоянной времени порогового элемента 8) точность срабатывания защиты электропотребителя от перенапряжений обеспечивается пороговым элементом 8. При ошибочных подключениях электропотребителя 3 на повышенное напряжение питания, быстрота снятия перенапряжения практически определяется быстродействием срабатывания второго порогового элемента и исполнительного органа . Сравнительные испытания данного устройства защиты электропотребите.яя от перенапряжений с известным по казали, что при включении электропотребителя на повышенное напряжение питания задержка формирования импульса включения исполнительного органа сокращается более чем а 10 р (с нескольких мкс у известного до дрлей МКС в данном устройстве). При сокращении задержки включения исполнительного органа устройст ва защиты уменьшается время снятия перенапряжений с электропотребителя В электропотребителе импульсы перенапряжения по цепи питания, как правило, подавляются фильтрами. Таким образом, снижение времени сняти перенапряжений устройством защиты позволяет либо уменьшить габариты, стоимость и массу помехоподавляющих фильтров электропотребителя, либо повысить предельное значение напряжения источника электропитания, ошибочная подача которого еще не вызывает потери работоспособности электропотребителя. Экономический эффект от внедрения предложенного устройства защиты возникает за счет сохранения работоепособности электропотребителя при подаче на него (или скачкообразном повышении) напряжения пит ния, превышающего допустимое значе ние до 1,5-2 раз. Формула изобретения 1.. Устройство для защиты электро потребителя от перенапряжений, содержащее подключенный к изолирован ной и общей .клеммам электропотреби теля .исполнительный орган и подсое диненный к выходу оперативного ис8точника пороговый элемент, в которое выходной транзистор коллектором соединен с первым выводом, резистора, а в цепи эмиттера включен стабилитрон, отличающееся тем, что, с целью повышений надежности работы за1ииты, в него дополнительно введены ключевой.транзистор и реагирующая на превышения тока цепь из выполненного на транзисторе второго порогового элемента с датчиком тока на входе, при эюм датчик тока выполнен на резисторе и образует со стабилитроном последовательную цепь, которая подключена между эмиттером выходного транзистора и общей клеммой электропотребителя, у транзистора второго порогового элемента переход эмиттер-база подсоединен к резистору датчика тока, а коллектор подключен к базе выходного транзистора, кроме того, у ключевого транзистора база соединена с выходом оперативного источника, коллектор подключен к входу исполнительного органа, а эмиттер соединен с первым выводом резистора, второй вывод которого подключен к изолированной клемме электропотребителя, 2. Устройство по П.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что второй пороговый элемент выполнен на оптоtиpиcтope, у которого вход подключен параллельно датчику тока, а выход через резистор соединен с изолированной клеммой электропотребителя и с входом исполнительного органа. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Великобритании ff 1005261 кл„ Н 2 К, 1965. 2.Патент США № 3558979, кл. 317-16, 1971. 3.Полянин К.П., Панченко В.П. Схемы защиты в источниках питания .на микросхемах, сб. Электронная техника в автоматике, 19.78, вып. 10, ,с.б5-66.