Искробезопасный источник питания Советский патент 1982 года по МПК H02H7/06 E21F5/00 

Изобретение относится к аппарату:ре шахтной геофизики и устройств автоматики и свйзи и может быть преиму-цественно испрльзовано для создания систем питания и управления на предприятиях и шахтах со взрывоопасной атмосферой.

По основному авт. св. № 765931 известен искробезопасный источник питания, содержащий аккумуляторную батарею, узел ограничения токоперегрузки и короткого замыкания, выполненный на тиристоре с резистором в цепи управления, и транзисторный ключ, включенный последовательно с нагрузкой и тиристором, снабженным транзисторным ключом, диодом и формирователем импульсов.на основе элементов задержки, и реле, причем диод включен последовательно с тиристором, параллельно которым подключен дополнительный транзисторный ключ, диод подключен к входу формирователя импульсов, выход которого подключен к обмотке реле, контакты которого включены в цепь управления транзисторных ключей. В нормальном режиме работы устройства выходной транзистор формирователя импульсов joTKpiJT и через обмотку реле протекает ток, реле срабатывает и обеспечивает запирание паралл€У1Ьного и отпирание последовательного ключей. Открытый последовательный ключ передает энергию в нагрузку. При аварийном режиме в нагрузке(увеличение тока при коротком замыкании) падение напряжения на измерительном резисторе отпирает тиристор, шунтируюгций нагруз10ку. После отпирания тиристора напряжение на реле недостаточно для удержания его контактов, которое отпускает и запирает последовательныП ключ, что обеспечивает восстановле15ние узла ограничения мощности - запирание тиристора tl3.

Недостатком известного устройства является, невысокая надежность, обусловленная тем,.что ввиду наличия

20 механических контактов реле, управляющих ключами, возможен режим, когда оба ключа будут открыты. В этом случае через параллельный транзисторный ключ протекает-большой ток, что, с одной стороны, увеличивает ток раз25ряда аккумуляторной батареи, и с другой стороны, может привести к выходу из строя параллельного транзисторного ключа, т.е. всего источника питания. Для восстановления работы ис30точника после отключения в аварийном режиме необходимо перевести тиристор в закрытое состояние, для этого нужно обеспечить падение напряжения меж ду его выводами анод-катод, которое значительно меньше, чем падение напряжения между этими выводами в открытом состоянии, .определяемое парамет рами параллельного транзисторного ключа. На переходе мощного транзистора в режиме насыщения -падает значительное напряжение порядка 1 В, что исключает его применение, поэтому в качестве параллельного транзисторного ключа необходимо использовать только маломощный транзистор, но последний может вшйти из строя из-за рассеивания на нем большой мощности. Цель изобретения - повышение надежности коммутации нагрузки источника питания. Поставленная цель достигается тем что искробезопасный источник питания дополнительно снабжен конденсатором и резистором, включенными в базовую цепь параллельного транзистор ного ключа, при этом резистор одним выводом подключен к размыкающему контакту реле, другим выводом к упомянутому конденсатору, соединен ному с положительной шиной аккумуляторной батареи и резистором, подключенным к эмиттеру входного транзистора. . На чертеже изображена принципиальная электрическая схема искробезопасногоисточника питания. Источник содержит аккумуляторную батарею 1 с токоограничением, подкл ченную с помощью контактов 2 цепь управления входного транзистора 3, эмиттер которого с помощью йоследовательно соединенных резисторов 4 и5 подсоединен к размыкающим KoHTaKTai /T реле б, а через подстроечный резистор 7 - к коллектору транзистора 8, эмиттер которого подключен к полож тельной шине питания. Точка соедине ния резисторов 4 и 5 через конденса тор 9 подключена к положительной шине аккумуляторной батгфеи 1. При этом база транзистора 8 с помощью элементов 10-12 задержки -(резисторо 10 и 11 и конденсатора 12) соединен с катодом диода 13, анод которого подключен к положительной шине пита ния. Кроме того, диод 13 соединен с тиристором 14 узла ограничения мощности, в состав которого входит измерительный резистор 15, соединен ный с эмиттером последовательного транзисторного ключа 16 и коллектором параллельного транзисторного ключа 17. Базы ключей 16 и 17 с по мощью замыкающих контактов реле б и резисторов подключены к соответст вующимшинам питания. Коллектор транзистора 8 с помощью элементов 18-20 задержки, а также стабилитрона 21 подключен к базе выходного транзистора 22, S коллекторную цепь которого включена обмотка реле б. При этом эмиттер транзистора 22 с помощью диода соединен с положительной ши1ной питания. Выходной транзистор 3, транзистор 8 с токозадающими цепями, элементы 10- 12 и 18-20 задержки и выходной транзистор 22 образуют формирователь импульсов, который формирует сигнал заданной длительности для управления реле б. Устройство работает.следующим образом. Включение источника питания осуществляется замыканием контактов 2. При этом через входной транзистор 3, |подстроечный резистор 7, элементы 18-20 задержки и диод 21 на базувыходного транзистора 22 поступает отпирающий ток и вызывает срабатывание реле 6. Последнее своими контактами обеспечивает откр1-1вание последовательного ключа 16 и запирание параллельного ключа 17. Открытый последовательный ключ 16 передает электрическую мощность аккумуляторHo i батареи в нагрузку. При этом падение напряжения на измерительном резисторе 15 недостаточно для открывания тиристора 14. Следовательно, напряжение на диоде 13 отсутствует и транзистор 8 заперт. При аварийном режиме в нагрузке, заключающемся в увеличении тока нагрузки или коротком замыкании, падение напряжения на измерительном резисторе 15 отпирает тиристор 14, шунтирующий нагрузку. После открывания тиристора 14 увеличивается потребляемый от батареи ток, напряжение между точками А и В уменьшается. Этого напряжения недостаточно для удержания контактов реле б, которое отпускает и своими контактами подключает базу последовательного транзисторного ключа 16 через резистор к положительной шине аккумуляторной батареи, при этом упомянутый ключ запирается. Одновременно вторая пара контактов реле 6 подключает базу параллельного ключа 17 через последовательно соединенные резисторы 5 и 4 к эмиттеру входного транзистора 3, т.е. на базу подается напряжение отпирания. Конденсатор 9, подключенный к положительной мине аккумуляторной батареи, заряжается. Нарастание отрицательного потенциала на базе . транзистора 17 затягивается за счет заряда конденсатора 9. Время задержки определяется номиналами резисторов 4 и 5 и конденсатора 9 и выбирается из расчета того, что паралелльный ключ 17 должен открыться только после надежного запирания последовательного ключа, задержка составляет около 3 мс (при R4-5 130 Ом, Сб 25 мкФ) , тем cai-ibiM исключается возможность одновременно ОТКРЫТОГО состояния обоих ключей, что позволяет уменьшить мощность, рассеиваемую на параллельном ключе 17, а это, в свою очередь, позволяет использовать маломощные транзисторы, у которых напряжение между переходом коллектор-эмиттер в режиме насыщения мало. Тем самым обеспечивается необходимое условие надежного восстановления тиристорного узла ограничения} мощности - напряжение между катодом и анодом последнего становится близким к нулю. Таким образом, тиристор восстановилсяf падение напряжения на диоде 13 стало равным, нулю и транзистор 8 закрывается нулевым потенциалом на базе. После этого через время, определяемое узлом задержки на элементах 18-20, открывается транзистор 22 и реле б срабатывает. Если к этому моменту аварийный режим в нагрузке ликвидирован, то обеспечивается дальнейшее нормальное энергопитание. В противном случае тиристор вновь открывается и источник входит в режим генерации. Средний ток разряда аккумуляторной батареи определяется скважностью импульсов генерации, которая, в свою очередь, определяется постоянной времени элементов 10-12 и 1820. Такое Т-образное включение резисторов и.конденсатора обусловлено требованиями искробезопасности. Эти элементы заливаются эпоксидным компаундом и считаются неповреждаемыми. При закорачивании одного из выводов узла задержки на другую ш;ину питания конденсатор может заряжаться или разряжаться. Чтобы ограничить ток, который может превышать искробезопасные величины, :. ставят резисторы с двух сторон конденсатора. При ликвидации аварийного состояния нагрузки обеспечивается восстановление нормальной работы источника. Таким образом, наличие в базовой цепи параллельного ключа, резистора и конденсатора обеспечивает открываjffle последнего только после надежного закрывания последовательного ключа, тем самым исключается аварийный реясим упомянутого. Это позволяет испойьзовать маломощный транзистор, что обеспечивает более нащежное восстановление тиристора, следовательно, и всего источника в целом. Кроме того, при этом уменьшается средний ток разряда аккумуляторной батареи, так как исключается закорачивание последней через оба открытые ключа. При этом в аварийном режиме средний ток, потребляемый от аккумуляторной батареи, определяется током короткого замыкания последней

и отношением величин интервалов времени нахождения парешлельного ключа в открытом и закрытом состояниях, которое может быть изменено в широких пределах и тем Сс1мым потребляемый ток можно уменьшить до рпределенйой величины.

Формула изобретения

Искробезопасный источник питания по двт. св. 765931, отличающийся тем, что, с целью по вышения надежности коммутации на- грузки источника питания, он допол-, нительно снабжен конденсатором и резистором,включенными в базовую цепь параллельного транзисторного ключа, при этом резистор одним выводом подключен к размыкающему контакту реле,

другим выводом - к упомянутому конденсатору, соединенному с положительной шиной аккумуляторной батареи и резистором, подключенным к эмиттеру входного транзистора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 765931, кл. Н 02 Н 7/06, 1978.