Устройство электронной защиты Советский патент 1982 года по МПК G05F1/58 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты стабилизированных источников питания Известно устройство комплексной электронной защиты стабилизатора напряжения, содержащее включенные последовательно в выходную шину стабилизатора регулирующий транзистор и датчик тока, транзистор защиты, эмит тер которого подключен к выходу стабилизатора, база через первый резистор - к эмиттеру регулирующего транзистора и через последовательно соединенные второй резистор и стабилитрон - к общей шине, а между коллект (iOM и базой транзистора защиты включен конденсатор, дифференциальный усилитель (ДУ) на двух транзисторах в цепи эмиттеров которых включен ток питающий каскад с токостабилизирующим транзистором, и подключенный к источнику опорного напряжения, подсоединенного через кнопку к входным зажимам стабилизатора напряжения, делитель опорного напряжения, подключенный средней точкой к первому входу ДУ, делитель выходк ого напряжения стабилизатора, подключенный средней точкой ко второму входу ДУ, и блокирующий транзистор, соединенный базой через делитель с первым выходом ДУ, эмиттером - с общей шиной, а коллектором подключенный к базе регулирующего транзистора и через последовательно соединенные диод и третий резистор к коллектору .транзистора защиты, причем их общая точка (анод диода) соединен с базой токостабилизирующего транзистора 1. Наиболее близким к предложенному устройству по технической сущности является устройство комплексной электронной защиты ВИП, содержащее стабилизатор напряжения, подключенный своим входом к выходу источника питания, имеющим общую шину с стаби397лизатором напряжения, источник опорного напряжения, подсоединенный своим входом к выходу источника питания а выходом - к первому входу ДУ,датчик то КЗ, включенный последовательно в силовую шину стабилизатора напряжения и делитель выходного напряжения, включенный параллельно выходным выводам, а средней точкой соединенный с вторым входом дифференциального усилителя 2. Недостатками устройства являются, прежде всего, низкое быстродействие срабатывания устройства за1циты при, как правило, медленном изменении уров ня контролируемого ппараметра стабилизатора напряжения и особенно в случае корЪткого замыкания на выходе стабилизатора. Целью изобретения является повышение быстродействия и надежности работы устройства электронной защиты. Поставленная цель достигается тем, что в устройство электронной защиты введены эмиттерный повторитель, цепь импульсного смещения и триггер, подсоединенный своим выходом через резистор к третьему входу дифференциаль ного усилителя, первым входом - парал лельно к датчику тока, а вторым входом - к выходу эмиттерного повторителя, подсоединенного к защитному входу стабилизатора напряжения, а вход эмит терного повторителя через развязывающие диоды подключен к выходам дифференциального усилителя, цепь импульс ного смещения, выполненная в виде последовательно включенным конденсато ра, зашунтированного резистором, и ди ода, подсоединена входом к выходу источника питания, а выходом - к третье му входу дифференциального усилителя. На чертеже представлена принципиальная схема устройства электронной защцты. Устройство содержит имеющие общую шину стабилизатор напряжения 1 (СИ) с импульсным или непрерывным регулированием, источник питания 2, к одному выходу которого подключен стабилизатор напряжения 1, дифференциальный усилитель 3 (ДУ) имеющий три входа и два выхода, подключенный через кноп ку к другому выходу источника питания 2, источник опорного напряжения, состоящий из последовательно включенных резистора 5 и стабилитрона 6, и подключенный входом через кнопку А к плюсу источника питания 2, а выходомк первому входу ДУ 3. делительвыходного напряжения 7, подключенный своими концами к нагрузке 8, а средней точкой - ко второму входу ДУ 3, цепь подачи импульснрго смещения 9 на вход ДУ 3, состоящую из последовательно включеннь1х конденсатора 19, зашунтированного резистором 11 и диода 12 и подключенную с одной стороны через кнопку Ц к плюсу источника питания, а с другой - к третьему входу ДУ 3, датчик тока 13, подключенный между плюсом стабилизатора напряжения 1 и нагрузкой 8, триггер 1, выпопненный на транзисторах 15 и 1б разного типа проводимости и последовательно включенных резисторах 17 и 18, присоединенных между коллектором транзистора 15 и.общей шиной, а средней точкой - к базе транзистора 16, резистора 19, подключенным между коллектором транзистора 16 и базой транзистора 15, потенциометра 20, присоединенным своими концами к нагрузке 8,- а средней точкой - к базе транзистора 15, цепи эмиттерного смещения транзистора 15, состо чщей из последовательно включенных резистора 21, присоединенного к общей шине, и диода 22, анодом подключенного к плюсу стабилизатора напряжения 1, а средней точкой - к эмиттеру транзистора 15, один выход триггера (коллектор транзистора 16) присоединен через резистор 23 к третьему входу ДУ 3, а первый вход триггера It .(анод диода 22 - потенциометр 20) подключен параллельно к датчику тока 13, эмиттерный повторитель на транзисторе 2Ц, коллектором подключенный к источнику питания 2 через кнопку j, входом - к выходам ДУ 3 через развязывающие диоды 25 и 26 с эмиттером присоединенной к входу хзащиты стабилизатора напряжения 1 и через резистор 27 - ко второ му входу триггера I база транзистора 16, Устройство защиты работает следующим образом. В исходном состоянии кнопка k замкнута, на первый вход ДУ 3 поступает опорное напряжение со стабилитрона 6, а на второй вход ДУ 3 - контролируемое напряжение с нагрузки 8 через делитель выходного напряжения 7- На третий вход ДУ 3 подается некоторый положительный уровень напряжения с

нагрузки 8 через потенциометр 20 и резисторы 19, 23, так как в исходном состоянии транзисторы 15 и 16 триггера 1 находятся в закрытом состоянии за счет подачи отрицательного смещения в эмиттер транзистора 15 р-п-р типа проводимости. На выходах ДУ 3 имеется низкий положительный уровень напряжения, который не может перевести транзистор- 16 триггера 14 в открытое состояние (через развязывающие диоды 25 и 26 и эмиттерный .повторитель на транзисторе 24). Низкий уровень положительного напряжения, снимаемый с эмиттера транзистора 24, не выключает стабилизатор напряжения 1 по защитному входу.

При уменьшении выходного напряжения стабилизатора напряжения 1 до минимально допустимого уровня напряжение на одном из выходов ДУ 3 повы-. шается и поступает через диод 25 или 26 на базу транзистора Д и далее через резистор 27 на второй вход триггера 14 (база транзистора 16). При .достижении сигналом уровня порога .срабатывания триггера 14 по второму ;входу последний срабатывает, транзис|торы 15 и 16 переходят во включенное {состояние. При этом низкое коллектор|ное напряжение насыщения транзистора 1б поступает на третий вход ДУ 3 его токопитающий каскад запирается и на выходах ДУ 3 появляется высокий уровень напряжения. Таким образом, осуществляется нелинейная положительная обратная связь с одновременным запоминанием высокого уровня напряжения на выходах ДУ 3 за счет транзистора 16 триггера 14. Одновременно сигнал высокого уровня, снимаемый с эмиттерного повторителя, выключает стабилизатор напряжения 1 по защитному входу и последний снимает напряжение с нагрузки 8. Это состояние срабатывания устройства электронной защиты может продолжаться неограниченное время, пока поступает питание на ДУ 3, поскольку заперт его токопитающий каскад. Для возврата устройства электронной защиты в исходное состояние необходимо с помощью кнопки 4 обесточить на некоторое время ДУ 3 и эмиттерный повторитель на транзисторе 24 и затем вновь подать напряжение с источника питания 2.

При увеличении выходного напряжения стабилизатора напряжения 1 до

максимально допустимого уровня напряжения на одном из выходов ДУ 3 повышается и поступает через соответствующий диод 25 или 2б на базу транзистора 24 и далее через резистор 27

на второй вход триггера 14 (базу транзистора 16). В дальнейшем процесс срабатывания устройства электронной защиты происходит аналогично предыдущему случаю.

В случае расту1чей перегрузки по току стабилизатора напряжения 1 или короткому замыканию на нагрузке 8 напряжение, снимаемое с датчика тока

13, увеличивается. При достижении напряжением на датчике тока 13 порогового уровня срабатывания триггера 14 по первому входу транзисторы 15 и 16 последнего переходят во включен|ное состояние и весь дальнейший провесе функционирования схемы устройст ва электронной защиты происходит аналогично уже рассмотренным случаям. Одновременно в случае короткого замыкания на нагрузке 8 дифференциальный усилитель 3 дополнительно реагирует и на снижение выходного напряжения стабилизатора напряжения 1, т. е. устройство электронной защиты в этом случае является как бы резервированным и таким образом обладает повышенной надежностью. Потенциометром 20 регулируется пороговый уровень срабатывания - триггера ,14 по первому входу и

тем самым регулируется величина предельно допустимого тока (ток перегрузки стабилизатора напряже(НИЯ) ..

Цепь импульсного смещения 9, состоящая из последовательно включенных конденсатора 10, зашунтированного резистором 11, и диода 12 применена для исключения возможности срабатывания устройства электронной

защиты при включении источника питйния 2 в сеть, В момент включения источника питания 2 в сеть перепад положительного напряжения через нормально замкнутую кнопку 4, конденсатор 10 и диод 12 поступает на третий вход ДУ 3. Конденсатор 10 заряжаясь поддерживает ток токопитающего каскада ДУ 3 на время установления номинального выходного напряжения стабилизатора 1. В установившемся режиме заряженный конденсатор 10 не оказывает влияния на смещение по третьему входу ДУ 3.

Формула изобретения

Устройство электронней защиты, содержащее стабилизатор напряжения, подключенный своим входом к выходу источника питания, имеющим общую шину с стабилизатором напряжения, источник опорного напряжения, подсоединенный своим входом к выходу источника питания, а выходом - к первому входу дифференциального усилителя, датчик тока, включенный последовательно в силовую шину стабилизатора напряжения и делитель выходного напряжения, включенный параллельно выходным выводам, а средней точкой соединенный с вторым входом дифференциального усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности работы, в него вве дены эмиттерный повторитель, цепь импульсного смещения и триггер, подсоединенный своим выходом через ре97 358

зистор к третьему входу дифференциалного усилителя, первым входом - параллельно- к датчику тока, а вторым входом - к выходу эмиттерного повторителя, подсоединенного к защитному входу стабилизатора напряжения, а вход эмиттерного повторителя через развязывающие диоды подключен к выходам дифференциального-усилителя, цепь импульсного смещения, выполненная в виде поеледоватепьно включенного конденсатора, зашунтиро анного резистором, и диода, подсоединена

входом к выходу источника питания, ia выходом - к третьему входу диффе ре;.циального усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № , кл, G 05 F 1/58, 1975.

2.Вопросы радиоэлектроники. Серия общетехническая. 1977i № 12, с. 13 4-136.