CZ281132B6 - Zapojení napěťové a proudové ochrany - Google Patents

Abstract

Zapojení je tvořeno komparátorem (1) napětí, který ovládá výkonový spínací prvek, realizovaný tranzistorem (3). Změna stavu komparátoru (1), je závislá, jak na velikosti proudu protékajícího zátěží (R), tak na vstupním napětí. V případě překročení nastavené maximální hodnoty proudu dojde k odpojení zátěže (R) stejně jako při vstupním napětí vyšším nebo nižším nežli je stanovená mez.ŕ

Description

Vynález se týká zapojení napěťové a proudové ochrany, využívané zejména při napájení elektronických zařízení z chemických zdrojů.

Při napájení elektronických zařízení je nutno zajistit, aby zdroj nebyl zatěžován proudem větším, než je přípustný a aby napětí zdroje nekleslo pod dovolenou hodnotu. Některá elektronická zařízení smi pracovat jen v určitém rozmezí napájecího napětí, často je třeba tato zařízeni zároveň jistit proti nadproudu, např. v případě přetížení.

Dosud známé obvody pro jištění proti nadproudu proud pouze omezují a neodpojují zátěž od zdroje. V případě nutnosti odpojení zátěže se používají většinou nevratné jističi elementy, jejichž výměna vyžaduje zásah obsluhy. V případě, že se zařízení nachází mimo dosah obsluhy, zůstává trvale odpojeno. Obvody pro jištěni proti překročeni povolených mezi napětí se většinou řeší jako samostatné elektronické obvody s vysokým počtem součástek, což snižuje spolehlivost zařízení a zvyšuje spotřebu.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zapojení napěťové a proudové ochrany podle vynálezu. Zapojení je napájeno ze zdroje, jehož kladný pól je připojen jednak na první vstup vstupního obvodu, jehož výstup je připojen na neinvertující vstup komparátoru s výstupem, připojeným na hradlo tranzistoru, jednak přes první kondenzátor na invertující vstup komparátoru, a jednak přes snímací odpor současně na emitor tranzistoru a k prvnímu odporu. Ten je svým druhým vývodem připojen jednak na invertující vstup komparátoru, a jednak přes první diodu do společného uzlu druhého odporu a první Zenerovy diody. Ta je svou anodou spojena jednak přes paralelní zapojení druhé Zenerovy diody a druhého kondenzátoru k napájecímu vstupu komparátoru, jednak k zápornému pólu zdroje a k druhé výstupní svorce. Druhý vývod druhého odporu je pak připojen ke kolektoru tranzistoru a k první výstupní svorce.

Výhodou zapojeni podle vynálezu je především to, že slučuje nadproudovou, podpéťovou a přepěťovou ochranu do jediného elektronického obvodu s minimálním počtem použitých součástek. Toto zapojení může být použito pro široký rozsah požadovaných napětí a proudů. Jeho dalšími výhodami jsou malá vlastni spotřeba, malý odpor a tím i malý úbytek napětí v sepnutém stavu, velký odpor a tím i dokonalé odpojeni zátěže ve vypnutém stavu. V případě odpojení se funkce obvodu snadno obnoví vypnutím a zapnutím napájecího zdroje.

Zapojení podle vynálezu je znázorněno na přiložených výkresech, kde na obr. 1 a obr. 2 jsou uvedena schémata, využívající odlišné způsoby pro získávání referenčního napětí.

Kladný pól +U zdroje je připojen jednak na první vstup vstupního obvodu 2, jehož výstup je připojen na neinvertující vstup komparátoru 1, jehož výstup je připojen k hradlu tranzistoru 3, jednak přes první kondenzátor 14 na invertuj ící vstup komparátoru 1, a jednak přes snímací odpor 16 současné na emitor tranzistoru 3. a k prvnímu odporu 8. Ten je svým druhým vývodem připojen jednak na invertující vstup komparátoru 1, a jednak přes první diodu 4 do společného uzlu druhého odporu 9 a první Zenerovy diody 6. Ta je svou anodou spojena jednak přes paralelní zapo

-1CZ 281132 B6 jení druhé Zenerovy diody Ί_ a druhého kondenzátoru 15 k napájecímu vývodu komparátoru 1, jednak k zápornému pólu -U zdroje a k druhé výstupní svorce 18. Druhý vývod druhého odporu 9 je pak připojen ke kolektoru tranzistoru £ a k první výstupní svorce

17. Na výstupu zapojení je znázorněna zátěž R. Vstupní obvod 2 je v jednom případě, uvedeném na obr. 2, tvořen třetím odporem 10, přičemž současně je na neinvertující vstup komparátoru 1 připojen vývod pro kompenzaci vstupní napěťové nesymetrie komparátoru 1 a ve verzi, uvedené na obr. 1, je tvořen odporovým děličem 11, 12, k němuž je paralelně připojena druhá dioda 5a k této kombinaci dále šestý odpor 13.

poruchových nadproudové porovnává získaným z 12. U stavech ochrany napětí úbytku je funkce zapojení náskomparátor 1, tvořený za snímacím odporem 16 na Zenerově diodě 7 odzesilovačů vývodu pro kompenzaci třetí odpor

Při jednotlivých ledující. V případě operačním zesilovačem, s referenčním napětím, porovým děličem 11, 12.. U některých typů operačních lze referenční napětí získat přímo na vstupní napěťové nesymetrie, zapojeném přes třetí odpor 10 na kladný pól zdroje a tak dále minimalizovat potřebný počet součástek. Vhodné referenční napětí lze nastavit velikostí třetího odporu 10. Používá se referenční napětí o několik desítek mV nižší, než je vstupní napájecí napětí. V pracovním režimu je napětí na invertujícím vstupu komparátoru 1 větší než referenční napětí, na výstupu komparátoru 1 je napěťová úroveň L a tranzistor 3 je sepnut. Používá se výkonový polem řízený tranzistor s malým odporem v sepnutém stavu. Při dosažení mezní hodnoty proudu se vlivem úbytku na snímacím odporu 16 napětí na invertujícím vstupu přiblíží referenčnímu napětí na komparační úroveň, komparátor 1 změní svou výstupní úroveň na H, tranzistor 3. se zavře a odpojí zátěž R od zdroje. Invertující vstup je přes první diodu 4, druhý odpor 9 a zátěž R zapojen na záporný pól zdroje -U a zátěž R tak zůstává trvale odpojena. Do pracovního odpojením od napájecího napětí a opětovným denzátor 14 připojuje invertující vstup na během přechodového děje při zapnutí.

režimu se zapnutím, kladný obvod uvede První konpól +U zdroje

U přepěťové ochrany zvýšení vstupního napětí první Zenerovy diody 6 způsobí pokles cím vstupu komparátoru 1, což má za následek né komparátoru 1 a odpojení zátěže R.

napětí přes Zenerovo napětí na invertujízměnu výstupní úrovU podpěťové ochrany výstupní úroveň L komparátoru 1 je dána rozdílem mezi vstupním napětím a Zenerovým napětím druhé Zenerovy diody 7. Zmenšením tohoto rozdílu pod prahové napětí tranzistoru 3. vzroste jeho vnitřní odpor. Výsledkem je pokles napětí na invertujícím vstupu komparátoru £, změna jeho výstupní úrovně a odpojeni zátěže. Druhý kondenzátor 15 zvyšuje stabilitu zapojeni. Zároveň lze pro napětí zdroje vyšší než maximální dovolené napětí hradlo - emitor /U_GSinax/ úbytkem na druhé Zenerově diodě 7 snížit toto napětí na dovolenou mez.

U tepelné ochrany tranzistoru £ má zvýšení teploty tranzistoru £ za následek zvětšení jeho vnitřního odporu a odpojení zátěže R jako při podpěťové ochraně. První dioda 4 odděluje obvod nadproudové ochrany od obvodu přepěťové ochrany a od výstupu.

-2CZ 281132 B6

Popsané zapojení lze využít v dalších modifikacích. Výstup komparátoru 1 lze přes oddělovací obvod využit pro signalizaci stavu ochrany. Vhodným zapojením snímače· vybrané fyzikální veličiny lze docílit vypínání obvodu v závislosti na této snímané veličině. Vzhledem k malému počtu součástek je možno zapojení snadno realizovat jako hybridní integrovaný obvod. Jednoduchou úpravou zapojeni lze dosáhnout krátkodobého vypínáni při proudových a napěťových špičkách s automatickým zapnutím, nebo periodického spínání.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (3)

1. Zapojení napěťové a proudové ochrany na bázi kompenzace snímaného a referenčního napětí, vyznačující se tím, že kladný pól /+U/ zdroje je připojen jednak na první vstup vstupního obvodu /2/, jehož výstup je připojen na neinvertujici vstup komparátoru /1/, jednak přes první kondenzátor /14/ na invertujicí vstup komparátoru /1/, jehož výstup je připojen na hradlo tranzistoru /3/, a jednak přes snímací odpor /16/ současné na emitor tranzistoru /3/ a přes první odpor /8/ jednak na invertujicí vstup komparátoru /1/, a jednak přes první diodu /4/ do společného uzlu druhého odporu /9/ a první Zenerovy diody /6/, která je svou anodou spojena současně přes paralelné zapojenou druhou Zenerovu diodu /7/ a druhý kondenzátor /15/ k napájecímu vstupu komparátoru /1/, k zápornému pólu /—U/ zdroje a k druhé výstupní svorce /18/, přičemž druhý vývod druhého odporu /9/ je připojen současně ke kolektoru tranzistoru /3/ a k první výstupní svorce /17/.

2. Zapojeni napěťové a proudové ochrany podle nároku 1, vyznačující se tím, že vstupní obvod /2/ je tvořen odporovým děličem /11, 12/, k němuž je paralelné připojená druhá dioda /5/, jejíž anoda je spojena s prvním vstupem vstupního obvodu /2/ a katoda přes odpor /13/ s druhým vstupem vstupního obvodu /2/, spojeným se záporným pólem /-U/ zdroje, přičemž společný uzel odporového děliče /11, 12/ tvoří výstup vstupního obvodu /2/.

3. Zapojení napěťové a proudové ochrany podle nároku 1, vyznačující se tím, že vstupní obvod /2/ je tvořen třetím odporem /10/, připojeným mezi kladný pól /+U/ zdroje a neinvertujici vstup komparátoru /1/, který je dále spojen s vývodem pro kompenzaci vstupní napěťové nesymetrie komparátoru /1/.