PL100049B1 - Tranzystorowy uklad zabezpieczajacy zrodlo napiecia przed przeciazeniem - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest tranzystorowy uklad zabezpieczajacy zródlo napiecia przed przeciazeniem ze zwarciem wlacznie, wspólpracujacy z szeregowym czlonem wykonawczym wlaczonym pomiedzy zródlo napie¬ cia a jego obciazenie.

Do najbardziej rozpowszechnionych ukladów zabezpieczajacych naleza uklady o dzialaniu czynnym, w których stosuje sie rezystor kontrolny, wlaczony szeregowo wjedna z szyn zasilajacych pomiedzy zródlem napiecia a obciazeniem. Najbardziej zblizonymi do przedmiotu wynalazku sa te uklady czynne, w których rezys¬ tor kontrolny wlaczony jest w szyne zasilajaca przeciwna niz czlon wykonawczy. Napiecie powstajace na rezys¬ torze kontrolnym, w wyniku przeplywu przezen pradu obciazenia, kontrolowane jest przez co najmniej jeden tranzystor zabezpieczajacy dolaczony do tego rezystora. Tranzystory zabezpieczajace, z których przynajmniej jeden polaczony jest z czlonem wykonawczym, wytwarzaja w odpowiedzi na przeciazenie sygnal sterujacy dla czlonu wykonawczego* zawierajacy informacje o rodzaju wymaganej reakcji na przeciazenie.

Znane uklady zabezpieczejace posiadaja dwa stany uzyteczne, z których jeden odpowiada warunkom nor¬ malnej pracy, a drugi warunkom pracy przy przeciazeniu. W ukladach o regulacji ciaglej, stan odpowiadajacy normalnej pracy jest stanem stabilnym, a stan odpowiadajacy pracy przy przeciazeniu jest stanem niestabilnym uwarunkowanym statycznie. Uklady te podczas przeciazenia przechodza samoczynnie do stanu niestabilnego, w którym nastepuje ograniczenie pradu obciazenia i w którym pozostaja tak dlugo, jak dlugo istnieje przeciaze¬ nie, a z którego powracaja samoczynnie do pierwotnego stanu stabilnego po zaniku przeciazenia. Istnieje duza róznorodnosc schematowa tych ukladów, a przykladem ich rozwiazania moga byc warianty polaczen pokazane na rysunku 9.16 w ksiazce B.Palczynskiego i W.Stefanskiego „Pólprzewodnikowe stabilizatory napiecia i pradu stalego" Wydawnictwa MON z 1971 r. W ukladach o regulacji dyskretnej obydwa uzyteczne stany pracy sa stanami stabilnymi. Uklady te w chwili zaistnienia przeciazenia przerzucaja sie samoczynnie w sposób skokowy ze stanu normalnej pracy do stanu, w którym praktycznie nastepuje odciecie zródla napiecia od jego obciazenia i w którym pozostaja w sposób trwaly nawet po zaniku przeciazenia. Ponowne przywrócenie ich pierwotnego stanu pracy wymaga zewnetrznej interwencji operatora. Uklady takie oparte sa w wiekszosci na przerzutnikach bistabilnych, a przykladem ich rozwiazania moze byc wersja polaczen pokazana na rysunku 9.12 w wyzej wymienionej ksiazce."> 100049 Wada ukladów zabezpieczajacych o dzialaniu ciaglym jest duza moc strat wydzielana stale w czlonie wykonawczym (szczególnie w glównym tranzystorze regulacyjnym) podczas pracy w stanie duzego przeciazenia, a zwlaszcza podczas zwarcia. Aby w czasie dlugotrwalych lub czesto powtarzajacych sie przeciazen tego rodzaju nie nastapilo przegrzanie czlonu wykonawczego i w konsekwencji jego uszkodzenie, tranzystory regulujace tego czlonu musza byc przewidziane na odpowiednio duza moc admisyjna. Niezaleznie od tego, w razie powaznej awarii w obciazeniu, wywolujacej na ogól stan duzego i dlugotrwalego przeciazenia, uklad taki staje sie nieeko¬ nomiczny energetycznie z uwagi na ciagly pobór wzglednie duzego bezuzytecznego pradu. Z tych wzgledów uklady takie sa malo przydatne w urzadzeniach miniaturowych i oszczednosciowych, w których gospodarowanie zuzyciem energii zródla musi byc bardzo ekonomiczne (pokladowa aparatura satelitarna, polowe przyrzady bateryjne, urzadzenia podwodne, aparaty trudnodostepne itp.). Znane sa wprawdzie uklady ciaglego dzialania o wyjsciowej charakterystyce pradowo-napieciowej tak uksztaltowanej, ze wartosc pradu ograniczenia, a zwla¬ szcza pradu zwarcia, jest zmniejszona do poziomu nizszego od dopuszczalnej wartosci granicznej i roboczej wartosci nominalnej, jednak zmniejszenie to prowadzi praktycznie tylko do czesciowego zlagodzenia obciazen termicznych czlonu wykonawczego, natomiast oszczednosci energetyczne sa niedostateczne. W wielu przypad- ? kach efekty te uzyskuje sie za cene komplikacji ukladowej oraz zmniejszonej pewnosci dzialania, a ponadto w niektórych rozwiazaniach wiaze sie to z obnizeniem ogólnej sprawnosci w stanie normalnej pracy oraz pogor¬ szeniem jakosci funkcjonowania (np. skoki napiecia i pradu na poczatku i koncu zwarcia).

Jedna z bardziej istotnych wad ukladów zabezpieczajacych o dzialaniu dyskretnym jest ich wrazliwosc na zaklócenia zewnetrzne, a zwlaszcza impulsowe, w obecnosci których uklady te przerzucaja sie latwo do stanu odciecia nawet w warunkach normalnego obciazenia. Uklady dzialania dyskretnego sa równiez bardzo wrazliwe na chwilowe przeciazenia impulsowe, które z reguly w sposób krótkotrwaly wystepuja w nieustalonych stanach pracy, na przyklad podczas wlaczania (ladowanie kondensatorów wejsciowych w obciazeniu) lub w czasie gwal¬ townych zmian obciazenia, czy tez w rezymach pracy impulsowej. Konwencjonalne srodki techniczne, stosowane w celu zmniejszenia wrazliwosci tych ukladów zabezpieczajacych na zaklócenia zewnetrzne oraz na krótkotrwa¬ le przeciazenia w nieustalonych stanach pracy, polegaja na zmniejszaniu szybkosci dzialania tych ukladów, glównie przez zablokowanie pojemnosciami kolektorów i baz w tranzystorach zabezpieczajacych. Daje to pewne ograniczone efekty w tym wzgledzie, jednak otrzymuje sie wówczas tylko okreslone opóznienie w samym zadzia¬ laniu ukladu zabezpieczajacego.

Natomiast podczas wystepujacej w takich przypadkach zwloki zadzialania nie zachodzi ograniczenie pradu obciazenia, zas zródlo napiecia zasilajacego i czlon wykonawczy nie sa zabezpieczone i sa narazone w tym czasie na udarowe przeciazenia (ze zwarciami wlacznie), które nie zawsze sa dopuszczalne i które wtedy nalezy ograni¬ czac innymi srodkami. Uklady zabezpieczajace o dzialaniu dyskretnym podczas normalnej pracy pobieraja pe¬ wien prad, co w przypadku niewielkiej mocy roboczej obniza ogólna sprawnosc energetyczna i jest powaznym utrudnieniem w niektórych zastosowaniach oszczednosciowych. Ponadto wiele z tych ukladów wymaga do po¬ prawnego dzialania dodatkowych napiec pomocniczych, a to komplikuje ich rozwiazanie i nie zawsze jest mozli¬ we do spelnienia. Ustawienie ukladu dyskretnego w stanie normalnej pracy wymaga dokonania przez operatora oddzielnej operacji startu, poniewaz samo wlaczenie napiecia zasilajacego nie zawsze ustawia jednoznacznie stan wymagany.

Celem wynalazku jest opracowanie ukladu zabezpieczajacego posiadajacego cztery uzyteczne stany pra¬ cy^ których jeden powinien odpowiadac warunkom normalnej pracy, a trzy pozostale warunkom pracy przy przeciazeniu, przy czym stan normalnej pracy powinien byc stanem stabilnym, z którego uklad powinien w od¬ powiedzi na przeciazenie przechodzic samoczynnie i bezzwlocznie do jednego z dwóch niestabilnych stanów ograniczenia pradowego uwarunkowanych stopniem przeciazenia, a nastepnie, w zaleznosci od czasu trwania przeciazenia, uklad powinien samoczynnie albo przechodzic do stabilnego stanu odciecia obciazenia albo powra¬ cac do normalnego stabilnego stanu pracy. Jednoczesnie celem wynalazku jest, aby pierwszy stan ograniczenia pradowego odpowiadal malym przeciazeniom i byl stanem uwarunkowanym statycznie, zas drugi stan ogranicze¬ nia pradowego odpowiadal duzym przeciazeniom i byl stanem Uwarunkowanym dynamicznie. Jednoczesnie celem wynalazku jest, aby podczas malych przeciazen uklad przebywal dlugotrwale w stanie statycznego ograni¬ czenia pradowego i w przypadku zaniku przeciazenia samoczynnie powracal do stanu normalnej pracy, badz w przypadku zwiekszenia sie przeciazenia przechodzil samoczynnie do stanu dynamicznego ograniczenia prado¬ wego. Jednoczesnie celem wynalazku jest, aby podczas duzych przeciazen uklad przebywal w stanie dynamiczne¬ go ograniczenia pradowego tylko przez czas ograniczony i aby czas ten byl uzalezniony od parametrów ukladu i stopnia przeciazenia w taki sposób, ze w przypadku utrzymywania sie duzego przeciazenia powinien po okreslo¬ nym czasie przechodzic samoczynnie do stabilnego stanu odciecia obciazenia, badz tez w przypadku zaniku przeciazenia lub jego zmniejszenia sie do malej wartosci przed uplywem tego okreslonego czasu, powinien100049 3 odpowiednio powrócic samoczynnie do stabilnego stanu normalnej pracy lub przejsc samoczynnie do stanu statycznego ograniczenia pradowego. Dalszym celem jest, aby przy braku przeciazenia uklad ustawial sie samo¬ czynnie i jednoznacznie w poprawnym stanie pracy po kazdorazowym dolaczeniu zródla napiecia,--natomiast w przypadku dolaczenia zródla napiecia przy istnieniu przeciazenia, uklad powinien zabezpieczac zarówno to zródlo jak i czlon wykonawczy przed udarami pradowymi.

Uklad wedlug wynalazku zbudowano na dwóch tranzystorach zabezpieczajacych o wzajemnie odmiennym typie przewodnictwa, z których pierwszy tranzystor zabezpieczajacy jest dolaczony emiterem do rezystora kon¬ trolnego od strony zródla napiecia, baza pooprzez rezystor do rezystora kontrolnego od strony obciazenia i kolektorem bezposrednio lub poprzez rezystor do wejsciowego punktu regulacyjnego w czlonie wykonawczym, a drugi tranzystor zabezpieczajacy jest dolaczony kolektorem poprzez rezystor do bazy pierwszego tranzystora zabezpieczajacego, baza poprzez rezystor do kolektora pierwszego tranzystora zabezpieczajacego i emiterem do zródla napiecia po stronie czlonu wykonawczego lub do wyjsciowego punktu regulacyjnego w czlonie wyko¬ nawczym, przy czym zlacze baza-emiter drugiego tranzystora zabezpieczajacego jest zbocznikowane kondensato¬ rem.

Uklad nie wymaga zadnych dodatkowych napiec pomocniczych i wstanie normalnej pracy nie pobiera zadnego pnadu. W chwili zaistnienia przeciazenia natychmiast przechodzi do jednego ze stanów ograniczenia pradowego i zabezpiecza zródlo napiecia oraz czlon wykonawczy nawet przed krótkotrwalymi udarami prado¬ wymi. Po przeciazeniach niewielkich lub duzych ale dostatecznie krótkotrwalych, samoczynnie powraca ze stanu ograniczenia do stanu normalnej pracy. Czas przebywania ukladu w dynamicznym stanie ograniczenia pradowe¬ go, bedacy uzytkowo czasem oczekiwania na odciazenie (na zanik przeciazenia), moze byc w prosty sposób zmieniany przez dobór parametrów R i C w ukladzie. Przy danej stalej czasowej RC czas ten zmienia sie samoczynnie w zaleznosci od stopnia przeciazenia w ten sposób, ze przy silnych przeciazeniach, a wiec niebez¬ piecznych dla zródla napiecia i czlonu wykonawczego, czas wyczekiwania jest wzglednie krótki i uklad przecho¬ dzi do stanu odciecia, natomiast przy przeciazeniach niewielkich, a wiec niegroznych, czas wyczekiwania jest stosunkowo dlugi lub nawet nieograniczony. Uklad jest malo wrazliwy na zaklócenia zewnetrzne, prosty w roz¬ wiazaniu, ekonomiczny energetycznie i latwy w realizacji. Moze wspólpracowac zarówno z niezaleznym czlo¬ nem wykonawczym jak i z czlonem wykonawczym wspólpracujacym równoczesnie z innymi ukladami regula¬ cyjnymi, jak np. w petli szeregowego stabilizatora napiecia o dzialaniu ciaglym.

Istota wynalazku jest szczególowo wyjasniona w przykladach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 T-fig.3 przedstawiaja schemat polaczen ukladu zabezpieczajacego przy wspólpracy z czlonem wykonaw¬ czym niezaleznym od obciazenia, a fig. 4 -r fig. 7 - schemat polaczen ukladu zabezpieczajacego przy wspólpracy z czlonem wykonawczym wykorzystywanym równoczesnie w petli regulacyjnej szeregowego stabilizatora napie¬ cia, przy czym czlon wykonawczy na fig. 1 zawiera dwa tranzystory n-p-n w ukladzie OC, na fig. 2 -jeden tranzystor p-n-p w ukladzie OC, na fig. 3- trzy tranzystory p-n-p w ukladzie OE i OC, na fig. 4 - trzy tranzy¬ story n-p-n w ukladzie OE i OC, na fig. 5 - trzy tranzystory p-n-p w ukladzie OC, na fig. 6 - dwa tranzystory monolityczne n-p-n w ukladzie OE, a na fig. 7 - piec tranzystorów kombinowanych.

Na rysunku tym wjedna z szyn zasilajacych pomiedzy zródlem zasilania 1 ajego obciazeniem 2 wlaczony jest czlon wykonawczy 3, z którym wspólpracuje uklad zabezpieczajacy 4 posiadajacy rezystor kontrolny 5 wlaczony w szyne zasilajaca przeciwna niz czlon wykonawczy 3.

W przykladzie pokazanym na fig. 1 czlon wykonawczy 3 zawiera dwa rezystory 6 i 7 oraz dwa tranzystory regulacyjne 8 i 9 o przewodnictwie typu n-p-n, pracujace w ukladzie wspólnego kolektora (OC). Wstepny tranzy¬ stor regulacyjny 8 stanowi stopien pomocniczy, przeznaczony do sterowania glównym tranzystorem regulacyj¬ nym 9. Uklad zabezpieczajacy 4 zbudowany jest na dwóch tranzystorach zabezpieczajacych 10 i 11 o wzajemnie odmiennym typie przewodnictwa. Pierwszy tranzystor zabezpieczajacy 10 o przewodnictwie typu n-p-n, dolaczo¬ ny jest emiterem do rezystora kontrolnego 5 od strony zródla napiecia 1, baza poprzez rezystor 12 do rezystora kontrolnego 5 od strony obciazenia 2 i kolektorem bezposrednio do wejsciowego punktu regulacyjnego 23 czlonu wykonawczego 3. Drugi tranzystor zabezpieczajacy 11 o przewodnictwie typu p-n-p, dolaczony jest kolektorem poprzez rezystor 13 do bazy pierwszego tranzystora zabezpieczajacego 10, baza poprzez rezystor 14 do kolektora pierwszego tranzystora zabezpieczajacego 10 i emiterem do zródla napiecia 1 po stronie czlonu wykonawczego 3. Zlacze baza-emiter drugiego tranzystora zabezpieczajacego 1 l\zbocznikowane jest kondensato¬ rem15. , Czlon wykonawczy 3 na fig. 1 jest ukladowo niezalezny od obciazenia 2, zatem w normalnych warunkach pracy napiecie kolektor-emiter glównego tranzystora regulacyjnego 9 jest praktycznie równe sumie napiec ba¬ za-emiter obu tranzystorów regulacyjnych 8 i 9 i ustawia sie na tej wartosci samoczynnie. W tych warunkach prad plynacy przez rezystor 6 do bazy wstepnego tranzystora regulacyjnego 8 jest znikomo maly i przy odpowiednio4 100049 dobranym rezystorze 6 powstajacy nim spadek napiecia jest niewielki w porównaniu z napieciem baza-emiter potrzebnym do odetkania drugiego tranzystora zabezpieczajacego 11. Rezystor kontrolny Sjest tak dobrany, ze w normalnych warunkach pracy powstajacy na nim spadek napiecia (w wyniku przeplywu pradu obciazenia) jest mniejszy od napiecia baza-emiter pierwszego tranzystora zabezpieczajacego 10, które potrzebne jest do odetkania tego tranzystora. Uklad wówczas znajduje sie w stanie stabilnym, który w normalnych warunkach utrzymuje sie dowolnie dlugo. W tym stanie obydwa tranzystory zabezpieczajace 10 i 11 sa zatkane, caly uklad zabezpieczaja¬ cy 4 nie pobiera zadnego pradu, a na czlonie wykonawczym 3 powstaje stosunkowo niewielki spadek napiecia, który bardzo malo zalezy od wahan pradu obciazenia w normalnym zakresie.

Jezeli w pewnej chwili impedancja obciazenia zmniejszy sie ponizej dopuszczalnej wartosci granicznej, to prad obciazenia osiagnie taka wartosc, ze napiecie na rezystorze kontrolnym 5 odetka pierwszy tranzystor zabezpieczajacy 10. Wówczas w obwodzie bazowym i kolektorowym tego tranzystora poplyna prady, a na rezy¬ storze 6 wytworzy sie dodatkowy spadek napiecia. W wyniku tego, napiecie kolektor-emiterglównego tranzysto¬ ra regulacyjnego 9 zwiekszy sie do nowej wartosci, która jest suma napiecia na rezystorze 6 i napiec baza-emiter obu tranzystorów regulacyjnych 8 i 9. Spowoduje to natychmiastowe ograniczenie pradu obciazenia do okreslo- • ' nej wartosci granicznej i caly uklad zacznie dzialac jak stabilizator pradu. Z chwila przejscia ukladu wstan ograniczenia pradowego wszelkie zmiany impedancji obciazenia ponizej wartosci granicznej powoduja nadazne zmiany pradu kolektorowego w pierwszym tranzystorze zabezpieczajacym 10 i odpowiadajace im zmiany napie¬ cia na czlonie wykonawczym 3, które utrzymuja prad obciazenia na praktycznie stalej wartosci. W tym stanie pracy przewodzi tylko pierwszy tranzystor zabezpieczajacy 10, zas drugi tranzystor zabezpieczajacy 11 jest zatkany. Dalsza praca ukladu zalezy od stopnia zaistnialego przeciazenia i czasu jego trwania.

Jezeli impedancja obciazenia zmniejszyla sie ponizej wartosci granicznej, ale na tyle malo, ze napiecie na rezystorze .6 nie jest w stanie odetkac drugiego tranzystora zabezpieczajacego 11, wówczas uklad znajduje sie w pierwszym stanie ograniczenia pradowego, który jest stanem uzaleznionym statycznie i w którym bedzie prze¬ bywal dopóty, dopóki przeciazenie nie ulegnie istotnej zmianie. W przypadku zaniku przeciazenia, uklad natych¬ miast powróci do stanu normalnej pracy, natomiast gdy przeciazenie zwiekszy sie na tyle, ze napiecie, na rezystorze 6 przekroczy wartosc odtykajaca drugi tranzystor zabezpieczajacy 11, wówczas uklad przejdzie do drugiego stanu ograniczenia pradowego. Czas przebywania ukladu w statycznym stanie ograniczenia nie zalezy ani od parametrów ukladu, ani od wahan stopnia przeciazenia, ani od uprzedniego stanu pracy.

Jezeli impedancja obciazenia zmniejszyla sie na tyle duzo, ze napiecie na rezystorze 6 przekroczylo wartosc odtykajaca drugi tranzystor zabezpieczajacy 11, wówczas uklad znajduje sie w drugim stanie ogranicze¬ nia pradowego, który jest stanem uzaleznionym dynamicznie. Wtedy kondensator 15 laduje sie poprzez rezystor 14 po krzywej eksponcncjalnej dazacej asymtotycznie do wartosci równej napieciu na rezystorze 6.

Jezeli przeciazenie drugiego stopnia utrzymuje sie nadal, to napiecie na kondensatorze 15 po pewnym czasie osiagnie wartosc odtykajaca drugi tranzystor zabezpieczajacy 11 i w jego obwodzie bazowym i kolektoro¬ wym poplyna pracy. Przeplyw pradu kolektorowego w tym tranzystorze powoduje wzrost pradu bazowego i kolektorowego w pierwszym tranzystorze zabezpieczajacym 10 i w konsekwencji wzrost spadku napiecia na rezystorze 6. Jest to równoznaczne ze wzrostem napiecia na czlonie wykonawczym 3 i dalszym ograniczeniem pradu obciazenia do mniejszej wartosci. Wzrost spadku napiecia na rezystorze 6 wywoluje dalszy wzrost pradów w drugim tranzystorze zabezpieczajacym 11, co z kolei powoduje silniejsze przewodzenie pierwszego tranzystora zabezpieczajacego 10 oraz silniejsze ograniczenie pradu obciazenia itd. Zatem w wyniku istniejacego w ukladzie dodatniego sprzezenia zwrotnego proces ograniczania pradu obciazenia bedzie narastal lawinowo i uklad prze¬ rzuci sie do stanu calkowitego odciecia obciazenia 2 od zródla napiecia 1.

Jezeli natomiast w czasie ladowania kondensatora 15 przeciazenie drugiego stopnia ustapi wczesniej niz napiecie na tym kondensatorze osiagnie wartosc odtykajaca drugi tranzystor zabezpieczajacy 11, wówczas uklad natychmiast powróci ze stanu ograniczenia dynamicznego do stanu normalnej pracy lub do stanu ograniczenia statycznego (odpowiednio do stopnia odciazenia). Czas przebywania ukladu w stanie ograniczenia dynamicznego zalezy od parametrów ukladu, od stopnia przeciazenia, od wahan przeciazenia i chwilowych tendencji jego zmian oraz od poprzedniego stanu pracy. Czas ten jest tym dluzszy im wieksza jest stala czasowa RC obwodu calkuja¬ cego, utworzonego z rezystora 14 i kondensatora 15. Zmiany czasu przebywania w tym stanie mozna przeprowa¬ dzac przez dobór pojemnosc^kondensatora 15 lub w ograniczonym zakresie - rezystancji rezystora 14. Czas ten jest tym krótszy im wiekszy jest stopien przeciazenia, to znaczy im wiekszy spadek napiecia powstaje na rezystorze 6 w odpowiedzi na to przeciazenie, bowiem przy danej stalej czasowej RC kondensator 15 szybciej osiaga odtykajaca wartosc napiecia przy wysokich poziomach asymptoty ladowania niz przy jej poziomach niskich. I tak na przyklad przy najwiekszym stopniu przeciazenia jakim jest krótkie zwarcie, pierwszy tranzystor zabezpieczajacy 10 silnie przewodzi, spadek napiecia na rezystorze 6 staje sie bardzo duzy (równy wejsciowemu100049 5 napieciu zródla zasilania 1 pomniejszonemu o sume napiec baza-emiter obu tranzystorów regulacyjnych 8 i 9 i o spadek napiecia na rezystorze kontrolnym 5) i uklad stosunkowo szybko przechodzi do stabilnego stanu odciecia, chroniac zródlo napiecia 1 i czlon wykonawczy 3 przed tym niebezpiecznym przeciazeniem.

Jezeli podczas ladowania kondensatora 15 stopien przeciazenia ulega wahaniom, wówczas waha sie odpo¬ wiednio napiecie na rezystorze 6 wplywajac w okreslony sposób na czas przebywania ukladu w stanie ogranicze¬ nia dynamicznego, przy czym zmiany obciazenia o tendencji zwyzkowej wplywaja na ten czas skracajaco i od¬ wrotnie.

Jezeli przeciazenia powtarzaja sie nadmiernie czesto, to chociaz czas trwania poszczególnych przeciazen jest stosunkowo krótki, wówczas uklad dzieki wlasnosciom pamieciowym ukladu calkujacego przejdzie po pewnym czasie do stabilnego stanu odciecia, traktujac ten rodzaj przeciazen jako w usrednieniu niebezpieczny dla zródla 1 i czlonu wykonawczego 3.

Jezeli przy danym stopniu przeciazenia uklad przejdzie do stanu ograniczenia dynamicznego bezposrednio ze stanu normalnej pracy (wzglednie szybko), to czas jego przebywania w tym stanie bedzie dluzszy niz wtedy, ! gdy przy takim samym stopniu przeciazenia przejdzie on po uprzednim dluzszym przebywaniu w stanie ograni¬ czenia statycznego. Wynika to stad, ze w pierwszym przypadku kondensator 15 zaczyna sie ladowac praktycznie od zerowej wartosci napiecia, a drugim przypadku jest on juz wstepnie naladowany do pewnego poziomu.

\ W rezultacie uprzednie przebywanie w stanie ograniczenia statycznego zostanie dzieki pamieciowym wlasciwo¬ sciom ukladu uwzglednione w jego logice dzialania.

\ W stabilnym stanie odciecia obydwa tranzystory regulacyjne 8 i 9 sa zatkane, zas obydwa tranzystory zabezpieczajace 10 i 11 przewodza, przy czym pierwszy z nich jest nasycony. Tranzystory zabezpieczajace 10 i 11 podtrzymuja sie wzajemnie wstanie przewodzenia pomimo calkowitego braku pradu obciazenia i tym samym utrzymuja ciagle w stanie zatkania obydwa tranzystory regulacyjne 8 i 9. Przy odpowiednio dobranych parametrach ukladu, prad pobierany w tym stanie przez uklad zabezpieczajacy 4 ze zródla napiecia 1 jest niewielki w porównaniu z nominalna wartoscia roboczego pradu obciazenia w stanie normalnej pracy. W celu przywrócenia normalnych warunków pracy wystarczy odlaczyc zródlo napiecia 1 i po pewnym czasie (po rozladowaniu sie z kondensatora 15 do napiecia nizszego od wartosci odtykajacej drugi tranzystor zabezpieczaja¬ cy 11) ponownie zródlo to dolaczyc. Jezeli w chwili wlaczania nie ma przeciazenia, to uklad jednoznacznie ustawi sie wstanie normalnej pracy, jezeli natomiast przeciazenie istnieje, wówczas uklad przejdzie do stanu odciecia z zachowaniem warunku ograniczenia pradowego w stanach posrednich.

Dzialanie ukladu zabezpieczajacego 4 nie zalezy od ilosci tranzystorów regulacyjnych uzytych w czlonie wykonawczym 3, ani od typu ich przewodnictwa. Poprawna wspólprace ukladu zabezpieczajacego 4 z czlonem ' wykonawczym 3 uzyskuje sie przez proste dostosowanie ukladu zabezpieczajacego 4 do róznych rodzajów rozwiazania ukladowego czlonów wykonawczych oraz do okreslonego usytuowania obu tych czlonów 3 i 4 wzgledem zródla napiecia 1 i obciazenia 2, a takze przez wlasciwy dobór uzytych elementów i ich parametrów.

Jest zasada, ze jezeli czlon wykonawczy 3 wlaczony jest w szyne zasilajaca od strony dodatniego bieguna zródla zasilania 1, wówczas w ukladzie zabezpieczajacym 4 pierwszy tranzystor zabezpieczajacy 10 musi miec przewo¬ dnictwo typu n-p-n, a drugi tranzystor zabezpieczajacy 11 — przewodnictwo typu p-n-p i odwrotnie. W przykla¬ dzie pokazanym na fig. 2 zastosowano prosty jednotranzystorowy czlon wykonawczy 3 wlaczony szyne zasila¬ jaca od strony ujemnego bieguna zródla zasilania 1. W ukladzie zabezpieczajacym 4 pierwszy tranzystor 10 jest typu p-n-p, a drugi 11 typu n-p-n.

Na figurze 2 pokazano ponadto przyklad prostego zwiekszenia stalej czasowej obwodu calkujacego przez podzial szeregowego rezystora 14 na dwie czesci i dodanie równoleglego kondensatora 16. Mozliwy jest takze podzial rezystora 14 na wieksza ilosc czesci i uzupelnienie obwodu calkujacego wieksza liczba kondensatorów dodatkowych. Jednotranzystorowy czlon wykonawczy 3 stosowany jest praktycznie w przypadkach malych roboczych pradów obciazenia lub przy uzyciu ukladu zabezpieczajacego 4 z tranzystorami wiekszej mocy (a zwlaszcza pierwszego tranzystora zabezpieczajacego 10). W tym przypadku, napiecie kolektor-emiter tranzy¬ stora regulacyjnego 8 jest w normalnych warunkach pracy niewiele wieksze od jego napiecia baza-emiter.

W przypadku pracy z duzymi pradami obciazenia, stosowane sa wielotranzystorowe czlony wykonawcze.

W przykladzie pokazanym na fig. 3 czlon wykonawczy 3, oprócz wstepnego tranzystora regulacyjnego 8 i gló¬ wnego tranzystora regulacyjnego 9, zawiera jeszcze jeden dodatkowy tranzystor regulacyjny 20. Wszystkie tran¬ zystory sa typu p-n-p, przy czym tranzystory regulacyjne 8 i 9 pracuja w ukladzie wspólnego emitera (OE), a tranzystor regulacyjny 20- w ukladzie wspólnego kolektora (OC). Kolektor pierwszego tranzystora zabezpie¬ czajacego 10 polaczony jest z wejsciowym punktem regulacyjnym 23 poprzez rezystor 17, a emiter drugiego tranzystora zabezpieczajacego 11 równiez polaczony jest z wejsciowym punktem regulacyjnym 23.

Dzialanie ukladu zabezpieczajacego 4 nie rózni sie od opisanego wyzej, przy czym o poszczególnych stanach jego pracy decyduje spadek napiecia na rezystorze 17. Regulacyjny spadek napiecia na czlonie wykonaw-6 100049 czym 3 jest suma napiec baza-emiter dwu tranzystorów regulacyjnych 9 i 20 oraz napiecia na rezystorze 19.

W wyniku dzialania czlonu wykonawczego 3 w sposób niezalezny od obciazenia 2, napiecie na rezystorze 19 w normalnych warunkach pracy ustawia sie samoczynnie na malej wartosci, a przez rezystor 18 nie plynie prad.

Zatem emiter drugiego tranzystora regulacyjnego 11 moze byc dolaczony do zródla zasilania 1 od strony czlonu wykonawczego 3 (jak na fig. 1 i fig. 2) zamiast do wejsciowego punktu regulacyjnego 23. Wówczas o poszczegól¬ nych stanach pracy ukladu decyduje suma napiec na rezystorach 17 i 18.

W przykladzie pokazanym na fig. 4, dzialanie czlonu wykonawczego 3 uzaleznione jest nie tylko od ukladu zabezpieczajacego 4, ale równiez od obciazenia 2. W normalnych warunkach pracy uklad zabezpieczajacy 4 jest nieczynny, a czlon wykonawczy 3 i jego obciazenie 2 tworza petle regulacyjna szeregowego stabilizatora napiecia. W warunkach przeciazenia interweniuje uklad zabezpieczajacy 4, w wyniku czego powstaje w stanach ograniczenia petla regulacyjna szeregowego stabilizatora pradu. Obciazenie 2 obejmuje soba wlasciwe obciazenie stabilizatora 21 oraz inne elementy regulacyjne (zródlo odniesienia, uklad porównujacy wraz ze stopniem wzmacniacza bledu). W tym przypadku emiter drugiego tranzystora zabezpieczajacego 11 nie moze byc dolaczo¬ ny do zródla zasilania 1 od strony czlonu wykonawczego 3, poniewaz w wyniku przeplywu pradu przez rezystor 18 wstanie normalnej pracy, powstaje na tym rezystorze stosunkowo duzy spadek napiecia* Spadek napiecia na rezystorze 19 wraz z suma napiec baza-emiter tranzystorów regulacyjnych 9 i 20 okresla regulacyjne napiecie czlonu wykonawczego 3.

Na figurze 5 pokazany jest zabezpieczony przed przeciazeniem szeregowy stabilizator napiecia, w którym regulacyjne napiecie czlonu wykonawczego 3 okreslone jest spadkiem napiecia na rezystorze 22, oraz suma napiec baza-emiter trzech tranzystorów regulacyjnych 8, 9 i 20. W przykladzie pokazanym na fig. 5 (podobnie jak na fig. 1 -rfig. 4) wszystkie obwody elementów skladowych obciazenia 2 sa zasilane poprzez czlon wyko¬ nawczy 3.

Na figurze 6 pokazano przyklad stabilizatora napiecia, zbudowanego w oparciu o okreslony typ regulatora scalonego 24, w którym zamiast wewnetrznego ukladu zabezpieczajacego o dzialaniu ciaglym uzyty zostal uklad zabezpieczajacy 4. W przykladzie tym caly czlon wykonawczy 3 stanowi integralna czesc regulatora scalonego 24, przy czym wejsciowy punkt regulacyjny 23 tego czlonu jest wyprowadzony na zewnatrz. W roz¬ wiazaniu tym pewna czesc obwodów regulatora scalonego 24 zasilana jest bezposrednio ze zródla napiecia 1 z pominieciem czlonu wykonawczego 3. W tych warunkach uklad zabezpieczajacy 4 moze chronic zródlo napiecia 1 przed przeciazeniami zaistnialymi w zewnetrznym obciazeniu stabilizatora 21 oraz tylko w niektórych obwodach regulacyjnych (podobnie jak to ma miejsce przy wykorzystaniu wewnetrznego ukladu zabezpieczaja¬ cego w regulatorze scalonym 24). Ograniczonosc zabezpieczenia jest analogiczna w przykladzie pokazanym na fig. 7, na której przedstawiony jest stabilizator napiecia, zbudowany w oparciu o inny, okreslony typ regulatora scalonego 24. W stabilizatorze tym czesc tranzystorów czlonu wykonawczego 3 zawarta jest wewnatrz regulatora scalonego 24, a czesc stanowi uzupelnienie zewnetrzne.

W przykladach pokazanych na fig. 1 t fig. 6 wejsciowy punkt regulacyjny 23 czlonu wykonawczego 3 polaczony jest bezposrednio z baza wstepnego tranzystora regulacyjnego 8, natomiast punkt ten wyprowadzony ze scalonej czesci czlonu wykonawczego na fig. 7 polaczony jest z baza wstepnego tranzystora regulacyjnego 8 poprzez tranzystor 25 w polaczeniu diodowym. Moga byc równiez wykorzystywane inne posrednie wejsciowe punkty regulacyjne, wyprowadzone poprzez rezystory, diody, tranzystory i tym podobne elementy pomocnicze. nrl i L_. —+—i I % 7 Prac. Poligraf, UP PRL naklad 120+18 Cena 45 zl

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Tranzystorowy uklad zabezpieczajacy zródlo napiecia przed przeciazeniem, wspólpracujacy z czlonem wykonawczym wlaczonym szeregowo w jedna z szyn zasilajacych pomiedzy zródlo napiecia a jego obciazenie oraz zawierajacy rezystor kontrolny wlaczony szeregowo w szyne zasilajaca przeciwna niz czlon wykonawczy, znamienny tym, ze jest zbudowany na dwóch tranzystorach zabezpieczajacych (10, 11) o wzajemnie odmiennym typie przewodnictwa, z których pierwszy tranzystor zabezpieczajacy (10) jest dolaczony emiterem do rezystora kontrolnego (5) od strony zródla napiecia (1), baza poprzez rezystor (12) do rezystora kontrolnego (5) od strony obciazenia (2) i kolektorem bezposrednio lub poprzez rezystor (17) do wejsciowego punktu regulacyjnego (23) czlonu wykonawczego (3), a drugi tranzystor zabezpieczajacy (11) jest dolaczony kolektorem poprzez rezystor (13) do bazy pierwszego tranzystora zabezpieczajacego (10), baza poprzez rezystor (14) do kolektora pierwszego tranzystora zabezpieczajacego (10) i emiterem do zródla napiecia (1) po stronie czlonu wykonawczego (3) lub do wejsciowego punktu regulacyjnego (23), czlonu wykonawczego (3), przy czym zlacze baza-emiter drugiego tranzystora zabezpieczajacego (11) jest zbocznikowane kondensatorem (15);100 049 Rg.f Fiq2 Fig 3 I i C±l I J fig. 4 f<9.5100 049 Fig. 6 &#*- !i I i'*