Pierwszenstwo: Opublikowano: 20.XI.1970 60945 •Wl Am U A,* «- m KI. ,riSl tf1, 5Dr\Tmam MKP H 02 m, 3/10 HoZm.l Wspóltwórcy wynalaaku: Janusz Szczepankowski, Edward Milczarek Wlasciciel patentu: Instytut Badan Jadrowych, Warszawa (Polska) Sposób zabezpieczenia zasilacza stabilizowanego przed przeciaze¬ niem szeregowego tranzystora regulacyjnego oraz uklad do stoso¬ wania tego sposobu Przedmiotem zgloszenia jest sposób zabezpiecze¬ nia zasilacza stabilizowanego przed przeciazeniem szeregowego tranzystora regulacyjnego pracujacego jako szeregowy element regulacyjny w zasilaczu stabilizowanym, zapewniajacy powrót ukladu do stanu poczatkowego po ustaniu przeciazenia oraz * uklad do stosowania tego sposobu.Dotychczasowe sposoby zabezpieczen i oparte na nich uklady mozna ogólnie podzielic na samoczyn¬ ne uklady zabezpieczajace z ograniczeniem pradu zwarciowego, powracajace do stanu normalnego po ustaniu przeciazenia! wada których jest ogranicze¬ nie mocy uzytecznej pobieranej z zasilacza, dopusz¬ czalna moca strat w tranzystorze regulacyjnym.Samoczynne uklady zabezpieczen wylaczajace sko¬ kowo tranzystor regulacyjny, powracajace do sta¬ nu normalnego przy ingerencji obslugujacego, wada których jest mozliwosc niezamierzonego wylaczenia zasilacza przy zalaczeniu kolejnych obciazen zwla¬ szcza gdy posiadaja one wlasne uklady filtracyjne z duzymi pojemnosciami, których prad ladowania, zasilacz moze odczuwac jako przeciazenie, co w przypadku zasilania aparatury zwlaszcza tranzysto¬ rowej zasilanej z dwu niezaleznych zródel moze do¬ prowadzic do jej uszkodzenia. Samoczynne uklady zabezpieczenia wlaczajace skokowo tranzystor regu¬ lacyjny i powracajace do stanu normalnego auto¬ matycznie, posiadajace obwody czule na napiecie lub prad i zawierajace z reguly generatory relaksa¬ cyjne oraz element kluczujacy baze tranzystora re- 10 15 25 gulacyjnego, w których jako uklady kluczowania wykorzystywane sa elementy pólprzewodnikowe o skonczonej opornosci wewnetrznej w kierunku prze¬ wodzenia uniemozliwiajacej w stanie zwarcia sku¬ teczne ryglowanie regulacyjnego tranzystora mocy bez dodatkowych zasilaczy polaryzujacych baze, prowadza do rozbudowy urzadzenia i pogarszaja niezawodnosc.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu oraz opartego na nim ukladu, który tych wad nie po¬ siada.Cel ten zostal osiagniety przez kontrolowanie spadku napiecia na szeregowym tranzystorze regu¬ lacyjnym ukladem progowym powodujacym po przekroczeniu progu zadzialania, ograniczenie sko¬ kowo pradu plynacego przez tranzystor szeregowy, poprzez zwarcie bazy tranzystora z jego emiterem przy jednoczesnym zmniejszeniu pradu sterujacego baze tranzystora oraz powodujacym wlaczenie ob¬ wodu impulsowego wymuszajacego powrót zasila¬ cza do stanu poczatkowego po ustaniu przeciazenia przez kluczowanie periodycznymi grupami impul¬ sów obydwu obwodów zabezpieczajacych, zwiera¬ jacego i ograniczajacego, przy czym maksymalny prad plynacy przez tranzystor regulacyjny w wa¬ runkach normalnej pracy jest ograniczony przez sterowanie bazy tego tranzystora z generatora o stalej wydajnosci pradowej.Istota urzadzenia do stosowania sposobu wedlug wynalazku polega na utworzeniu dwu obwodów za- 609453 bezpieczajacych tranzystor regulacyjny przed prze¬ ciazeniem, w których emiter i kolektor tranzystora regulacyjnego polaczone sa ze soba poprzez uklad oporników i diode Zenera przewodzaca tylko w przypadku przeciazenia tranzystora, gdy spadek na¬ piecia na nim przekroczy okreslona wartosc, oraz dodatkowo z emiterem tranzystora generatora o sta¬ lej wydajnosci pradowej sterujacego baze tranzy¬ stora pracujacego w ukladzie wzmacniacza prado¬ wego, którego baza jest polaczona z wyjsciem wzmacniacza sygnalu bledu zasilacza, a emiter jest polaczony z baza szeregowego tranzystora regula¬ cyjnego przy czym emiter i baza tranzystora regu- lacyjnegp sa polaczone dodatkowym tranzystorem przelaczajacym, którego baza poprzez opornik ogra¬ niczajacy jest zalaczona na uklad oporników diody Zenera.Obwód' wymuszajacy powrót ukladu zasilacza do stanu wyjsciowego po ustaniu przeciazenia jest wy¬ konany na transformatorze o dwóch odizolowanych uzwojeniach i tranzystorze blocking generatora, któ¬ rego kolektor polaczony jest przez kondensator z baza tranzystora przelaczajacego i poprzez jedno z uzwojen transformatora z dioda Zenera, przy czym baza tranzystora blocking generatora jest polaczona poprzez drugie uzwojenie* transformatora zaboczni- kowane opornikiem i poprzez opornik ograniczaja¬ cy z emiterem tranzystora generatora o stalej wy¬ dajnosci pradowej.Wynalazek zostal objasniony na przykladzie wy¬ konania na rysunku przedstawiajacym schemat ideowy ukladu zabezpieczajacego przed przeciaze¬ niem szeregowego tranzystora regulacyjnego w zasi¬ laczu.Generator o stalej wydajnosci pradowej zbudowa¬ ny zostal' na tranzystorze 2, diodzie Zenera 18, opor¬ nikach 9, 14, 15. Prad dostarczany z tego generatora rozplywa sie do wzmacniacza sygnalu bledu zasila¬ cza, oraz wzmacniacza pradowego na tranzystorze 3 sterujacym baze szeregowego tranzystora 1 regu¬ lacyjnego ograniczajac w ten sposób maksymalny prad tego tranzystora.Jezeli opornosc obciazenia zasilacza zmaleje poza dopuszczalna wartosc, prad plynacy przez niego nie bedzie sie dalej zmienial, natomiast wzrosnie spa¬ dek napiecia na tranzystorze 1, podobnie wzrasta spadek napiecia na tranzystorze 1 w przypadku przepiec w sieci zasilajacej. Spadek ten jest kontro¬ lowany ukladem progowym na diodzie Zenera 5 i opornikach 7, 8, 14. Napiecie zadzialania diody Zenera 5 jest tak dobrane, ze zaczyna ona przewo¬ dzic o ile spadek napiecia na tranzystorze 1 prze¬ kroczy dopuszczalna wartosc ze wzgledu na moc strat tego tranzystora.Prad plynacy przez diode Zenera 5 oraz oporniki 7, 8, 14 w chwili przeciazenia powoduje powstanie na oporniku 14 spadku napiecia zatykajacego tran¬ zystor 2 generatora o stalej wydajnosci pradowej i zmniejszenie jego pradu do wartosci Ico tego tran¬ zystora. Dodatkowe zabezpieczenie stanowi tranzy¬ stor 4 sterowany wystepujacym po przeciazeniu spadkiem napiecia na oporniku 7, który poprzez opornik ograniczajacy 11 wprowadza go w stan na¬ sycenia, co powoduje zwarcie bazy tranzystora 1 regulacyjnego z jego emiterem. 60945 -v 4. \ Takie dwuobwodowe zabezpieczenie powoduje la¬ winowe przelaczenie pradu kolektora tranzystora1 1 do wartosci minimalnej i nie powodujacej jego* zniszczenia w stanie zwarcia zacisku wyjsciowych 5 zasilacza. Automatyczny powrót do stanu normal¬ nego powoduje impulsowy obwód wymuszajacy wy¬ konany jako generator samodlawny zbudowany na. tranzystorze 6 i transformatorze 12. W warunkach normalnej pracy zasilacza tranzystor 6 lekko prze- 10 wodzi jednak nie generuje. * , W przypadku przeciazenia prad plynacy w obwo¬ dzie diody" Zenera 5 daje na oporniku 9 dodatkowym spadek napiecia, który poprzez opornik ogranicza¬ jacy 17 steruje baze tranzystora 6._ rozpoczynajac 15 generacje grup impulsów próbkujacych odtykaja- cych generator na tranzystorze 2 o stalej wydajnos¬ ci pradowej i jednoczesnie zatykajac tranzystor 4.Odtykanie generatora o stalej wydajnosci pradowej na tranzystorze 2 zachodzi poprzez przerywanie- 20 pradu plynacego przez diode 5 i opornik 9 zwiera¬ niem diody przez obwód tranzystora 6, uzwojenie kolektorowe transformatora 12 i opornik 14. Zaty¬ kanie tranzystora 4 nastepuje przez podanie dodat¬ niego impulsu na baze tego tranzystora z kolektora 25 tranzystora 6 poprzez kondensator 13. Opornik 16 decyduje o ilosci impulsów w poszczególnych gru¬ pach generowanych periodycznie przez blocking ge¬ nerator.Koniecznosc stosowania grup impulsów wynika 30 z zastosowania na wyjsciu zasilacza pojemnosci fil¬ tracyjnych rzedu dziesiatków mikrofaradów oraz z mozliwosci istnienia takich pojemnosci w ukladach zasilanych, które nie moglyby byc naladowane po¬ jedynczymi irripulsami ze wzgledu na ich krótki czas 35 trwania. W przypadku ustania przeciazenia pierw¬ sza grupa impulsów przywraca uklad do polozenia poczatkowego odpowiadajacego normalnej pracy za¬ silacza. 40 PLPriority: Published: 20.XI.1970 60945 • Wl Am U A, * «- m KI. , riSl tf1, 5Dr \ Tmam MKP H 02 m, 3/10 HoZm.l Wynalaak contributors: Janusz Szczepankowski, Edward Milczarek Patent owner: Instytut Badan Jadrowych, Warsaw (Poland) The method of securing the stabilized power supply against overload of the serial regulating transistor and the circuit for the application of this method The subject of the application is a method of securing a stabilized power supply against overload of a series regulating transistor operating as a serial regulating element in a stabilized power supply, ensuring the system return to its initial state after the overload is over, and a system to use this method. the circuits based thereon can be broadly classified into self-limiting short-circuit current limiting circuits which return to normal after the overload is over! The disadvantage of which is the limitation of the usable power taken from the power supply, the permissible power of losses in the control transistor. Automatic protection circuits that shortly switch off the control transistor, returning to the normal state upon intervention by the operator, the defect of which is the possibility of unintentional switching off of the power supply subsequent loads, especially when they have their own filtration systems with large capacities, the charging current of which may be perceived by the power supply as an overload, which in the case of powering devices, especially transistorized devices supplied from two independent sources, may lead to its damage. Automatic protection circuits for switching the regulating transistor step by step and automatically returning to normal state, having circuits sensitive to voltage or current and normally containing relaxation generators and a keying element for the base of a regulating transistor, in which, as switching circuits, semiconductor elements are used with a finite internal resistance in the direction of conduction, which prevents effective interlocking of the regulating power transistor in a short-circuit condition without additional power supplies biasing the base, leads to the development of the device and worsens the reliability. The aim of the invention is to develop a method and a system based on it, This goal was achieved by controlling the voltage drop across the series control transistor with a threshold circuit which, after exceeding the threshold, causes the current flowing through the series transistor to be reduced gradually by shorting the transistor base with its with a miter, while reducing the current controlling the base of the transistor and causing the impulse circuit to be switched on forcing the power supply to return to the initial state after the overload ceases by switching with periodic groups of pulses of both protection circuits, short-circuiting and limiting, with the maximum current flowing through the transistor the control transistor under normal operating conditions is limited by the control of the base of this transistor from a generator with a constant current efficiency. The essence of the device for the application of the method according to the invention consists in creating two circuits protecting the control transistor against overload, in which the emitter and collector of the transistor are regulators are connected with each other through a system of resistors and a Zener diode that conducts only in the case of transistor overload, when the voltage drop on it exceeds a certain value, and additionally with the emitter of the generator transistor with constant current efficiency controlling the base a transistor operating in the current amplifier circuit, the base of which is connected to the output of the power supply error signal amplifier, and the emitter is connected to the base of the serial control transistor, the emitter and the base of the control transistor are connected by an additional switching transistor, the base of which is through a limiting resistor it is connected to the Zener diode resistor circuit. The circuit forcing the power supply system to return to its initial state after the overload is over is made on a transformer with two insulated windings and a generator blocking transistor, the collector of which is connected to the base by a capacitor the switching transistor and through one of the transformer's windings to the zener diode, the blocking base of the generator is connected via the second transformer winding with a resistor and via a limiting resistor to the emitter of the generator transistor with a constant current output. The example of the embodiment in the drawing showing the schematic diagram of the circuit protecting against overload of the series control transistor in the power supply. The generator of constant current efficiency was built on a transistor 2, a Zener diode 18, resistors 9, 14, 15 The current supplied from this generator flows to the power supply error signal amplifier and the current amplifier on the transistor 3 controlling the base of the serial control transistor 1, thus limiting the maximum current of this transistor. If the power supply load resistance decreases beyond the permissible value, the flowing current hence it will not change further, while the voltage drop across transistor 1 will increase, similarly the voltage drop across transistor 1 increases in case of overvoltage in the supply network. This decrease is controlled by a threshold circuit on the zener diode 5 and resistors 7, 8, 14. The operating voltage of the zener diode 5 is selected so that it begins to conduct as long as the voltage drop on transistor 1 exceeds the allowable value due to power loss of this transistor. The current flowing through the Zener diode 5 and the resistors 7, 8, 14 at the time of overload causes a voltage drop on the resistor 14, which clogs the generator transistor 2 with a constant current efficiency and reduces its current to the Ico value of this transistor. An additional protection is provided by the transistor 4, which is controlled by the voltage drop on the resistor 7 after the overload, which, through the limiting resistor 11, makes it saturated, which short-circuits the base of the regulating transistor 1 with its emitter. 60945 -v 4. Such a two-circuit protection causes a win-win switching of the collector current of the transistor 1 1 to the minimum value and not damaging it in a short-circuit condition of the output terminal 5 of the power supply. The automatic recovery to normal state is caused by a pulse forcing circuit designed as a self-inducing generator built on. transistor 6 and transformer 12. Under normal operating conditions of the power supply, transistor 6 conducts slightly, but does not generate. *, In the event of an overload, the current flowing in the circuit of the Zener diode 5 gives an additional voltage drop on the resistor 9, which, through the limiting resistor 17, controls the base of the transistor 6. Starting the generation of 15 groups of pulses tapping the generator on transistor 2 constant current capacity and simultaneously clogging transistor 4. The disconnection of the generator of constant current capacity on transistor 2 occurs by interrupting the current flowing through diode 5 and resistor 9 by shorting the diode through the circuit of transistor 6, collector winding of transformer 12 and resistor 14. Clogging of the transistor 4 takes place by applying a positive pulse to the base of this transistor from the collector 25 of transistor 6 through the capacitor 13. The resistor 16 determines the number of pulses in individual groups generated periodically by the blocking generator. The need to use groups of pulses results from 30 from the use of filtration capacities at the output of the power supply in the order of tens of microfarres and from the possibility of the existence of such capacities in the feed systems that could not be charged with single irripulses due to their short duration. In the event of the overload termination, the first group of pulses returns the system to the initial position corresponding to the normal operation of the power supply. 40 PL