PT99193B

PT99193B - Dispositivo para a proteccao contra sobrecorrentes

Info

Publication number: PT99193B
Application number: PT99193A
Authority: PT
Inventors: Ian Paul Aktins; Dennis Malcom Prior; Michael Challis
Original assignee: Raychem Ltd
Priority date: 1990-10-12
Filing date: 1991-10-10
Publication date: 1999-02-26
Also published as: EP0552265B1; IE74157B1; PT99193A; CN1060744A; DE69120958D1; MX9101549A; CN1050458C; IE913603A1; DE69120958T2; AU664539B2; JPH06502063A; AU8662791A; KR930702812A; EP0552265A1; ATE140565T1; GR3021108T3; NO931329L; CA2092999A1; MY107457A; DK0552265T3

Description

DISPOSITIVO PARA A PROTECÇÃO CONTRA SOBRECORRENTES

DESCRIÇÃO

A presente invenção refere-se à protecção de circuitos elêctricos contra sobrecorrentes, por exemplo contra sobrecorrentes provocadas por avarias dos equipamentos ou sobrecorrentes transitórias provocadas por faíscas, descargas electrostãticas, fenómenos transitórios induzidos pelos equipamentos ou outros perturbações.

Muitos circuitos elêctricos, por exemplo os sistemas telefónicos e outros sistemas de distribuição de informação, estão sujeitos, quer a sobrecorrentes transitórias, quer a sobrecorrentes de longa duração, por exemplo devidas a avaria ou curto-circuitos nos equipamentos provocados por danificação do equipamento. Em tais casos, seria desejável incorporar no sistema um dispositivo que protegesse o sistema contra ambos os ipos de sobrecorrentes, mas que automaticamente permitisse que o sistema continue a funcionar depois de ter passado a sobrecorrente transitória.

Descreve-se um dispositivo deste gênero no pedido de patente australiano N^a 48 128/85 de Glynn e outros, no qual se liga um par de transístores de comutação, numa configuração de Darlington, em série com uma linha de circuito, cuja base é comandada por um rectificador de sílicio

SB

controlada (SGR) que detecta a queda de tensão numa resistência em série com o transístor de comutação. Além disso» proporcionam-se circuitos de reposição para repor» ou tentar repor os dispositivo de comutação, periodicamente, no caso de ele ser disparado. Descreve-se um outro circuito de protecçâo contra sobrecorrentes que será reposto automaticamente em funcionamento normal depois de uma sobrecorrente transitória, na patente US 4 202 023, de Sears, Porém, ambos estes circuitos têm um certo número de inconvenientes. Por exemplo, a presença de uma resistência em série adiciona-se a queda de tensão no dispositivo em uso e aumentará a dificuldade e o custo de fabricação do dispositivo sob a forma de circuito integrado porque a resistência terá que transmitir a corrente de carga, na utilização normal. Também, ambos os circuitos tentarão repor-se automaticamente indefinidamente quando o sistema ficar sujeito a uam sobrecorrente de grande duração, tal como a provocada por uma avaria no equipamento, com o resultado de ser necessário desligar o sistema antes de reparar a varia. Além disso, no caso do circuito de Glynn e outros, quando o dispositivo tiver desparado, passando ao seu estado de desligação, permanecerá uma corrente de fuga relativamente elevada através do rectificador SCR, da ordem de 10 a 20 mA.

Assim, segundo a presente invenção, proporciona-se um dispositivo de protecçâo contra sobrecorrentes, que compreende um circuito interruptor destinado a ser ligado em série numa linha do circuito a proteger e que permitira que passem correntes normais no circuito mas que se abrira quando for sujeito a uam sobrecorrente» incluindo o dispositivo um gerador de impulsos que, quando o circuito interruptor se tiver aberto, gerará impulsos num número máximo, finito e predeterminado ou durante um tempo predeterminado, que repõe ou tenta repor o circuito interruptor no seu estado de condução,

A presente invenção tem a vantagem de o número de impulsos que não gerados para repor ou tentar repor o dispositivo, ou o tempo durante o qual eles são gera- 2 -

dos» serem limitados, de modo que, por exemplo, no caso de avaria do equipamento, a fonte não estã ligada continuamente ao equipamento avariado. Assim» a protecção pode discriminar entre avarias transitórias e persistentes no sistema. No caso de uma sobrecorrente, o circuito interromper desligar-se-ã rapidamente e repor-se-á automaticamente ou tentará repor-se automaticamente uma ou mais vezes» no caso da sobrecorrente devida a um fenomeno transitório induzido exteriormente.

Porem, se a sobrecorrente persistir» por exemplo se ela for provocada por uam avaria no circuito de carga, o circuito interruptor voltará iraediatamente ao seu estado de desligação» logo que termine o impulso. Uma vez que isso tenha ocorrido um numero predeterminado de impulsos, o dispositivo manter-se-á indefinidamente no seu estado de desligado.

circuito interruptor compreende de preferência um transistor de comutação destinado a ser lagado em sórie na linha de circuito, e um transístor de comando que determina a tensão de base ou de porta do transístor de comutação, dependendo a sua tensão de base ou de porta da queda de tensão do circuito interruptor. Por exemplo, o transístor de comando pode constituir um ramo de um divisor de tensão ligado em derivação com o transístor de comutação, estando o transístor do comando em paralelo com a base e o emissor ou com a porta e a fonte do transístor de comutação. A polarização da base ou da porta do transistor de comando pode também ser determinado por um divisor de tensão ligado em derivação com o transistor de comutação. No funcionamento normal desta forma de circuito interruptor, quando não passar qualquer corrente pela linha do circuito» estarão desligados ambos os transístores de comutação e de comando* Quando aumentar a tensão na linha, sobe a polarização de base ou de porta, no sentido da condução, do transistor de comutação, devido â resistência relativamente elevada do transistor de comando no seu estado de desligação, até que o transistor de comutação mude para o estado de condução. Em funcionamento normal, o

dispositivo permitirá que a corrente no circuito passe com uma pequena queda de tensão através do transístor de comutação» de cerca de 1,5 V, no caso de um transístor MOSFET no modo de acentuação, ou cerca de 0,65 V no caso de um transístor único de junção bipolar.

Quando a linha for sujeita a uma sobrecorrente, aumenta a queda de tensão no transístor de comutação, aumentando portanto a polarização no sentido da condução de base ou de porta do transístor de comando, até que o transístor de comando mude para o estado de condução, curto-circuitando desse modo a base e o emissor ou a porta e a fonte do transístor de comutação e mudando este transístor para o estado de desligação. Quando isto se verificar, aumenta a tensão através do transístor de comutação, aumentando assim a polarização no sentido da condução da base ou da porta do transístor de comando e bloqueando o dispositivo no seu estado de desligação, mesmo que a sobrecorrente transitória passe.

Esta forma de circuito tem o inconveniente de não exigir qualquer resistência em série na linha do circuito eléctrico para determinar a existência de uma sobrecorrente, de modo que a queda de tensão através do circuito interruptor e devida apenas ã queda de tensão colector-emissor ou dreno-fonte do transístor de comutação. Além disso, a ausência de uma resistência em série reduz o número de componentes que transmitem a corrente a carga, o que permite uma integração mais fácil do dispositivo.

Se o circuito interruptor tiver esta configuração, o gerador de impulsos está de preferência disposto para curco-circuitar a base e o emissor ou a porta e a fonte do transístor de comando, levando assim o transístor para o esado de desligado, o que, por sua vez, levará o transístor de comutação para o estado de ligado. Isto pode conseguir-se proporcionando um transístor de reposição para curto-circuitar” a base e o emissor ou a porta e a fonte do trnasístor de comando, sendo a tensão de base ou de porta do transistor de reposição retirada do gerador de impulsos*

Uma outra forma de circuito interruptor pode ser proporcionada por um interruptor de transístor que comanda a corrente no circuito e tem uma entrada de comando» e um dispositivo de comando que comanda a tensão da entrada de comando e responde e uam sobrecorrente através do interruptor» compreendendo o dispositivo de comando um circuito comparador que compara uam fracçao da tensão através do interruptor com uma tensão de referência e abre o interruptor se a fracção for maior do que a tensão de referência»

Este dispositivo tem a vantagem de permitir variações menos pronunciadas relativamente ã variações de temperatura. Além disos» e possível funcionar com o dispositivo para protecção de circuitos segundo a presente invenção com corrente no circuito muito mais elevadas, sem o perigo de ele disparar com a corrente normal do circuito. Em muitos casos, o dispositivo pode ser operado até 80% da corrente de disparo sem o perigo de ele disparar.

De preferência, o circuito comparador é alimentado pela queda de tensão que se verifica através do interruptor de transístor, podendo assim evitar-se a necessidade de qualquer alimentação separada.

A forma mais simples do dispositivo pode compreender um circuito comparador, por exemplo sob a forma de um amplificador operacional com anel aberto, tendo um terminal de entrada que é ligado a uam referência de tensão e um outro terminal que faz a amostragem da diferença de tensão através do interruptor por meio de um divisor de tensão. A referência de tensão deve ter um comportamento relativamente estável relativamente a variações de temperatura, tendo de preferência um coeficiente de temperatura não superior a + —1 - —1 0,5% K , mais preferencialmente nao superior a + 0,2% K Normalmente seré utilizado um díodo de Zener ou um dispositivo de estabilidade com base no intervalo entre bandas de energia, como regulador da tensão.

A duração, a separação e o número de impulsos dependerão da aplicaçao» Tipicamente gera—se um

impulso atê 15 ms, de preferência até 250 ms, com uma separação dos impulsos de 1 s a 1 hora. 0 dispositivo incorporará normalmento um gerador de impulsos que gera um pequeno numero de impulsos de reposição antes de aprar, por exemplo até 10, em especial atê 3 impulsos. Em muitos dispositivos pode ser desejável que o gerador de impulsos gera um sé impulso antes de parar, de modo sue o dispositivo de prtecção pode distinguir entre um fenómeno transitório na linha e uma sobre corrente devida a uma avaria no circuito de carga.

dispositivo para a protecção de sobrecorrentes segundo a presente invenção pode utilizar transístores bipolares e/ou transístores de efeito de campo. Quando se utilizarem transistores bipolares, eles são de preferência usados numa configuração de Darlington, como transístor de comutação, para reduzir a corrente de base necessária quando o transístor está no estado de condução. Esta corrente de base tem de ser fornecida por via de resistência ligada entre a base e o colector do transístor de comutação. Quando o circuito comutar para o seu estado de bloqueio, o transístor ce comutação tem a sua corrente de base desviada através do transístor de comando (que está agora no estado de condução) e passa a ser uam corrente de fugas. Porém, como a queda de tensão através da resistência é muito maior quando o dispositivo estiver no estado de bloqueio, a corrente de ligação ê maior do que a corrente de base do transistor de comutação. Se se usar um par ou um trio de Darlington como transistor de comutação, o ganho efectivo de corrente contínua será consideravelmente aumentado, de modo que pode usar-se uma resistência muito maior,

Quando se usarem transistores de efeito de campo, preferem-se transistores MOSPET, em especial transistores MOSFET no modo com acentuação, Q dispositivo pode ser produzido como um circuito integrado, caso em que as resistências usadas no circuito interruptor (e no circuito gerador de impulsos) podem ser proporcionadas por transistores MOSFET, por exemplo com portas e drenos ligados em lógica

- 6 NMOS. Em alternativa, o transístor de comando e a resistência que formam ea conjunto o divisor de tensão para a base ou porta do coputador de comutação podem ser proporcionados por um par de transístores FET complementares de canal N e de canal P, ligados na lógica CMOS.

Se se desejar, o circuito pode incluir um díodo emissor de luz ou outros meios para indicar que o circuito comutou.

Pode usar-se um qualquer de um certo número de meios para gerar os impulsos. Em especial quando se pretender um grande número de impulsos gerados, eles podem, por exemplo, ser gerados por ura oscilador estável, conhecido em ai. Para proporcionar um atraso temporal suficiente entre impulsos, pode ser apropriado que o gerador de impulsos inclua um divisor, por exemplo um contador ou um registador de deslocamento, cuja entrada ê alimentada por um oscilador relativamente rápido, por exemplo um dispositivo de cristal ou outro circuito. De facto, pode ser possível que o utilizador especifique a frequência de impulsos, seleccionando a saída do divisor que consegue repor o interruptor, A saída do divisor será normalmente fornecida â entrada do comparador por via de um filtro passa-alto, embora possa utilizar-se um oscilador monostãvel. Se o gerador de impulsos ou quaisquer outros componentes necessitarem de alimentação, é usualmente mais simples retirar a alimentação da queda de tensão através do interruptor, optativamente depois de uma regulação de tensão apropriada, por exemplo por meio de um díodo de Zener, dispositivo segundo a presente invenção pode ser formado usando componentes discretos ou pode ser formado monoliticamente, usando técnicas bem conhecidas. De preferência, o dispositivo é feito na forma monolítica integrada, visto que tais dispositivos são mais baratos e também mais pequenos e mais fiáveis, A utilização de um divisor, como atrás se descreveu tem a vantagem de os valores de quaisquer condensadores no circuito gerador de impulsos podem ser significativamente menores que o que seria necessário na ausência

do divisor, tornando assim o circuito mais apropriado para a integração monolítica»

Ê preferido que o dispositivo não inclua quaisquer componentes em serie com o interruptor de transístor. Uma tal disposição não só reduz a queda de tensão ao longo da linha do circuito como, de maneira mais importante, reduz a área de silício necessária a empregar no desenho de um circuito integrado do dispositivo, reduzindo assim os custos.

Vão agora descrever-se vários circuitos segundo a presente invenção, a título de exemplo, com referência aos desenhos anexos, cujas figuras representam:

A fig. 1, um esquema do circuito de uma primeira forma de dispositivo de protecção segundo a presente invenção;

A fig. 2, um esquema do circuito de uma segunda forma do dispositivo segundo a presente invenção;

	Â	fig.	3, um esquema	do	circuito
de um dispositivo de	acordo	com um	segundo aspecto	da	presente
invenção;	A	fig.	4, um esquema	do	circuito

X., de um outro dispositivo segundo a presente invenção;

A fig. 5, um esquema do circuito de um outro dispositivo segundo a presente invenção;

A fig. 6, um esquema do circuito de outro dispositivo de acordo com o segundo aspecto da presente invenção;

	A fig.	7,	o esquema	do	circuito
de acordo	com a presente invenção,	que	possui uma	estabilidade
elevada a	temperaturas variáveis; e
	A fig»	8,	o esquema	do	circuito

ainda de outro dispositivo.

Com referência â fig. 1 dos desenhos anexos, um dispositivo para a protecçao de um circuito contra sobrecorrentes compreende ura circuito de comutação, à direita da linha a tracejado, e um circuito gerador de impulsos, representando à esquerda dessa linha. 0 circuito de comutação compreende dois transístores (1), dispostos na configuração de Darlington, formando o transístor de comutação. A base dos transistores de comutação ê mantida num divisor de tensão formado por uma resistência e um transístor de comando (2), estando o divisor de tensão ligado em derivação com os transistores de comutação (1) e a base do transístor de comando é mantida num divisor de tensão formado por duas resistências (3) e (4).

gerador de impulsos compreende um circuito de atraso dos impulsos que compreende uma resistência (5) e um condensador (6), que tem uma constante de tempo relativamente elevada, neste caso cerca de 20 s, e que estão ligados à base de ura par de trnasistores (7) e (8) dispostos na configuração de Darlington. A tensão de colector do transístor (8) é fornecida e um circuito limitador dos impulsos que compreende um transistor (9), cuja tensão de base ê ajustada por um divisor de tensão formado por duas resistências (10) e (11) e um condensador (12). Um transistor (13) ê proporcionado em paralelo com o condensador (12) e a resistência (11) para tornar a tensão da base do transistor (9) baixa quando o transistor (13) estiver condutor.

Em funcionamento, em condições normais de corrente, a tensão de base do transistor (2), que é estabelecida pelas resistências (3) e (4), manteri o seu estado de desligação, o que provoca o estado de ligação dos transistores Darlington (1) e permite que passe corrente com uma queda de tensão de cerca de 1,7 V» Se o circuito for sujeito a uma sobrecorrente, a tensão de base do transistor (2) sobe, devido a aumentar a queda de tensão na resistência (4), atê que o transistor (2) fique no estado de condução e os transistores (1) desligados. A queda de tensão no circuito

de comutaçao sobe então consideravelmente devido ao aumento da resistência do transístor (1) o que provoca o aumento da tensão base-emissor do transistor (2) e retém o circuito de comutação no estado de desligado.

Quando isto tiver ocorrido» a tensão através do gerador de impulsos será suficientemente alta para ultrapassar a tensão de limiar do díodo de Zener (14)» carregando-se o condensador (6), Apos 20 s, a tensão de base do transistor (7) terá subido para além de 1,2 V e os transístores (7) e (8) passaram para o estado de ligação e o transistor (13) para o estado de desligação. Nesta altura, a tensão de base do transistor (9) subira» devido ao valor relativamente elevado da resistência (11), o transistor (9) ficará condutor, o transistor de comando (2) será desligado e os transístores de comutação (1) serão forçados para e seu estado de condução.

Quando tiver desaparecido a sobrecorrente que provocou a desligação do circuito de comutação, a queda de tensão através do circuito de comutação, de cerca de 1,7 V, será suficiente para vencer a tensão de Zener do díodo de Zener (14), donde resulta que o circuito gerador de impulsos ficará isolado e o comutador manter-se-á ligado. Mas se persistir a condição de avaria de modo que haja uma tensão elevada nos terminais do circuito de comutaçao, o condensador (12) carregar-se-á fazendo baixar a tensão de base do transistor (9) e comutando-o para o estado de desligação após cerca de 200ms. Isso faz com que o transistor de comando (2) comute para o ensaio de ligação e o transistor de comutaçao (1) para o estado de desligado. Devido ao facto de o condensador (12) ser carregado e se manter carregado, o transistor (9), e portanto o circuito de comutação, manter-se-ão bloqueados no seu estado de desligação, até ser retirada a tensão de alimentação,

A resistência (15) e o díodo de Zener (16) sao proporcionados para garantir que o transistor (13) está inicialmente no estado de ligação, para descarregar o condensador (12) e para assegurar que o transistor (9) está

- 10 no estado de desligação. Um anel de retroacção formado pela resistência (17) e o díodo (18) e proporcionado para impedir

a oscilação do circuito assegurando que os	transístores	(7)
e (8) estão no estado de condução quando	o transístor	(9)
está no estado de bloqueio.
íía fig. 2 está	representada	uma

segunda forma de dispositivo de protecção contra sobrecorrentes segundo a presente invenção. Esta forma do dispositivo utiliza um circuito de comutação que compreende transístores (1) e (2) e resistências (3) e (4) que operam como se descreveu atras com referência ã fig. 1. 0 dispositivo tem um circuito gerador de impulsos que compreende um amplificador operacional (21) que actua como comparador, que compara o valor da tensão de um circuito RC formado pelo condensador (22) e a resistência (23) com uma tensão de referência formado por um divisor de tensão e levando, por conseguência, o circuito de comutação para o estado de condução.

Em funcionamento, quando se verificar uma sobrscorrente e o circuito de comutação se tornar desligado, a tensão na entrada não inversora do amplificador operacional (21) é mais baixa do que a tensão na entrada inversora, de modo que a saída do amplificador operacional é baixa. Quando o condensador (22) se carrega, a tensão na entrada não inversora sobe, ate que, após cerca de 50 s, é mais elevada do que a tensão na entrada inversora, após o que a saída do amplificador opercional (21) toma o valor elevado e o transístor (26) passa para o estado de condução. Isso leva o transístor de comando (3) para o estado de bloqueio e os transístores de comutação (1) para o estado de condução durante um breve intervalo. A tensão de base do transístor (26) ê estabelecida por um divisor de tensão RC formado pelo condensador (27) e a resistência (28). Quando a saída do amplificador operacional passar para o valor elevado, o condensador (27) carrega-se e reduz a tensão de base do transístor (26), fazendo assim passar o transístor (26) para o estado de bloqueio. Isso tem como consequência a passagem dos transístores de comutação

(1) para o estado de bloqueio, se a avaria ainda estiver presente. A constante de tempo do circuito de base RG do transístor (26) é de cerca de 200ms, o que determinará a duração do impulso.

Gomo se descreveu com referência â fig. 1, se a sobrecorrente transsitoria tiver desaparecido, a queda de tensão no circuito de comutação será inferior ã tensão de Zener do díodo de Zener (14) quando os transietores de comutação (1) forem ligados no estado de condução e o circuito gerador de impulsos será isolado. Porém, se a condição de avaria persistir, os condensadores (22) e (27) manter-se-ão carregados e o circuito de comutação manter-se-á no estado de bloqueio até ser desligada a alimentação.

Proporciona-se um anel de retroacção positiva, formado pela resistência (29) e pelo díodo (29’), para impedir que o amplificador opercaional oscile. 0 díodo (29’) impede que a saída do amplificador operacional afecte a carga do condensador (22) quando a saída for baixa,

Â fig, 3 representa uma forma do dispositivo de acordo com o segundo aspecto da presente invenção. Este dispositivo compreende um circuito de comutação formado por transístores (1) e (2) e resistências (3) e (9), que funciona como atrás se descreveu com referência á fig, 1. 0 dispositivo inclui um oscilador astável (30), que está ligado â base do transístor de reposição (31). 0 espaçamento entre os impulsos gerados pelo oscilador astável (30) e a duração dos impulsos sao determinados pelas constantes de tempo dos circuitos RG formados pelo condensador (32) e a resistência (33) e pelo condensador (34) e a resistência (35), respectivamente,

Á fig. 4 mostra outra forma de dispositivo segundo a presente invenção que tenta automaticamente a reposição um número finito de vezes, uma vez que se verifique uma sobrecorrente.

Neste dispositivo, o circuito de

- 12 comutação que compreende os transístores (1) e (2) e as resistências (3) e (4) ê idêntico ao descrito com referência ã fig* 1, 0 gerador de impulso é formado por um certo número de andares idênticos, dos quais estão representados dois (A) e (3), provocando cada um dos andares a geração de um impulso. Cada andar compreende um transístor (131), cuja base está ligada ao colector do transístor (132) (sendo os componentes correspondentes nos diferentes andares iddentificados pelas letras a e b_). A base do transístor (132a,b) está ligada a um divisor de tensão RC formado por uma resistência (133a,b) e um condensador (134a,b) através de um díodo de Zener (135a,b). 0 colector do transístor (131a,b) de cada andar estã ligado ã base do transístor de reposição (136) através de um condensador (137a,b) e do díodo (139a,b). Além disso, o colector de transístor (131) de cada andar que não seja o último andar, estâ ligado ao divisor de tensão RC formado pela resistência (133a,b) e o condensador (134a,b) do andar seguinte.

Em funcionamento normal, o circuito gerador de impulsos serã isolado pelo díodo de Zener (130). Quando o dispositivo ficar sujeito a uma sobrecorrente, o circuito de comutação seré comutado para o seu estado de bloqueio e passará corrente para o circuito gerador de impulsos, carregando os condensadores (134) e (139). Quando a tensão no condensador (134a) subir acima da tensão de rotura do díodo de Zener (135a), o transístor (132a) passará para o estado de condução, lentamente, fazendo com que o transístor (131a) passe rapidamente para o estado de bloqueio* A subida brusca de tensão de colector do transístor (131a) provoca a reposição do transístor (139), num curto intervalo, no estado de condução curto-circuitendo” então as junções base-emissor do transístor de comando (2) e dos transístores de comutação (1) no estado de condução. 0 transístor (136) irá então para o estado de bloqueio, uma vez que o condensador (137a) se carregue. Se a condição de avaria tiver terminado, os transístores (1) ficarão permanentemente no estado de condução. Mas se persistir

a condição de avaria, o condensador (134b) do segundo andar carrega-se até a tensão através do mesmo ser maior do que a tensão de rotura do díodo Zener (135b). 0 segundo andar opera então da mesma maneira que o primeiro andar, de modo que o transístor (131b) será colocado no estado de bloqueio e a tensão de alimentação cai através da resistência (138), fazendo passar os transístores (136) e (1) para o estado de condução. Como anteriormente, se a condição de avaria tiver terminado, os transístores (1) manter-se-ão em condução, mas se ela persistir, o condensador (137b) carrega-se, colocando os transístores (136) e (1) permanentemente no estado de bloqueio.

condensador (139) é íncluido para estabilizar a alimentação do circuito, visto que a alimentaçao do circuito a partir da linha será perdida num curto intervalo quando os transístores (1) são postos no estado de condução, para verificar se a avaria desapareceu.

Ê possível alterar o número de vezes que o dispositivo tenta repor-se automaticamente, simplesmente por alteração do número de andares (de que estão representados a (A) e o (B) do dispositivo.

A fig. 5 mostra ainda outra forma do dispositivo segundo a presente invenção, que tentará repor—se automaticamente um número finito de vezes depois de se ter verificado a corrência de uma sobrecorrente.

Este dispositivo compreende um circuito de protecção contra sobrecorrente que inclui um oscilador astável para fazer com que o circuito tente repor-se automaticamente indefinidamente. Um tal dispositivo esta representada na fig. 3. 0 dispositivo também inclui um par de transístores (42) e (43) que são controlados por um divisor de tensão RC formado pela resistência (44) e o condensador (45), 0 colector do transístor (43) está ligado ã base de um outro transístor (46) que está ligado entre os terminais de base e de emissor do transístor de reposição (47) (correspondente

ao transístor (31) da fig, 36).

Em funcionamento, quando se verifica uma sobrecorrente, o circuito ê comutado para o esatdo de desligado e tenta depois continuamente de maneira automática repor-se, periodicamente, em virtude do oscilador astável, como se descreveu na fig. 3. Além disso, a tensão através do circuito faz com que o condensador (45) se carregue. Quando a tensão do condensador for maior do que a tensão de Zener do díodo de Zener (48), o trnasistor (42) começa a passar lentamente para o estado de condução, depois do que o transístor (43) e levado rapidamente para o estado de bloqueio, Isso faz com que o transístor (46) passe para o estado de condução e curto-circuito” os terminais de base e de emissor do transístor de reposição (47), fazendo assim passar permanentemente o circuito de comutação para o estado de desligado.

Assim, o número de vezes que o circuito tenta repor-se automaticamente (N), ê dado por:

Intervalo de tempo definido pelo circuito RE (44) ^N= eJLM).

Intervalo entre impulsos de reposição proveniente do oscilador astável

S, pode ser facilmente alterado, mudando o valor do condensador (45). Ma forma integrada, pode fabricar-se o dispositivo com auto-reposiçao para uma aplicação específica; dependendo o número de tentativas de reposição da área do contacto do condensador, esse número fica não comprometido atê ser utilizada a máscara de contacto final no processo de fabricação. Isso permite normalizar o grosso do processo de fabrico, independentemente da aplicação, permitindo no entanto também o ajuste fino dos tempos do dispositivo durante os estágios finais da fabricação, para satisfazer requisitos de protecção específicos.

a Fig, 6 representa uma outra forma do dispositivo para a protecção de circuitos de acordo com , o segundo aspecto da presente invenção, no qual um gerador de impulsos tentará fechar o interruptor mais ou menos todos os 20 s, depois de o interruptor ter sido aberto.

circuito de comutação compreende transístores FET de comutação e de comando (61) e (62) e resistência (3) e (4), e foi descrito com referência ã fig» 1, com excepção de que se substituíram os transístores bipolares por transistores MOSFET no modo de acentuação* gerador de impulsos compreende um oscilador estável proporcionando neste caso por um distribuidor de tempos (63) (555 Timer), cuja saída é fornecida a uma entrada de relógio de um contador (64) (4020 14 bit), que actua como divisor. Â saída do contador (64) e fornecida â porta do transístor FET de reposição (65) através de um filtro passa-alto RC, formado pelo condensador (66) e a resistência (67). 0 FET de reposição (65) está ligado em paralelo com a resistência (4), de modo que ”curto-circuitará’^f a porta e a fonte do transístor de comando (62) quando a sua porta toma o estado d nível elevado, tentando tornar condutor o transístor de comutação (61).

distribuidor de tempos (63) e o contador (64) são alimentados por uam alimentação retirada em derivação com o transístor de comutação (61) e regulada em certa medida pelo díodo de Zener (66), ligado entre os terminais de alimentação e de terra do dispositivo. 0 díodo de Zener (66) também protege o contador (64) e o distribuidor de tempos (63) contra a sobretensão. Um outro díodo de Zener de 6,8 V (73) e uma resistência (68) de 5 Kohm estão ligados em série entre os terminais V do distribuidor de tempos cc (63) e o contador (64) e o dreno do transístor de comutação (61),

Em funcionamento, o transístor de comutação (61) estará normalmente no estado de condução, com o transístor de comando (62) no estado de bloqueio. Quando se verificar uma sobrecorrente, a tensão de porta do transístor de comando (62) aumentará, tornando assim o transistor (62) condutor e o transístor de comutação (61) nao condutor. Quando o transistor (61) tiver sido tornado não condutor, a tensão através do mesmo subirá acima de 10 V, proporcionando assim uma alimentação grosseiramente constante de 5V para o distribuidor de tempos (63) e o contador (64). A corrente de fugas que passa através do circuito de alimentação do distribuidor de tempos e do contador será limitada pela resistência (63) e será normalmente da ordem de 1 a 2 mA. Quando o distribuidor de tempos (63) tiver sido alimentado ele oscilará com uma frequência dependente da capacidade do condensador (69) e das resistências (70) e (71), sendo tipicamente da ordem de 400 Hz, por exemplo para um condensador de 1 nF e uma resistência de 1 Mohm. Esta oscilação é fornecida para a entrada de relógio do contador, sendo o bit mais .significativo retirado como saída, tendo uam taxa de repetição de cerca de um em cada 20 segundos. 0 filtro passa-alto RG formado pelo condensador (66) e a resistência (67) gera um impulso de reposição curto em cada flanco de transição para o valor positivo da saída do contador que comuta, um breve intervalo, o transistor de reposição (65) para o estado de condução. Assim, o dispositivo tenta repor o transistor de comutação (61) todos os 20 segundos, durante a sobrecorrente.

A fig. 7 representa ainda outra forma do dispositivo segundo a presente invenção, 0 gerador de impulsos e como se descreve com referência à fig, 6, mas neste caso o circuito de comutação compreende um transistor FET (100) que estã ligado à saída de um amplificador operacional (101) que actua como um comparador. Á entrada não infersora do amplificador operacional (101) estã ligado e um divisor de tensão formado por uma resistência (102) e um díodo de Zener (103), estando a entrada inversora ligada a um segundo divisor de tensão formado por resistência (104, 104*) e (105), estando os dois divisores de tensão em derivação com o transistor de comutação (100). 0 díodo de Zener (103) tem ura coeficiente de temperatura igual a 0,06Z

0s terminais Vcc e da barra de terra do amplificador opercaional (3) estão também ligados

em derivação com o transístor de comutação (100) de modo que o amplificador operacional será alimentado quando o dispositivo fica sujeito a uma sobrecorrente.

Sm funcionamento, o transístor de comutação (100) estará no seu estado de bloqueio atá que se tenha desenvolvido uma tensão suficiente através do mesmo para fazer coo que a saída (101) do comparador accione a porta do transístor de comutação (100). Neste estágio, a entrada não inversora do comparador (101) estará a uma tensão mais elevada do que a da entrada inversora tendo em vista a impedância inicial relativamente elevada do díodo de Zener (103), de modo que a porta do transístor de comutação (100) sera levada a um potencial mais elevado que o do emissor e ficará condutor. Quando o dispositivo estiver sujeito a uma sobrecorrente, por exemplo devido a uma corrente transitória ou a uma avaria da carga ou da fonte a diferença de potencial através do transístor de comutação (100) aumentará, sendo assim aumentada a tensão na entrada inversora do amplificador operacional (101). Â tensão na entrada não inversora do amplificadora operacional (101) também aumentará até atingir a tensão de 2ener do díodo de Zener (103), após o que se mantém relativamente constante. Assim, para sobrecorrente mais elevadas a saída do amplificador operacional irá para o nível baixo, aproximando-se da tensão do barramento negativo, comutando o transístor de comutação (100) para o estado de bloqueio.

Quando o transístor de comutação (100) tiver sido levado para o estado de bloqueio, a tensão através do mesmo subirá para um valor superior 1 10 V, proporcionando assim uma alimentação grosseiramente constante para o distribuidor de tempos (43) e para o contador (44) devido ao díodo de Zener (48). A corrente de fugas que passa através do circuito de alimentação do distribuidor de tempos e do contador será limitada pela resistência (50), sendo normalmente da ordem de 1 a 2 mA. Quando o distribuidor de tempos (43) tiver sido alimentado ele oscilará com uma frequência que depende da capacidade do condensador (51) e do valor da resis18 tência (54) e da (55), sendo tipicamente da ordem de 400 Hz, por exemplo para um condensaodr de 1 n? e uam resistência áe 1 ííohm. Esta oscilação ê fornecida para a entrada do relógio do contador (44), sendo o bit mais significativo retirado como saída, com uma taxa de repetição de cerca de 1 todos os 20 segundos.

Quando a saída do contador cair para o seu valor de nível baixo, a entrada inversora do amplificador operacional (101) ê levada, num curto intervalo, ao nível baixo (à tensão de fonte do transistor de comutação (100)) fazendo assim com que a saída do amplificador operacional suba durante um curto intervalo (dependente da constante de tempo do condensador (46) e da resistência (105) ), tornando o transistor (l¹) condutor. Se a sobrecorrente persistir, a saída do amplificador operacional cairá logo que o impulso acabe e o transistor de comutação (100) manter-se-ã no estado de bloqueio. Assim, o dispositivo tenta repor o transistor de comutação (100) de 20 em 20 segundos, uma vez que tenha sido disparado e atê ser reposto.

Ma fig. S, está representado um outro dispositivo para a protecção de um circuito segundo a presente invenção. 0 circuito de protecção compreende um transistor de passagem (222) que ê accionado por dois transistores (226) e (227) que formam um par Darlington complementar. A base do transistor (227) está ligado a um divisor de tensão que está em derivação com o transistor de passagem (222) e compreende uma resistência (228) e um transistor de comando (229), sendo a base do transistor de comando (229) mantida num divisor de tensão que também está em derivação com o transistor de passagem e ê formado pelas resistências (230) e (231). Um transistor EET de reposição (232) está ligado em paralelo com a resistência (231) entre a base e o emissor do transistor de comando (229).

Um circuito de reposição compreende um distribuidor de tempos programável (250) (4541 Timer) e um contador (241). 0 distribuidor de tempos (240) está ligado

de modo a gerar um impulso cerca de cada 20 segundos, sendo os impulsos fornecidos â porta do transistor de reposição (232) através de um filtro passa-alto RG formado pelo condensador (233) e a ressitência (234), 0 impulso é também fornecido â entrada de relógio do contador (241) e uma saída do contador, neste caso a saída 04, é fornecida para trás ao terminal de reposição mestre do distribuidor de tempos (240), Quer o distribuidor de tempos (240), quer o relógio (241) sao alimentados por uma tensão que aparece através do transistor de passagem, limitada a 10 V pelo díodo de Zener (236).

Quando se verifica uam sobrecorrente, a tensão através do transistor de passagem (22) aumenta até que a tensão de emissor do transistor de comando (229) seja suficiente para o levar ao estado de condução. Isso curto-circuita de facto de junção base-emissor do transistor (227) e coloca no estado de bloqueio os transistores (222), (226) e (227).

Como o transistor de passagem (222) foi tornado não condutor, substancialmente toda a queda de tensão se verifica através do circuito de protecção, alimentando assim o distribuidor de tempos (240) e o contador (241). 0 distribuidor de tempos (240) está programado pelas resistências (242) e (243) e o condensador (244) para gerar impulsos mais ou menos de 20 em 20 segundos, os quais sao enviados para a porta do transistor de reposição (232) recebe um impulso passa ao estado de condução e ⁿcurto-circuita’’ a junção base-emissor do transistor de comando (229), colocando-o no estado de não condução e colocando o transistor de passagem no estado de condução. Se a avaria ainda existir, o transistor de passagem ficará de novo no estado de bloqueio logo que o condensador (233) se tenha carregado suficientemente.

Este processo verifica-se de cada vez que o distribuidor de tempos (240) gera um impulso. No entanto, caad impulso do distribuidor de tempos é fornecido para a entrada do relógio do contador (241) e, uma vez que

- 20 tenham sido gerados oito impulsos pelo distribuidor de tempos (240), a saída do contador vai para o nível e desactiva o distribuidor de tempos. Se a sobrecorrente nao tiver sido eliminada neste estádio, o circuito de protecção continuará a bloquear a corrente na linha ate ser desligada a energia.

Alem disso, é ligado um condensador de 100 nF (247) em paralelo com a resistência (231) e com a junção base-emissor do transistor de comando (229) para desactivar a comutação durante um curto intervalo de tempo quando da ligaçao, no caso de a carga ser capacitiva.

Claims

R E 1 V I N D I C A Ç Õ E S

- I^a Dispositivo para a protecção contra sobrecorrentes, caracterizado por compreender um circuito de comutação que se destina a ser ligado em série numa linha do circuito a proteger e que permitirá a passagem das correntes normais no circuito mas que se abrirá quando sujeito a uma sobrecorrente, incluindo o dispositivo um gerador de impulsos que, quando o circuito de comutação se tiver aberto, gerará impulsos até um número máximo finito ou durante um tempo predeterminado, que repõe, ou tenta repor o circuito de comutação no seu estado de condução,

- 2 '³ Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o circuito de comutação compreender um transistor de comutação que se destina a ser ligado em série na linha do circuito, e um transistor de comando que determina a tensão de base, ou de porta, do transistor de comutação.

- 3* Dispositivo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a tensão de base, ou de porta,

O V ώΐ ser determinada pela queda de tsnsao através do transístor de comutação.

- 4 ^a -

Dispositivo de acordo com a reivin- dicaçao 3, caracterizado por a base, ou porta, do transistor de comando ser mantida num divisor de tensão que ê ligado

em paralelo com o transístor de comutação.

- 5ã Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 2 a 4, caracterizado por o gerador de impulsos estar disposto por forma a curtocircuitar a base e o emissor» ou a porta e o fonte, do transístor de comando quando se gera um impulso*

- 6^a Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por incluir um transístor de reposição para curtocircuitar a base e o emissor, ou a porta e a fonte, do transístor de comando, sendo a tensão de base, ou de fonte, do transístor de reposição tomada a partir do gerador de impulsos,

- 7- Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 2 a 6, caracterizado por o transístor de comutação e/ou o transístor de comando serem consituidos por um transístor MOSFET que funciona no modo acentuado (enhancement mode).

- 8^a Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 6, caracterizado por o transístor de comutação compreender uma pluralidade de transístores de junção bipolar numa configuração de Darlington.

Dispositivo de acordo com a reivin- 22 dicação 1, caracterizado por o circuito de comutação compreender um transistor de comutaçao destinado a ser ligado em série na linha do circuito e um circuito comparador que compara uma fracçao de tenção através do comutador com uma tensão de referência e abre o comutador se a fracção for maior do que a tensão de referência,

- 102 _

Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 9, caracterizado por não incluir qualquer componente resistivo em série com o transistor de comutação, de modo que qualquer queda de tensão através do circuito de comutação é devida apenas à queda de tensão colector-emissor, ou dreno-fonte, do transistor de comutação, _ χία .

Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 11» caracterizado por o gerador de impulsos compreender um contador cuja entrada ê alimentada por um oscilador astãvel.

- 12^a Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 12, caracterizado por o impulso, ou cada um dos impulsos gerados pelo gerador de impulsos ter uma duração não superior a 250 ms.

A requerente reivindica as prioridades dos pedidos britânicos apresentados em 12 de Outubro de 1990, 5 de Dezembro de 1990 e em 13 de Dezembro de 1990, sob os N-s. 9022261,3, 9026518,2 e 9027111,5, respectivamente.