RU1783503C

RU1783503C - Устройство дл токовой защиты источника вторичного электропитани посто нного тока

Info

Publication number: RU1783503C
Application number: SU904877704A
Authority: RU
Inventors: Валерий Иванович Колбин
Original assignee: В.И.Колбин
Priority date: 1990-10-01
Filing date: 1990-10-01
Publication date: 1992-12-23

Abstract

.Использование: дл защиты стабилизаторов и преобразователей напр жени от перегрузки по току. Сущность изобретени : устр-во содержит датчик тока, включенный в одну из выходных шин, защитный транзистор , цепь блокировки управл ющего органа источника электропитани , делитель напр жени , полупроводниковый переход одной проводимости с переходом база-эмиттер защитного транзистора, и узел пр мого смещени . Эмиттер защитного тра Нзистора соединен с одним из выводов датчика тока. Напр жение Un - полупроводникового перехода и 11бэз база-эмиттер защитного транзистора относ тс как Un ибэз. При этом значительно уменьшаетс ток к.з. Дл повышени стабильности порога срабатывани защиты при изменении температуры в устр-во может быть введен дополнительный делитель напр жени , подключаемый параллельно полупроводниковому переходу. При этом напр жени ид на одном из плеч дополнительного делител и Убэз относ тс как 1)д 11бэз. 1 з п. ф-лы, 6 ил. Ё

Description

Изобретение относитс к области электротехники и может быть использовано дл защиты стабилизаторов и преобразователей напр жени посто нного тока от перегрузки по току.

Известны линейные стабилизаторы напр жени посто нного тока с устройствами защиты от перегрузок по току.

Недостаток этих схем заключаетс в большом дрейфе порога срабатывани защиты при изменении температуры окружающей среды.

В схеме, приведенной в работе, например , рис. 10.5.е, сравниваютс падение напр жени на резисторе дополнительного делител напр жени , подключенного параллельно переходу база-эмиттер регулирующего транзистора и датчике тока, с

одной стороны, с падением напр жени на резисторе основного делител напр жени , подключенного к промежуточному выводу дополнительного делител напр жени , и переходе база-эмиттер защитного транзистора , с другой стороны.

Недостаток этой схемы заключаетс в следующем.

Напр жение на резисторах первого делител напр жени , подключенного параллельно переходу база-эмиттер регулирующего транзистора, измен етс в соответствии с дрейфом напр жени этого перехода.

При стабильных резисторах датчика тока и делителей напр жени стабильность порога срабатывани защиты при изменении температуры окружающей среды завиV| 00

со

СП

о

со

сит от температурного дрейфа переходов база-эмиттер регулирующего и защитного транзисторов. Так как в качестве регулирующего и защитного транзисторов используютс , как правило, транзисторы, разные по типу и по мощности, то, из-за разного температурного дрейфа переходов база-эмиттер этих транзисторов, порог срабатывани защиты при перегрузке по току значительно мен етс при изменении температуры окружающей среды. Наиболее близким прототипом в сравнении с предлагаемым устройством вл етс устройство дл токовой защиты, описанное в за вке № 4777748/07 (002081) от 04 нвар 1990 г. 2.

Недостаток в указанном в за вке устройстве дл токовой защиты источника вторичного электропитани посто нного тока заключаетс в зависимости тока короткого замыкани источника от напр жени узла обратного смещени . Ток I кз короткого замыкани источника питани , в котором применено устройство дл токовой защиты, описанное в за вке № 4777748/07 (002081), с достаточной точностью определ етс формулой (а):

. Убэз + U° см - Un 1КЗ

КД

ибэз-ип +.и°см

Кд

Вд

(а)

где Убэз - напр жение перехода база-эмиттер защитного транзистора;

U°CM - напр жение узла обратного смещени

Un - напр жение полупроводникового перехода;

Рд - сопротивление датчика тока.

Из приведенной формулы (а) видно, что зависимость тока короткого замыкани источника питани от напр жени узла обратного смещени определ етс

U° соотношением

Целью изобретени вл етс повышение надежности источника вторичного элек- тропитани посто нного тока путем уменьшени тока короткого замыкани и повышение надежности предлагаемого источника путем повышени стабильности порога срабатывани защиты при изменении температуры окружающей среды/ Повышение надежности источника вторичного электропитани посто нного тока путем уменьшени тока короткого замыкани достигаетс тем, что в устройстве дл

защиты источника вторичного электропитани посто нного тока, содержащем датчик тока; включенный в одну из выходных шин дл подключени источника электропита-ни , защитный транзистор, Коллектор которого соединен с цепью блокировки управл ющего органа источника электропитани , делитель напр жени , первый крайний вывод которого соединен с другой

0 выходной шиной дл подключени источника электропитани , а промежуточный вывод - к базе защитного транзистора, полупроводниковый переход, одноименный по проводимости с переходом база-эмиттер

5 защитного транзистора, и узел пр мого смещени , включенный последовательно с полупроводниковым переходом, причем точка соединени узла пр мого смещени с полупроводниковым переходом подключена ко

0 второму крайнему выводу делител напр жени ., а свободный вывод полупроводнико- .вого перехода подключен к первому выводу датчика тока, эмиттер защитного транзистора соединен со вторым выводом датчика

5 тока, а напр жение Un полупроводникового перехода по отношению к напр жению Убэз перехода база-эмиттер защитного транзи- , стора св зано соотношением Un 1)бээ.

Повышение надежности предлагаемого

0 устройства путем повышени стабильности порога срабатывани защиты при изменении температуры окружающей среды достигаетс тем, что в предлагаемое устройство введен дополнительный делитель напр же5 ни , включенный параллельно полупроводниковому переходу, причем-второй крайний вывод основного делител напр жени подключен к точке соединени узла пр мого смещени с полупроводниковым переходом

Q через одно из плеч дополнительного делител напр жени , напр жение Кд на втором плече которого св зано с напр жением Обэз перехода база-эмиттер защитного транзистора соотношением ид УбэзВ сравнении с известным устройством защиты, в предлагаемом устройстве нет зависимости порога срабатывани защиты и тока короткого замыкани от напр жени узла обратного смещени .

Предлагаемое устройство обеспечивает ток короткого замыкани меньше на величи , U°CM ну IKS -Б- в сравнении с известным

Кд

устройством защиты.

За счет уменьшени тока короткого замыкани надежность источника вторичного электропитани посто нного тока с предложенным устройством дл токовой защиты повышаетс .

5

0

5

Повышение стабильности порога срабатывани защиты при изменении температуры окружающей среды позвол ет установить ток перегрузки источника вторичного электропитани посто нного уровн на минимально необходимом уровне, что также повышает надежность источника.

Изобретение иллюстрируетс схемами, приведенными на фиг. 1-6.

На фиг. 1-6 показано включение предлагаемого устройства в линейном стабилизаторе , в импульсном стабилизаторе и преобразователе напр жени .

Линейный стабилизатор на фиг. 1 содержит датчик 1 тока, защитный транзистор 2, делитель напр жени на резисторах 3 и А, полупроводниковый переход 5, узел 6 пр мого смещени и управл ющий орган, включающий в себ схему 7 сравнени и регулирующий элемент на транзисторе 8.

Импульсный стабилизатор на фиг, 2 содержит датчик 1 тока, защитный транзистор 2, делитель напр жени на резисторах 3 и 4, полупроводниковый переход 5, узел 6 пр мого смещени и управл ющий орган, включающий в себ широтно-импульсный модул тор 7, транзистор 8, дроссель 9, диод 10 и конденсатор 11.

Преобразователь напр жени на фиг. 3 содержит датчик 1 тока, защитный транзистор 2, делитель напр жени на резисторах 3 и 4, полупроводниковый переход 5, узел 6 пр мого смещени , и управл ющий орган, включающий в себ широтно-импульсный модул тор 7, конденсаторы 8, 9, трансформатор 10, транзисторы 11,12 и выпр митель 13.

Линейный стабилизатор на фиг. 4 содержит датчик 1 тока, защитны и транзистор 2, основной делитель напр жени на резисторах 3 и 4 дополнительный делитель напр жени на резисторах 5 и 6, полупроводниковый переход 7, узел 8 пр мого смещени , и управл ющий орган, включающий в себ схему 9 сравнени и регулирующий элемент на транзисторе 10. В качестве полупроводникового перехода 7 используетс переход база-эмиттер транзистора , однотипного с защитным транзистором 2.

Импульсный стабилизатор напр жени посто нного на фиг. 5 содержит датчик 1 тока, защитный транзистор 2, основной делитель напр жени на резисторах 3 и 4, дополнительный делитель напр жени на резисторах 5 и б, полупроводниковый переход 7, узел 8 пр мого смещени и управл ющий орган, включающий в себ широтно-импульсный модул тор 9, транзистор 10, дроссель 11, диод 12 и конденсатор 13.

Преобразователь напр жени посто нного тока на фиг. 6 содержит датчик 1 тока, 5 защитный транзистор 2, основной делитель напр жени на резисторах 3 и 4, дополнительный делитель напр жени на резисторах 5 и 6, полупроводниковый переход 7, узел 8 пр мого смещени ми управл ющий

0 орган, включающий в себ шмротно-импуль сный модул тор 9, конденсаторы 10 и 11, трансформатор 12, транзисторы 13,14 и выпр митель 15.

Схема на фиг. 1 работает следующим

5 образом.

В схеме на фиг. 1 сравниваютс суммы напр жений на полупроводниковом переходе 5 и датчике 1 тока, с одной стороны, и на резисторе 3 и переходе база-эмиттер за0 щитного транзистора 2. с другой стороны. При отсутствии перегрузки по току и при выполнении соотношени Un Убэз защитный транз истор 2 закрыт и не вли ет на работу стабилизатора.

5 При увеличении тока нагрузки выше заданного значени увеличиваетс падение напр жени на датчике 1 тока, через резистор 3 на базу защитного транзистора 2 Подаетс открывающий потенциал, защит0 ный транзистор 2 открываетс , шунтируетс переход база-эмиттер транзистора 8, тран зистор 8 начинает закрыватьс , уменьшаютс выходное напр жение UH и закрывающий потенциал, подаваемый через резистор 4 на

5 базу транзистора 2, транзистор 2 удерживаетс в открытом состо нии при небольшом токе нагрузки на выходе стабилизатора.

Ток управлени 1упр, подаваемый от схемы 7 сравнени на регулирующий транзил стор 8, обычно имеет незначительную величину, коллекторный ток защитного транзистора 2 также мал. Ток управлени , подаваемый в базу защитного транзистора 2, еще на пор док меньше коллекторного

5 тока защитного транзистора 2. За счет малого тока, протекающего через резистор 3, падение напр жени на этом резисторе 3 примерно на пор док меньше напр жений база-эмиттер защитного транзистора 2. поэтому в расчете величины тока короткого

0

5

замыкани падение напр жени на резисторе 3 можно не учитывать.

С учетом этого, ток из короткого замыкани в схеме фиг. 1 определ етс формулой 0):

i Убэз Un

1кз-К

Д

(б)

При выполнении соотношени Un Убэ и при отсутствии перегрузки на выходе стабилизатора защитный транзистор 2 закрыт, тем самым обеспечиваетс выход стабилизатора в режим стабилизации при включении стабилизатора. При выполнении этого же соотношени обеспечиваетс возврат стабилизатора в режим стабилизации напр - жени при сн тии перегрузки по току.

Схема на фиг. 2 работает следующим образом.

В схеме на фиг. 2. так же, как и в схеме на фиг. 1 сравниваютс падение напр жени на полупроводниковом переходе 5 и датчике 1 тока, с одной стороны, и резисторе 3 и переходе база-эмиттер защитного транзистора 2, с другой стороны. При выполнении соотношени Un ибэз и отсутствии перегрузки при включении стабилизатора защитный транзистор 2 закрыт и не вли ет на работу стабилизатора, при этом стабилизатор входит в режим стабилизации напр жени .

При увеличении тока нагрузки выше заданного значени увеличиваетс падение напр жени на датчике 1 тока, защитный транзистор 2 открываетс , сигнал с транзистора 2 подаетс на широтно-импульсный модул тор 7, уменьшаетс ширина импульсов , подаваемых на транзистор 8, уменьшатс выходное напр жение UH и закрывающий потенциал, подаваемый через резистор 4 на базу транзистора 2, транзистор 2 удерживаетс в открытом состо нии, широтно-импульсный модул тор 7 вырабатывает управл ющие импульсы минимальной длительности, уменьшаетс ток нагрузки, уменьшаетс мощность рассеивани на транзисторе 8. При сн тии перегрузки по току транзистора 2 закрываетс , не вли ет на работу широтно-импульсного модул тора 7, стабилизатор возвращаетс в режим стабилизации напр жени .

Ток короткого замыкани в схеме на фиг. 2 также определ етс формулой (б)

Схема на фиг. 3 работает аналогично схеме на фиг. 2.

Сравниваютс суммы напр жений на полупроводниковом переходе 5 и датчике 1 тока, с одной стороны, и резисторе 3 и переходе база-эмиттер защитного транзистора 2, с другой стороны. При выполнении соотношени Un Убэз и отсутствии перегрузки на выходе преобразовател защитный транзистор 2 закрыт и не вли ет на работу преобразовател напр жени , при этом преобразователь входит в режим стабилизации напр жени .

При увеличении тока нагрузки выше заданного значений увеличиваетс падение

напр жени на датчике 1 тока, защитный транзистор 2 открываетс , сигнал с транзистора 2 подаетс на широтно-импульсный модул тор 7, уменьшаетс ширина импульсов , подаваемых с широтно-импульсного модул тора 7 на транзисторы 11 и .уменьшаетс выходное напр жение UH и закрывающий потенциал, подаваемый через резистор 4 на базу защитного транзистора

0 2, транзистор 2 удерживаетс в открытом состо нии, широтно-импульсный модул тор 7 вырабатывает управл ющие импульсы минимальной длительности, уменьшаютс ток нагрузки и мощность рассеивани на преоб5 разователе напр жени . При сн тии перегрузки по току транзистор 2 закрываетс , не вли ет на работу широтно-импульсного модул тора 7, преобразователь возвращаетс в режим стабилизации напр жени ,

0 Ток1 короткого замыкани в схеме на фиг. 3 определ етс формулой (б).

Схема на фиг. 4 работает следующим образом,

В схеме на фиг. 4 сравниваютс суммы

5 падений напр жений Ue на резисторе 6 и Ui датчике 1 тока, с одной стороны, и Us на резисторе 3 и Кбэз переходе база-эмиттер защитного транзистора 2. с другой стороны. Дл исключени большого вли ни тока 0д

о основного делител напр жени на падение напр жени на резисторах 5 и б дополнительного напр жени при изменении выходного напр жени UH стабилизатора тока дд дополнительного делител напр 5 жени необходимо выбрать примерно на пор док больше тока Ьд. Без учета падени напр жени Уз на резисторе 3, которое в момент включени стабилизатора мало, дл обеспечени закрытого состо ни транзиQ стора 3 падение напр жени Ue на резисторе б должно быть меньше напр жени Убэз база-эмиттер, при котором транзистор 2 открываетс . Если в качестве полупроводникового перехода 7 используетс открытый

5 переход база-эмиттер транзистора, однотипного с защитным транзистором 2, то, в соответствии с входными характеристиками транзистора, напр жение Un на таком открытом полупроводниковом переходе 7

Q всегда больше напр жени ибэз, при котором защитный транзистор 2 открываетс . Достижение соотношени Ue ибэз, при котором транзистор 2 закрыт, обеспечиваетс делением напр жени Un с помощью рези5

сторов 5 и 6.

При выполнении соотношени Ue ибэз в момент включени стабилизатора защитный транзистор 2 закрыт, не вли ет на работу стабилизатора, и стабилизатор входит в режим стабилизации напр жени .

При увеличении напр жени на выходе стабилизатора через резистор 4 на базу транзистора 2 подаетс дополнительный запирающий потенциал,транзистор 2 остаетс закрытым и не вли ет на работу стабилизатора при работе последнего в режиме стабилизации напр жени .

При увеличении тока нагрузки выше заданного значени увеличиваетс падение напр жени на датчике 1 тока, через рези- стор 3 на базу транзистора 2 подаетс открывающий потенциал, защитный транзистор 2 открываетс , часть тока 1уПр от схемы управлени 9 протекает через открытый транзистор 2, уменьшаетс ток упр уп- равлени , поступающий в базу транзистора 10, транзистор 10 закрываетс , уменьшаетс выходное напр жение стабилизатора, уменьшаетс закрывающий потенциал, подаваемый через резисторы 4 на базу транзистора 2, транзистор 2 удерживаетс в открытом состо нии, в стабилизаторе устанавливаетс такой ток нагрузки, при котором выдерживаетс соотношение Ue + Ui Us + Убэз. В режиме короткого замыкани , когда напр жение на выходе стабилизатора равно нулю, падение напр жени Ш на резисторе 3 мало, и ток из короткого замыкани с достаточной точностью можно определить по формуле (в):

КЗ

Цбэз - U6 Ra

Выбира падение напр жени Ue на рези- сторе 6 близким к напр жению 11бэз, можно получить ток короткого замыкани близким к нулевому значению.

При сн тии перегрузки по току уменьшаетс падение напр жени на датчике 1 тока, транзистор 2 закрываетс , и стабилизатор напр жени возвращаетс в режим стабилизации напр жени

Схема на фиг. 5 работает следующим образом.

Элементы делителей напр жени на резисторах 3...6 выбираютс из тех же соотношений , которые описаны дл схемы фиг. 4. В схеме на фиг. 5, так же. как и в схеме на фиг. 4, сравниваютс падени напр жений на резисторе 6 и датчике 1 тока, с одной стороны, и резисторе 3 и переходе база- эмиттер защитного транзистора 2, с другой стороны. При выполнении соотношени Ue 1)бэз в момент подачи напр же- ни UBX на вход стабилизатора транзистор 2 закрыт и не вли ет на режим работы стабилизатора , при этом стабилизатор входит в режим стабилизации напр жени .

5 10 15 20 25 до

35

40

45

,-Q , -,.

При увеличении тока нагрузки выше заданного значени увеличиваетс падение напр жени на датчике 1 тока, через резистор 3 на базу транзистора 2 подаетс открывающий потенциал, транзистор 2 открываетс , сигнал с транзистора 2 подаетс на широтно-импульсный модул тор 9, уменьшаетс ширина импульсов, подаваемых на транзистор 10, уменьшаютс выходное напр жение UH и закрывающий потенциал подаваемый через резистор 4 на базу транзистора 2, транзистор 2 удерживаетс в открытом состо нии, широтно-импульсный модул тор 9 вырабатывает импульсы минимальной длительности, уменьшаютс ток нагрузки и мощность рассеивани на транзисторе 10, Ток короткого замыкани в импульсном стабилизаторе на фиг. 5 определ етс также формулой (в) После сн ти перегрузки по току уменьшаетс пёдение напр жени на датчике 1 тока, транзистор 2 закрываетс , увеличиваетс , ширина импульсов, подаваемых от широт- но-импульсного модул тора 9 на транзистор 10, стабилизатор возвращаетс в режим стабилизации напр жени .

Схема на фиг. 6 работает следующим образом. Элементы делителей напр жени на резисторах 3...6 выбираютс из соотношений , описанных дл схемы фиг. 4. В схеме на фиг. 6, так же, как в схемах на фиг. 4 и 5, сравниваютс падени напр жений на резисторе б и датчике 1 тока, с одной стороны, и резисторе 3 и переходе база-эмиттер транзистора 2, с другой стороны. При выполнении соотношени Ue 1)бэз в момент подачи напр жени UBx на преобразователь транзистор 2 закрыт и не вли ет на работу преобразовател напр жени , при этом преобразователь напр жени входит в режим стабилизации напр жени .

При увеличении тока нагрузки выше заданного значени увеличиваетс падение напр жени на датчике 1 тока, на базу транзистора 2 подаетс открывающий потенциал , транзистор 2 открываетс , сигнал с транзистора 2 подаетс на широтно-импульсный 9, уменьшаетс ширина импульсов , подаваемых с широтно-импульсного модул тора 9 на транзисторы 13 и 14, уменьшаютс выходное напр жение UH и закрывающий потенциал, подаваемый через резистор 4 на базу транзистора 2, транзистор 2 удерживаетс в открытом состо нии, широтно-мпульсный модул тор 9 вырабатывает импульсы минимальной длительности, уменьшаютс ток нагрузки и мощность, рассеиваема на транзисторах 13 и 14. Ток |Кз короткого замыкани в преобразователе на фиг. 6 определ етс формулой (в) После

см ти перегрузки по току уменьшаетс падение напр жени на датчике 1 тока, транзистор 2 закрываетс , увеличиваетс ширина импульсов, подаваемых от широт- но-импульсного модул тора 9 на транзисто- ры 13 и 14, преобразователь напр жени возвращаетс в режим стабилизации напр жени .

При выборе полупроводникового перехода 7 с температурным дрейфом, гналогич- ным дрейфу перехода база-эмиттер защитного транзистора 2, что легче достигаетс при использовании в качестве полупро- водникового перехода 7 перехода база-эмиттер транзистора, однотипного с защитным транзистором 2, обеспечиваетс порог срабатывани защиты, более стабильный при изменении температуры окружающей среды в сравнении со схемами, приведенными нз фиг 1,2,3

Claims

Формула изобретени 1 Устройство дл токовой защиты источника вторичного электропитани посто нного тока, содержащее датчик тока, включенный в одну из выходных шин дл подключени источника электропитани защитный транзистор, коллектор которого соединен с цепью блокировки управл юще- го органа источника электропитани , дели- тель напр жени , первый крайний ВЫРОД которого соединен с другой выходной шиной дл подключени источника электропитани , а промежуточный вывод - к базе защитного транзистора полупроводнике-

5 5

вый переход, одноименный по проводимости с переходом база-эмиттер защитного транзистора, и узел пр мого смещени , включенный последовательно с полупроводниковым переходом, причем точка соединени узла пр мого смещени с полупроводниковым переходом подключены к второму крайнему выводу делител напр жени , а свободный вывод полупроводникового перехода подключен к первому выводу датчика тока, отличающеес тем, что, с целью повышени надежности путем уменьшени тока короткого замыкани , эмиттер защитного транзистора соединен с вторым выводом датчика тока, а напр жение Un полупроводникового перехода по отношению к напр жению Убэз перехода база-эмиттер защитного транзистора св зано соотношением Un Убзз.
2. Устройство поп 1,отличающее с тем, что, с целью повышени надежности путем повышени стабильности порога срабатывани защиты при изменении температуры окружающей среды, в него введен дополнительный делитель напр жени , включенный параллельно полупроводниковому переходу, причем второй крайний вывод основного делител напр жени подключен к точке соединени узла пр мого смещени с полупроводниковым переходом через одно из плеч дополнительного дели тола напр жени , напр жение и д на втором плече которого св зано с напр жением Убзз перехода база-эмиттер защитного транзистора соотношением ид Убэз.

гх

г 2

дазддззддлзсд бе

тта I

Фие.З

$U8.fy

Фиг. 5

$uiti